Hier sind nur einige Pflanzen, die von der Menschheit als „stimulierendes Getränk“ konsumiert werden. In diesem Beitrag liegt der Fokus auf Pflanzen, die Koffein und Theobromin enthalten. Koffein ist ein Alkaloid, das in über 60 Arten von Gefäßpflanzen vorkommt und, wie wir wissen, ein wichtiger Bestandteil von Kaffee, Tee und anderen Getränken ist.

Das Kaffeegetränk wird aus den gerösteten oder gebackenen Samen zweier Arten der Kaffeepflanze (Coffea arabica und C. canephora) der Familie Rubiaceae gewonnen. Tee wird aus den Blättern der Teepflanze (Camellia sinensis) der Familie Theaceae gewonnen, und Schokolade wird aus Samen einer Schote gewonnen, die direkt aus dem Stamm des Kakaobaums (Theobroma cacao) der Sterculiaceae stammt. Alle drei sind Gehölze oder kleine Bäume, die kommerziell in den Tropen und Subtropen der Neuen und Alten Welt gepflanzt wurden, und alle stammen von wilden Waldpflanzen ab. Coffea-Arten sind im tropischen Afrika beheimatet, einschließlich der Bergwälder Äthiopiens, Camellia sinensis in Südostasien und Kakao im tropischen Amerika. Beachten Sie, dass die bekannte Kamelie, die für ihre schönen Blüten angebaut wird, eng mit Tee verwandt ist, aber von einer anderen Kamelienart, C. japonica.

Das Zentrum der biologischen Vielfalt des Kaffees befindet sich hauptsächlich im Hochland Äthiopiens, wo die Entwaldung die Vielfalt der Genpools verringert. Heute wird der meiste Kaffee in Brasilien, Kolumbien, Vietnam und Indonesien angebaut, aber auch über eine Million äthiopische Bauern bauen Kaffee an. Züchter überall verlassen sich auf nur wenige Sorten für ihre Plantagen und riskieren den Verlust von Genen, die für die Resistenz gegen Parasiten, Krankheiten und den Klimawandel wichtig sind. Jetzt, da ein Entwurf des Genoms für Kaffee vorliegt (Zamir 2014), ist es wahrscheinlicher, dass Methoden zur Verbesserung der genetischen Vielfalt von Sorten entwickelt werden.

Kaffee, Tee und Schokolade enthalten neben vielen anderen Chemikalien Alkaloide, die für den Geschmack der resultierenden Getränke essentiell sind. Alkaloide sind bittere, stickstoffhaltige Verbindungen, die fast ausschließlich in Gefäßpflanzen vorkommen. Es gibt Tausende von Alkaloiden, viele (die meisten?) giftig für Insekten, und viele zeigen auch phytotoxische und antimykotische Eigenschaften. Viele davon sind auch für den Menschen giftig. (weitere Informationen zu Alkaloiden finden Sie im Artikel „Halten Sie die Pastinaken“ unter Pflanzen an anderer Stelle auf dieser Website).Koffein (1,3,7-Trimethylxanthin) ist vielleicht das bekannteste Alkaloid aufgrund seiner Verbindung mit Kaffee und Tee. In einer Abfolge biochemischer Schritte wandeln Enzyme in Kaffeepflanzen eine Vorläuferverbindung namens Xanthosin in Koffein um. Der Koffeingehalt von Kaffee wird durch das Mischen von Bohnen von C. arabica, die relativ wenig Koffein enthalten, mit dem von C. canephora (Robusto), das relativ mehr Koffein enthält, bestimmt.

Beachten Sie, dass Xanthosin von der eng verwandten Verbindung Xanthin abgeleitet ist und dass Xanthin in Meteoriten gefunden werden kann. Meteoriten stammen natürlich aus dem Weltraum und viele sind mit der Erde kollidiert. Im Jahr 2011 ergab die Analyse eines Meteoriten, der in der Antarktis gelandet war, dass das kohlenstoffhaltige Material wie Xanthin, das im Meteoriten gefunden wurde, im Weltraum synthetisiert worden sein musste und nicht nur eine Kontaminante war, die von der Erde stammte!

Ein zweites Alkaloid, das universell im Kaffee vorhanden ist, ist Trigonellin, das nur in geringfügig niedrigeren Konzentrationen als Koffein vorkommt, aber viel weniger stabil ist und bei Rösttemperaturen abgebaut wird. Eines seiner Abbauprodukte ist jedoch eine Gruppe von Verbindungen, die als Pyridine bezeichnet werden und wesentlich zum unverwechselbaren Geschmack und Aroma von gebrühtem Kaffee beitragen. (coffeechemistry.com ). Eine weitere Hauptkategorie von Verbindungen im Kaffee sind Öle, von denen es Hunderte gibt (z., Lipide und Triglyceride) und die auch hauptverantwortlich für den Geschmack und das Aroma von Kaffee sind.

Tee erhält seinen Geschmack von Koffein, Polyphenolen und ätherischen Ölen, deren Anteile mit dem Alter der Blätter und der Art der Verarbeitung der gepflückten Blätter variieren. Der Koffeingehalt von Teeblättern kann bis zu dreimal so hoch sein wie der von C. arabica-Bohnen.

Einer der Zwischenschritte bei der Umwandlung von Xanthosin in Koffein produziert Theobromin, das Hauptalkaloid in Schokolade. Theobromin wiederum ist der Vorläufer von Koffein. Ähnliche biochemische Schritte ergeben Koffein sowohl im Kakaobaum als auch im Tee, aber verschiedene Vorgängergene und Enzyme sind beteiligt. Es muss etwas Nützliches (Adaptives) für die Speicherung von Koffein in Geweben geben, sonst wäre es nicht für nicht verwandte Pflanzen ausgewählt worden. Eine Hypothese basiert auf der Beobachtung, dass das Koffein in seneszierenden Kaffeeblättern die Keimung von Samen anderer Arten hemmt. So gewinnen koffeinhaltige Pflanzen einen Vorteil im Wettbewerb um Nährstoffe, Licht und Wasser. Eine andere Anpassung betrifft die Bestäubung. Koffein in der Kaffeepflanze ist nicht auf Samen beschränkt, sondern findet sich in der gesamten Pflanze, sogar im Nektar, der von den Blüten der Kaffeepflanze abgesondert wird. Es stellt sich heraus, dass Bienen Menschen insofern ähneln, als sie auf das Koffein im Nektar „positiv reagieren“, es suchen und Blumen mit Koffein gegenüber Blumen ohne Koffein auswählen. Für andere Tierarten ist Koffein jedoch ein Toxin, das Sterilisation verursachen kann. Die intensive Bitterkeit des Koffeins und seine hohe Konzentration reichen wahrscheinlich aus, um Insekten davon abzuhalten, das fleischige Gewebe, das den Kaffeesamen in der Frucht umgibt, zu verzehren.

Schokolade wird aus fermentierten Kakaosamen von Theobroma Cacao hergestellt, die geröstet und gemahlen und oft mit Vanille, Zucker und manchmal Fett aromatisiert werden. Neben T. cacao umfasst die Gattung Theobroma 30 bis 50 tropische amerikanische Baumarten, die keine Schokolade produzieren. Obwohl Theobroma Cacao in Südamerika beheimatet ist, stammt fast die Hälfte des kommerziellen Kakaoangebots der Welt aus einem kleinen Gebiet in Westafrika, innerhalb von 300 km von der Küste in Ghana und der Elfenbeinküste. In diesen Gebieten könnte, basierend auf einigen Klimamodellen, bis 2050 ein durchschnittlicher Temperaturanstieg von 2, 3 C auftreten. Diese Erwärmung würde sich nachteilig auf das Wachstum und die Atmungsraten von Theobrombäumen auswirken, und die Auswirkungen könnten bereits im Jahr 2030 auftreten (Inter. Zentrum für Trop Agric). Andere Gebiete, die derzeit für die kommerzielle Schokoladenproduktion ungeeignet sind, könnten jedoch als Reaktion auf die projizierte Erwärmung für Schokoladenproduzenten geeignet werden. Der Nettoeffekt dieser Verschiebungen in den Kakaoanbaugebieten in den kommenden Jahrzehnten ist unklar.

Theobromin und Koffein sind eng verwandt und kommen neben Kakao in vielen Pflanzenarten vor, darunter in relativ geringen Konzentrationen auch Mitglieder der Zitrusfamilie (Rutaceae). Theobromin macht weniger süchtig, ist aber ein stärkeres Herzstimulans und Vasodilatator als Koffein. Der Theobromingehalt von Schokolade ist so niedrig, dass toxische Wirkungen für den Menschen normalerweise kein Problem darstellen, für Hunde und Katzen jedoch sehr giftig sind. Kakaobohnen enthalten Koffein in Konzentrationen von 0,1 bis 0,7%, während Fette (Kakaobutter) über ½ Gewicht des Samens ausmachen. Es gibt 30-40 Samen („Bohnen“) in einer Schote. Die Schoten sind hart und faserig und bieten einen gewissen Schutz vor Wildtieren, aber Schoten können von Nagetieren und Affen geöffnet werden, die von dem süßen Fruchtfleisch angezogen werden, das die Samen umgibt. Um an der Schote vorbeizukommen, muss der Plünderer immer noch den adstringierenden Tanninen widerstehen, die in den Schoten reichlich vorhanden sind, und natürlich den bitteren Alkaloiden.Koffein ist auch ein Bestandteil in Waldbäumen des tropischen Westafrikas, die zur Gattung Cola der Sterculiaceae gehören und als Kolanussbäume bekannt sind. Die Nuss ist die Quelle des Koffeins, das vom Menschen als Stimulans und Erfrischungsgetränk sowie zur Behandlung von Asthma verwendet wird. Kolanüsse enthalten etwa 2-3,5% Koffein und 1,0-2,5% Theobromin und werden noch heute von vielen Menschen in Westafrika gekaut, vermutlich um die Koffeinstimulation zu genießen. Der Colagenus besteht aus etwa 125 Baumarten, von denen zwei als Quelle der Kolanuss dienen – C. acuminata und C. nitida.

Cola acuminata Blätter, Schoten und Samen.Eine weitere koffeinhaltige Pflanze ist Mate (Yerba Mate), die in Lateinamerika, insbesondere in Uruguay und Argentinien und in geringerem Maße in Spanien und Portugal, weit verbreitet ist. Mate enthält weniger als 1 Gew.-% Koffein. Zur Herstellung werden Blätter von Ilex paraguariensis (Ilex ist die Gattung, zu der die Hollies Nordamerikas und Europas gehören; siehe unten) zu einem Pulver gemahlen und in heißes Wasser getaucht. Interessanterweise enthält Mate wie Tee und viele andere Pflanzen Polyphenol-Antioxidantien ( z. B. Chlorogensäure), von denen bekannt ist, dass sie krebshemmende Eigenschaften haben. Das Trinken von Mate bei sehr hohen Temperaturen kann jedoch das Risiko für Speiseröhrenkrebs erhöhen, ebenso wie das Trinken von sehr heißem Tee. Ansonsten Mate ist derzeit nicht als Karzinogen eingestuft und wird angenommen, dass einige kardiovaskuläre Vorteile für die Verbraucher verleihen.

Paket von Yerba Mate Teeblättern wie in den USA erhältlich

Guarana‘ (Paullinia cupana) der Sapindaceae ist eine robuste tropische Liane, die einen Kräutertee aus ihren Samen ergibt, die zu einem Pulver gemahlen wurden. Guarana ‚Samen sind hoch (3,6-5,8% oder 2-4% je nach Quelle) in Koffein im Vergleich zu Kaffee (etwa 2%). Die im Amazonasbecken beheimatete Pflanze enthält auch kleinere Mengen Theobromin (200-400 ppm). Wie die anderen koffeinhaltigen Pflanzen sind auch ihre Früchte und Samen dafür bekannt, Pflanzenfresser abzuwehren.

Laub- und Fortpflanzungsstrukturen von Paullinia cupana.Guarana-Tee ist wichtig in Ritualen der Ureinwohner Südamerikas und wurde bereits im 16.Jahrhundert von Entdeckern nach Europa transportiert, wo er bald als Getränk konsumiert wurde. Derzeit wird Guarana als Nahrungsergänzungsmittel beworben, das vermutlich die körperliche Aktivität steigert. Andere Arten der Gattung sind ebenfalls von Interesse. P. yoco , dessen Rinde und Stängel Koffein enthalten, wird von den Ureinwohnern Kolumbiens und Ecuadors in pflanzlichen Arzneimitteln und zur Zubereitung eines Getränks verwendet. Zwei eng verwandte Arten sind sehr giftig-P. cururu von Mittelamerika und den Antillen und Südamerika, die einen hochgiftigen Saft produziert, der als Pfeilgift von südamerikanischen Ureinwohnern verwendet wird, und P. pinnata von Südamerika und Afrika, deren Stängel verwendet werden, um Fische in Pools zu vergiften und deren Wurzeln und Blätter in der traditionellen Medizin verwendet werden.

Huito oder Jagua, (Genipa americana der Rubiaceae), ein weit verbreiteter kleiner Baum der Karibik und Lateinamerikas, enthält „sehr hohe Mengen an Koffein in seinen Samen (botanical-online.com )“ aber es ist hauptsächlich die Frucht, die konsumiert wird. Die Frucht dieser Art wird in Getränken und in verschiedenen Dessertgerichten, in der Hautdekoration und für bestimmte Beschwerden verwendet. Ein gewisses Maß an Koffein ist wahrscheinlich in der Frucht vorhanden, aber dies ist nicht verifiziert.

Die Pflanzenfamilie Aquifoliaceae umfasst etwa 400 Arten, fast alle in der Gattung Ilex(Stechpalme). Neben Yerba Mate (oben) haben andere Arten der Gattung als Teeersatz gedient. Vielleicht am weitesten verbreitet in Nordamerika war Ilex vomitoria, der Yaupon oder Cassina, ein einheimischer Strauch der südlichen Vereinigten Staaten, besonders häufig auf sandigen Böden. Die Blätter von Cassina haben laut Fernald et al. (1958), eine „nennenswerte Menge an Koffein, wodurch…..sie leicht anregend“. Die richtige Vorbereitung beinhaltet das Trocknen der Blätter im Ofen, gefolgt von Mahlen und Einweichen. Blätter von I. cassine, einer anderen Stechpalme im Südosten der Vereinigten Staaten, enthalten ebenfalls Koffein und machen angeblich einen guten Tee. Andere Mitglieder der Gattung, von denen einige Koffein fehlen, sind auch mögliche Quellen für einen schmackhaften Tee.

Fernald, M.L., A. C. Kinsey & R. C. Rollins 1958. Essbare Wildpflanzen des östlichen Nordamerikas. Harper & Bros. New York.

Zamir, D. 2014. Ein Weckruf mit Kaffee. Wissenschaft 345: 1124-1125.

Weitere Informationen: Getränkeanlagen, Teil II