Aquí hay algunas plantas consumidas por la humanidad como»bebida estimulante». En este post, el foco está en las plantas que contienen cafeína y teobromina. La cafeína es un alcaloide que se encuentra en más de 60 especies de plantas vasculares y, como sabemos, es un ingrediente importante del café, el té y otras bebidas.

La bebida de café se deriva de las semillas tostadas o horneadas de dos especies de la planta de café (Coffea arabica y C. canephora) de la familia Rubiaceae. El té se deriva de las hojas de la planta de té (Camellia sinensis) de la familia Theaceae, y el chocolate se deriva de las semillas de una vaina que brota directamente del tronco del árbol de cacao (Theobroma cacao) de Sterculiaceae. Los tres son arbustos leñosos o pequeños árboles plantados comercialmente en los trópicos y subtrópicos del Nuevo y Viejo Mundo y todos descienden de plantas forestales silvestres. Las especies de Coffea son nativas de África Tropical, incluidos los bosques montañosos de Etiopía, Camellia sinensis al sudeste asiático y cacao a América tropical. Tenga en cuenta que la camelia familiar cultivada por sus hermosas flores, está estrechamente relacionada con el té, pero de una especie diferente de camelia, C. japonica.

El centro de diversidad biológica del café se centra principalmente en las tierras altas de Etiopía, donde la deforestación está reduciendo la diversidad genética. Hoy en día, la mayoría del café se cultiva en Brasil, Colombia, Vietnam e Indonesia, pero más de un millón de agricultores etíopes también cultivan café. Los cultivadores de todo el mundo dependen de unos pocos cultivares para sus plantaciones, arriesgándose a la pérdida de genes importantes para conferir resistencia a los parásitos, las enfermedades y el cambio climático. Ahora que se ha logrado un borrador del genoma para el café (Zamir 2014), es más probable que se realicen métodos para mejorar la diversidad genética de los cultivares.

El café, el té y el chocolate contienen, entre muchos otros productos químicos, alcaloides, que son esenciales para el sabor de las bebidas resultantes. Los alcaloides son compuestos amargos que contienen nitrógeno que se encuentran casi en su totalidad en las plantas vasculares. Hay miles de alcaloides, muchos (la mayoría?) tóxico para los insectos, y muchos también exhiben propiedades fitotóxicas y antifúngicas. Muchos de ellos también son tóxicos para los seres humanos. (para obtener más información sobre alcaloides, consulte el artículo titulado «Mantenga las chirivías» en Plantas en otros lugares de este sitio).

La cafeína (1,3,7-trimetilxantina) es quizás el alcaloide más conocido en virtud de su asociación con el café y el té. En una secuencia de pasos bioquímicos, las enzimas de las plantas de café convierten un compuesto precursor llamado xantosina en cafeína. El contenido de cafeína del café está determinado por la mezcla de granos de C. arabica, que contienen relativamente poca cafeína, con el de C. canephora (Robusto), que contiene relativamente más cafeína.

A modo de breve observación, tenga en cuenta que la xantosina se deriva del compuesto estrechamente relacionado, la xantina, y que la xantina se puede encontrar en meteoritos. Los meteoritos, por supuesto, se originan en el espacio exterior y muchos han colisionado con la Tierra. En 2011, el análisis de un meteorito que aterrizó en la Antártida confirmó que el material carbonoso como la xantina que se encontró en el meteorito tenía que haber sido sintetizado en el espacio exterior en lugar de ser solo un contaminante originario de la Tierra.

Un segundo alcaloide universalmente presente en el café es la trigonelina, que se produce en concentraciones ligeramente más bajas que la cafeína, pero es mucho menos estable y se degrada a temperaturas de tostado. Sin embargo, uno de sus productos de degradación es un grupo de compuestos llamados piridinas que son los principales contribuyentes al sabor y aroma distintivos del café elaborado. (coffeechemistry.com). Otra categoría importante de compuestos en el café son los aceites de los cuales hay cientos (p.ej. lípidos y triglicéridos) y que también son los principales contribuyentes al sabor y aroma del café.

El sabor del té deriva de la cafeína, los polifenoles y los aceites esenciales, cuyas proporciones varían con la edad de las hojas y el método de procesamiento de las hojas recogidas. El contenido de cafeína de las hojas de té puede ser hasta tres veces mayor que el de los granos de C. arabica.

Uno de los pasos intermedios involucrados en la conversión de xantosina a cafeína produce teobromina, el alcaloide principal en el chocolate. La teobromina, a su vez, es el precursor de la cafeína. Pasos bioquímicos similares producen cafeína tanto en el árbol de cacao como en el té, pero están involucrados genes y enzimas diferentes antecedentes. Debe haber algo beneficioso (adaptativo) para almacenar cafeína en los tejidos o no habría sido seleccionado para en plantas no relacionadas. Una hipótesis se basa en la observación de que la cafeína en las hojas senescentes inhibe la germinación de semillas de otras especies. Por lo tanto, las plantas que contienen cafeína obtienen una ventaja en la competencia por nutrientes, luz y agua. Otra adaptación se relaciona con la polinización. La cafeína en la planta de café no se limita a las semillas, sino que se encuentra en toda la planta, incluso en el néctar secretado por las flores de la planta de café. Resulta que las abejas se parecen a los humanos en que «responden positivamente» a la cafeína en el néctar, buscándola y eligiendo flores con cafeína en lugar de flores que carecen de ella. Sin embargo, para otras especies animales, la cafeína es una toxina capaz de causar esterilización. El intenso amargor de la cafeína y su alta concentración probablemente sean suficientes para disuadir a los insectos que buscan consumir el tejido carnoso que encierra la semilla de café dentro de la fruta.

El chocolate se prepara a partir de semillas de cacao fermentadas de Theobroma cacao que se tuestan y muelen y, a menudo, se aromatizan con vainilla, azúcar y, a veces, grasa. Además de T. cacao, el género Theobroma incluye de 30 a 50 especies de árboles tropicales americanos que no producen chocolate. Aunque el cacao Theobroma es originario de América del Sur, casi la mitad del suministro comercial de cacao del mundo proviene de una pequeña área en África occidental, a menos de 300 km de la costa de Ghana y Costa de Marfil. En estas zonas, según algunos modelos climáticos, podría producirse un aumento medio de la temperatura de 2,3 C en 2050. Este calentamiento afectaría negativamente a las tasas de crecimiento y respiración de los árboles de Teobroma y los efectos podrían aparecer por primera vez en el año 2030 (Inter. Center for Trop Agric). Sin embargo, otras áreas actualmente inadecuadas para la producción comercial de chocolate podrían, en respuesta al calentamiento proyectado, convertirse en adecuadas para los productores de chocolate. El efecto neto de estos cambios en las áreas de cultivo de cacao en las próximas décadas no está claro.

La teobromina y la cafeína están estrechamente relacionadas y co-ocurren en muchas especies de plantas además del cacao, incluyendo, en concentraciones relativamente bajas, miembros de la familia de los cítricos (Rutaceae). La teobromina es menos adictiva, pero es un estimulante cardíaco y vasodilatador más fuerte que la cafeína. El contenido de teobromina del chocolate es lo suficientemente bajo como para que, por lo general, los efectos tóxicos no sean una preocupación para los seres humanos, pero es altamente tóxico para perros y gatos. Los granos de cacao contienen cafeína en concentraciones que varían de 0,1 a 0,7%, mientras que las grasas (manteca de cacao) comprenden más de ½ en peso de la semilla. Hay 30-40 semillas («frijoles») en una vaina. Las vainas son duras y fibrosas proporcionando cierta protección de la vida silvestre, pero las vainas pueden ser abiertas por roedores y monos que se sienten atraídos por la pulpa dulce que rodea las semillas. Superar la vaina todavía requiere que el merodeador resista los taninos astringentes abundantes en las vainas y, por supuesto, los alcaloides amargos.

La cafeína también es un ingrediente en los árboles forestales de África occidental tropical que pertenecen al género Cola de las Sterculiaceae y se conocen como árboles de nuez de cola. La nuez es la fuente de la cafeína utilizada por los seres humanos como estimulante y refresco y como tratamiento para el asma. Las nueces de cola contienen aproximadamente 2-3, 5% de cafeína y 1.0-2.5% de teobromina y todavía son masticadas por muchas personas en África Occidental, presumiblemente para disfrutar de la estimulación de la cafeína. El Colágeno consta de alrededor de 125 especies de árboles, de las cuales dos sirven como fuente de la nuez de cola: C. acuminata y C. nitida.

Cola acuminata follaje, vainas y semillas.

Otra planta que contiene cafeína es la yerba mate, que se consume ampliamente en América Latina, especialmente en Uruguay y Argentina y, en menor medida, en España y Portugal. El mate contiene menos del 1% en peso de cafeína. Para preparar, las hojas de Ilex paraguariensis (Ilex es el género al que pertenecen los acebos de América del Norte y Europa; ver más abajo) se muelen en polvo y se sumergen en agua caliente. Curiosamente, al igual que el té y muchas otras plantas, el mate contiene antioxidantes polifenólicos ( por ejemplo, ácido clorogénico) que se reconocen como propiedades anticancerígenas. Sin embargo, beber mate a temperaturas muy altas puede aumentar el riesgo de cáncer de esófago, al igual que beber té muy caliente. De lo contrario, el mate no está clasificado actualmente como carcinógeno y se cree que confiere algunos beneficios cardiovasculares a los consumidores.

Paquete de hojas de té de yerba mate disponibles en los EE. UU.

El guaraná (Paullinia cupana) de Sapindaceae es una liana tropical robusta que produce un té de hierbas hecho de sus semillas que se han molido en polvo. Las semillas de guaraná tienen un alto contenido de cafeína (3,6-5,8%, o 2-4%, según la fuente) en comparación con el café (aproximadamente 2%). La planta, nativa de la cuenca amazónica, también contiene cantidades más pequeñas de teobromina (200-400 ppm). Al igual que las otras plantas que contienen cafeína, se sabe que sus frutos y semillas repelen a los herbívoros.

Follaje y estructuras reproductivas de Paullinia cupana.

El té de guaraná es importante en los rituales de los pueblos nativos de América del Sur y ya fue transportado por exploradores del siglo XVI a Europa, donde pronto se consumió como bebida. En la actualidad, el guaraná se promociona como un suplemento dietético que presumiblemente estimula la actividad física. Otras especies del género también son de interés. El P. yoco, cuya corteza y tallo contienen cafeína, es utilizado por los pueblos nativos de Colombia y Ecuador en hierbas medicinales y para preparar una bebida. Dos especies estrechamente relacionadas son muy tóxicas-P. cururu de América Central y las Antillas y América del Sur, que produce una savia altamente tóxica que es utilizada como veneno de flechas por los pueblos nativos de América del Sur, y P. pinnata de América del Sur y África, cuyos tallos se utilizan para envenenar peces en piscinas y cuyas raíces y hojas se utilizan en la medicina tradicional.

Huito o Jagua, (Genipa americana de las Rubiáceas), un pequeño árbol muy extendido del Caribe y América Latina, contiene «cantidades muy altas de cafeína en sus semillas (botanical-online.com)» pero es principalmente la fruta la que se consume. El fruto de esta especie se utiliza en bebidas y en varios platos de postres, en decoración de la piel y para ciertas dolencias. Es probable que haya algún nivel de cafeína en la fruta, pero esto no está verificado.

La familia de plantas Aquifoliaceae incluye alrededor de 400 especies, casi todas en el género Ilex (acebo). Además de la yerba mate (arriba), otras especies del género han servido como sustitutos del té. Quizás el más utilizado en América del Norte fue Ilex vomitoria, el yaupon o cassina, un arbusto nativo del sur de los Estados Unidos, especialmente común en suelos arenosos. Las hojas de cassina tienen, según Fernald et al. (1958), una «cantidad apreciable de cafeína, lo que hace rendering.son ligeramente estimulantes». La preparación adecuada implica el secado en horno de las hojas, seguido de molienda y remojo. Las hojas de I. cassine, otro acebo del sureste de los Estados Unidos, también contienen cafeína y, según se informa, hacen un buen té. Otros miembros del género, algunos de los cuales carecen de cafeína, también son posibles fuentes de un té apetecible.

Fernald, M. L., A.C. Kinsey & R. C. Rollins 1958. Edible Wild Plants of Eastern North America (en inglés). Harper & Bros. New York.

Zamir, D. 2014. Una llamada de atención con café. Science 345: 1124-1125.

Más información: Plantas de bebidas, Estimulantes II