Qui ci sono solo alcune piante consumate dall’umanità come”bevanda stimolante”. In questo post, l’attenzione è rivolta alle piante contenenti caffeina e teobromina. La caffeina è un alcaloide che si trova in oltre 60 specie di piante vascolari e, come sappiamo, è un ingrediente importante di caffè, tè e altre bevande.

La bevanda del caffè è derivata dai semi tostati o cotti di due specie della pianta del caffè (Coffea arabica e C. canephora) della famiglia Rubiaceae. Il tè è derivato dalle foglie della pianta del tè (Camellia sinensis) della famiglia Theaceae, e il cioccolato è derivato dai semi di un baccello che scaturisce direttamente dal tronco dell’albero del cacao (Theobroma cacao) delle Sterculiaceae. Tutti e tre sono arbusti legnosi o piccoli alberi commercialmente piantati nei Tropici del Nuovo e Vecchio Mondo e sub-tropici e tutti discendono da piante forestali selvatiche. Le specie di Coffea sono originarie dell’Africa tropicale, comprese le foreste montane dell’Etiopia, la Camellia sinensis nel sud-est asiatico e il cacao nell’America tropicale. Si noti che la camelia familiare coltivata per i suoi bellissimi fiori, è strettamente correlata al tè ma di una diversa specie di camelia, C. japonica.

Il centro della diversità biologica del caffè è principalmente centrato negli altopiani dell’Etiopia dove la deforestrazione sta riducendo la diversità del pool genico. Oggi la maggior parte del caffè viene coltivato in Brasile, Colombia, Vietnam e Indonesia, ma oltre un milione di agricoltori etiopi coltivano anche caffè. I coltivatori di tutto il mondo si affidano a poche cultivar per le loro piantagioni rischiando la perdita di geni importanti per conferire resistenza a parassiti, malattie e cambiamenti climatici. Ora che è stato raggiunto un progetto di genoma per il caffè (Zamir 2014), è più probabile che si realizzino metodi per migliorare la diversità genetica delle cultivar.

Caffè, tè e cioccolato contengono, tra molti altri prodotti chimici, alcaloidi, che sono essenziali per il sapore delle bevande risultanti. Gli alcaloidi sono composti amari contenenti azoto che si trovano quasi interamente nelle piante vascolari. Ci sono migliaia di alcaloidi, molti (la maggior parte?) tossico per gli insetti, e molti presentano anche proprietà fitotossiche e antifungine. Molti di questi sono anche tossici per l’uomo. (per ulteriori informazioni sugli alcaloidi vedere l’articolo intitolato “Tenere le pastinache” sotto le piante altrove su questo sito).

La caffeina (1,3,7-trimetilxantina) è forse l’alcaloide più noto in virtù della sua associazione con caffè e tè. In una sequenza di passaggi biochimici, gli enzimi nelle piante di caffè convertono un composto precursore chiamato xantosina in caffeina. Il contenuto di caffeina del caffè è determinato dalla miscelazione dei chicchi di C. arabica, che contengono relativamente poca caffeina, con quello di C. canephora (Robusto), che contiene relativamente più caffeina.

A breve distanza, si noti che la xantosina deriva dal composto strettamente correlato, la xantina, e che la xantina può essere trovata nei meteoriti. I meteoriti, naturalmente, hanno origine nello spazio e molti si sono scontrati con la Terra. Nel 2011, l’analisi di un meteorite atterrato nell’Antartico ha dimostrato che il materiale carbonioso come la xantina che è stato trovato nel meteorite doveva essere stato sintetizzato nello spazio esterno piuttosto che essere solo un contaminante originario della Terra!

Un secondo alcaloide universalmente presente nel caffè è la trigonellina che si presenta a concentrazioni solo marginalmente inferiori rispetto alla caffeina, ma è molto meno stabile e degrada a temperature di tostatura. Tuttavia, uno dei suoi prodotti di degradazione è un gruppo di composti chiamati piridine che sono i principali contributori al sapore e all’aroma distintivi del caffè preparato. (coffeechemistry.com). Un’altra importante categoria di composti nel caffè sono gli oli di cui ce ne sono centinaia (ad es., lipidi e trigliceridi) e che anche sono contributori principali al sapore ed all’aroma del caffè.

Il tè deriva il suo sapore da caffeina, polifenoli e oli essenziali, le cui proporzioni variano con l’età delle foglie e il metodo di lavorazione delle foglie raccolte. Il contenuto di caffeina delle foglie di tè può essere fino a tre volte quello dei fagioli C. arabica.

Uno dei passaggi intermedi coinvolti nella conversione della xantosina in caffeina produce teobromina, il principale alcaloide nel cioccolato. La teobromina, a sua volta, è il precursore della caffeina. Simili fasi biochimiche producono caffeina sia nell’albero del cacao che nel tè, ma sono coinvolti diversi geni ed enzimi antecedenti. Ci deve essere qualcosa di benefico (adattativo) per immagazzinare la caffeina nei tessuti o non sarebbe stato selezionato per piante non correlate. Un’ipotesi si basa sull’osservazione che la caffeina nel senescole foglie di caffè inibiscono la germinazione di semi di altre specie. Così le piante contenenti caffeina ottengono un vantaggio nella competizione per sostanze nutritive, luce e acqua. Un altro adattamento riguarda l’impollinazione. La caffeina nella pianta del caffè non è limitata ai semi, ma si trova in tutta la pianta, anche nel nettare secreto dai fiori della pianta del caffè. Si scopre che le api assomigliano agli umani in quanto “rispondono positivamente” alla caffeina nel nettare, cercandola e scegliendo fiori con caffeina rispetto ai fiori che mancano. Per altre specie animali, tuttavia, la caffeina è una tossina in grado di causare la sterilizzazione. L’intensa amarezza della caffeina e la sua alta concentrazione probabilmente sono sufficienti a scoraggiare gli insetti che cercano di consumare il tessuto carnoso che racchiude il seme di caffè all’interno del frutto.

Il cioccolato è preparato da semi di cacao fermentati di Theobroma cacao che vengono tostati e macinati e spesso aromatizzati con vaniglia, zucchero e talvolta grasso. Oltre a T. cacao, il genere Theobroma comprende da 30 a 50 specie di alberi tropicali americani che non producono cioccolato. Anche se Theobroma cacao è originario del Sud America, quasi la metà della fornitura di cacao commerciale del mondo proviene da una piccola area in Africa occidentale, entro 300 km della costa in Ghana e la Costa d’Avorio. In queste aree, sulla base di alcuni modelli climatici, un aumento medio della temperatura di 2,3 C potrebbe verificarsi entro il 2050. Questo riscaldamento influenzerebbe negativamente i tassi di crescita e respirazione degli alberi di Theobroma e gli effetti potrebbero apparire per la prima volta già nell’anno 2030 (Inter. Centro per Trop Agric). Tuttavia, altre aree attualmente inadatte alla produzione commerciale di cioccolato potrebbero, in risposta al riscaldamento previsto, diventare adatte ai produttori di cioccolato. L’effetto netto di questi cambiamenti nelle aree di coltivazione del cacao nei prossimi decenni non è chiaro.

La teobromina e la caffeina sono strettamente correlate e co-si verificano in molte specie vegetali oltre al cacao, inclusi, a concentrazioni relativamente basse, membri della famiglia degli agrumi (Rutaceae). La teobromina è meno coinvolgente, ma è uno stimolante del cuore più forte e vasodilatatore rispetto alla caffeina. Il contenuto di teobromina di cioccolato è abbastanza basso che normalmente, gli effetti tossici non sono una preoccupazione per gli esseri umani, ma è altamente tossico per cani e gatti. I semi di cacao contengono caffeina a concentrazioni che variano dallo 0,1 allo 0,7% mentre i grassi (burro di cacao) comprendono oltre ½ in peso del seme. Ci sono 30-40 semi (“fagioli”) in un baccello. I baccelli sono duri e fibrosi che forniscono una certa protezione dalla fauna selvatica, ma i baccelli possono essere aperti dai roditori e dalle scimmie che sono attratti dalla polpa dolce che circonda i semi. Superare il baccello richiede ancora che il predone resista ai tannini astringenti abbondanti nei baccelli e, naturalmente, agli alcaloidi amari.

La caffeina è anche un ingrediente negli alberi della foresta dell’Africa occidentale tropicale appartenente al genere Cola delle Sterculiaceae e noto come alberi di noce di cola. Il dado è la fonte della caffeina utilizzata dagli esseri umani come stimolante e bevanda analcolica e come trattamento per l’asma. Le noci di cola contengono circa 2-3, 5% di caffeina e 1,0-2,5% di teobromina e sono ancora oggi masticate da molte persone in Africa occidentale, presumibilmente per godersi la stimolazione della caffeina. Il Colageno è costituito da circa 125 specie di alberi di cui due servono come fonte della noce di cola-C. acuminata e C. nitida.

Cola acuminata fogliame, baccelli e semi.

Ancora un’altra pianta contenente caffeina è mate’ (yerba mate) che viene consumato ampiamente in America Latina, specialmente in Uruguay e Argentina e, in misura minore, in Spagna e Portogallo. Mate contiene meno dell ‘ 1% in peso di caffeina. Per preparare, le foglie di Ilex paraguariensis (Ilex è il genere a cui appartengono gli agrifogli del Nord America e dell’Europa; vedi sotto) vengono macinate in polvere e immerse in acqua calda. È interessante notare che, in comune con il tè e molte altre piante, mate contiene antiossidanti polifenolici ( ad esempio, acido clorogenico) che sono riconosciuti come aventi proprietà anti-cancro. Tuttavia, bere compagno a temperature molto elevate può aumentare il rischio di cancro esofageo, come potrebbe l’assorbimento di tè molto caldo. Altrimenti il mate non è attualmente classificato come cancerogeno e si ritiene che conferisca alcuni benefici cardiovascolari ai consumatori.

Confezione di foglie di tè yerba mate come disponibile negli Stati Uniti

Il Guarana ‘ (Paullinia cupana) delle Sapindaceae è una robusta liana tropicale che produce una tisana ricavata dai suoi semi che sono stati macinati polvere. I semi di Guarana ‘ sono alti (3,6-5,8%, o 2-4% a seconda della fonte) in caffeina rispetto al caffè (circa 2%). La pianta, originaria del bacino amazzonico, contiene anche piccole quantità di teobromina (200-400ppm). Come le altre piante contenenti caffeina, i suoi frutti e semi sono noti per respingere gli erbivori.

Fogliame e strutture riproduttive di Paullinia cupana.

Il tè Guaranà è importante nei rituali dei popoli nativi del Sud America e fu già trasportato dagli esploratori del 16 ° secolo in Europa dove fu presto consumato come bevanda. Attualmente, guarana ‘ è promosso come integratore alimentare che presumibilmente aumenta l’attività fisica. Altre specie del genere sono anche di interesse. P. yoco, la corteccia e il gambo di cui contiene caffeina, è usato dai popoli nativi della Colombia e dell’Ecuador in medicinali a base di erbe e per preparare una bevanda. Due specie strettamente correlate sono molto tossiche-P. cururu dell’America Centrale e delle Antille e del Sud America che produce una linfa altamente tossica che viene utilizzata come veleno per le frecce dai popoli nativi sudamericani, e P. pinnata del Sud America e dell’Africa, i cui steli sono usati per avvelenare i pesci nelle pozze e le cui radici e foglie sono utilizzate nelle medicine tradizionali.

Huito o Jagua, (Genipa americana delle Rubiaceae), un piccolo albero diffuso dei Caraibi e dell’America Latina, contiene “quantità molto elevate di caffeina nei suoi semi (botanical-online.com)” ma è principalmente il frutto che viene consumato. Il frutto di questa specie è usato nelle bevande e in vari piatti da dessert, nella decorazione della pelle e per alcuni disturbi. Un certo livello di caffeina è probabilmente presente nel frutto, ma questo non è verificato.

La famiglia di piante Aquifoliaceae comprende circa 400 specie, quasi tutte nel genere Ilex(agrifoglio). Oltre a yerba mate (sopra), altre specie del genere hanno servito come sostituti del tè. Forse il più usato in Nord America era Ilex vomitoria, lo yaupon o cassina, un arbusto nativo degli Stati Uniti meridionali, particolarmente comune su terreni sabbiosi. Le foglie di cassina hanno, secondo Fernald et al. (1958), una “quantità apprezzabile di caffeina, rendendo così…..loro leggermente stimolante”. Una corretta preparazione comporta l’essiccazione in forno delle foglie seguita dalla fresatura e dalla macerazione. Foglie di I. cassine, un altro agrifoglio del sud-est degli Stati Uniti, contengono anche caffeina e riferito fa un buon tè. Altri membri del genere, alcuni dei quali mancano di caffeina, sono anche possibili fonti di un tè appetibile.

Fernald, ML, A. C. Kinsey& R. C. Rollins 1958. Piante selvatiche commestibili del Nord America orientale. Harper & Bros. New York.

Zamir, D. 2014. Una sveglia con il caffè. Scienza 345:1124-1125.

Maggiori informazioni: Piante per bevande, Stimolando II