här är bara några växter som konsumeras av mänskligheten som en”stimulerande dryck”. I detta inlägg ligger fokus på växter som innehåller koffein och teobromin. Koffein är en alkaloid som finns i över 60 arter av kärlväxter, och som vi vet är en viktig ingrediens i kaffe, te och andra drycker.
Kemisk formel för koffein, en alkaloid
kaffedrycken härrör från rostade eller bakade frön av två arter av kaffeplantan (Coffea arabica och C. canephora) av familjen Rubiaceae. Te härrör från bladen av teplantan (Camellia sinensis) av familjen Theaceae, och choklad härrör från frön av en pod som fjädrar direkt från stammen av kakaoträdet (Theobroma cacao) av Sterculiaceae. Alla tre är träiga buskar eller små träd som kommersiellt planteras i nya och gamla världens tropiker och subtroper och alla härstammar från vilda skogsväxter. Arter av Coffea är infödda till tropiska Afrika inklusive bergskogarna i Etiopien, Camellia sinensis till Sydostasien och kakao till tropiska Amerika. Observera att den välbekanta Kamelia odlas för sina vackra blommor, är nära besläktad med te men av en annan art av Kamelia, C. japonica.
centrum för biologisk mångfald av kaffe är främst centrerat i Etiopiens högländer där avforestrering minskar genpooldiversiteten. Idag odlas mest kaffe i Brasilien, Columbia, Vietnam och Indonesien men över en miljon Etiopiska bönder odlar också kaffe. Odlare överallt förlitar sig på endast ett fåtal sorter för sina plantager som riskerar förlust av gener som är viktiga för att ge resistens mot parasiter, sjukdomar och klimatförändringar. Nu när ett utkast till genom för kaffe har uppnåtts (Zamir 2014) är det mer troligt att utveckla metoder för att förbättra kultivargenetisk mångfald realiseras.
kaffe, te och choklad innehåller bland många andra kemikalier alkaloider, som är väsentliga för smaken av de resulterande dryckerna. Alkaloider är bittra, kvävehaltiga föreningar som finns nästan helt i kärlväxter. Det finns tusentals alkaloider, många (mest?) giftigt för insekter, och många uppvisar också fytotoxiska och anti-svampegenskaper. Många av dessa är också giftiga för människor. (för mer om alkaloider se artikeln ”Håll Pastinakarna” under växter någon annanstans på denna webbplats).
koffein (1,3,7-trimethylxanthine) är kanske den mest kända alkaloid på grund av dess samband med kaffe och te. I en sekvens av biokemiska steg omvandlar enzymer i kaffeväxter en prekursorförening som kallas xantosin till koffein. Koffeininnehållet i kaffe bestäms genom blandning av bönor av C. arabica, som innehåller relativt lite koffein, med C. canephora (Robusto), som innehåller relativt mer koffein.
som en kort sida, notera att xantosin härrör från den närbesläktade föreningen, xantin, och att xantin kan hittas i meteoriter. Meteoriter har naturligtvis sitt ursprung i yttre rymden och många har kolliderat med jorden. Under 2011 underbyggde analys av en meteorit som landade i Antarktis att det kolhaltiga materialet som xantin som hittades i meteoriten måste ha syntetiserats i yttre rymden snarare än att bara vara en förorening med ursprung på jorden!
en andra alkaloid som är universellt närvarande i kaffe är trigonellin som uppträder vid endast marginellt lägre koncentrationer än koffein, men det är mycket mindre stabilt och bryts ned vid rostningstemperaturer. En av dess nedbrytningsprodukter är emellertid en grupp föreningar som kallas pyridiner som är viktiga bidragsgivare till den distinkta smaken och aromen av bryggt kaffe. (coffeechemistry.com). en annan viktig kategori av föreningar i kaffe är oljor av vilka det finns hundratals (t. ex. och triglycerider) och som också är huvudsakliga bidragsgivare till kaffets smak och arom.
te hämtar sin smak från koffein, polyfenoler och eteriska oljor, vars proportioner varierar med bladålder och metod för bearbetning av plockade löv. Koffeinhalten i teblad kan vara upp till tre gånger den för C. arabica bönor.
ett av de mellanliggande stegen som är involverade i omvandlingen av xantosin till koffein producerar teobromin, den huvudsakliga alkaloid i choklad. Teobromin är i sin tur föregångaren till koffein. Liknande biokemiska steg ger koffein i både kakaoträdet och i te men olika tidigare gener och enzymer är inblandade. Det måste finnas något fördelaktigt (adaptivt) för att lagra koffein i vävnader eller det skulle inte ha valts för i orelaterade växter. En hypotes är baserad på observationen att koffein i senescingkaffeblad hämmar spiring av frön från andra arter. Således får koffeinhaltiga växter en fördel i tävlingen om näringsämnen, ljus och vatten. En annan anpassning avser pollinering. Koffein i kaffeplantan är inte begränsad till frön utan finns i hela växten, även i nektaren som utsöndras av kaffeplantans blommor. Det visar sig att bin liknar människor genom att de ”svarar positivt” på koffeinet i nektar, söker det och väljer blommor med koffein framför blommor som saknar det. För andra djurarter är koffein emellertid ett toxin som kan orsaka sterilisering. Den intensiva bitterheten av koffein och dess höga koncentration är förmodligen tillräckliga för att avskräcka insekter som försöker konsumera den köttiga vävnaden som omsluter kaffefröet i frukten.
choklad framställs av fermenterade kakaofrön av Teobromacacao som är rostade och malda och ofta smaksatta med vanilj, socker och ibland fett. Förutom T. cacao innehåller släktet Theobroma 30 till 50 tropiska amerikanska trädarter som inte producerar choklad. Även om Theobroma cacao är infödd i Sydamerika, kommer nästan hälften av världens kommersiella kakaoförsörjning från ett litet område i Västafrika, inom 300 km från kusten i Ghana och Elfenbenskusten. På dessa områden, baserat på vissa klimatmodeller, kan en genomsnittlig temperaturökning på 2, 3 C inträffa år 2050. Denna uppvärmning skulle negativt påverka tillväxten och andningsgraden för Theobromaträd och effekter kan först visas så tidigt som år 2030 (Inter. Centrum för Trop Agric). Andra områden som för närvarande är olämpliga för kommersiell chokladproduktion kan emellertid, som svar på den beräknade uppvärmningen, bli lämpliga för chokladproducenter. Nettoeffekten av dessa förändringar i kakaoodlingsområden under de kommande decennierna är oklart.
Cola acuminata pod och frön.
teobromin och koffein är nära besläktade och förekommer i många växtarter förutom kakao, inklusive, vid relativt låga koncentrationer, medlemmar av citrusfamiljen (Rutaceae). Teobromin är mindre beroendeframkallande men är en starkare hjärtstimulans och vasodilator än koffein. Teobrominhalten i choklad är tillräckligt låg för att vanligtvis toxiska effekter inte är ett problem för människor men det är mycket giftigt för hundar och katter. Kakaobönor innehåller koffein i koncentrationer som varierar från 0,1 till 0,7% medan fetter (kakaosmör) består av mer än 6 kg per vikt av fröet. Det finns 30-40 frön (”bönor”) i en pod. Bälgen är hårda och fibrösa och ger ett visst skydd mot vilda djur men skida kan öppnas av gnagare och apor som lockas till den söta massan som omger fröna. Att komma förbi pod kräver fortfarande att marauder motstå sammandragande tanniner rikligt i skida och, naturligtvis, de bittra alkaloider.
koffein är också en ingrediens i skogsträd i tropiska Västafrika som tillhör släktet Cola av Sterculiaceae och känd som kola nut träd. Muttern är källan till koffein som används av människor som en stimulerande och läsk och som en behandling för astma. Kolanötter innehåller cirka 2-3, 5% koffein och 1,0-2,5% teobromin och tuggas fortfarande idag av många människor i Västafrika, förmodligen för att njuta av koffeinstimuleringen. Colagenus består av cirka 125 trädslag, varav två tjänar som källa till kola-muttern-C. acuminata och C. nitida.
Cola acuminata lövverk, skida och frön.
ännu en koffeininnehållande växt är mate ’ (yerba mate) som konsumeras i stor utsträckning i Latinamerika, särskilt i Uruguay och Argentina och i mindre utsträckning i Spanien och Portugal. Mate innehåller mindre än 1 viktprocent koffein. För att förbereda, blad av Ilex paraguariensis (Ilex är släktet som Hollies i Nordamerika och Europa tillhör, se nedan) males till ett pulver och genomsyrad av varmt vatten. Intressant nog, i likhet med te och många andra växter, innehåller mate polyfenolantioxidanter ( t.ex. klorogen syra) som erkänns ha anti-cancer egenskaper. Dock kan dricka kompis vid mycket höga temperaturer öka risken för matstrupscancer, som kan insupa mycket varmt te. Annars mate för närvarande inte klassificeras som cancerframkallande och tros ge vissa kardiovaskulära fördelar för konsumenterna.
paket med yerba mate-teblad som finns i USA
Guarana’ (Paullinia cupana) av Sapindaceae är en robust tropisk liana som ger ett örtte tillverkat av sina frön som har malts till en pulver. Guarana frön är höga (3,6-5,8% eller 2-4% beroende på källa) i koffein jämfört med kaffe (cirka 2%). Växten, som är infödd i Amazonasbassängen, innehåller också mindre mängder teobromin (200-400 ppm). Liksom de andra koffeinhaltiga växterna är dess frukter och frön kända för att avvisa växtätare.
Guarana ’ te är viktigt i ritualer av infödda folk i Sydamerika och transporterades redan av 16th century explorers till Europa där det snart konsumerades som en dryck. För närvarande främjas guarana som ett kosttillskott som förmodligen ökar fysisk aktivitet. Andra arter i släktet är också av intresse. P. yoco, vars bark och stam innehåller koffein, används av infödda folk i Columbia och Ecuador i växtbaserade läkemedel och för att förbereda en dryck. Två närbesläktade arter är mycket giftiga-P. cururu i Centralamerika och Antillerna och Sydamerika som producerar en mycket giftig sav som används som ett pilgift av sydamerikanska ursprungsbefolkningar, och P. pinnata i Sydamerika och Afrika, vars stjälkar används för att förgifta fisk i pooler och vars rötter och blad används i traditionella läkemedel.
Huito eller Jagua, (Genipa americana av Rubiaceae), ett utbrett litet träd i Karibien och Latinamerika, innehåller ” mycket höga mängder koffein i sina frön (botanical-online.com)” men det är främst frukten som konsumeras. Frukten av denna art används i drycker och i olika desserträtter, i huddekoration och för vissa sjukdomar. En viss nivå av koffein är sannolikt närvarande i frukten men detta är obekräftat.
växtfamiljen Aquifoliaceae omfattar cirka 400 arter, nästan alla i släktet Ilex(holly). Förutom yerba mate (ovan) har andra arter i släktet fungerat som teersättningar. Kanske den mest använda i Nordamerika var Ilex vomitoria, yaupon eller cassina, en infödd buske i södra USA, särskilt vanligt på sandiga markar. Bladen av cassina har, enligt Fernald et al. (1958), en ” märkbar mängd koffein, vilket gör…..dem milt stimulerande”. Korrekt förberedelse innebär ugnstorkning av löv följt av fräsning och stöpning. Blad av I. cassine, en annan järnek i sydöstra USA, innehåller också koffein och gör enligt uppgift ett gott te. Andra medlemmar av släktet, av vilka några saknar koffein, är också möjliga källor till ett smakligt te.
Fernald, M. L., A. C. Kinsey & R. C. Rollins 1958. Ätbara vilda växter i östra Nordamerika. Harper & Bros.New York.
Zamir, D. 2014. En väckarklocka med kaffe. Vetenskap 345:1124-1125.
Mer information: Dryckesväxter, stimulerande II
