Метилксантины – группа фитохимических веществ, полученных из пуринового основания ксантина. Наиболее изученными на данный момент являются природные метилксантины – кофеин, теофиллин и теобромин, а также синтетические метилксантины – пентоксифиллин и пропентофиллин. Данная группа веществ активно применяется при лечении заболеваний бронхолегочной, сердечно-сосудистой и нервной систем.
Кофеин и родственные ему алкалоиды (теофиллин и теобромин) являются «вторичными метаболитами» – фито-химическими веществами, не играющими ключевой роли в первичных метаболических процессах растений, но которые можно назвать природными пестицидами, повышающими общую способность растений к выживанию при взаимодействии с окружающей средой [Kennedy et al., 2022]. Синтезируются данные вещества преимущественно в тех частях растений, которые чаще всего подвергаются попыткам поедания со стороны различных животных, выполняя, за счет придания этим частям растения горького вкуса, сдерживающую роль. Таким образом, в чайных растениях кофеин в основном образуется и накапливается в листьях, а не в семенах и плодах: его содержание в молодых чайных листьях составляет 2–3 % от сухого веса и этот показатель даже выше, чем в листьях кофе.
В XXI веке кофеин является одной из самых популярных и широко потребляемых субстанций во всем мире. Потребление кофе в мире в 2020–2021 годах составило около 10 миллионов тонн, и, например, в США более 90 % взрослых употребляют его в средней суточной дозе не менее 200 мг [Frary et al., 2005].
Важно помнить, что в кофе – одном из самых популярных кофеинсодержащих продуктов, помимо кофеина содержится более чем 800 летучих соединений, в том числе, хлорогеновая кислота [Nieber 2017].
Такая популярность кофеина, вероятнее всего, обусловлена как определенными традициями и вкусом, так его тонизирующим эффектом. Его основным натуральным источником являются зерна кофе, однако он также может присутствовать в других растениях, включая чайные листья, орехи колы, ягоды гуараны и какао-бобы. Кофеин может содержаться и в энергетических безалкогольных и алкогольных напитках, жевательных резинках и лекарственных средствах [Rodak et al., 2021]. Регулярное употребление кофеина можно считать привычкой, но необходимо помнить, что в некоторых ситуациях, она может переходить в зависимость [Meredith et al., 2013; Anderson et al., 2012].
Содержание кофеина в продуктах варьируется в очень широких пределах и зависит от производителя и используемого сырья. Это связано с тем, что в конечном продукте он может оказаться двумя способами: добавлен в процессе приготовления (кофеин, добавляемый в продукты, обычно получается методом декофеинизации) или изначально находиться в используемом ингредиенте [Nieber 2017]. Важное значение при проведении различных исследований, связанных с эффектами кофеина, имеет и оценка его потребления. Для этого наиболее часто используются специальные опросники, например, в научных исследованиях используется опросник «Caffeine Consumption Questionnaire-Revised» (CCQ-R), который имеет подтвержденные надежность и валидность [Jessica et al., 2016].
История применения кофеина
История кофеина насколько интересна, настолько и окутана множеством мифов, что не всегда позволяет отделить правду от вымысла, но делает изучение этого вопроса не менее интересным. Например, одна из версий гласит, что психостимулирующее действие кофеина было обнаружено пастухом, который заметил, что овцы, наевшиеся ягод дикого кофе, были более энергичными (“…his goats dancing joyously around a dark green leafed shrub with bright red cherries.”). Вскоре он сам попробовал эти ягоды и ощутил эффекты, которые в настоящее время связывают со стимуляцией центральной нервной системы [Heckman et al., 2010]. Уже в XIX веке на рынке начали появляться содержащие кофеин коммерческие газированные напитки “Dr. Pepper”, “Coca-Cola” и “Pepsi-Cola”, и до сих остающиеся очень популярными [Drewnowski et al., 2016].
Несмотря на то, что сообщения об использовании кофе датируются IX веком, длительное время (до середины XIX века) кофеин воспринимался только как пищевой компонент. Соединение было впервые выделено в 1819 году немецким исследователем Фердинандом Рунге по просьбе профессора химии и технологий Иоганна Вольфганга Дёберейнера и философа Вольфганга фон Гёте и получило название «kaffein», но позже было включено в медицинский словарь под названием «caffeine» на английском языке [Weinberg, A.; Bealer, B.K., 2001]. В последующие годы (1827–1865) кофеин иногда изолировалось из других растений под разными названиями: например, теин.
Химическая структура кофеина была впервые предложена в 1875 году Людвигом Медиком (1847–1915), который вывел ее из уже известного чистого соединения [Meusinger R., 2009]. Структуры кофеина и других метил-ксантинов были описаны в 1882 году Германом Эмилем Фишером в серии исследований по синтезу пуринов, которые в последующем были процитированы в его трудах, получивших Нобелевскую премию по химии в 1902 году [Fischer,