«Ваниль»

Ваниль

Редакторы Эрик Оду и Мишель Гризони

Эта книга посвящена памяти доктора Мигеля Анхеля Сото Аренаса (1963–2009).

Фото на обложке:

Слева: Обработка зрелых стручков Vanilla planifolia © Michel Grisoni, CIRAD.

Справа: Vanilla planifolia в полном цвету © René Carayol, Région Réunion.

Предисловие

Ваниль – наследие Мексики, как и шоколад, один из основных мировых деликатесов. Она – компонент множества сладостей, мороженого и кола-напитков. Запах ванили ценится большинством людей во всем мире в любой концентрации. Это большой рынок, объемом почти полмиллиарда евро в год – и всего лишь несколько стран производят стручки этой тропической орхидеи. Орхидеи, с особыми требованиями к почве и климату, чувствительной к вредителям и болезням и имеющей мало генетических отличий в регионах выращивания из-за исключительно вегетативного размножения. При этом некоторые из основных регионов, такие как Мадагаскар, регулярно подвергаются тропическим штормам. Всё это делает ваниль уязвимой культурой и приводит к значительным ежегодным изменениям цен. Кроме того, зеленые стручки нуждаются в сложной процедуре обработки, в результате которой получается конечный продукт – стручки темного цвета, содержащие большое количество ванилина. Этот процесс до сих пор недостаточно изучен, хотя он имеет решающее значение для возникновения аромата ванили.

Проблема с поставками привела к усилиям по запуску производства в других регионах, и даже в теплицах, а также к поиску других источников ванилина. Поскольку основные потребители – пищевая промышленность и производство напитков, предпочтительным источником является природный, а значит, ванилин произведенный другими растениями или микроорганизмами, включая микробную биоконверсию предшественников ванилина. Поэтому ванилин, как природного, так и синтетического происхождения, доступен в чистом химическом виде. Однако, чистое соединение не дает того же аромата, что стручки ванили или их экстракты. Из-за большой разницы в цене между такими товарами – фальсификация не редкость.

Этот очень краткий очерк предваряет рассказ о существовании разнообразных исследований. Они включают в себя биотехнологию, направленную на поиск новых методов производства ванилина, агробиологические исследования для повышения урожайности и устойчивости растений к болезням, энтомологию для поиска возможных опылителей, необходимых в районах за пределами первоначальной среды обитания, исследования химии и биохимии процесса обработки и, к сожалению, продвинутую аналитическую химию, позволяющую идентифицировать фальсификации – стручки с добавлением ванилина и синтетический ванилин вместо натурального.

Книга же дает отличный обзор по этим темам. Все главы написаны экспертами, каждый из которых имеет многолетний опыт работы в своей области. Она показывает прошлое, настоящее и будущее ванили и, без сомнения, будет долгие годы служить исчерпывающим источником сведений и стандартным справочником для тех, кто интересуется этой деликатной культурой, включая производителей, флейвористов, исследователей и потребителей.

Роб Верпоорте

Кафедра фармакогнозии/метаболомики Лейденского университета

Лейден, Нидерланды

Глава 1. Ванилоидные орхидеи

Систематика и эволюция

Ваниль и её родственники – выжившие представители древней линии цветковых растений. Многие из них обитают в отдаленных районах, а некоторым угрожает исчезновение. Мы, конечно, много знаем о Vanilla planifolia – о методах выращивания, болезнях, поражающих окультуренные лианы, и способах обработки стручков – но фундаментальная естественная история всего рода Vanilla и его ближайших родственников все еще плохо известна. Систематическое изучение этих растений было и остается предметом споров. По этим причинам обнадеживает тот факт, что в последние годы возрос уровень знаний об их классификации и эволюции, что произошло в первую очередь благодаря широкому использованию данных на основе ДНК в систематических исследованиях (например, см. Cameron, 2003, 2004, 2006 г.).

Ванилоидные орхидеи оказалось трудно классифицировать в рамках какой-либо конкретной подтрибы, трибы или подсемейства семейства орхидные до конца двадцатого века. С одной стороны, у них есть полностью пригнутый, единственный пыльник, как у различных передовых линий орхидей. С другой стороны, они демонстрируют множество признаков, которые среди орхидей рассматриваются как примитивные. Ботаники теперь считают, что единственный пыльник на апексе колонки цветка ванили поднялся в результате эволюционного процесса, отличного от эволюционного процесса почти всех других орхидей (т.е. по этой и другим причинам, упомянутым ниже, ваниль и родственные ей орхидеи теперь классифицируются в рамках своего собственного уникального подсемейства Vanilloideae, как показано на рисунке 1.1.

РИСУНОК 1.1. Кладограмма, изображающая филогенетические взаимоотношения между подсемействами Orchidaceae и между родами Vanilloideae, на основе комбинации данных о последовательностях ядерной, митохондриальной и пластидной ДНК. Подсемейство делится на две трибы: Pogonieae и Vanilleae. Обратите внимание, что Vanilla имеет общего предка с кладой из четырех родов, включая Galeola и Pseudovanilla.

По мере того, как мы продвигаемся дальше в двадцать первый век и в эру геномики, нет никаких сомнений в том, что селекционеры будут стремиться улучшить ваниль как культурное растение, используя генетические модификации. При любых будущих генетических исследованиях структуры и развития цветка и/или плода ванили следует внимательно изучить другие роды Vanilloideae с общим происхождением, а не проводить прямые сравнения только с более отдаленными родственными орхидеями или другими цветущими растениями. Такие сравнения могут вводить в заблуждение предположением о гомологии. Этот момент лучше всего понять, если учесть, что за более чем 65 миллионов лет ванилоидные орхидеи адаптировались к различным специализированным средам обитания, опылителям и стратегиям распространения семян. Все они имеют общий фундаментальный геном, основанный на ныне вымершем предке, и всё же различия в экспрессии и регуляции генов в конечном итоге определяют – обитает ли данная ванилоидная орхидея в тропиках или выдерживает температуру значительно ниже нуля, растет ли она как прямостоячая трава или как лиана и даст ли она сухую безвкусную коробочку или ароматный мясистый плод. Поскольку геномная и протеомная технологии со временем применяются и к культурным растениям, имеющим меньшую экономическую ценность (по сравнению, например, с зерновыми и бобовыми), то исследования, направленные на улучшение ванили, могут также пожелать рассмотреть другие виды трибы Vanilleae или подсемейства Vanilloideae. К примеру, можно было бы создать более устойчивые к холоду и тени ванильные лианы, сначала изучив физиологию и генетический состав Cyrtosia, близкого родственника, который выживает в лиственных лесах Японии и Китая. На основе этих аргументов здесь представлен обзор систематики (научного изучения разнообразия и классификации) ванилоидных орхидей, чтобы подготовить почву для более полного понимания биологии V. planifolia и этих исключительных орхидей.

Эволюция ванилоидных орхидей

Среди биологов сохранилась необоснованная гипотеза о том, что семейство орхидей появилось сравнительно недавно по сравнению с другими цветковыми растениями. В поддержку этого мнения ботаники ссылаются на относительно низкий уровень генетического разнообразия среди родов и видов орхидей, многие из которых можно легко гибридизировать друг с другом. Они приводят в свидетельство то, что геологически молодые Анды в Южной Америке и высокогорья Новой Гвинеи являются центрами наибольшего разнообразия орхидей. Тесная связь между орхидеями и социальными пчелами, которые, как считается, эволюционировали намного позже, чем другие насекомые, также является доказательством, а тот факт, что большинство родов орхидей встречается либо в палеотропиках, либо в неотропиках, но редко в пантропиках, указывает некоторым, что Orchidaceae эволюционировала совсем недавно и определенно спустя долгое время после разделения сегодняшних континентов.

Молекулярно-филогенетические исследования Vanilloideae ставят под сомнение представление о том, что все семейство орхидей появилось недавно, и новые взгляды на систематику орхидных принижают или даже противоречат некоторым фактам, упомянутым выше. Например, Vanilla – один из немногих родов орхидей с трансокеанским распространением, которое не может быть полностью связано с распространением на большие расстояния. Существующие виды обитают в Северной и Южной Америке, Африке и Азии (см. рис. 1.2). Тот факт, что ванилоидные орхидеи выживают в районе Гайанского щита в Южной Америке, в тропической Австралии и Африке, на Мадагаскаре и на острове Новая Каледония (невулканический остров в Тихом океане со своеобразной древней флорой, отделившийся от Гондваны около 65 миллионов лет назад), может также свидетельствовать об их значительном возрасте и возможном статусе древних реликтов (Cameron, 1999, 2000).

РИСУНОК 1.2. Палеотропическое распространение Vanilla и оценки видового разнообразия в каждом географическом регионе.