綠茶茶湯冷凍濃縮研究初報

王志嵐，許勇泉，尹軍峰，*，葉國注，張瑞蓮，楊宇宙，陳建新，汪 芳

（1.中國農業(yè)科學院茶葉研究所，農業(yè)部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室，浙江杭州310008；2.中國農業(yè)科學院研究生院，北京100081）

綠茶茶湯冷凍濃縮研究初報

王志嵐1，2，許勇泉1，尹軍峰1，*，葉國注1，2，張瑞蓮1，2，楊宇宙1，2，陳建新1，汪 芳1

（1.中國農業(yè)科學院茶葉研究所，農業(yè)部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室，浙江杭州310008；2.中國農業(yè)科學院研究生院，北京100081）

對綠茶茶湯的冷凍濃縮特性作了初步的研究，探討了溫度、冰相和液相濃度、濃縮比、溶質損失率之間的關系，并對濃縮前后茶湯進行了感官上的比較。結果表明，對于初始濃度為2°Brix的茶湯，茶湯初溫5℃，冷凍溫度在結晶點附近-4～-5℃時，濃縮效果最好，經濃縮后的茶湯品質穩(wěn)定。

冷凍濃縮，綠茶，溫度

我國是茶葉生產大國，茶飲料的生產方式，發(fā)展初期均由飲料公司全程組織生產，而發(fā)展的趨勢是逐步轉向由原料廠商直接生產茶濃縮汁，供應給飲料生產廠商添加配料和水灌裝成商品茶水飲料［1］。世界上一些大型的飲料廠商，如可口可樂就運用了這樣的生產方式，可最大限度地保持產品質量穩(wěn)定，節(jié)約大量運輸費用和生產成本，利于在分銷區(qū)開設工廠進行生產［2-3］。同時茶濃縮汁還可方便地用于食品和醫(yī)藥添加，并可由市售飲料機或家庭用于含茶飲料的勾兌，快捷方便。因此，高品質的茶濃縮汁和速溶茶粉的加工技術就顯得非常重要［4］。適合配制茶飲料的茶濃縮汁，除要求保持原茶葉所具有的色香味外，還要求具有良好的溶解性、澄清度，不易出現混濁或沉淀。傳統(tǒng)上采用熱蒸發(fā)濃縮的工藝來濃縮茶汁，茶葉風味損失大，香氣差［5］。冷凍濃縮是當前發(fā)展迅速的一種濃縮方式，由于在低溫常壓下操作，具有可阻止不良化學變化和生物化學變化及風味、香氣和營養(yǎng)損失小等優(yōu)點，特別適用于濃縮熱敏性液態(tài)食品、生物制藥、要求保留天然色香味的高檔飲品及中藥湯劑等。隨著社會對高檔產品需求量的增加，冷凍濃縮技術將進一步顯示出其優(yōu)越性及必要性［6］。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

綠茶茶湯 由課題組提供的綠茶速溶茶粉配制。

冷凍濃縮儀器，手持糖度計等。

1.2 實驗方法

1.2.1 冷凍濃縮儀器的研制 本實驗所用的冷凍濃縮處理設備由中國農業(yè)科學院茶葉研究所，農業(yè)部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室自主研制，由東南制冷公司協助制造，儀器示意圖如圖1所示。該裝置利用冷凍液作為冷媒對工作料液進行冷凍濃縮。冷槽有效容積約為10L，旋轉刮板帶有2個筆直刮刀垂直置于冷槽內部。槽內的工作料液通過桶壁外圍的冷凍液制冷，冷凍液由連接的大型制冷設備調節(jié)溫度。刮板將桶壁上生成的細小冰晶刮入工作料液中，在轉軸的攪拌作用下，小冰晶融化，大冰晶成長，不斷生成冰晶。

1.2.2 綠茶茶湯的配制 用速溶茶粉按一定比例配制成濃度為2°Brix的綠茶茶湯。

圖1 冷凍濃縮實驗裝置簡單示意圖

1.2.3 茶湯初溫對冰晶純度的影響 將茶湯進行預冷卻，使其初溫分別為0、5、10、15℃后，在冷凍溫度為-5℃下制冷，分別統(tǒng)計茶湯結晶需要的時間和冰晶中殘留茶湯含量。

1.2.4 不同冷凍溫度對濃縮效果的影響 將經過預冷卻初溫均為5℃的茶湯，分別在-3、-5、-8、-10、-12℃下進行冷凍濃縮，每一溫度下得出5個不同的結冰量，分離冰晶后，分別測定冰晶和濃縮液的體積和濃度，計算出濃縮比和溶質損失率。

1.2.5 檢測方法 用手持糖度計測定茶湯濃度，濃縮比和溶質損失率用以下兩個公式進行計算，式中C為濃度，V為體積。采用感官審評的方法對濃縮前后茶湯的風味進行比較。

2 結果與分析

2.1 茶湯初溫對冰晶純度的影響

將茶湯分別置于不同的溫度下，使其具有相應的初始溫度。再放入儀器中-5℃下制冷，分別統(tǒng)計茶湯結晶需要的時間和冰晶中茶湯殘留含量，進行比較分析，結果如表1所示。

表1 茶湯初溫對冰晶純度的影響

茶湯初溫為5℃時，結晶的時間較短且冰晶純度較高。因此，對茶湯做適當的預冷卻，不僅可以縮短結晶所需的時間，提高效率，還有利于提高冰晶的純度。而溶液初溫過低，冰晶的生長速度過快，會降低冰晶的純度。

2.2 不同冷凍溫度對濃縮效果的影響

在不同的溫度條件下對茶湯進行冷凍濃縮，得到圖1～圖4。

原始茶湯在冷凍溫度0～-3℃冷凍30min以上未發(fā)現有冰晶生成，說明此冷凍溫度還未達到茶湯的結冰點；在-4℃進行冷凍時，溶液中生成在桶壁上松軟、易分離的薄層冰，經刮刀刮下后，懸浮在茶湯表面，成為懸浮冰，且隨著冷凍時間的延長，懸浮冰的數量不斷增多，冰晶內雜質含量隨冷凍溫度的降低而增多，其原因在于：冷凍溫度降低，冰晶生長速度加快，一方面，會在溶液內形成頻繁的強烈干擾，使冰晶生成更多細而密的分枝，夾帶更多雜質；另一方面，會加快水分子向固/液界面運動的速度，一旦這個速度超過溶質向界面運動的速度，溶質就會被冰晶包藏。在-8℃及更低的溫度冷凍時，茶湯中生成的冰晶主要是附著于桶壁上，迅速生成，且冰層厚度較大，質地堅硬，另外可見少量的冰晶顆粒漂浮于茶湯表面，這是由于溶液廣泛成核而使冰晶生長空間受限制導致的?？梢?，對于初始濃度為2°Brix的茶湯，最佳的冷凍范圍是在結晶點附近，為-4～-5℃。

圖1是綠茶茶湯在不同溫度下進行濃縮時，冰相中濃度的變化情況。從圖中可以看出，隨著結冰量的增加，冰相中的濃度起初趨于平緩，而后開始增加。而在結晶點溫度附近時，冰相中的茶湯殘留量遠低于冷凍溫度較低時的殘留量，說明在結晶點溫度附近進行濃縮，冰晶中含有的茶湯雜質較少，濃縮效果較好。

圖1 冰相濃度在不同溫度和結冰量下的變化

圖2是綠茶茶湯在不同溫度下進行濃縮時，液相中濃度的變化情況。從圖中可以看出，隨著結冰量的增加，液相中濃度也逐漸增加，最高濃度可達到3.6°Brix，說明濃縮過程順利。另外，在濃縮初期，不同溫度條件下液相濃度差別很大，隨著濃縮的進行，均急劇地增加，依次達到濃縮的最大點。

圖2 液相濃度在不同溫度和結冰量下的變化

圖3是在不同溫度下進行濃縮時濃縮比的變化情況，可以看出，濃縮初期，冷凍溫度越低，濃縮比越高，而后隨著結冰量的增加，濃縮比均逐漸增加，最后趨于平緩達到最大濃縮比。

圖3 濃縮比與結冰量之間的關系

圖4表明溶質損失率隨結冰量變化而變化的情況。從圖4中可以看出，在相同結冰量條件下，冷凍溫度越低，溶質損失率越大；冰晶剛生成時，溶質損失率增加緩慢，而當結冰量增加到一定程度后，溶質損失率隨之急劇增加。在整個濃縮過程中，茶湯的結晶點附近，尤其在-5℃下溶質損失率最小，而-12℃時溶質損失率最高，且溶質損失率隨著結冰量的增加而增加。結果表明，如果要降低損失率，則需要在結晶點附近進行濃縮。

圖4 溶質損失率和結冰量之間的關系

2.3 綠茶茶湯冷凍濃縮前后品質的感官比較結果

經感官比較后得出，濃縮前湯色呈黃綠色，滋味醇爽稍帶苦澀，香氣稍帶熟味；濃縮后的茶湯顏色明顯加深，苦澀味加重，且熟味消失。因此，可見濃縮過后茶湯的湯色和滋味均加重，香氣略有改變，基本上保持了濃縮前的原有風味，品質穩(wěn)定。

3 討論

自上世紀50年代末學者們開始關注冷凍濃縮這一工藝以來，人類對冷凍濃縮技術的研究已有較長的歷史。隨著眾多學者的深入研究及實驗設備的不斷改進，近年來有關冷凍濃縮技術的研究成果時常見諸報道。Milind V.Rane等［7］和 Durward Smith等［8］分別研究了冷凍濃縮工藝對甘蔗汁和蘋果汁的影響，對濃縮前后進行了感官上的比較，發(fā)現濃縮后品質穩(wěn)定，基本保持了濃縮前的原有風味。本實驗在自行設計的儀器設備條件下，對綠茶茶湯進行了冷凍濃縮的初步研究，找到了冷凍濃縮的一些規(guī)律，這表明了該技術在茶湯中的可行性，為設備的進一步優(yōu)化和今后的研究提供了一定的指導性。結果表明，對茶湯做適當的預冷卻，且冷凍溫度位于結晶點附近，冰晶純度高，濃縮效果好。另外，有文獻指出［9］，攪拌速率也是影響濃縮效果的一個重要因素，本實驗忽略了攪拌速度的影響，均定為中速轉速。

冷凍濃縮技術現已證明其優(yōu)質可靠，極具市場活力。隨著社會的進步，經濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，冷凍濃縮這一低能耗、可生產高質量產品的加工技術具有很大的發(fā)展?jié)摿?。對冷凍濃縮技術來說，應在提高冰晶純度、減少固形物損失及降低生產成本方面加以深入研究，這樣才能充分發(fā)揮其自身的優(yōu)勢。冷凍濃縮在茶飲料的濃縮方面具有很大的應用價值，可以使茶飲料中含有的營養(yǎng)成分與風味物質等得到最大限度的保護。同時，整體的冰結晶又是很好的蓄冷、降溫用冷源。這些方面對于保護環(huán)境、促進資源的再利用都是很有意義的。

［1］劉松濤.茶飲料市場現狀及其發(fā)展［J］.食品工業(yè)，2003（4）：49-50.

［2］陳謙.茶飲料市場分析初探［J］.福建輕紡，2002（4）：8-10.

［3］羅龍新，尹軍峰，錢曉軍.茶汁膜分離濃縮工藝與熱蒸發(fā)濃縮工藝的比較研究［J］.茶葉科學，2000，20（1）：30-35.

［4］丁俊之.充分發(fā)揮比較優(yōu)勢，加快發(fā)展茶飲料［J］.福建茶葉，1999（4）：38-39.

［5］章忠明.我國茶飲料市場發(fā)展現狀及趨勢［J］.茶葉科學技術，2003（3）：11-12.

［6］馮毅，譚展機.冷凍濃縮在飲料加工中應用的可行性研究［J］.飲料工業(yè)，2002（5）：1-3.

［7］Milind V Rane，Siddharth K Jabad.Freeze concentration of sugarcane juice in a jaggery making process［J］.Applied Thermal Engineering，2005，25：2122-2137.

［8］DurwardSmith，CarolRingenberg，Erik Olson.Freeze concentration of Fruit juice［R］.Foodamp;Nutrition Safety，2006.

［9］袁林峰，閔華，黃霞萍.甘蔗汁冷凍濃縮特性研究初報［J］.江西農業(yè)學報，2002，14（1）：61-64.

Preliminary study on freeze concentration of green tea

WANG Zhi-lan1，2，XU Yong-quan1，YIN Jun-feng1，*，YE Guo-zhu1，ZHANG Rui-lian1，2，YANG Yu-zhou1，2，CHEN Jian-xin1，WANG Fang1
（1.Tea Research Institute，Chinese Academy of Agricultura Sciences，Key Laboratory of Manufacture and Quality Control of Tea and Beverage Plants，Ministry of Agiculture，Hangzhou 310008，China；2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）

The characteristics of freeze concentration of green tea were studied，the relationships among the temperature and concentration of ice phase and liquid phase，concentrating ration and rate of solute loss were explored，and the special flavor of the concentrated green tea was compared with that of the unconcentrated.The results showed that for the initial concentration of 2°Brix of green tea，initial temperature of 5℃，freezing temperature of-4～-5℃，concentration effect was the best.

freeze concentration；green tea；temperature

TS272.5+1

B

1002-0306（2011）02-0208-03

2009-11-05 *通訊聯系人

王志嵐（1985-），女，碩士研究生，主要從事茶葉深加工方面的工作。

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（3-35-15）；浙江省重大科技專項（2008C12038）。