紅茶發(fā)酵技術研究現(xiàn)狀分析

錢園鳳，葉 陽 ，周小芬，王 博

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，浙江省茶葉加工工程重點實驗室，浙江杭州310008;2.中國農(nóng)業(yè)科學院研究生院，北京100081)

紅茶發(fā)酵是指茶樹鮮葉半透性液泡膜受損傷后，液泡內(nèi)多酚類物質與酶系統(tǒng)的區(qū)隔化被破壞，發(fā)生酶促氧化反應，并產(chǎn)生一系列氧化、聚合、縮合等反應生成有色氧化產(chǎn)物茶黃素(TFS)、茶紅素(TRS)和茶褐素(TB);同時伴隨著其它化合物的化學反應，形成了紅茶特有的色、香、味品質的過程。茶黃素影響著茶湯的明亮度和鮮爽度;茶紅素則決定著茶湯的濃度和色澤［1-2］。因此，發(fā)酵過程既是紅茶加工的重要工序，也是形成紅茶特有品質的關鍵工序。

1 紅茶發(fā)酵過程的化學基礎

紅茶發(fā)酵推薦圖解見圖1。紅茶發(fā)酵的實質是以多酚類化合物為主體發(fā)生酶促或非酶促氧化反應的化學變化過程。多酚類的主要組成物質兒茶素在多酚氧化酶催化下，氧化生成鄰醌，再由鄰醌間配對進行聚合反應形成茶黃素及其沒食子酸酯。鄰苯二酚或連苯三酚以及沒食子酸等物質也可氧化生成鄰醌，隨后聚合形成聯(lián)苯酚醌類中間產(chǎn)物，聯(lián)苯酚醌很不穩(wěn)定，還原可形成雙黃烷醇類，氧化可形成茶黃素和茶紅素等物質。

此外，發(fā)酵過程中，形成了紅茶特有的基本風味。有研究顯示，構成紅茶香氣的主要芳香物質，尤其是具有濃烈花香和果實香的苯甲醇、苯乙醇、沉香醇氧化物、順-乙-戊烯醇、順茉莉酮等芳香物質在發(fā)酵工序中成倍增加［2，4-5］。同時此過程中氨基酸含量、淀粉、多糖和葉綠素減少;咖啡堿含量變化不大;單糖、有機酸含量有所增加［1-2］。

圖1 紅茶發(fā)酵推薦圖解［3］Fig.1 Recommend diagram of black tea fermentation

2 發(fā)酵的主要技術因子

2.1 發(fā)酵溫度

溫度是影響紅茶發(fā)酵質量的重要因子，包括葉溫和環(huán)境溫度。發(fā)酵溫度的高低直接影響到酶活性的下降速率。葉溫過低，酶活性弱，達不到內(nèi)含成分轉化的要求，同時轉化進展緩慢;時間長，內(nèi)含物不豐富，香低、味淡、色暗。高溫發(fā)酵時，酶活性下降速率較低溫條件下要快得多;葉溫過高，不但會加速酶蛋白與氧化了的多酚類結合形成不溶性復合物，而且多酚類氧化過于激烈，造成TRS迅速增加，并進一步氧化聚合成暗褐色的茶褐素，不利于紅茶品質的提高。不論是對發(fā)酵中酶活性的影響，還是對發(fā)酵過程理化變化的影響，眾多研究資料顯示溫度技術因子的最終作用是影響紅茶發(fā)酵中色素的形成。

發(fā)酵時一般氣溫24～25℃，葉溫不超過30℃對茶葉品質最有利［6］。研究顯示在15～35℃范圍內(nèi)發(fā)酵，隨溫度的升高，TFS形成期逐漸縮短，高峰期出現(xiàn)提前但峰值降低，TFS消耗增加而TRS形成加快，可見溫度升高明顯增加TFS消耗，促進TRS形成［7-11］。陳以義［12-13］通過變溫發(fā)酵實驗，提出先高溫后低溫發(fā)酵生成的TFS能達到最大量。

2.2 發(fā)酵濕度

濕度，一是指發(fā)酵葉本身的含水量，二是指空氣的相對濕度。葉子的本身含水量，影響葉汁濃度的大小，從而影響發(fā)酵正常進行。水不但是茶葉發(fā)酵過程中多酚類酶促氧化、香氣形成等化學變化不可缺少的介質，而且水分本身又是許多化學反應的直接參與者。發(fā)酵葉需要有足夠的含水量，發(fā)酵環(huán)境也需保持足夠高的相對濕度，發(fā)酵才能取得良好的效果。發(fā)酵室必須保持高濕狀態(tài)，一般要求相對濕度在95%以上，以控制發(fā)酵葉水分蒸發(fā)，使發(fā)酵順利進行。濕度未達到時，采用撒水、噴霧或者蓋濕布等增濕措施。

2.3 發(fā)酵程度

不同種類的紅茶對發(fā)酵程度要求不同，如工夫紅茶品質特點是濃、甜、醇，則發(fā)酵程度以達到桂花香、果香為好，發(fā)酵時間從揉捻算起一般春茶約需3～5h，夏秋茶約需 2～3h［1］。紅碎茶(切細紅茶)具有濃、強、鮮等特征，則要求發(fā)酵程度相對較輕，達到清香或蘭花香為宜。梁名志［14］、Muthumani［15］研究表明紅碎茶發(fā)酵時間以45min為佳，此時TFS含量最高。紅茶發(fā)酵時間長短因葉質老嫩、揉捻條件不同而差異較大。發(fā)酵結束不能單看發(fā)酵時間長短，應以發(fā)酵程度為準。準確掌握發(fā)酵程度是制造優(yōu)質紅茶的重要環(huán)節(jié)，實踐中利用香氣和葉色的變化加以綜合判斷。發(fā)酵的后續(xù)過程中多酚類化合物仍有酶促氧化和非酶促氧化的反應，可使發(fā)酵過度，生產(chǎn)上常遵循“適度偏輕，寧輕勿重”的原則。

2.4 pH

茶葉揉捻后細胞破碎，細胞汁液的酸堿度接近中性，隨著萎凋、發(fā)酵工序的進行，細胞汁向酸性變化，這正與酶的最適pH(多酚氧化酶為5.0～5.5，過氧化物酶為4.1～5.0)相適應［2］。有關pH對紅茶色素形成的影響主要有三種研究觀點:一是紅茶發(fā)酵時，pH降低對過氧化物酶有利，使過氧化物酶與多酚氧化酶活性比增加，從而引起TFS的氧化降解［16］;二是降低pH，改變了兒茶酚類的氧化還原電位，導致沒食子兒茶素氧化速率下降，而簡單兒茶素的氧化速率卻保持基本不變，從而使兩類兒茶素鄰醌的形成比例趨于合理，增加了TFS的形成量［17］;三是pH雖影響到TFS的酶促合成，但是減緩TFS的非酶促氧化消耗速率，反而促進了 TFS 積累［9-10，18-22］。

3 紅茶發(fā)酵過程中新技術的應用

近年來隨著食品工程、酶工程等技術的發(fā)展，在紅茶發(fā)酵工序中不斷采用新的技術進行加工。

3.1 冷凍萎凋技術

紅茶發(fā)酵之前要經(jīng)過萎凋處理，適度的萎凋可以提高發(fā)酵所需酶的活性，保證發(fā)酵過程中有較充足的水分作為物質反應的介質，提高發(fā)酵質量。袁弟順等［23］將萎凋葉在-17℃條件下速凍2h處理，冰凍的萎凋葉葉細胞的破碎率增大，發(fā)酵時間縮短，制成的紅茶品質與水浸出物的浸出速率明顯提高。黃建琴［24］、Muthumani［25］均是將鮮葉在-20℃ 環(huán)境下冷凍2h，結果都表明鮮葉經(jīng)冷凍萎凋處理后，細胞膜透性增加，發(fā)酵時間縮短，茶黃素的消耗減少，從而使紅茶品質得到提高。

3.2 超高壓技術

超高壓技術是當前食品加工工程中出現(xiàn)的新技術，是利用液體介質使食品在高壓裝置內(nèi)經(jīng)高壓處理一段時間后，引起組織結構破壞、抑制微生物生長和部分酶類失活等一系列物理生化過程。譚俊峰等［26］將鮮葉用超高壓處理后，制成的紅碎茶茶黃素含量提高20.43%，茶紅素含量下降10.09%，游離氨基酸總量提高24.03%，水浸出物提高8.07%，呈甜味氨基酸和芳香型醇類、酯類、醛類的含量均有增加。

3.3 外源酶添加技術

紅茶發(fā)酵充分需具備兩個先決條件，一是鮮葉內(nèi)必須有足夠含量的茶多酚基質作為多酚氧化酶酶促氧化反應的底物;二是發(fā)酵葉內(nèi)有足夠高的多酚氧化酶活性催化有效基質的充分氧化。劉仲華［27］在紅茶發(fā)酵過程中適量地噴灑硫酸銅溶液、胰蛋白酶、檸檬酸或亞油酸，能不同程度地減輕中小葉種紅茶發(fā)酵不勻、湯色深暗、葉底花雜的現(xiàn)象。毛清黎［28］用外源多糖水解酶處理萎凋葉，加工紅碎茶的水解效果明顯，使發(fā)酵茶坯酸化，提高多酚氧化酶活性，促進茶黃素形成。

3.4 懸浮發(fā)酵技術

傳統(tǒng)加工中采用茶鮮葉經(jīng)初、精制加工成成品茶，再以成品茶為原料浸提生產(chǎn)茶飲料，工藝繁瑣、能耗大、制率低、產(chǎn)品成本高且風味差。懸浮發(fā)酵技術是近期紅茶飲料加工的新技術。夏濤［18-21］研究了茶鮮葉在懸浮發(fā)酵過程中的代謝變化規(guī)律，同時檢測了氧化還原電位、溶解氧濃度、供養(yǎng)水平等工藝參數(shù);采用旋轉回歸正交組合設計，對數(shù)學模型進行計算機選優(yōu)，篩選出懸浮發(fā)酵體系的最佳因子組合;其進一步的實驗也證明懸浮發(fā)酵紅茶主要生化成分均比傳統(tǒng)加工的紅茶高。

3.5 控溫控濕發(fā)酵技術

紅茶發(fā)酵過程中溫度與濕度的控制尤其重要。朱興華［29］研制的紅茶發(fā)酵自動恒溫裝置和林清矯［30］的茶葉發(fā)酵設備，都能夠實現(xiàn)紅茶在發(fā)酵過程中對溫度和濕度自動控制，保證紅茶在發(fā)酵過程中適宜的溫度和濕度要求，改善紅茶的色香味品質。肖茂［31］設計的有氧廂柜式紅茶發(fā)酵室，保證紅茶發(fā)酵質量的三要素——溫度、濕度和含氧量。

4 紅茶發(fā)酵程度檢測技術

傳統(tǒng)發(fā)酵過程，根據(jù)發(fā)酵葉的色、香、味變化，基本依靠熟練技師主觀判斷紅茶發(fā)酵程度，沒有一個客觀的判定標準。近來，在檢測紅茶發(fā)酵程度的研究方面，也有一些新技術新設備應用的報道。

4.1 發(fā)酵指示儀的研制

紅茶發(fā)酵過程中，發(fā)酵葉由糖酵解，三羧酸循環(huán)，脂質氧化、過氧化，多酚類酶促氧化、非酶促氧化等產(chǎn)生大量的揮發(fā)性組分。隨著發(fā)酵過程的進行，揮發(fā)性組分及其濃度發(fā)生變化。陳宗道、肖純［32-33］據(jù)此研制出紅茶發(fā)酵指示儀，測定了大生產(chǎn)中不同批次發(fā)酵葉傳感電流的變化，認為能夠檢測發(fā)酵程度。

4.2 電子鼻技術的運用

電子鼻是一種由一定選擇性的電化學傳感器陳列和適當?shù)淖R別裝置組成的儀器，能識別簡單和復雜的氣味［34］。電子鼻技術在通過氣味評價而達到對茶葉定級方面已有應用報道。有研究顯示用電子鼻探測紅茶香氣，應用電子鼻探測的香氣可以對無性系茶樹品種進行分類［35］;同時，不同地區(qū)和不同品種的綠茶品種也可以用傳感器技術完全區(qū)分開來［36］。Dutta［37］用電子鼻對5種不同加工工藝的茶葉進行分析和評價，得出采用RBF的ANN分析方法分析可以把五種不同制作工藝的茶葉區(qū)分開來。Bhattacharyya等［38-39］根據(jù)茶葉隨發(fā)酵程度的不同而產(chǎn)生不同氣味的原理，將電子鼻技術應用于紅碎茶發(fā)酵過程的監(jiān)測，采用二范數(shù)法和馬氏距離法進行數(shù)據(jù)處理，其結果與色度檢驗和專家審評的結果一致［37］。因此可以預見電子鼻技術在判定紅茶發(fā)酵程度應用上有著廣闊的發(fā)展前景。

4.3 分光光度法的應用

劉玉芳等認為在工夫紅茶發(fā)酵過程中，不同時間發(fā)酵葉茶湯的吸光值變化符合茶黃素含量的變化規(guī)律(小—大—小)，進而認為當吸光值變化平緩或開始下降時發(fā)酵適度，其后續(xù)實驗用此方法對廣西龍勝、金秀生長的野生茶制工夫紅茶發(fā)酵程度進行監(jiān)控，所得工夫紅茶產(chǎn)品品質最好［40-42］。筆者選用中小葉種為原料，測定工夫紅茶發(fā)酵過程中發(fā)酵葉茶湯吸光度值，經(jīng)過多次實驗得到發(fā)酵過程中發(fā)酵葉茶湯吸光度變化規(guī)律如圖2所示，發(fā)酵兩小時發(fā)酵葉茶湯吸光值最大，且對應時刻的成品茶樣感官品質最好，因而認為發(fā)酵葉茶湯吸光值達到最大時發(fā)酵適度。

圖2 發(fā)酵葉茶湯吸光值變化Fig.2 Change regulation of light absorption value of tea liquor under the fermentation

4.4 氧化還原電位法

紅茶發(fā)酵過程中茶多酚物質的轉化、香氣的形成和其他物質的形成都與氧化還原反應有關。汪東風［43］1993年通過實驗證明，茶葉中存在多元氧化還原體系，紅茶、綠茶、烏龍茶等所有茶類都是通過控制氧化還原體系的氧化反應而形成各自的獨特品質。Chen［44］的研究也證明茶湯的氧化還原電位可以作為茶葉發(fā)酵程度的指標。氧化還原電位分析已廣泛地用于水質分析［45］、釀酒業(yè)［46］、電位滴定法［47］等領域，但目前應用于茶葉發(fā)酵的研究還比較少。若能探明氧化還原電位與紅茶發(fā)酵程度的關系，將會為監(jiān)測紅茶發(fā)酵程度提供一條新思路。

4.5 色澤監(jiān)測技術

在茶葉色、香、味、形諸品質因素中，色是最直觀的重要因子。嚴俊［48］以14種祁門紅茶為對象，應用測色技術及多元回歸分析法研究干茶外觀色澤、干茶粉末色澤、茶湯色澤、完整葉色澤及葉底色澤各色度值與工夫紅茶品質的相關關系，結果顯示，以干茶外觀色度值所建立的多元回歸方程(y3=750.037-23.5162L*+54.2803a*-84.6448b*-2896.87Sab*)復相關系數(shù)最高，可達0.9501。紅茶發(fā)酵過程中，葉色變化一般是由青綠到黃到紅至褐，因此，觀看葉色變化也能鑒定紅茶發(fā)酵程度。Borah和Bhuyan通過電荷耦合器件(CCD)顯示的紅綠藍三原色數(shù)值，記錄不同發(fā)酵時間內(nèi)發(fā)酵葉的色澤圖像，從而直接監(jiān)測紅茶發(fā)酵進程中發(fā)酵葉顏色變化［49］，從而判定紅茶發(fā)酵程度。

5 小結

發(fā)酵是紅茶加工的重要工序，也是形成紅茶特有品質的關鍵工序。紅茶發(fā)酵過程中除受到發(fā)酵溫度、發(fā)酵濕度和發(fā)酵程度等主要因子影響外，pH、通氧量對發(fā)酵質量也有一定的影響。紅茶發(fā)酵是各項技術因子綜合作用的結果，但是不同地區(qū)、不同種類、不同嫩度的紅茶要求發(fā)酵的程度不一樣，應該具體問題具體對待［50］。

目前，已有研究將分光光度法和電子鼻技術應用于判定紅茶發(fā)酵程度。這兩項技術能夠客觀的評定紅茶發(fā)酵程度，且為在紅茶發(fā)酵過程采用電腦監(jiān)控，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供了可能，但是這些技術仍處于研究階段，有待進一步的發(fā)展。此外，氧化還原電位分析技術和色澤監(jiān)測技術也能客觀反映茶葉的發(fā)酵程度，為判定紅茶發(fā)酵程度提供新的研究方向。

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