用鮮葉加工低咖啡因速溶綠茶的工藝研究

曾 敏，劉 偉，龔正禮

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400716）

速溶茶是以干茶或茶鮮葉為原料，經(jīng)浸提、凈化、濃縮、干燥所制成的一種粉末狀或小顆粒狀的固體茶飲料，具有沖水即溶，濃淡易于調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，既可方便飲用，又可用于調(diào)配液態(tài)茶飲料，近年來(lái)其生產(chǎn)和消費(fèi)發(fā)展迅速[1]。咖啡因則是茶葉中的主要呈味物質(zhì)之一，占茶葉干物質(zhì)總量的2%～5%[2]，適量攝入咖啡因可提神醒腦。但也有研究表示，妊娠期攝入咖啡因是引起宮內(nèi)發(fā)育遲緩的確認(rèn)因素之一，且咖啡因不利于神經(jīng)肌肉的穩(wěn)定性，高攝入量還可引起焦慮、精細(xì)運(yùn)動(dòng)功能受損、收縮壓與舒張壓升高，但其與高血壓等疾病之間的關(guān)系尚不能確定[3-6]。咖啡因還具有較強(qiáng)的苦味，易致使混濁沉淀，不利于茶飲料穩(wěn)定性的保持[7]?；诠πШ推焚|(zhì)方面的因素，低咖啡因茶逐漸成為研究和市場(chǎng)的熱點(diǎn)[8]。

國(guó)內(nèi)外速溶茶多以成品茶為原料，以鮮葉直接制成的還未見面市。但已有研究表明，采用鮮葉試制速溶茶具有一定的可行性，制得的速溶綠茶品質(zhì)優(yōu)良，茶香味濃郁[9-11]。但以鮮葉試制速溶茶的研究多停留在小試階段，與工業(yè)化生產(chǎn)距離較遠(yuǎn)，試制低咖啡因速溶茶鮮有報(bào)道。本研究以老齡茶鮮葉為原料，經(jīng)熱水脫咖啡因、浸提、離心、膜濃縮、真空干燥等工藝，制備出低咖啡因速溶綠茶；通過單因素、正交實(shí)驗(yàn)和中試實(shí)驗(yàn)證實(shí)，探索一種以鮮葉為原料來(lái)加工低咖啡因速溶綠茶的生產(chǎn)工藝，為其工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)提供可靠參考，也為工業(yè)化利用鮮葉提供一種新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

福鼎大白種老齡茶鮮葉 四川道泉茶業(yè)科技有限公司茶場(chǎng)；速溶茶 四川康嘉生物科技有限公司；冰醋酸、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇 色譜純；硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀 分析純；檸檬酸、VC-Na、NaOH 工業(yè)試劑；純水 二級(jí)反滲透過濾的生產(chǎn)用純水。

ZY-TQ-0.5靜態(tài)提取機(jī)組、PZ-500真空刮板濃縮機(jī)組 溫州中遠(yuǎn)輕工機(jī)械有限公司；D-2000Elite液相色譜儀 上海天美生化儀器設(shè)備工程有限公司；DHSPL 270碟片式分離機(jī)組 宜興市華鼎糧食機(jī)械有限公司；SJM-RO-30反滲透膜分離設(shè)備、SJMFHM陶瓷復(fù)合膜分離設(shè)備 合肥世杰膜工程有限責(zé)任公司；LPG-50噴霧干燥機(jī) 常州市范強(qiáng)干燥設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鮮葉制低咖啡因速溶綠茶工藝流程 老齡茶鮮葉→熱水脫除咖啡因→脫水（鼓風(fēng)干燥）→熱水浸提→冷卻→離心除渣（3000r/min）→微濾澄清→超濾分離→納濾濃縮→干燥→低咖啡因速溶綠茶。

1.2.2 鮮葉制普通速溶綠茶工藝流程 老齡茶鮮葉→熱水浸提→冷卻→離心除渣（3000r/min）→微濾澄清→超濾分離→納濾濃縮→干燥→普通速溶綠茶。

1.2.3 鮮葉脫咖啡因 取老齡茶鮮葉，加入一定量、一定溫度的純水，放進(jìn)恒溫水浴鍋中浸漬脫除咖啡因，脫除條件采用預(yù)備實(shí)驗(yàn)所得的最佳條件：溫度95℃，時(shí)間5m in，固液比1∶12（g/m L），pH 5.5，該條件下，咖啡因脫除率為82.72%，兒茶素的保留率為95.75%。所得的脫咖啡因鮮葉脫水后作為速溶綠茶原料進(jìn)行后續(xù)的工藝研究。

1.2.4 綠茶浸提單因素實(shí)驗(yàn) 稱取脫咖啡因的鮮葉10g→加入純水→于恒溫水浴鍋浸提（每隔10min攪拌一次）→趁熱過濾→冷卻→測(cè)定各浸提液中茶多酚含量。

1.2.4.1 溫度 稱取脫咖啡因的鮮葉10g，按固液比1∶20（g/m L）加入純水，浸提溫度分別為60、70、80、90、100℃，時(shí)間各80m in。

1.2.4.2 時(shí)間 稱取脫咖啡因的鮮葉10g，按固液比1∶20（g/m L）加入純水，分別浸提65、70、75、80、85m in，浸提溫度均為80℃。

1.2.4.3 固液比 稱取脫咖啡因的鮮葉10g，分別按固液比1∶12、1∶16、1∶18、1∶20、1∶24（g/m L）加入純水，浸提溫度均為80℃，分別浸提80m in。

1.2.4.4 pH 稱取脫咖啡因的鮮葉10g，按固液比1∶20（g/m L）加入pH為3.5、4.5、5.5、6.5、7.5的純水，分別浸提80min，浸提溫度均為80℃。

1.2.5 綠茶浸提工藝正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)浸提溫度（A）、浸提時(shí)間（B）、固液比（C）和pH（D）進(jìn)行四因素三水平L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，以茶多酚含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)浸提工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，因素水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.6 速溶茶的中試方法 根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)確定的最佳工藝，向提取罐中注入適量一定pH的純水，用蒸汽加熱到特定的溫度，按照固液比加入一定量的脫咖啡因鮮葉開始提取，浸提期間每10m in攪拌一次，浸提過程中若溫度低于所需溫度5℃，立即開啟蒸汽以保持溫度。浸提一定的時(shí)間后，浸提液經(jīng)離心、陶瓷膜過濾、反滲透濃縮、刮板濃縮后噴霧干燥得到低咖啡因速溶茶樣。

1.2.7 速溶茶樣品質(zhì)組分的測(cè)定

1.2.7.1 茶多酚的測(cè)定 采用酒石酸亞鐵比色法，參照GB/T 8313-2002，但在本研究中的計(jì)算方法稍有變動(dòng)，本研究中測(cè)定的茶多酚含量指浸提液中的茶多酚含量占鮮葉質(zhì)量的比重。計(jì)算方法：

式中：A—測(cè)試液測(cè)得的光密度；3.914—按上述條件操作，當(dāng)光密度等于1.0時(shí)，每1m L試液中茶多酚的量（mg）；M—鮮葉質(zhì)量（g）；L1—總試液量（m L）；L2—所取試液量（m L）。

1.2.7.2 水浸出物的測(cè)定 參照GB/T 8305-2002，但在本研究中的計(jì)算方法稍有所變動(dòng)，本研究中測(cè)定的水浸出物指浸提液中的水浸出物占鮮葉質(zhì)量的比重。計(jì)算方法：

式中：M1—蒸發(fā)皿烘后質(zhì)量（g）；M2—蒸發(fā)皿烘前質(zhì)量（g）；M—鮮葉質(zhì)量（g）。

1.2.7.3 兒茶素組分和咖啡因（CAF）的測(cè)定 參考文獻(xiàn)[12]的方法。色譜條件：分析柱為安捷倫（4.6mm×150mm，5μm），檢測(cè)器：L-2420型UV紫外檢測(cè)器；流動(dòng)相A：N，N-二甲基甲酰胺∶甲醇∶冰醋酸（40∶2∶1.5，v/v/v），流動(dòng)相B：水；柱溫40℃，檢測(cè)波長(zhǎng)278nm，流速：1m L/m in，進(jìn)樣量10μL；采用梯度洗脫，0～13m in，86%～76%B；13～22m in，76%～66%B；22～28m in，66% B；28～30min，66%～86%B；20～35m in，86%B。

1.2.8 速溶茶品質(zhì)評(píng)價(jià)方法 采用感官審評(píng)法[13]，參照GB/T 23776-2009、GB/T 14487-2008進(jìn)行評(píng)價(jià)和品質(zhì)描述。具體方法：先取速溶茶樣置于審評(píng)盤中，評(píng)價(jià)外形；再稱取0.75g速溶茶置于評(píng)茶碗中，加入150m L沸水沖泡，依次評(píng)價(jià)其香氣、湯色和滋味。各茶樣事先進(jìn)行了密碼編號(hào)，整個(gè)審評(píng)工作由專業(yè)審評(píng)人員在密碼條件下進(jìn)行盲評(píng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠茶浸提單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 浸提溫度的確定 從圖1可以看出，茶多酚含量隨溫度的升高而有所增加，但70℃以前增長(zhǎng)緩慢，超過70℃后，茶多酚的浸出量與溫度成正比，在90℃達(dá)到最大。溫度升高能加快體系分子的熱運(yùn)動(dòng)速率，促進(jìn)可溶性物質(zhì)的溶出。茶多酚主要分布在葉肉組織深層，穩(wěn)定性好，要較高的溫度才能溶出[14]，故溫度變化對(duì)其浸出的影響較大，這與前人的研究一致[15]。但當(dāng)溫度超過90℃后，茶多酚的氧化速度加快，且有一部分可能與咖啡因發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，含量呈下降趨勢(shì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般利用蒸汽加熱，溫度越高需要的蒸汽越多，能耗也就越大，從生產(chǎn)成本和浸提效果綜合考慮，將溫度控制在90℃左右為宜。

圖1 茶多酚含量與溫度的關(guān)系Fig.1 The relationship between content of tea polyphenols and temperature

2.1.2 浸提時(shí)間的確定 從圖2可以看出，75m in以前，茶多酚浸出量隨時(shí)間延長(zhǎng)而不斷增加，之后呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。主要是由于一定時(shí)間后，滲透平衡使得時(shí)間對(duì)茶多酚浸出量的影響變小，且已浸出的多酚逐步發(fā)生氧化，其含量即呈下降趨勢(shì)。又由于浸提液長(zhǎng)時(shí)間處在水熱悶蒸狀態(tài)下容易形成氣味悶熟、色澤泛黃的品質(zhì)[16]，故并不是提取時(shí)間越長(zhǎng)越好，綜合考慮，將時(shí)間控制在75min較為適宜。

圖2 茶多酚含量與時(shí)間的關(guān)系Fig.2 The relationship between content of tea polyphenols and time

2.1.3 固液比的確定 由圖3可知，在低于1∶18的固液比時(shí)，隨著浸提用水量的增加，茶多酚含量呈上升趨勢(shì)，且浸出速度加快，但達(dá)到一定固液比后，再增加用水量茶多酚含量反而下降。主要由于增大水的比例，溶出量相同時(shí)溶液中茶湯的濃度較低，從而增加了溶質(zhì)與溶液間的濃度梯度，更有利于浸提的進(jìn)行；但當(dāng)用水量增大到一定程度時(shí)，溶質(zhì)由茶葉內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的阻力成為主導(dǎo)作用，減弱了由茶水比增大導(dǎo)致濃度梯度增大而增強(qiáng)傳質(zhì)的作用，使得溶出率上升的趨勢(shì)變緩[17]，故將固液比控制在1∶18（g/m L）左右較為合適。這樣既能保持茶多酚的較高浸出量，又不會(huì)因?yàn)橛盟窟^大造成濃縮和干燥工序的工作量過大，有效節(jié)約了時(shí)間和能源。

圖3 茶多酚含量與固液比的關(guān)系Fig.3 The relationship between contentof tea polyphenols and solid-liquid ratio

2.1.4 浸提pH的確定 有關(guān)pH對(duì)綠茶浸提的影響的研究較少，但根據(jù)浸提的原理，不難看出pH在其中會(huì)起到一定作用。由圖4可知，隨著pH的增加，多酚含量也稍有增加，但當(dāng)pH＞5.5后，多酚含量開始下降。主要是由于，在較高的pH下，茶湯中的多酚類容易發(fā)生氧化，但是過低的pH環(huán)境下，水中的金屬離子有助于氧化作用，茶湯也較易發(fā)生氧化[18]，多酚類物質(zhì)在pH為6.5的弱酸環(huán)境下最穩(wěn)定[19]，但是在該條件下多酚的溶出較慢，而在堿性條件下，多酚的氧化速度加快，不利于多酚的浸提。故將浸提用純水的pH調(diào)至5.5較為適宜。

圖4 茶多酚含量與pH的關(guān)系Fig.4 The relationship between contentof tea polyphenoland pH

2.2 綠茶浸提工藝正交實(shí)驗(yàn)

由表2可以看出，實(shí)驗(yàn)的四個(gè)因素對(duì)綠茶浸提效果的影響有所不同，其中溫度影響最大，其次是pH、時(shí)間、固液比，這與前人的研究結(jié)果一致[20]。分析可得綠茶最佳浸提工藝為A3B1C3D1?？紤]到固液比對(duì)綠茶浸提的影響不大，而減少用水量一方面可以節(jié)約用水，另一方面又能為后續(xù)的處理節(jié)約時(shí)間和能源，減少生產(chǎn)成本，故選取A3B1C2D1為綠茶浸提的最佳條件，即浸提溫度95℃，浸提時(shí)間75min，固液比1∶18（g/m L），pH 5.5。

2.3 中試結(jié)果

根據(jù)中試車間提取罐的容量，可得出在所得最優(yōu)浸提條件下，中試實(shí)驗(yàn)的工藝為：向提取罐中加入30kg脫咖啡因茶鮮葉，按固液比1∶18（g/m L）加入pH為5.5的純水540L，以95℃浸提75min。

2.3.1 HPLC分析結(jié)果 從表3可以看出，用鮮葉加工的低咖啡因速溶綠茶的咖啡因含量低至7.9mg/g，僅為一般速溶綠茶的9.57%，且低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中低咖啡因速溶茶的最大限度10.0mg/g。同時(shí)，與一般生產(chǎn)的速溶綠茶相比，實(shí)驗(yàn)所得茶樣的簡(jiǎn)單兒茶素含量較高，酯型兒茶素含量較低，從滋味品質(zhì)上表現(xiàn)為苦澀味較弱、更爽口的特征[21-22]。雖然用鮮葉加工的低咖啡因速溶綠茶的品質(zhì)得到肯定，但是干粉得率較低，僅為14.8%，所以在實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)之前，其工藝參數(shù)等方面仍有待進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3.2 水浸出物檢測(cè)結(jié)果 如表4所示，脫咖啡因鮮葉的水浸出物為鮮葉的96.1%，可見脫除咖啡因后對(duì)于水浸出物的含量并無(wú)多大影響，這主要是由于脫咖啡因工藝在短時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)于鮮葉內(nèi)含物的損失影響較小。但鮮葉及脫咖啡因鮮葉的水浸出物含量與成茶差別較大，這主要是由于成茶經(jīng)過揉捻等加工工藝制成。

表4 水浸出物分析結(jié)果（%）Table4 The analysis results ofwater extract（%）

2.3.3 感官審評(píng)結(jié)果 由表5可知，與用鮮葉或成茶制得的速溶茶相比，鮮葉制低咖啡因速溶綠茶的品質(zhì)最佳。這可能是由于成茶加工中熱作用貫穿其中，長(zhǎng)時(shí)間高溫作用在一定程度上破壞了茶葉中的活性成分和風(fēng)味物質(zhì)，使茶湯變黃甚至泛紅，滋味熟鈍，從而影響了綠茶飲料固有的風(fēng)味。而直接用鮮葉加工的速溶茶沒有經(jīng)過熱水脫咖啡因工藝，鮮葉表面雜質(zhì)較多，且咖啡因是茶湯“冷后渾”的重要因素，對(duì)干茶色澤、滋味、香氣及湯色有一定程度的影響，故用其制成的速溶茶與用鮮葉制脫咖啡因速溶茶在內(nèi)在品質(zhì)上也存在一定的差距。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用成本低且效果好的熱水浸漬法脫除鮮葉咖啡因，再通過單因素正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化得出鮮葉加工低咖啡因速溶綠茶浸提的最佳工藝條件為：溫度95℃，浸提時(shí)間75min，固液比1∶18（g/m L），pH5.5，其中，各因素對(duì)綠茶浸提效果影響大小的順序?yàn)椋簻囟龋緋H＞時(shí)間＞固液比。

中試結(jié)果表明，用鮮葉制得的低咖啡因速溶綠茶的咖啡因含量為7.9mg/g，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18798-2008中關(guān)于低咖啡因速溶茶咖啡因含量要求，即＜10.0mg/g；并且所得速溶茶的簡(jiǎn)單兒茶素/酯型兒茶素的比值大于普通速溶茶，其比值大則表明滋味更爽口，這與感官審評(píng)結(jié)果一致。

我國(guó)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的修剪葉，若將其加工成速溶茶，不僅能得到較優(yōu)質(zhì)的速溶茶，還能大大提升鮮葉的利用率。該工藝省去了加工成成茶的工藝步驟或購(gòu)買成茶的經(jīng)費(fèi)和大量能源，經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益顯著；但不足之處在于得率較低，雖然品質(zhì)和開發(fā)前景都在實(shí)驗(yàn)中被肯定，但是其工藝還需進(jìn)一步優(yōu)化以提升經(jīng)濟(jì)效益。

表3 中試低咖啡因速溶綠茶的HPLC分析結(jié)果（%）Table3 The analysis results of hplc of low caffeine instantgreen tea with pilot scale test（%）

表5 茶樣的感官審評(píng)結(jié)果Table5 The sensory evaluation results of tea samples

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