脫咖啡因綠茶湯與普通綠茶湯的品質(zhì)對(duì)比分析

李婷，呂春秀，楊遠(yuǎn)帆，2，3，黃高凌，2，3，杜希萍，2，3，倪輝，2，3，*，陳峰，2，3

（1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，福建廈門361021；2.福建省食品微生物與酶工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361021；3.廈門市食品生物工程技術(shù)研究中心，福建廈門361021）

茶是世界三大無酒精飲料之一，在中國被譽(yù)為“國飲”[1]。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人們更加青睞于具有方便、營養(yǎng)、刺激的時(shí)代感的飲料，因而傳統(tǒng)的飲茶方式不再能滿足時(shí)代發(fā)展的需要，以茶葉浸提液或者濃縮汁、速溶茶粉為原料加工而成的茶飲料應(yīng)運(yùn)而生[2]。但是，由于茶葉中含有咖啡因，具有濃重的苦味，部分消費(fèi)者難以接受，且過量飲用含咖啡因的茶飲料會(huì)刺激中樞神經(jīng)[3]、影響睡眠[4]、甚至引起嬰幼兒早產(chǎn)等[5]，對(duì)人體健康造成一定的威脅。同時(shí)，有報(bào)道稱[6]咖啡因是茶飲料產(chǎn)生沉淀的原因之一，它的存在不利于茶飲料的長時(shí)間保存。因此，開發(fā)低咖啡因茶葉深加工產(chǎn)品具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

生產(chǎn)低咖啡因茶葉深加工產(chǎn)品的關(guān)鍵是高效脫除茶葉中的咖啡因，且保留其它活性成分（如兒茶素）及風(fēng)味成分（香氣及滋味成分），國內(nèi)外學(xué)者對(duì)茶葉脫咖啡因的方法進(jìn)行了大量的研究，運(yùn)用了熱水浸提、超臨界CO2萃取、溶劑萃取、吸附分離、微生物和酶降解、培育低咖啡因茶樹等方法去除或降低茶葉中的咖啡因含量[7]。在生產(chǎn)上已經(jīng)建立了用熱水浸提脫咖啡因的工藝，實(shí)現(xiàn)了脫咖啡因速溶茶粉的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，但對(duì)有關(guān)脫咖啡因茶粉及普通茶粉的品質(zhì)缺乏系統(tǒng)對(duì)比研究。工藝對(duì)茶葉產(chǎn)品兒茶素類成分、茶色素和感官品質(zhì)的影響研究還很不充分。針對(duì)該研究現(xiàn)狀，本文以綠茶為原料，對(duì)比分析了綠茶、綠茶咖啡因提取液、脫咖啡因綠茶湯（濃縮干燥得到脫咖啡因綠茶粉）與普通綠茶湯（濃縮干燥得到普通綠茶粉）的兒茶素類成分、茶色素和感官品質(zhì)差異，闡明脫咖啡因綠茶粉和普通綠茶粉的品質(zhì)特征，為開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要原料、試劑與儀器

綠茶：產(chǎn)地為浙江，漳州大閩食品科技有限公司。

乙腈、甲酸、甲醇：美國 Tedia公司；咖啡因（Caffeine）、兒茶素（Catechin，C）、兒茶素沒食子酸酯（Catechin gallate，CG）、表沒食子兒茶素（Epigallocatechin，EGC）、表兒茶素（Epicatechin，EC）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（Gallocatechin gallate，GCG）、表兒茶素沒食子酸酯（Epicatechin gallate，ECG）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（Epigallocatechin gallate，EGCG）：四川省維克奇生物科技有限公司；正丁醇、乙酸乙酯、二水合草酸和碳酸氫鈉均為分析純：汕頭市西隴化工有限公司。

TAISITE高速萬能粉碎機(jī)：天津市泰斯特特儀器有限公司；DK2.2電熱恒溫振蕩水槽：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TD4Z-WS臺(tái)式低速離心機(jī)：常州萬豐儀器制造有限公司；UNIC-4802紫外分光光度計(jì)：上海儀電分析儀器有限公司；Agilent 1260高效液相色譜儀、Nucleodur PFP（4.6 mm×250 mm，5 μm）：美國安捷倫科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 綠茶提取液的制備

綠茶對(duì)照樣品：稱取3 g未粉碎的片狀綠茶樣品，在125 mL沸水中浸提10 min，過濾除渣，濾液備用。

綠茶咖啡因提取液：稱取3 g未粉碎的片狀綠茶樣品，在沸水中以料液比 1∶80（g/mL）浸提 10 min，過濾除渣，濾液備用。

普通綠茶湯：稱取過40目篩的粉狀綠茶3 g，在90℃水中以料液比 1∶20（g/mL）浸提 60 min，除渣，濾液備用。

脫咖啡因綠茶湯：將經(jīng)過脫咖啡因處理，即一定量的綠茶樣品在沸水中按照1∶80（g/mL）的料液比浸提10 min后的茶葉在50℃條件下烘干、粉碎、過40目篩，稱取 3 g，在 90℃水中以料液比 1∶20（g/mL）浸提60 min，過濾除渣，濾液備用。

1.2.2 兒茶素類和咖啡因含量的測定

取綠茶對(duì)照樣品、綠茶咖啡因提取液、普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯各1 mL，分別過0.22 μm微孔濾膜，備高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）分析。HPLC 條件：色譜柱 Nucleodur PFP（4.6 mm×250 mm，5 μm）；柱溫 25 ℃；流動(dòng)相A：0.1%甲酸水溶液；流動(dòng)相B：0.1%甲酸乙腈溶液，線性洗脫梯度為 95%A（0 min）~5%A（5 min）~85%A（15 min）~70%A（27 min），流動(dòng)相 B 的比例由 18%升至 60%；流速 1.0 mL/min；進(jìn)樣量 5 μL；檢測波長278 nm。

1.2.3 茶黃素和茶紅素含量的測定

采用紫外分光光度計(jì)檢測不同提取液中茶黃素和茶紅素的含量[8]。取30 mL茶葉提取液于60 mL的分液漏斗中，再加30 mL乙酸乙酯，混勻5 min后讓其靜置分層，最后將水層和乙酸乙酯層分別放出。

移取2 mL乙酸乙酯層溶液，加入23 mL 95%的乙醇，混勻，得溶液A。

移取2 mL水層溶液，加入2 mL飽和的草酸溶液和6 mL蒸餾水，再加入15 mL 95%的乙醇，混勻，得溶液D。

移取15 mL乙酸乙酯層溶液于分液漏斗內(nèi)，加入15 mL 2.5%的碳酸氫鈉溶液，混勻30 s后讓其靜置分層。移取4 mL乙酸乙酯層溶液，加入21 mL 95%的乙醇，搖勻，得溶液C。

移取15 mL茶葉提取液于分液漏斗內(nèi)，加15 mL正丁醇，搖勻3 min后讓其靜置分層。再取2 mL水層溶液，依次加入2 mL飽和的草酸溶液，6 mL蒸餾水，最后再加入15 mL 95%的乙醇，搖勻，得溶液B。

以95%的乙醇作對(duì)照，在380 nm下分別測定溶液 A、B、C、D 的吸光度值 EA、EB、EC、ED。 其中：

式中：m為試樣重量，g；w為試樣干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；2.25和7.06均為同等操作條件下的換算系數(shù)。

1.2.4 綠茶湯的感官評(píng)定

設(shè)定年齡在20~30歲的9名女性和3名男性作為品茶成員對(duì)綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品的滋味、湯色及香氣進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。茶湯滋味、湯色的評(píng)價(jià)：參照國標(biāo)GB/T 23776-2009《茶葉感官審評(píng)方法》對(duì)茶湯的滋味、湯色進(jìn)行評(píng)分，滿分為100分；茶湯香氣的評(píng)價(jià)方法[9]：先配制一系列具有不同香氣成分和強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，讓品茶成員依次嗅其氣味，其中最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液為1分，最高濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液為9分，在室溫為（25±2）℃，相對(duì)濕度為50%~75%（ISO 8589感官檢驗(yàn)）的房間內(nèi)進(jìn)行，并且房間保持通風(fēng)，無其它氣味，結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的氣味特征與強(qiáng)度Table 1 Standard solutions of odour characteristics and intensity training μL/L

2 結(jié)果與分析

2.1 脫咖啡因綠茶湯與普通綠茶湯中咖啡因和兒茶素類含量的對(duì)比分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道及目前生產(chǎn)中普遍采用的方法，先用熱水快速浸提片狀茶葉，提取去除茶葉中的咖啡因；再烘干粉碎、用熱水提取其中的兒茶素和其他可溶性成分。結(jié)果表明，綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品中咖啡因和兒茶素類的含量顯著不同，見表2。

從咖啡因含量上來看，綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品中均檢測到咖啡因，且綠茶對(duì)照樣品中咖啡因含量36.65 mg/g最高，脫咖啡因綠茶湯中咖啡因含量4.28 mg/g最低；與普通綠茶湯28.72 mg/g相比，脫咖啡因綠茶湯中咖啡因含量顯著下降。該結(jié)果說明綠茶經(jīng)過脫咖啡因處理，其咖啡因含量顯著下降，這與相關(guān)文獻(xiàn)[13]報(bào)道的脫咖啡因的效果一致。

表2 各綠茶湯中兒茶素類、咖啡因、茶黃素和茶紅素的含量Table 2 Content of catechins，caffeine，theaflavins and thearubigins in the green tea mg/g

從兒茶素類成分上可看出：除了在綠茶咖啡因提取液中沒有檢測到兒茶素類物質(zhì)外，在其它茶湯中都有檢測到，且都是EGCG的含量最高；與綠茶對(duì)照樣品相比，普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯中的酯型兒茶素和簡單兒茶素的含量都有顯著下降，但兒茶素類C和GCG的含量有顯著增加；與普通綠茶湯相比，脫咖啡因綠茶湯中酯型兒茶素和簡單兒茶素的含量有顯著下降，且這兩種提取液中除了C、CG和ECG的含量沒有顯著性差異外，其他兒茶素類在含量上均有顯著性差異。出現(xiàn)以上結(jié)果的原因可能為：在茶葉的可溶性成分中，咖啡因特別易溶于80℃以上的熱水中，而兒茶素類等其他成分由于分子量、分子結(jié)構(gòu)不同以及葉組織的束縛作用，使溶出速度較慢，故在沸水中浸提10 min的條件下，咖啡因大量溶出，而兒茶素類等其他成分溶出量極少，大部分還留在葉內(nèi)[14]，所以綠茶咖啡因提取液中只含咖啡因，基本不含兒茶素類物質(zhì)。且茶葉中兒茶素類物質(zhì)EGCG含量最高，約占兒茶素總量的50%～60%，故茶湯中兒茶素類物質(zhì)EGCG的含量最高[15]。Yoku Soshida等研究表現(xiàn)，當(dāng)水溶液的pH值在6~8之間時(shí)，隨著浸提時(shí)間的增加，從綠茶中提取出的ECG、EGCG等兒茶素含量下降，C、GCG等反式異構(gòu)體增加[16]，這與我們的研究結(jié)果相一致。不同提取液中各兒茶素的含量不同，主要是由于提取溫度和時(shí)間的不同，導(dǎo)致各種兒茶素的浸提量不同，以及在加熱條件下兒茶素會(huì)發(fā)生差向異構(gòu)化作用及降解作用，如發(fā)生EGC→GC，EGCG→GCG，EC→C，ECG→CG，EGCG→EGC+GA，ECG→EC+GA 等變化[17]。

2.2 脫咖啡因綠茶湯與普通綠茶湯中茶黃素（TFs）和茶紅素（TRs）含量的對(duì)比分析

綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品中的TFs和TRs含量也存在顯著差異。由表2可知，綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品中的TRs含量均高于TFs，其中普通綠茶湯中的TFs 45.00 mg/g和綠茶對(duì)照樣品中TRs 262.50 mg/g含量最高，綠茶對(duì)照樣品中的TFs 18.33 mg/g和綠茶咖啡因提取液中TRs 72.80 mg/g含量最低；且與普通綠茶湯相比，脫咖啡因綠茶湯中的茶黃素和茶紅素的含量都有顯著下降。分析其原因可能為：Robertson等[18]研究結(jié)果顯示，兒茶素類單體在酶的作用下可氧化形成TRs，不形成TFs，兒茶素類混合物則會(huì)生成TFs和TRs，且簡單兒茶素與復(fù)雜兒茶素的比值低，則產(chǎn)物中TFs/TRs的比值亦低；當(dāng)溫度高于90℃時(shí)，茶黃素轉(zhuǎn)化為茶紅素[19]；綠茶咖啡因提取液的浸提時(shí)間短、溫度低，茶葉中的TFs和TRs的生成量少，而普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯的浸提時(shí)間較長、溫度高，生成了大量的TFs和TRs，且被充分浸提出來。

2.3 脫咖啡因綠茶湯與普通綠茶湯的感官評(píng)定對(duì)比分析

相關(guān)研究表明，咖啡因、兒茶素是茶葉中嘌呤堿和多酚類的主要成分，使茶湯呈現(xiàn)苦澀味[20]，在茶葉浸泡過程中，這些物質(zhì)的浸出濃度和比例直接影響茶湯的苦味；在加工過程中揉捻程度的增加也會(huì)使茶湯的苦味增加[21]。此外，兒茶素類成分和咖啡因在滋味上具有不同的味性質(zhì)和閾值[22]，如咖啡因主要呈現(xiàn)苦味，酯型兒茶素主要為苦澀味，簡單兒茶素主要呈現(xiàn)苦味[23]，且兒茶素的同分異構(gòu)體的滋味強(qiáng)度差別較大，如EGCG與GCG為同分異構(gòu)體，但在滋味強(qiáng)度上卻差異較大，GCG的閾值約為EGCG的兩倍[24]。由不同茶湯的滋味、湯色感官評(píng)定結(jié)果知，在滋味特性上，綠茶對(duì)照樣品的滋味得分最高，呈現(xiàn)略帶鮮爽的苦味；綠茶咖啡因提取液的滋味得分次之，呈現(xiàn)苦澀味；普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯的滋味相近，表現(xiàn)為較濃的苦澀味。各茶湯感官評(píng)定結(jié)果見表3。

表3 各綠茶湯的滋味、湯色、香氣感官評(píng)定結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of taste，color and aroma in the green tea

且從綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品中各種成分的含量與其閾值比值的大小可知，綠茶對(duì)照樣品的滋味主要受EGCG 10.91倍閾值和咖啡因9.03倍閾值的影響，綠茶咖啡因提取液的滋味主要受咖啡因3.47倍閾值的影響，普通綠茶湯的滋味主要受咖啡因14.83倍閾值和EGCG 11.02倍閾值的影響，脫咖啡因綠茶湯主要受EGCG 10.32倍閾值的影響，所以3種提取液表現(xiàn)出不同的苦澀味。各成分的含量與閾值比值大小結(jié)果見表4。

另外有研究報(bào)道稱[25]TFs、TRs等成分對(duì)水提取液的滋味也存在著一定的影響，如茶黃素具有刺激性強(qiáng)、回味爽的性質(zhì)，茶紅素具有刺激性弱、帶甜醇的性質(zhì)，且當(dāng)提取液中茶黃素類和茶紅素類含量均較高且TRs/TFs比值較大時(shí)（一般 TFs＞0.7%，TRs＞10%，TRs/TFs=10～15），茶湯滋味濃強(qiáng)鮮，但TRs所占的比例過高，會(huì)使水提取液滋味變得淡薄。

表4 各綠茶湯中兒茶素類及咖啡因的風(fēng)味強(qiáng)度值Table 4 The flavor activity values of catechin and caffeine in the green tea

續(xù)表4 各綠茶湯中兒茶素類及咖啡因的風(fēng)味強(qiáng)度值Continue table 4 The flavor activity values of catechin and caffeine in the green tea

從湯色上來看，綠茶對(duì)照樣品為橙黃色，綠茶咖啡因提取液為明亮的淺黃色，普通綠茶湯呈現(xiàn)稍渾濁的紅色，脫咖啡因綠茶湯呈現(xiàn)稍渾濁的紅棕色。影響提取液色澤的物質(zhì)有水溶性色素（如花黃素類、花青素類）和茶葉加工過程中形成的色素（如TFs、TRs）等，其中形成綠茶湯色的主體物質(zhì)為花黃素類，同時(shí)花青素類的含量過高，也會(huì)使提取液色澤發(fā)褐[26]。茶黃素類是使提取液色澤呈橙紅、湯色“亮”的主要成分，且含量越高，提取液的明亮度就越好，另外茶紅素類含量過高，也會(huì)使提取液色澤發(fā)暗，提取液色澤變暗[25]。

從香氣上來看，綠茶對(duì)照樣品和綠茶咖啡因提取液除了焦糖香的得分低于普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯之外，其它香氣特征得分均高于這兩種提取液，另外綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品均是花果香的得分最高，焦糖香的得分最低，這與有關(guān)學(xué)者[27]對(duì)綠茶香氣特征的研究結(jié)果存在相似性。

為了能更直觀且深入的了解綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品中香氣特征的差異，將這5種揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)一步做主成分分析，見圖1。

由圖a可看出，主成分1（PC1）可解釋總變量的92.1%，主成分2（PC2）可表征總變量的7.3%，PC1和PC2都與花果香、甜香、草香和木香這4種香氣特征正相關(guān)，與焦糖香負(fù)相關(guān)；從主成分分析中的散點(diǎn)圖來看，可知綠茶對(duì)照樣品和其它3種樣品位于不同的象限。綠茶對(duì)照樣品和綠茶咖啡因提取液被聚在第一象限，其主成分1和主成分2都為正值，其香氣特征表現(xiàn)為花果香和草香。普通綠茶湯被聚在第四象限，其主成分1為正值，主成分2為負(fù)值，其香氣特征表現(xiàn)為花果香、木香和焦糖香。脫咖啡因綠茶湯被聚在第二象限，其主成分1為負(fù)值，主成分2為正值，其香氣特征表現(xiàn)為花果香、木香和焦糖香。由主成分分析圖可看出，綠茶對(duì)照樣品、綠茶咖啡因提取液、脫咖啡因綠茶湯和普通綠茶湯的特征香氣顯著不同。

圖1 各綠茶湯中5種主要香氣特征的主成分分析Fig.1 Principal component analysis（PCA）of 5 critical aromatic characteristics in the green tea

3 結(jié)論

脫咖啡因綠茶湯中的咖啡因、酯型兒茶素、簡單兒茶素顯著低于普通綠茶湯；在滋味特性上，普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯都表現(xiàn)為較濃的苦澀味；在色澤上，普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯分別呈現(xiàn)紅色和紅棕色；在香氣上，普通綠茶湯和脫咖啡因綠茶湯都具有一定表現(xiàn)為花果香、木香和焦糖香，但綜合香氣差異較大。

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