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

（西南大學食品科學學院，重慶400716）

速溶茶是以干茶或茶鮮葉為原料，經浸提、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，濃淡易于調節等特點，既可方便飲用，又可用于調配液態茶飲料，近年來其生產和消費發展迅速[1]?？Х纫騽t是茶葉中的主要呈味物質之一，占茶葉干物質總量的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發育遲緩的確認因素之一，且咖啡因不利于神經肌肉的穩定性，高攝入量還可引起焦慮、精細運動功能受損、收縮壓與舒張壓升高，但其與高血壓等疾病之間的關系尚不能確定[3-6]。咖啡因還具有較強的苦味，易致使混濁沉淀，不利于茶飲料穩定性的保持[7]?；诠πШ推焚|方面的因素，低咖啡因茶逐漸成為研究和市場的熱點[8]。

國內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優良，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，與工業化生產距離較遠，試制低咖啡因速溶茶鮮有報道。本研究以老齡茶鮮葉為原料，經熱水脫咖啡因、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、正交實驗和中試實驗證實，探索一種以鮮葉為原料來加工低咖啡因速溶綠茶的生產工藝，為其工業化規模生產提供可靠參考，也為工業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 四川道泉茶業科技有限公司茶場；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 工業試劑；純水 二級反滲透過濾的生產用純水。

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

1.2 實驗方法

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，放進恒溫水浴鍋中浸漬脫除咖啡因，脫除條件采用預備實驗所得的最佳條件：溫度95℃，時間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行后續的工藝研究。

1.2.4 綠茶浸提單因素實驗 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℃，時間各80m in。

1.2.4.2 時間 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驗 在單因素實驗的基礎上，對浸提溫度（A）、浸提時間（B）、固液比（C）和pH（D）進行四因素三水平L9（34）正交實驗，以茶多酚含量為評價指標，對浸提工藝條件進行優化，因素水平見表1。

表1 正交實驗因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.6 速溶茶的中試方法 根據正交實驗確定的最佳工藝，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。浸提一定的時間后，浸提液經離心、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 速溶茶樣品質組分的測定

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

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

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

式中：M1—蒸發皿烘后質量（g）；M2—蒸發皿烘前質量（g）；M—鮮葉質量（g）。

1.2.7.3 兒茶素組分和咖啡因（CAF）的測定 參考文獻[12]的方法。色譜條件：分析柱為安捷倫（4.6mm×150mm，5μm），檢測器：L-2420型UV紫外檢測器；流動相A：N，N-二甲基甲酰胺∶甲醇∶冰醋酸（40∶2∶1.5，v/v/v），流動相B：水；柱溫40℃，檢測波長278nm，流速：1m L/m in，進樣量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 速溶茶品質評價方法 采用感官審評法[13]，參照GB/T 23776-2009、GB/T 14487-2008進行評價和品質描述。具體方法：先取速溶茶樣置于審評盤中，評價外形；再稱取0.75g速溶茶置于評茶碗中，加入150m L沸水沖泡，依次評價其香氣、湯色和滋味。各茶樣事先進行了密碼編號，整個審評工作由專業審評人員在密碼條件下進行盲評。

2 結果與分析

2.1 綠茶浸提單因素實驗

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℃以前增長緩慢，超過70℃后，茶多酚的浸出量與溫度成正比，在90℃達到最大。溫度升高能加快體系分子的熱運動速率，促進可溶性物質的溶出。茶多酚主要分布在葉肉組織深層，穩定性好，要較高的溫度才能溶出[14]，故溫度變化對其浸出的影響較大，這與前人的研究一致[15]。但當溫度超過90℃后，茶多酚的氧化速度加快，且有一部分可能與咖啡因發生絡合反應，含量呈下降趨勢。在實際生產中，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系Fig.1 The relationship between content of tea polyphenols and temperature

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

圖2 茶多酚含量與時間的關系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，隨著浸提用水量的增加，茶多酚含量呈上升趨勢，且浸出速度加快，但達到一定固液比后，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，溶出量相同時溶液中茶湯的濃度較低，從而增加了溶質與溶液間的濃度梯度，更有利于浸提的進行；但當用水量增大到一定程度時，溶質由茶葉內部向表面傳遞的阻力成為主導作用，減弱了由茶水比增大導致濃度梯度增大而增強傳質的作用，使得溶出率上升的趨勢變緩[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，又不會因為用水量過大造成濃縮和干燥工序的工作量過大，有效節約了時間和能源。

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

2.1.4 浸提pH的確定 有關pH對綠茶浸提的影響的研究較少，但根據浸提的原理，不難看出pH在其中會起到一定作用。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生氧化，但是過低的pH環境下，水中的金屬離子有助于氧化作用，茶湯也較易發生氧化[18]，多酚類物質在pH為6.5的弱酸環境下最穩定[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調至5.5較為適宜。

圖4 茶多酚含量與pH的關系Fig.4 The relationship between contentof tea polyphenoland pH

2.2 綠茶浸提工藝正交實驗

由表2可以看出，實驗的四個因素對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、時間、固液比，這與前人的研究結果一致[20]。分析可得綠茶最佳浸提工藝為A3B1C3D1?？紤]到固液比對綠茶浸提的影響不大，而減少用水量一方面可以節約用水，另一方面又能為后續的處理節約時間和能源，減少生產成本，故選取A3B1C2D1為綠茶浸提的最佳條件，即浸提溫度95℃，浸提時間75min，固液比1∶18（g/m L），pH 5.5。

2.3 中試結果

根據中試車間提取罐的容量，可得出在所得最優浸提條件下，中試實驗的工藝為：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%，且低于國家標準中低咖啡因速溶茶的最大限度10.0mg/g。同時，與一般生產的速溶綠茶相比，實驗所得茶樣的簡單兒茶素含量較高，酯型兒茶素含量較低，從滋味品質上表現為苦澀味較弱、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得到肯定，但是干粉得率較低，僅為14.8%，所以在實現規模生產之前，其工藝參數等方面仍有待進一步優化。

2.3.2 水浸出物檢測結果 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于水浸出物的含量并無多大影響，這主要是由于脫咖啡因工藝在短時間內完成，對于鮮葉內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過揉捻等加工工藝制成。

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

2.3.3 感官審評結果 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最佳。這可能是由于成茶加工中熱作用貫穿其中，長時間高溫作用在一定程度上破壞了茶葉中的活性成分和風味物質，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味。而直接用鮮葉加工的速溶茶沒有經過熱水脫咖啡因工藝，鮮葉表面雜質較多，且咖啡因是茶湯“冷后渾”的重要因素，對干茶色澤、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在品質上也存在一定的差距。

3 結論

實驗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驗，優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℃，浸提時間75min，固液比1∶18（g/m L），pH5.5，其中，各因素對綠茶浸提效果影響大小的順序為：溫度＞pH＞時間＞固液比。

中試結果表明，用鮮葉制得的低咖啡因速溶綠茶的咖啡因含量為7.9mg/g，符合國家標準GB/T 18798-2008中關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，這與感官審評結果一致。

我國每年都會產生大量的修剪葉，若將其加工成速溶茶，不僅能得到較優質的速溶茶，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買成茶的經費和大量能源，經濟與生態效益顯著；但不足之處在于得率較低，雖然品質和開發前景都在實驗中被肯定，但是其工藝還需進一步優化以提升經濟效益。

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

表5 茶樣的感官審評結果Table5 The sensory evaluation results of tea samples

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