真空冷凍干燥技術在茶葉加工中的研究和應用進展

摘要 具有低溫、低氧、自動化控制特性的先進的真空冷凍干燥技術，對于熱敏性的茶葉而言，具有非常強的適用性。主要介紹了該技術在茶葉深加工和初加工中的研究和應用進展。在茶葉深加工方面，主要介紹了真空冷凍干燥對速溶茶品質的影響及其在速溶茶生產上的良好配套技術；在初加工方面，主要介紹了真空冷凍干燥對烏龍茶和綠茶的品質影響以及其在生產工藝方面的初步研究，但對于機理方面和工藝建模方面的研究涉入尚少，需要加強。

關鍵詞 真空冷凍干燥；茶葉；深加工；初加工

中圖分類號S571文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10679-02

基金項目廣東省教育部產學研結合項目（2012B091100089和2011B 090400335）。

作者簡介張秒高（1980-），女，安徽宿州人，助理研究員，碩士，從事茶葉加工研究。

1真空冷凍干燥技術概述

當前，技術體系的創新和新產品的開發成為制茶技術的主要研究內容，而其中自動化、連續化、可控制技術，新技術和新設備的引進和應用更是其中的重要部分。茶葉中富含熱敏性、易氧化的保健營養物質和色素，而茶葉的干燥環節對于茶葉的色澤、香氣、主要營養保健物質的保留均有重要影響[1]。因此，具有低溫、低氧特性，可自動化控制的真空冷凍干燥技術在茶葉生產中的應用前景受到了研究者們的高度重視。真空冷凍干燥，也稱作冷凍干燥或凍干，是將物料凍結到共晶點溫度以下，在低壓狀態下，通過升華除去物料中水分的一種干燥方法[2]。相較于常規熱干燥、真空低溫干燥、微波干燥等技術，由于整個干燥過程是在真空、低溫凍結的條件下完成的，最大限度地保存了制品中的生物活性物質，且干燥后的制品呈多孔海綿狀結構，極易溶于水（甚至在冰水中），能夠迅速復原。但干燥時間更長，不可連續生產，成本也更高，通常冷凍干燥的成本是風干的4～8倍[3]。因此，該干燥技術更適合于高附加值、高品質要求的茶葉產品。

2真空冷凍干燥技術在茶葉深加工中的研究和應用

西方發達國家對真空冷凍技術的系統研究始于19世紀10年代末用于保存血清、菌種和病毒。在美國，真空冷凍技術被商業化應用于園藝產品已有70多年了。1946年，日本開始對真空冷凍規模化生產的研究，后來在果蔬和肉類中推廣應用。20世紀60年代中后期，我國才開始真空冷凍技術的研究[4]。凍干技術可用于食品、藥品、蔬菜、水果、魚肉、方便食品、調味品、茶葉、速溶咖啡、酶素、菌種、生物制品等的干燥。速溶茶是茶葉深加工產品之一，由于真空冷凍干燥對色香味和生物活性物質最大程度的保留以及產品易復水溶解的優點正是高品質速溶茶所需要的。因此，近年來該技術在速溶茶生產中得到快速應用[5]。在茶葉加工領域，真空冷凍干燥技術在速溶茶中應用最早、技術也最為成熟，該技術最先在日本的速溶茶生產中得到應用[6]。

2.1真空冷凍干燥對速溶茶品質影響的研究根據施郁萌等的研究，所得速溶茶粉制品呈不規則疏松的晶片狀，有光澤；輕微粘壁[7]。該制品在冷水中可溶，較均勻；湯色清澈明亮，不渾濁，個別制品有沉淀；具有原茶的風味，無苦澀味，滋味平和。李影的研究表明，真空冷凍干燥的速溶茶香氣高于噴霧干燥的產品，適合高檔速溶茶的生產[8]。由于真空冷凍干燥的速溶茶在干燥前進行冷凍，容易產生冷后渾，冷凍干燥后的冷溶性相對噴霧干燥的差[9]。但在冷凍速溶茶的研制過程中發現，人們十分重視防止“冷后渾”現象。同時，為獲得與成本更高的冷凍干燥相匹配的高品質，研究者已開發了相應的關鍵配套技術。

2.2真空冷凍干燥技術在速溶茶加工工藝中的配套技術凍干速溶茶的一般生產工藝通常如下：茶葉拼配→浸提→凈化→濃縮→ 預凍結→凍干→包裝。整體來看，從拼配到濃縮均可看做凍干的前處理，但這些前處理環節對于滋味、湯色、制品得率具有重要作用，尤其是浸提、濃縮等[9]。

提取技術的配套：日本專利JP3951260報道，將茶提取液的溫度控制在酶適宜溫度（20～80 ℃），在每克干茶添加0.5～500單位的單寧酶，控制pH在4～7，可得到冷水可溶、品質優良的凍干速溶茶[10]。

濃縮技術的配套：在濃縮環節，常溫、無相變、在密閉系統內完成的反滲透濃縮技術所取代相較于工作溫度較高、有相變、系統不密閉的真空濃縮技術更有利于保持產品的良好品質，并成為速溶茶凍干技術理想配套的濃縮技術，從而大大減少了生物活性物質和香氣物質的損失，更為消費者所接受[11]。

此外，以速溶茶為對象，在工藝和數學建模方面的研究也較多，此技術已較為成熟[10]。

3真空冷凍干燥技術在茶葉初加工中的研究和應用

目前，在茶葉初加工方面，主要集中在冷凍干燥技術對于茶葉品質、工藝、工藝建模的研究上。烏龍茶是我國的主要茶類之一，近年來烏龍茶的產銷量大幅度上升，其生產量和出口量僅次于綠茶，是目前最具市場競爭力的茶類。尤其是高檔清香型烏龍茶以其“色綠”、“香高”、“味厚” 深受廣大消費者的青睞。如何利用此先進的真空冷凍干燥技術使清香型烏龍茶“色綠”、“香高”、“味佳”，成為近年來烏龍茶加工工藝研究的重點課題[12]，也是真空冷凍干燥技術在茶葉初加工中研究最多的，其次是綠茶。總體而言，真空冷凍干燥技術在茶葉初加工中的研究和應用較少，起步較晚。

3.1真空冷凍干燥對茶葉感官品質的影響2004年，葉乃興等最早將真空冷凍干燥技術應用在烏龍茶的初加工上，并以感官評審的方法比較了冷凍干燥茶（簡稱凍干茶）、常規烘干茶、含水量高達28%的冷凍茶后認為，凍干茶香氣馥郁、清高，花香顯，湯有香；凍干茶和冷凍茶的香氣明顯優于烘干對照樣，而冷凍茶香氣濃郁，花香濃，略優于凍干茶[13]。2006年，葉乃興等進一步對安溪鐵觀音凍干茶、冷凍茶和烘干茶香氣成分的定性和定量分析結果表明，凍干茶、冷凍茶的主要香氣成分含量明顯高于烘干茶；凍干茶的芳樟醇、香橙烯、B石竹烯、異戊酸苯乙酯、B杜松烯、橙花叔醇、法呢醇含量高于冷凍茶和烘干茶；感官評審也認為凍干茶、冷凍茶的自然花香更加濃郁[14]。2011年，胡紹德等對比了綠茶殺青后凍干的茶樣、烘至6～7成干后凍干的茶樣、傳統干燥的茶樣和烘至5～6成干后凍干的茶樣認為，殺青后直接凍干的茶樣香氣最好，清香、鮮爽[15]。2013年，劉秋彬在對比了綠茶凍干茶、冷凍茶、烘干茶后認為，凍干茶香氣馥郁清高，具自然花果香[12]，香氣雖不及冷凍茶，但明顯優于烘干茶[15]。

然而，也有學者的研究結果稍有不同。黃亞輝等在對單樅的感官品質香氣成分測定分析后認為，真空冷凍干燥技術對于茶葉品質有改善作用，先進行初步烘培再進行真空冷凍干燥相對于傳統高溫烘干、全程真空冷凍干燥的茶葉品質最優，不經初步烘培直接采用真空冷凍干燥的茶葉在滋味方面不及傳統烘干[16]。許振松等通過感官審評結果表明，單純的低溫干燥工藝制作的烏龍茶品質雖然在香氣、滋味上不如傳統工藝制作的烏龍茶好，但也會形成一種獨特的產品風格，可豐富烏龍茶的制作工藝和產品風格；還可使用復火等技術，提高產品質量，應用前景廣闊[17]。

在感官品質其他方面，葉乃興等認為，真空冷凍干燥可有效地保護烏龍茶鐵觀音的“色”、“香”、“味”；與冷凍茶和烘干茶比較，具有綜合品質優、貯藏期長、運輸及銷售方便等優勢，應用前景廣闊[14]。劉秋彬也認為，在感官品質方面，凍干茶色澤翠綠；湯色金黃、清澈明亮，優于冷凍茶；香氣馥郁清高、具自然花果香，香氣明顯優于烘干茶；滋味醇厚回甘等[12]。凍干茶同時具備了冷凍茶色綠、高香和烘干茶湯色明亮、易保存的優點，又彌補了兩者的缺點，綜合品質評價最好。 胡紹德等認為，感官審評結果表明真空冷凍干燥的綠茶更綠，香味較鮮爽，滋味較純爽[15]。有意思的是，對于烏龍茶類的研究方面，葉乃興等、劉秋彬等是以福建鐵觀音為研究對象，均認為真空冷凍干燥的茶葉品質優于傳統熱干燥；而黃亞輝等、許振松等均以廣東單樅為研究對象，均認為傳統的干燥方法優于單純的真空冷凍干燥。這2種觀點差異的原因還需要進一步的探討。

3.2真空冷凍干燥對茶葉理化成分的影響劉秋彬在對比了綠茶凍干茶、烘干茶后認為，在含水量方面，烘干茶的含水量可達到3%～4%；凍干茶的含水量可低于3%，脫水徹底，易于長期貯藏、方便運輸和銷售，這與葉乃興等的觀點一致。胡紹德等在真空冷凍干燥對綠茶品質影響的研究中發現，真空冷凍干燥的茶葉中茶多酚、氨基酸有效成分的保留量較多，其中殺青后直接凍干的茶樣氨基酸的保留量比傳統干燥法的保留量約高出了23%；在綠茶沖泡時的酚氨比這一指標上，綠茶殺青后進行真空冷凍干燥和烘干，至5～6成干后進行真空冷凍干燥時測得的酚氨比均比烘干的低，有利于綠茶品質的提高[15]。凍干茶和烘干茶中的咖啡堿無論是含量方面還是浸出率方面，差異都不大。

總體來看，同真空冷凍干燥技術在茶葉深加工領域相比，此技術在茶葉初加工方面的研究才剛剛起步，當前在茶葉初加工領域的研究也主要集中在真空冷凍相對于其他干燥方法優越性的實驗證實和真空冷凍對產品品質造成的影響方面。在針對具體茶葉特性，分析研究真空冷凍機理和熱質傳遞過程，以及建立不同產品真空冷凍過程的動力學模型的工作目前還比較少；在工藝、數學建模、機理方面的研究尚未見報道。但此技術已經在實際生產中有所應用，目前主要在烏龍茶和綠茶中應用較多[18]。為進一步提高干燥效率和降低成本，已有研究者將非凍結的真空低溫干燥技術引入到烏龍茶、綠茶、花茶等的初加工領域[19-21]。實踐數據證明，真空干燥設備脫去1 kg水熱能耗只有常壓熱風對流干燥的40%～60%，同常規的真空冷凍干燥技術相比，揉捻葉不經凍結，直接在干燥機內進行真空低溫干燥，大大縮短了干燥時間，提高了效率，節約了成本。我國目前已自行開發生產了大功率的真空低溫連續干燥機[22]。

4結語