高茶黃素含量紅茶的創新工藝研究進展

摘要：茶黃素（Theaflavins，TFs）因其對紅茶品質的影響和其保健功效特點，成為了紅茶加工和茶葉深度開發利用領域中的熱點。中國傳統工藝加工的紅茶茶黃素含量普遍偏低，與國際市場追求的紅茶濃、強、鮮的品質特點相差較遠，導致中國紅茶國際市場占有率低，因此迫切需要利用新工藝開發加工出高茶黃素含量的優質紅茶。綜述了茶黃素與紅茶品質的關系及其形成機理、萎凋（冷凍萎凋和加壓萎凋）和發酵（外源酶、化學添加劑和變溫發酵）過程中的高茶黃素含量紅茶加工創新工藝，并展望了后續可開展的高茶黃素紅茶加工工藝，旨在為開發高茶黃素含量的紅茶產品提供理論依據和可執行的技術措施。

關鍵詞：茶黃素（Theaflavins，TFs）；紅茶；萎凋；發酵；創新工藝

中圖分類號：TS272.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）10-2453-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.10.002

Abstract： Theaflavins have received extensive attention due to their effects on black tea quality and biological activities. Black tea with briskness and strength characteristics prevails in the international market. However， the amounts of theaflavins are lower in China than those in other countries， resulting in lower international market share. So， it is important to use the innovative technology to process high-quality black tea with high amounts of theaflavins. The authors summarizes the correlation between theaflavins and black tea quality and theaflavins forming mechanism， and gives an overview of innovative technology to process high amounts of theaflavins from withering （freezing wintering and high pressure withering） and fermentation （exogenous enzyme， chemical additives and temperature-changing fermentation） course. Based on these researches， other technology were prospected for further study of processing high amounts of theaflavins， providing a theoretical basis and enforceable technical direction for the development of high theaflavins content of black tea products.

Key words：theaflavins； black tea； withering； fermentation； innovative technology

茶葉以其天然、營養、保健的特點備受青睞，成為世人最受歡迎的飲品之一。根據發酵和氧化程度的不同，茶可以分為不發酵茶、半發酵茶和全發酵茶三類。紅茶屬于全發酵茶，以茶樹新鮮芽葉為原料，經萎凋、揉捻（切）、發酵、干燥等工藝精制而成。近年來，隨著全球一體化的不斷發展、飲食與消費結構的不斷變化、資本流通的不斷推動，中國紅茶生產迅猛發展，2014年產量上升到21.53萬t（圖1）[1，2]。隨著中國紅茶消費市場的連續升溫，越來越多的企業開始生產紅茶。但是，中國的紅茶品質與印度、斯里蘭卡及肯尼亞等國的紅茶相比存在一定的差異，如酚氨比較低，湯色發暗欠紅亮，滋味淡薄欠強爽，濃度、強度不高，從而導致國際市場競爭力較弱。

茶黃素（Theaflavins，TFs）是紅茶中的主要功能成分和品質組分[3]，是目前茶葉深度開發領域中研究的熱點，在天然藥物、功能食品、日用化工、功能飲料等領域有著廣泛的應用前景。隨著人們保健意識的增強，生產出高TFs含量、品質優良的紅茶成為了消費者關注的問題。中國傳統工藝加工的紅茶TFs含量偏低，一般在0.5%左右，而印度、斯里蘭卡等國生產的紅茶TFs含量在2%左右，品質優于中國紅茶[4]。為提高中國紅茶的國際市場競爭力，利用新工藝開發加工出高TFs含量的紅茶是迫切需要的。

為此，筆者就紅茶加工過程中TFs的形成機理、加工高TFs含量紅茶的創新工藝進行了整理歸納，并在此基礎上提出生產高TFs紅茶的其他可行性技術，以期生產企業能在實際生產中認識創新工藝對紅茶品質的影響，為生產高TFs含量的紅茶和新工藝產品開發提供基礎和借鑒。

1 茶黃素與紅茶品質的關系及形成機理

TFs最早是由Roberts等[5]發現的，是一類由茶多酚及其衍生物氧化形成的、能溶于乙酸乙酯、含有多個羥基或酚羥基的苯駢卓酚酮化合物，呈橙黃色。目前己發現的TFs中，茶黃素、茶黃素-3-沒食子酸酯（Theaflavin-3-monogallate，TF-3-G）、茶黃素-3′-沒食子酸酯（Theaflavin-3′-monogallate，TF-3′-G）和茶黃素-3，3′-雙沒食子酸酯（Theaflavin-3，3′-digallate，TFDG）是4種主要的茶黃素。國內外研究表明，TFs具有多種與人體健康有關的潛在功效，有抗氧化[6，7]、防癌抗癌[8，9]、降脂[10]、抗菌抗病毒[11，12]、消炎[13，14]、預防心血管疾病[15]等功能（表1）。

1.1 茶黃素與紅茶品質的關系

TFs是紅茶中的主要成分，對紅茶品質起著決定性的作用。Wright等[16]在研究非洲不同品質紅茶時發現，紅茶品質與TFs總量呈高度正相關（r=0.785），與茶黃素各組分相關性由高到低分別是TF-3′-G （r=0.788）、TF-3-G（r=0.741）、TF（r=0.705）。Liang等[17]在研究中國紅茶時也發現，TF和TF-3'-G與紅茶品質顯著相關。

國內外學者們對TFs與紅茶湯色之間的關系進行了大量的研究，發現TFs是紅茶湯色“亮”的主要成分，同時還是形成紅茶“金圈”現象的主要構成物質。Roberts等[18]研究發現，TFs與茶湯亮度具有高度的相關性，TFs含量越低，紅茶湯色亮度越低，反之則湯色亮度越好，呈金黃色。陳義等[19]在研究信陽紅化學成分與品質的相關性時，發現TFs含量與信陽紅茶湯色呈顯著正相關，相關系數達0.628。TFs的各組成成分中，TF、TF-3′-G和TF-3-G都與湯色評審給分之間呈高度正相關，TFDG與湯色也呈正相關，相關系數為0.60[20]。Obanda等[21]在研究TFs對紅茶湯色亮度影響時發現，總TFs含量與湯色評審給分之間呈正相關（r=0.57），與儀器測量的湯色亮度之間相關度更高，達到了0.87，且TFs各單體對湯色亮度的貢獻存在協同作用。除此之外，與蛋白質結合的水不溶性茶黃素，與葉底色澤有關，當水不溶性茶黃素含量較高時，葉底較紅亮[22]。從上述研究分析得出，TFs含量對紅茶湯色影響較大，表現為含量越高紅茶湯色越亮。

茶黃素具有辛辣和強烈收斂性，對紅茶滋味有極為重要的作用，影響著紅茶茶湯的濃度、強度和鮮爽度，尤其是強度和鮮爽度。關于TFs對紅茶滋味影響的報道較多，但一直存在爭議。Hilton等[23]研究指出，TFs對紅茶茶湯的鮮爽、澀味起作用，可以作為紅茶質量的評定指標。Ding等[24]研究指出，紅茶茶湯總體澀味強度與TFs濃度間沒有發現顯著相關性，因此TFs對紅茶澀味沒有重要作用。Scharbert等[25]研究發現，Dot值（Dose-over-threshold）和感官評審結果表明TFs對茶葉滋味沒有影響。

1.2 紅茶加工過程中茶黃素的形成機理

紅茶加工通過萎凋提高鮮葉中酶的活性，并在揉捻和發酵過程中利用酶促氧化作用，促使茶葉中兒茶素類氧化聚合，生成TFs（圖2）。在紅茶初制過程中，多酚氧化酶（PPO）活力的強弱，直接影響TFs的形成速度和數量，因此，發酵過程中酶活性的掌控對TFs的形成很重要。酶在發酵過程中對溫度具有很強的敏感性，發酵溫度過低，則酶活性低，多酚類物質的氧化聚合很難完成；但發酵溫度過高，會加速蛋白質與氧化的多酚類結合成不溶性復合物的速度。在發酵前期，TFs合成速度大于聚合分解速度，應適當提高溫度，有利于多酚氧化酶活性的增強，促進TFs的合成；發酵中后期隨兒茶素的氧化消耗和TFs積累，TFs的聚合分解速度加快，此時降低溫度可明顯減緩TFs聚合和分解。

2 創新技術在高茶黃素含量紅茶加工中的應用

紅茶加工過程中，TFs的形成是通過萎凋提高鮮葉中酶的活性，并在發酵階段利用酶促氧化作用，促使茶葉中兒茶素類氧化聚合。由TFs的形成機理可知，萎凋和發酵是TFs形成的關鍵過程，因此，在高TFs含量紅茶的加工創新技術改進過程中，主要是對萎凋和發酵技術進行工藝優化。

2.1 萎凋工藝

2.1.1 冷凍萎凋技術 萎凋是紅茶加工的基礎和關鍵工序，對形成紅茶的色、香、味具有重要作用?，F在生產上普遍采用萎凋槽法萎凋，比傳統的自然萎凋較適合紅茶品質的形成，但其耗時、耗能。為了減少萎凋時間、降低能耗，研究人員對紅茶冷凍萎凋技術進行了大量研究。冷凍萎凋是指茶鮮葉在進行自然萎凋之前，先在-20℃環境條件下冷凍2 h；通過冷凍處理，增加細胞膜透性，提高葉細胞損傷率和損傷速率，進而提高TFs的含量，同時還能夠加快紅茶的發酵速率[26]。

Muthumani等[27]在紅茶萎凋中引入冷凍技術，研究表明，經冷凍萎凋2～4 h的成品紅茶TFs含量高達1.36%～1.43%，約為自然萎凋16 h的1.5倍，且品質要比自然萎凋品質好。袁弟順等[28]研究表明，冰凍萎凋葉揉捻后細胞損傷率增加到99.3%，發酵時間由4 h縮短至2 h，冰凍處理的工夫紅茶茶多酚含量減少8.4%，TFs含量增加25.8%。夏濤等[29]在研究冷凍萎凋對茶葉酶活性的影響時，冷凍葉僅經1.5 h即達發酵適度，且葉色紅勻明亮；自然萎凋葉則需3～4 h才可完成發酵，而且葉色不如冷凍葉紅亮。賴兆祥等[30]采用不同萎凋工藝加工英紅9號，試驗結果表明，在冰凍萎凋處理中，多酚氧化酶活性在萎凋過程中下降，在揉捻過程中明顯增強，發酵后逐漸降低；冷凍萎凋處理加工的紅茶TFs含量比鼓風萎凋處理提高了2.47%。黃建琴等[31]認為，由于冷凍萎凋能促進多酚類的酶促氧化，縮短發酵進程，且發酵結束時多酚氧化酶活性迅速降低，避免了TFs的進一步損失，因而冷凍萎凋工藝各階段紅茶的TFs含量均高于自然萎凋工藝。上述研究結果均表明，冷凍萎凋技術大大節約了紅茶加工時間，此外，還能夠促進多酚類的酶促氧化，加快發酵進程，提高TFs含量。

另有報道表明，僅僅采用冷凍萎凋雖能在不失水情況下達到物理萎凋的目的，但卻無法達到化學萎凋的要求，對紅茶品質的形成不利[32]。夏濤等[29]的研究提出了在紅茶加工中采用組合萎凋技術，先進行自然萎凋或加溫萎凋，促進酶活性的提高，完成必需的物質轉化；后期則采用短時間的冷凍處理，不僅能降低揉捻（切）溫度，而且可以促進細胞膜透性的增加和同步發酵的進行，提高紅茶品質。

2.1.2 紅碎茶的加壓萎凋技術 為了最大程度地保持茶葉天然品質，提高茶葉某些特殊成分的穩定性和內含物的低溫溶出效率，目前已經把超高壓技術應用于茶葉加工領域。顧謙等[33]用調控大氣壓力的物理方法，在萎凋階段進行增壓處理，結果表明萎凋3 h，增壓3個大氣壓，提高了多酚氧化酶的活性，增加了產品TFs的含量。譚俊峰等[34]研究表明，鮮葉經過超高壓（550 MPa，10 min）處理制得的紅碎茶湯色紅艷明亮，滋味濃強帶鮮，與對照相比，TFs含量提高20.43%。

2.1.3 其他 羅勇等[35]在紅茶萎凋工序中引入紫外光照射，利用紫外光UV-B來激發茶葉相關酶的活性，促進多酚類物質的體外聚合、轉化，研究發現，隨著紫外光照射時間的延長，茶多酚含量先增加后減少；成品茶中的TFs含量也均高于傳統工藝的茶樣，但隨著照射時間的延長，呈現出遞減的趨勢，以照射1 h其含量最高，為3.41 mg/g，比傳統工藝成品工夫紅茶提高了18%。

在萎凋階段，將烏龍茶做青工藝應用于工夫紅茶加工，其目的是使鮮葉在搖青機械力的作用下細胞受到摩擦損傷，增強細胞膜的滲透性，使多酚氧化酶等與茶多酚等反應底物充分接觸，氧化聚合生成TFs。羅勇等[35]研究發現，隨著搖青次數的增加，成品紅茶TFs含量呈現先增加后減少的趨勢，以搖青120 r獲得TFs含量最高為3.49 mg/g，比傳統加工工藝成品工夫紅茶提高了22%。張靜等[36]研究發現，中度搖青（第一次搖50 r，第二次搖100 r，第三次搖150 r）處理的樣品TFs含量明顯高于對照，提高了38%。

2.2 發酵工藝

2.2.1 外源酶對發酵的影響 隨著酶工程的不斷發展，利用外源酶有針對性地改善茶葉中某一類特定物質的含量，促進茶葉的有益轉化，提高茶制品的品質，已成為改善茶葉品質的新途徑之一[37]。現在運用于紅茶加工中的主要酶類有多酚氧化酶、單寧酶、多糖水解酶和胰蛋白酶等多種外源酶[38]。

有研究表明，多酚氧化酶應用于紅茶發酵過程中，能促進紅茶發酵和TFs、TRs的生成，改善茶湯的色澤和香氣，顯著提高紅茶品質[39]。在傳統茶葉加工中，單寧酶可釋放與蛋白質、咖啡堿結合的TFs和TRs，改進紅茶的湯色和滋味；水解酯型兒茶素，以降低茶葉的苦澀味[40，41]。毛清黎等[42]探索了利用外源多糖水解酶提高紅碎茶品質的新技術，試驗結果表明，將酶液在揉切前均勻地噴霧加入萎凋葉中，水分控制在68%左右，發酵時間比常規工藝延長15～45 min，采用先高后低的干燥方式，能較好地協調外源以及茶葉自身內源酶的酶促作用，產品中TFs含量明顯提高。毛清黎等[43]還對多糖水解酶增質機理進行了探討，研究表明，外源多糖水解酶水解葉組織細胞壁中的不溶性多糖，產生生化破損作用，使發酵茶胚酸化，提高多酚氧化酶活性，促進TFs形成。劉仲華等[44]的研究表明，在紅茶發酵過程中添加定量的（50 mL/2 kg發酵葉）胰蛋白酶，可以明顯提高多酚氧化酶活性（比對照高1倍左右），TFs含量提高42%～48%。同時，胰蛋白酶還能加速發酵進程，縮短發酵時間，在溫度較低、發酵緩慢的春季，添加胰蛋白酶不僅能增進品質，還可提高工效。

雖外源酶的引入可以提高紅茶的品質，但也存在以下問題：由于提制的外源酶或外源酶粗提物易給茶制品帶進副產物，如何提取分離高純度的外源酶，并保持其活力成為茶葉加工中外源酶應用的關鍵；影響酶活性的因素很多，為了使外源酶充分發揮作用，需要相應改進或改變傳統制茶工藝及各項指標[45]。只有全面深入研究以上問題，才能達到充分發揮酶制劑在制茶領域中的最佳效能，真正達到提高茶葉品質，降低成本的目標。

2.2.2 化學添加劑發酵技術 近20年來，國內外已有不少學者采用添加精油類、色素和鹽類等化學添加劑以促進紅茶發酵、改善紅茶品質，并取得一定效果。在紅茶發酵過程中，劉仲華等[44]研究了不同添加劑對紅茶發酵與品質的影響，指出通過噴灑適量的硫酸銅溶液、檸檬酸或亞油酸，可以不同程度地提高發酵進程PPO活性，提高紅茶中與品質水平呈高度正相關的TFs含量。馬中華[46]在紅碎茶發酵過程中添加乙酸鈉，既提高了TFs、TRs保留量，又降低了TBs含量。張穎[47]研究了Cu2+對不同來源多酚氧化酶活力的影響，指出Cu2+能夠在多酚氧化酶的活躍中心與組氨酸的殘基62-189絡合，添加0.1 mmol/L Cu2+溶液均能提高PPO活性，比原有水平增加了10%，其催化兒茶素生成的TFs含量升高，但隨著Cu2+濃度的增加，TFs含量降低。

2.2.3 變溫發酵技術 從制茶的理論來看，紅茶發酵開始于揉捻工序，發酵的溫度和時間是紅茶發酵的主要控制技術因素。溫度過高或過低均會影響TFs的含量，溫度過低，酶活性較弱，酶促反應緩慢，內含物轉化不充分；溫度過高，多酚氧化酶易失活，不但會加速酶蛋白與多酚類物質形成不溶性復合物，而且會大量氧化聚合成TRs、TBs，不利于TFs的積累。傳統紅茶發酵過程中，溫度始終保持前后一致，而變溫發酵理論則要求發酵前期溫度要高，中后期溫度要低。通過變溫發酵試驗，陳以義等[48，49]根據紅茶發酵化學生成TFs的機理，運用反應方程式（圖2）及化學動力學原理，探討了發酵溫度對TFs形成和積累的影響。從圖2分析看出，在平行反應中酚醌氧化聚合成TFs的活化能要遠大于聚合成TRs的活化能，在連串反應中兒茶素類酶性氧化反應的活化能遠小于TFs氧化生成茶紅素的活化能。因此，高溫發酵有利于平行反應中TFs形成，但不利于連串反應中TFs積累；反之，低溫發酵有利于連串反應中TFs積累，而不利于平行反應中TFs形成。為了提高紅茶中TFs含量，首先要求形成更多的TFs，并減少TFs的消耗，所以發酵前期宜采用高溫，中后期轉為低溫。變溫發酵是從揉捻開始計算的，從通常紅茶發酵的生產實際來看，紅茶發酵開始于揉捻工序，由于揉捻力的摩擦作用使茶葉發熱，以及發酵時氧化反應所釋放出熱量的積累，均使揉捻葉溫高于室溫，即為升溫過程。揉捻葉經解塊篩分，水分蒸發，熱量散失，葉溫下降，即發酵處于低溫狀態（表2）。

3 展望

在國內紅茶產銷兩旺的新形勢下，人們也應當清醒地認識到，目前中國紅茶的加工工藝仍舊落后，TFs含量較低，科技創新能力不強。隨著“紅茶熱”的興起，中國紅茶已面臨國外紅茶的挑戰，改善傳統紅茶加工工藝，生產高TFs含量紅茶產品迫不及待。工夫紅茶是中國特色的優勢紅茶品類，在傳統加工工藝基礎上，合理運用一些新的工藝處理能明顯提升工夫紅茶的感官品質和生產效率。已有的新工藝研究主要集中在以下方面：萎凋時加入冷凍和加壓處理，引用烏龍茶的搖青工藝，或采用紫外光照射[27-35]；在發酵過程中，采用變溫發酵或加溫加濕發酵，添加外源酶或化學添加劑[43-49]。引入上述創新工藝可以提高紅茶TFs含量，但也存在許多問題。譬如，冷凍萎凋技術應用于生產還有待更進一步的研究，且需要引進或生產大型的專用制冷設備，前期投入的成本較大；紅碎茶的外形要求不同于工夫紅茶和小種紅茶，所以，為提高紅碎茶品質進行的增壓萎凋取得了很好的效果，但是成本太高制約了這一技術的推廣；由于提制的外源酶或外源酶粗提物易給茶制品帶進副產物，如何提取分離高純度的外源酶并保持其活力成為茶葉加工中外源酶應用的關鍵。

真空冷凍干燥技術一般是樣品先預冷至-18～ -10 ℃，然后在高真空狀態下進行有限加熱，使加工樣品中的水分直接由固態冰升華為氣態的水蒸氣被蒸發，達到除去水分而干燥的目的。采用真空冷凍干燥方式加工茶葉，茶條內外溫度始終控制在較低狀態下，香氣物質和營養成分獲得最大限度保留，能使干燥后的成茶保持原汁原味。筆者所在實驗室已開展了真空冷凍干燥工藝生產高茶黃素含量的工夫紅茶研究工作，結果表明，可通過真空冷凍干燥工藝來調控紅茶產品的品質和風味，提高工夫紅茶的TFs含量和改善風味。后續還將在前人研究[27-49]和實驗室研究的基礎上，采用室內結合冷凍萎凋、變溫發酵和真空冷凍干燥三個加工環節來調控紅茶產品的品質和風味，以制得高TFs含量和高品質的工夫紅茶。

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