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刘仲华│中国茶叶深加工40年(一)

作者:刘仲华

茶叶深加工主要是指以茶叶生产过程中的茶鲜叶、修剪叶、茶叶、茶籽,以及由其加工而来的半成品、成品或副配资 为原料,通过集成应用生物化学工程、分离纯化工程、食品工程、制剂工程等领域的先进技术及加工工艺,实现茶叶有效成分或功能组分的分离制备,并将其应用到人类股票 、动物保健、植物保护、日用化工等领域的过程。茶叶深加工是有效解决中低档茶和夏秋茶出路、提升茶叶附加值、跨界拓展茶的应用领域、延伸茶叶产业链的重要途径。

一、茶叶深加工40年研究简况

我国茶叶深加工起步于上世纪60年代初,以福州商检局成功试制冷冻干燥型速溶茶为标志。进入70年代,上海工业微生物研究所、湖南农学院、中国农业科学院茶叶研究所、湖南长沙茶厂先后成功研制各种速溶茶。1976年,中国农业科学院茶叶研究所立项开发利用茶叶籽油,启动了茶皂素提制技术研究。1978年改革开放以来,全国各地高校和科研院所一大批专家学者先后开展茶叶深加工理论与技术研究。尤其是80年代中后期,随着国际上茶与股票 研究热的兴起,深加工快速成为我国茶叶科学研究的重要分支和配资资讯 领域,茶叶科技工作者先后聚焦研究速溶茶系列配资 提制技术,茶皂素、茶多酚、儿茶素、咖啡碱、茶氨酸、茶黄素、茶多糖、花色苷、γ-氨基丁酸等功能成分的提取分离纯化技术,以及以茶叶提取物为原料的深加工终端配资 开发,旨在实现茶叶、茶叶籽、茶树花等茶树资源的深度开发与高值化利用。

我国茶叶深加工研究经过近40年的发展,技术体系与配资 体系基本成熟。按照技术需求可分为:有效组分与功能成分分离纯化技术、功能成分结构修饰与改性技术、活性成分的功能与安全性评价、深加工终端配资 研发、功能成分分析检测等研究方向。按照配资 类别可分为:有效组分、有效成分、终端配资 。有效组分主要包括:速溶茶、茶浓缩汁、茶籽油、茶树花提取物等;有效成分主要包括:茶多酚、儿茶素、茶氨酸、茶黄素、茶多糖、茶皂素、咖啡碱、花色苷、γ-氨基丁酸等功能成分的标准化提取物;深加工终端配资 包括以茶叶功能成分、速溶茶、茶浓缩汁、茶籽油、茶树花为原料开发的天然药物、保健食品、茶食品、食品添加剂、个人护理品、动物股票 配资 、植物保护剂、建材添加剂等功能性终端配资 。目前,我国茶叶深加工领域利用20多万t的茶叶原料(约占我国茶叶总产量的7.7%),创造了1 500多亿元的产业规模,取得了显著的经济效益和炒股配资 效益,且存在巨大的拓展空间。

二、茶叶深加工技术研究进展

1、速溶茶与浓缩茶汁提制技术

速溶茶和浓缩茶汁的提制工艺主要由提取、过滤、浓缩、干燥等工序组成,此外,还包括水处理、茶原料拼配、转溶、香气回收利用等工序。过去40年间,我国速溶茶/浓缩汁提制技术创新取得了全面的突破与跨越。

提取工艺技术与装备是决定速溶茶得率和品质的重要工序。研究人员先后就影响提取效果的主要因素(如浸提溶剂、茶叶破碎度、浸提温度、浸提时间、料液比等)进行了系统的研究与优化,构建了以纯水为溶剂的绿色高效提取技术参数。提取装备方面,从起步阶段的单罐提取向多罐连续提取、连续逆流槽式提取发展,连续逆流槽式提取成为目前最适用于规模化工业生产的提取方式,可有效确保提取效率和品质。为了提高速溶茶的提取收率、效率、品质,降低提取成本,酶解提取、微波提取、超声波提取、超临界CO2提取等新技术得到了不断的研究与应用。酶解提取法虽可提高茶叶中有效物质的溶出率,但其成本较昂贵,大生产应用受到一定限制。微波辅助提取法和超声波辅助提取法与传统提取方法比较,能提高有效成分的溶出速度,缩短提取时间,节省消耗,提高提取得率。因此,微波或超声波辅助提取已经得到广泛应用。超临界CO2提取法可以高保真地提取茶叶中的香气物质并有效脱除部分咖啡碱,获得香味品质优异的低咖啡因速溶茶,但设备相对昂贵,提取效率偏低,产业领域中应用比例不高。

速溶茶生产线

过滤是获得高透明度茶浓缩汁和速溶茶的关键环节,也直接影响配资 的色泽和风味。我国速溶茶过滤技术经历了从板框过滤、管式离心分离、碟式离心到膜过滤的发展过程。现在,超滤膜、纳滤膜、无机陶瓷膜等先进膜过滤技术已经全面应用于大生产的茶提取液过滤中。浓缩是速溶茶和浓缩汁加工中影响品质和效率的核心工序。浓缩技术从常规真空浓缩、冷冻浓缩向膜浓缩发展。膜浓缩(包括反渗透浓缩、超滤浓缩和纳滤浓缩)与真空蒸发浓缩相比,具有浓缩温度低,能有效保护热敏性物质,可提高配资 的冷溶性,有效保留茶叶香气物质,降低重金属、农残、小分子有机酸、无机盐等富集效应,现已成为茶叶深加工中应用最广泛的先进浓缩技术。由于低能耗的机械式蒸汽再压缩技术(Mechanicalvapor recompression, MVR)应用于真空浓缩设备中,目前,MVR真空浓缩与膜浓缩结合是速溶茶规模化生产中较理想的浓缩技术组合。

速溶茶粉

速溶茶工业化生产中采用的干燥方法主要有喷雾干燥和真空冷冻干燥两种。此外,还有真空低温连续干燥技术、微波真空干燥技术、高压电场干燥技术等,但产业化中应用不多。近年来,连续真空冷冻干燥方法和低温喷雾干燥等新技术为速溶茶风味品质提升奠定了更好的技术基础。利用茶浓缩汁的起泡性,通过特殊的均质雾化,一次性无添加剂地喷雾形成了流动性好、溶解性好、抗潮性好的中空颗粒型速溶茶。速溶茶提制中农药残留去除技术、降氟技术、重金属(砷、铅)去除技术均取得了一系列突破。

2、茶叶功能成分提制技术

(1)茶多酚/儿茶素的提制技术

自上世纪80年代开始,茶多酚与儿茶素的提取分离技术一直是茶叶深加工的研究重点和配资资讯 。90年代初期,第一代茶多酚提制技术基本成熟并从实验室走向大生产。当时主要有两种工艺技术路线:第一种工艺路线是以纯水提取,氯仿或二氯甲烷脱除咖啡碱,乙酸乙酯萃取分离茶多酚。该工艺的问题是采用了有害溶剂氯仿或二氯甲烷,同时,配资 中高浓度的乙酸乙酯残留,使配资 存在安全隐患。第二种工艺路线是采用石灰水中的Ca2+沉淀茶多酚,再经乙酸乙酯萃取分离纯化茶多酚。该工艺的问题是,茶多酚在碱性条件下容易氧化红变,同时,配资 中会有高含量的Ca2+残留。

90年代中后期,基于上述两种工艺的安全性与品质问题,研究构建了只采用纯水和酒精为提取与分离溶剂,膜分离与大孔树脂分离纯化相结合的茶多酚/儿茶素绿色高效提取分离纯化技术体系,满足了国际市场对茶叶提取物质量安全的日益严苛要求。超临界CO2和亚临界提取技术、反渗透膜浓缩和低负压蒸发技术减少了浓缩过程中茶多酚的氧化与儿茶素的热异构化;木质纤维树脂、壳聚糖树脂、竹叶纤维等新型分离介质成功应用于柱层析分离。吸附树脂分离、膜分离技术与酶工程组合,构建了绿色高效的儿茶素分离纯化技术体系,并研发出脱咖啡因高纯儿茶素、高酯化儿茶素、低苦涩味儿茶素等新配资 。采用凝胶色谱、中低压制备色谱和高速逆流色谱技术分离制备儿茶素单体时分离产能过低,模拟移动床色谱、大容量三柱串联型高速逆流色谱仪(由多根色谱柱或类似色谱柱的固定床层串联)的应用,实现了混合物的连续进样和分离,制备效率显著提高。EGCG、EGC、ECG和EC等儿茶素单体的制备技术由千克级向吨级的工业化规模跨越。

茶多酚胶囊

(2)茶氨酸提制技术

从儿茶素提制过程的水洗脱液或低浓度酒精洗脱液中,采用离子沉淀法、离子交换吸附法与膜分离法组合分离天然L-茶氨酸的技术日趋成熟,为高茶氨酸茶树资源的高值化利用及茶叶功能成分组合高效提制提供了技术支撑;利用茶叶、枯草芽孢杆菌与硝基还原假单孢菌等不同微生物或混合微生物释放的酶类进行茶氨酸的生物合成,取得了新的进展;以L-焦谷氨酸与无水乙胺为原料,采用含有BHT与维生素C的复合氧化剂为助剂实现了在较温和的条件下化学合成L-茶氨酸。此外,采用化学法先制备中间产物再进行生物酶拆分,获得化学合成L-茶氨酸,解决了化学合成品的DL-消旋体问题。

(3)茶黄素的酶促氧化制备与分离纯化技术

由于红茶中茶黄素含量不高(0.5%~2.0%),加之国内红茶消费热的兴起,导致以红茶为原料提取分离纯化茶黄素的成本缺乏市场竞争力和产业化的可操作性。因此,以儿茶素为原料通过酶促氧化制备茶黄素是一条经济高效可行的新技术途径。采用茶鲜叶、梨和茄子多酚氧化酶(PPO)、Denilite IIS真菌漆酶催化合成茶黄素,牛蒡根PPO氧化EGCG3'Me合成甲基化茶黄素(TF3MeG3'G),均取得了具有可实施产业化应用的技术突破。该项突破使得茶黄素成为继儿茶素和茶氨酸之后最具应用潜力的茶叶功能成分,并在国际股票 食品领域全面应用。采用半制备HPLC或中压制备液相色谱技术已较大规模分离纯化出4 种茶黄素单体TF、TF-3-G、TF-3'-G、TFDG。

茶黄素片和茶黄素胶囊

(4)茶皂素提制技术

茶皂素是一类齐墩果酸型五环三萜类糖苷化合物,分子量较大,极性强,易溶于水,起泡性强,是一种性能优良的非离子型天然表面活性剂。中国农业科学院茶叶研究所夏春华和朱全芬研究员自上世纪70年代率先开展茶皂素的提取分离纯化技术与应用研究,并于1984年获国家发明三等奖,成为改革开放以后我国茶叶科学领域第一个获国家发明奖的项目。由于皂苷溶于水及多种有机溶剂,传统的茶皂素提取法有水提法和有机溶剂提取法。近年来,超声波和微波辅助提取技术和混合溶剂提取技术的应用,使得茶皂素的提取收率大大增加。大孔吸附树脂分离、膜分离技术、萃取技术的应用,有效提高了茶皂素的分离纯度、分离效率和配资 安全性。

(5)茶多糖提制技术

茶多糖是茶叶中重要的活性成分之一,它的研究始于20世纪80年代,当时由于茶多糖的分离手段不完善,茶多糖中存在大量的脂类,故称作脂多糖。90年代末,汪东风等采用现代分析技术研究发现,茶多糖是一类含有蛋白质的酸性多糖复合物(Tea polysaccharide),其主要功能有降血糖、血脂、抗氧化、抗辐射和提高免疫等作用。粗老茶中茶多糖含量较高,故多用该类茶叶提取茶多糖。茶多糖最常见的制备方法是水提醇沉法,以及一些辅助提取方法,如微波、超声波、酶辅助浸提等;常见的纯化技术有先用Sevag法除蛋白、双氧水法脱色、透析法除盐等,然后用柱层析法、超滤法、季铵盐沉淀法等提纯。目前,规模生产主要使用水提醇沉法制备茶多糖粗品,再进一步分离纯化及开发利用。此外,由于茶多糖组成复杂的特点,原来以葡萄糖为标准测定茶多糖含量的分析结果多有偏差,汪东风等研发了以纯品茶多糖取代葡萄糖为标准的茶多糖含量检测专用技术,使检测结果更趋真实可靠。

3、茶饮料加工技术

茶饮料是指以茶叶的萃取液、浓缩液、速溶茶粉为主要原料加工而成的饮料,具有茶叶的独特风味,含有天然茶多酚、咖啡碱等茶叶有效成分,是清凉解渴的多功能饮料。茶饮料种类繁多,主要分为纯茶饮料(茶汤饮料)、果汁果味茶饮料、奶味茶饮料、复合茶饮料等。纯茶饮料注重茶的原汁原味,代表着茶饮料的加工技术水平。目前,市场上红茶、绿茶、茉莉花茶、乌龙茶、黑茶(普洱茶、茯茶等)的纯茶饮料较多;而果汁果味茶饮料则是国内市场上比例最高的种类。利用各种具有保健作用的药食两用植物材料与茶叶复配制成的混合保健茶饮料,正成为茶饮料新的发展趋势。

中国茶饮料市场于20世纪80年代末起步,90年代中后期进入规模生产,2001年起进入快速发展期,消费市场以每年30%~50%的速度增长。巅峰时期的2013—2015年间,我国茶饮料产销量超过1 500万t,产值达1 000多亿元,占中国饮料消费市场份额的20%以上。

茶发酵饮料

随着茶饮料市场规模的快速崛起,茶饮料生产加工技术水平也得到了快速提升。研究揭示,茶饮料加工过程中会受温度、pH、空气等因素影响,使茶汁中的茶多酚类、生物碱、可溶性糖、色素、维生素、矿物质、香气等物质产生相应化学变化,儿茶素、氨基酸、可溶性糖等物质含量均有相应减少。茶饮料在贮藏过程中,茶多酚总量、儿茶素、游离氨基酸及香气成分等都会发生显著的下降。在茶饮料的护色技术、保质技术、防沉淀技术、保香技术等方面取得了一系列突破,膜分离技术、酶工程技术、非热杀菌技术、无菌灌装技术、芳香物质回收技术等先进技术被全面推广应用。研发了饮料护色技术:化学护色技术主要有包埋法、酶处理法、离子护色法加抗氧化剂法以及pH值调色法等,物理护色技术包括包装技术、灭菌技术和除氧技术等;防沉淀技术:添加酶(木瓜蛋白酶、漆酶、酸性脯氨酸水解酶、单宁酶)、吸附剂(硅藻土、硅胶、壳聚糖、明胶、蛋清蛋白、聚乙烯吡咯烷酮)、包埋剂(β-环糊精)、多聚磷酸盐(三聚磷酸钠和六偏磷酸钠)、促沉剂(金属离子和蔗糖脂肪酸酯等),超滤技术去除部分茶多酚及咖啡碱,碱性条件下转溶及低温贮藏处理等技术,抑制茶乳酪的形成,防止沉淀;茶饮料保香增香技术:添加β-环糊精包埋香精油、适量添加β-胡萝卜素、添加果胶酯酶(Pectin esterase)和多酚氧化酶、香气回收再添加、非热力杀菌技术(冷杀菌技术) 和添加乙基麦芽酚、麦芽酚等香味增强剂等,采用膜浓缩技术替代传统的真空浓缩减少茶浓缩汁中香气物质损耗。

4、功能性终端配资 开发

茶多酚在上世纪90年代初被列入食品添加剂中的天然抗氧化剂。进入21世纪以来, 随着EGCG、茶氨酸、茶树花、茶叶籽油被我国列为新资源食品,为茶叶提取物在食品领域的大量应用突破了法规障碍。我国茶叶深加工技术研究开发逐步由过去只专注提取分离纯化技术创新向同时开展茶叶活性成分的功能研究与终端配资 研发转移,以茶与股票 的最新研究成果为基础,开发以茶叶功能成分为原料的天然药物、股票 食品、功能食品、休闲食品、功能饮料、个人护理品、动物股票 配资 及环境修复配资 等,越来越多具有天然、股票 特点的茶叶深加工终端配资 投入到人类股票 、动物股票 、植物股票 和环境保护的大股票 产业中,且配资 呈现日益多样化、功能化、配资官方网 化、方便化的趋势。

添加一定比例的茶多酚或茶提取物研制的功能型休闲食品成为茶食品发展的配资资讯 ,先后研发出茶味糖果、茶味零食、茶味糕点、茶味蜜饯、茶味冷冻制品、茶面条和茶餐等茶休闲食品;茶的药品与股票 食品领域,以茶多酚、儿茶素为主要成分开发天然药物、保健食品或膳食补充剂,已经成为过去近20年来国内外茶叶深加工领域终端配资 开发的配资资讯 和重点。上世纪90年代,浙江大学以茶多酚为主要成分研发的具有清利头目、醒神健脑、化浊降脂功效的“心脑健胶囊”药品,成为我国首例茶叶药物;德国Medigene公司与日本三井农林合作,以湖南农业大学研发的儿茶素90%作为活性制药原料(API),创制了治疗尖锐湿疣的天然药物Veregen(源自中国科学院程书钧院士的发明专利),于2006年在美国FDA获得批准,成为1962年美国修改药品法以来的第一个纯植物药;以茶叶功能成分开发的保健食品涵盖了国家食品药品监督管理局(SFDA) 公布的27个保健食品功能中的绝大部分功能;我国酒业开始关注茶酒的发展空间,并不断推出各种茶酒新配资 ;茶的个人护理品与配资官网 用品领域,开发面市的配资 有防晒霜、护肤霜、美白抗皱霜、沐浴露、口臭消除剂、除臭纸巾、洗发液、洗手液、牙膏、香皂、洗脚液等;茶的动物股票 配资 领域,成功开发了功能饲料添加剂和茶兽药系列配资 ,为股票 养殖提供新的配资 支撑。



(责任编辑:小梅)

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