无苦味茶叶提取物加工技术研究.pdf

第 33 卷第 2 期 湖南农业大学学报(自然科学版) Vol.33 No.2 2007年 4月 Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Apr 2007 文章编号：1007-1032(2007)02-0208-05 无苦味茶叶提取物加工技术研究 肖文军，龚志华,黄建安，萧力争，蔡利娅，刘仲华 * (湖南农业大学 茶学教育部重点实验室，湖南 长沙 410128) 摘 要：研究了外源单宁酶对绿茶品质成分的酶解特性、酶解条件优化及其酶解液在微滤澄清工艺中的效 应结果表明，根据绿茶粗滤液中酯型儿茶素的含量添加相应活性单位的外源单宁酶，在 40 酶解 2 h，主 要苦味成分酯型儿茶素能够有效地降解为简单儿茶素，达到提取物的无苦味，并且酶解液中的氨基酸、茶多 酚、咖啡碱、水浸出物等品质成分的得率依次增加 5.56%，6.18%，11.17%，3.53%微滤澄清工艺对外源单 宁酶加工无苦味茶叶提取物在工效、产品得率方面具有协同增效的作用，可作为外源单宁酶加工无苦味茶叶 提取物的配套技术 关键词：茶叶提取物；无苦味；外源单宁酶；微滤；儿茶素 中图分类号：TS272.4 文献标识码：A Study on technology of processing de-bitter tea extracts XIAO Wen-jun，GONG Zhi-hua，HUANG Jian-an，XIAO Li-zheng，CAI Li-ya，LIU Zhong-hua* (Key Laboratory of Tea Science Education Department，HNAU，Changsha 410128，China) Abstract： The de-bitter tea extracts was processed by using external tannase and micro-filtration technology. Enzymatic decomposition character and conditions of external tannase on the bitter component of green tea was investigated in details，and the effect of micro-filtration on using external tannase to process de-bitter tea extracts was also discussedThe results show that the estered catechins can be decomposited into simple catechins effectively when the corresponding amount external tannase with the content of estered catechins is added to green tea coarse filtrated liquid on the condition of 40 and 2 hours enzymatic decomposition， and then tea extracts lost its bitter character， moreover， the yield rate of amino acid，tea polyphenol，caffeine and water extracts can increase 5.56%，6.18%，11.17%，3.53% in sequence. Since the process of micro-filtration clarification has the co-synergism function in the aspect of work efficiency and product yield rate，micro-filtration can be used as a kind of matched technology when we use external tannase to process de-bitter tea extracts Key words：tea extracts；de-bitter；external tannase；micro-filtration；catechin 20 世纪 80 年代末至 90 年代初， 茶叶提取物因 其天然性、保健性、方便性、新颖性而热销茶叶 提取物的加工通常是根据终产品的不同而采用原 料浸提(取其可溶性成分)过滤与离心(去其悬浮 颗粒与杂质)沉淀、萃取、离子交换、吸附、层析 等(取其功能成分)减压蒸馏浓缩喷雾或冷冻干 燥等工艺的某几步或全过程1-2 随着人们生活质量 的提高，饮食潮流逐渐向天然化、保健化、方便化、 安全化、风味化的方向发展，传统茶叶提取物的苦 味特性已成为茶叶提取物消费拓展的主要障碍无 苦味茶叶提取物的加工在茶叶深加工中虽然酝酿 已久， 但对其加工理论与技术， 则尚无资料提及 研 究证实，茶叶提取物的苦味特性主要是由茶叶中的 酯型儿茶素引起的1 ，3，因此，无苦味茶叶提取物 理论上可通过分离技术手段除去或部分除去酯型 儿茶素而获得，但由于酯型儿茶素是茶叶的主体成 分，占茶叶水溶性物质 35%左右，使得产品得率很 低而工效不高1 ，4-5 收稿日期：2006-09-20 基金项目：湖南省自然科学基金项目(05JJ30145) 作者简介：肖文军(1969-)，男，湖南城步人，博士，湖 南农业大学副研究员*通讯作者 第 33 卷第 2 期 肖文军等 无苦味茶叶提取物加工技术研究 209 资料表明，利用蛋白酶、果胶酶、单宁酶等外 源酶技术或微滤、超滤、纳滤、反渗透等膜技术加 工茶叶提取物，不仅可提高茶叶提取物的产品得 率，还可改善产品冷溶性等品质6-8 笔者以绿茶为 原料，在中试规模的基础上，研究了外源单宁酶对 绿茶品质成分的酶解特性以及酶解液在微滤澄清 工艺中的效应，以期为开发无苦味茶叶提取物实现 产业化提供数据参考 1 材料与方法 1.1 材 料 绿茶原料(湖南金农生物资源股份有限公司)； 单宁酶 NS-33049(诺维信酶制剂公司，其活性为 228 U/mL)；茶多酚、茶氨酸、儿茶素标准品(湖南 金农生物资源股份有限公司)；试剂均为分析纯(北 京化工试剂厂)；试验用水由蒸馏水经纯化器纯化 所得 试验所用主要仪器设备：恒温陶瓷膜微滤系统 (南京工业大学膜科学技术研究所定制)：19 通道， 0.2 m 膜孔径，管长为 50 cm，膜面积共 0.1 m2； 高效液相色谱系统包括Tracor 950型高压泵(美国)； C18 分析柱(15 cm0.46 cm，美国 KroamsilTM 公 司)；SPD-2A 光学检测器(日本岛津公司)；分析之 星色谱工作站(天津奥特赛恩斯仪器有限公司)；紫 外可见分光光度计(上海分析仪器公司) 1.2 方 法 (1) 浸提 取 30 kg 绿茶原料， 以 18， 17 的 茶水比在 90 浸提两次(每次 30 min)， 两次浸提液 经布滤后合并，制得约 360 kg 绿茶粗滤液，冷却至 40 ，备用 (2) 微滤膜滤前表征将清洗干净的微滤膜系 统在 40 ，0.28 MPa 条件下进行滤前表征，记录 滤前纯水膜通量9 (3) 粗滤液单宁酶酶解由于绿茶浸提后的粗 滤液的 pH 值为 5.6，正适于单宁酶的酶解，因此， 本试验只需对单宁酶的酶解温度与时间进行优 化设 30，35，40，45 等 4 个酶解温度梯度以 及 1.5，2，2.5 h 等 3 个酶解时间梯度，正交组合， 得到 12 个处理各处理分别取 20 kg 粗滤液，添 加相应数量的单宁酶，混匀，并按正交组合方案 进行酶解，分别得到各处理酶解液检测酶解液 中的水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡碱、儿茶素 的含量， 并对酶解液的滋味进行感官审评 取最优 酶解条件的酶解液进行微滤澄清试验 (4) 粗滤液及酶解液的微滤澄清9在 40 ， 0.28 MPa 条件下分别对 20 kg 粗滤液以及最优酶解 条件的酶解液进行微滤，并在微滤液质量为 15 kg 时，以 5 kg 纯净水透析 1 次，分别得到无酶微滤液 15 kg 样、无酶透析液 5 kg 样与无酶混合液 20 kg 样，以及最优酶解条件下的加酶微滤液 15 kg 样、 加酶透析液 5 kg 样与加酶混合液 20 kg 样在粗滤 液微滤澄清完毕后， 需以 0.5%次氯酸钠清洗微滤膜 系统至滤前膜通量，以进行最优酶解条件下的酶解 液的微滤澄清 膜通量测定按 1 000 mL 量筒收集透过液， 秒表 记时， 然后换算为 mL/min 的方法进行 水浸出物、 茶多酚、氨基酸含量按文献10方法测定；咖啡碱、 儿茶素含量按文献11方法测定；感官审评：取酶 解液 10 mL，检测其水浸出物含量，按此含量将其 稀释成 0.45 g/(140 mL)进行口感滋味评价 2 结果与分析 2.1 外源单宁酶对绿茶苦味成分的酶解 酯型儿茶素是绿茶提取物的主要苦味物质，占 总儿茶素的 75%左右1 ，4从表 1 可知，外源单宁 酶能够有效降解酯型儿茶素，使得酯型儿茶素的含 量减少，简单儿茶素的含量增加同时，各处理酶 解液中的茶多酚、氨基酸、咖啡碱及水浸出物含量 也有不同程度的增加酶解温度与时间对酶解结果 影响较大， 在设定的温度与时间条件下， 温度越高、 时间越长，酯型儿茶素的降解越彻底，生成的简单 儿茶素越多30 和 35 处理与 40 和 45 处理的 酶解结果差异显著，但 40 与 45 处理之间的酶解 结果差异不显著，而且绿茶粗滤液 45 酶解 2.5 h 时，酶解液中的简单儿茶素及茶多酚、氨基酸、咖 啡碱、水浸出物的含量反而比绿茶粗滤液 40 酶 解 2 h 处理的低同时，40 酶解 2 h 与酶解 2.5 h 处理的酶解结果差异也不显著感官审评结果表 210 湖南农业大学学报(自然科学版) 2007 年 4 月 明，40 酶解 2 h 与酶解 2.5 h 处理、45 酶解 2 h 与 45 酶解 2.5 h 酶解液均无苦味，其他处理尚有 不同程度的苦味因此，综合权衡，以 40 条件 下对绿茶粗滤液酶解 2 h 为单宁酶降解绿茶苦味成 分的最佳酶解条件 在最佳酶解处理中，EGCg，GCg，ECg 3 种酯 型儿茶素的得率分别仅为 3.43%，22.86%，3.92%， 说明粗滤液中的酯型儿茶素基本降解 同时， EGC， EC 的得率分别达 725.49%，187.88%，而 DL-C 的 得率(107.14%)增加不多 这主要是由于外源单宁酶 能够切断酯型儿茶素中的儿茶素与没食子酸形成 的酯键，使 EGCg，GCg，ECg 3 种酯型儿茶素依次 降解为 EGC，GC，EC 3 种简单儿茶素与没食子酸 的结果此外，酶解液中的氨基酸、茶多酚、咖啡 碱、水浸出物等内含成分都有不同程度的增加，但 增加量不大(分别为 5.56%， 6.18%， 11.17%， 3.53%) 其主要原因是茶叶中的多酚类物质(包括儿茶素， 并 以 EGCg 等酯型儿茶素最为活跃)易与咖啡碱等以 氢键方式结合，形成“冷后浑”的大分子络合物， 通常在检测这几类物质的含量时， “冷后浑”类物 质被过滤而除去当酯型儿茶素在外源单宁酶作用 下降解后，参与络合物形成茶多酚、咖啡碱、氨基 酸明显减少， 进而使这些物质以及总固形物(水浸出 物)在酶解液中的含量增加 表 1 外源单宁酶对绿茶苦味成分的酶解 Table 1 Enzymatic decomposition character of external tannase on the bitter component of green tea mg/(100 mL) 样 品 酶解时间 /h 表没食子 儿茶素 右旋 儿茶素 表儿茶素 表没食子儿茶素 没食子酸酯 没食子儿茶素 没食子酸酯 表 儿 茶 素 没食子酸酯 氨基酸 茶多酚 咖啡碱水浸出物 绿茶粗滤液 82.96 32.59 78.52 804.44 401.48 108.89 114.07 1 511.11 237.782 074.07 1.5 279.81 32.67 91.02 509.75 324.62 89.83 114.55 1 522.09 237.832 081.45 2.0 316.06 32.89 101.00 455.48 280.96 74.62 114.57 1 527.50 240.902 102.14 30 酶解液 2.5 429.70 33.00 115.40 285.34 194.81 53.25 116.18 1 562.47 243.632 111.04 1.5 345.70 32.57 102.79 411.44 259.99 71.89 116.64 1 548.13 238.812 090.54 2.0 508.12 32.94 112.80 169.46 143.77 56.64 117.48 1 557.50 244.412 100.83 35 酶解液 2.5 590.11 33.19 133.70 46.33 122.49 24.66 118.91 1 584.50 249.382 117.95 1.5 382.23 32.89 115.04 356.43 231.13 53.22 118.79 1 564.98 241.112 094.76 2.0 601.87 34.92 147.52 27.59 91.78 4.27 120.41 1 604.50 264.342 147.28 40 酶解液 2.5 602.73 35.00 147.25 26.34 90.45 4.11 121.98 1 606.91 265.122 150.55 45 酶解液 1.5 391.18 33.11 117.46 342.85 220.19 49.53 119.74 1 568.85 244.882 101.20 2.0 602.08 35.01 147.20 27.31 89.14 4.19 120.73 1 605.18 265.622 148.95 2.5 602.26 35.01 147.24 27.04 88.26 4.11 118.05 1 602.98 262.932 144.04 2.2 微滤对外源单宁酶加工无苦味茶叶提取物工 效的影响 表 2 为绿茶粗滤液与最佳酶解处理酶解液的微 滤工效对照从表 2 可以看出，微滤 20 kg 粗滤液， 共需 390 min，平均膜通量为 51.28 mL/min微滤 最佳酶解处理酶解液，所需时间(310 min)缩短，平 均膜通量(64.51 mL/min)增大 说明微滤酶解液的工 效有较大提高在膜污染方面，酶解液微滤的终点 膜通量(37.71 mL/min)远高于粗滤液微滤的终点膜 通量(18.72 mL/min) 显然， 酶解液的微滤比粗滤液 的微滤对膜的污染要轻得多这一方面是由于外源 单宁酶降解了相对分子质量较大的酯型儿茶素及 其参与形成的大分子茶络合物，形成相对分子质量 较小而易于过膜的简单儿茶素等物质的结果另一 方面是由于动态的微滤过程，相对减小了外源单宁 酶酶促反应中的产物浓度，提高了底物浓度和酶浓 度，进而促发了原本达到平衡的酶促反应继续向产 物方向进行，并随微滤时间的延长，逐步形成一个 有利于酶促降解反应的动态料液体系，从而降低了 茶络合物等对微滤膜的污染 第 33 卷第 2 期 肖文军等 无苦味茶叶提取物加工技术研究 211 表 2 粗滤液微滤与酶解液微滤膜通量随时间的变化 Table 2 Membrane flux with micro-filtration time of coarse filtrated liquid and enzymatic decomposition liquid mL/min 膜滤时间/min 粗滤液 酶解液 0 178.20 184.30 10 139.70 166.40 20 88.80 104.50 30 73.40 87.80 60 60.30 71.40 120 51.80 62.60 180 43.70 51.20 240 38.50 48.90 300 29.70 42.40 310 25.78 37.71 360 21.90 390 18.72 2.3 微滤对外源单宁酶加工无苦味茶叶提取物的 生化效应 理论上微滤澄清是一个除去料液中悬浮杂质、 细微颗粒和混浊沉淀等物质的过程，对料液中的生 化成分不应有截留但研究证实，由于膜孔径分布 的不均匀性以及茶叶料液体系是一个较高浓度的 多成分且易于形成大分子络合物的复杂体系，料液 体系中的内含成分易于粘附于悬浮杂质、细微颗粒 和混浊沉淀等物质上，进而导致微滤膜对茶叶内含 成分均有一定的截留12 表 3 表明， 酶解液微滤过程与粗滤液微滤过程 相比，各内含成分在加酶微滤液、透析液及其混合 液中的得率均不同程度地增加，且以 EGC，EC 与 氨基酸，茶多酚，咖啡碱，水浸出物增加幅度较大， 在加酶混合液中的得率比无酶混合液中的得率分 别增加 11.91%， 10.95%， 11.02%， 10.14%， 10.54%， 10.87%这一方面是由于单宁酶降解了料液中的大 部分酯型儿茶素以及由各内含成分相互聚合而形 成的络合物，生成了易于过膜的小分子物质(EGC， EC，氨基酸，咖啡碱等)，同时也极大地减轻了茶 络合物对微滤膜的污染，使降解产物更易过膜另 一方面是由于采用错流过滤方式的动态微滤过程， 通过对相对分子质量较小的简单儿茶素、氨基酸、 咖啡碱等物质的相对滤除，可使相对分子质量较大 的茶络合物、酯型儿茶素、酶蛋白在循环液中的浓 度增加，形成了降解酯型儿茶素与茶络合物的良性 反应体系，使更多的 EGC，EC，氨基酸，咖啡碱 等小分子物质透过膜而得率提高，进而使得以儿茶 素为主体的茶多酚得率以及以全部内含成分为基 础的水浸出物得率相应提高将加酶混合液进一步 浓缩、干燥后，即可获得无苦味茶叶提取物 表 3 微滤对外源单宁酶加工无苦味茶叶提取物的生化效应 Table 3 Bio-chemistry effect of micro-filtration on using external tannase to process de-bitter tea extracts % 样 品 表没食子儿茶素 右旋儿茶素 表儿茶素 表没食子儿茶素 没食子酸酯 没食子儿茶素 没食子酸酯 表儿茶素 没食子酸酯 氨基酸 茶多酚 咖啡碱水浸出物 粗滤液 82.96 32.59 78.52 804.44 401.48 108.89 114.07 1 511.11 237.782 074.07 无酶微滤液 57.43 23.86 55.79 464.65 240.89 64.94 79.18 1 067.90 152.321 413.27 无酶透析液 9.29 4.66 10.33 89.05 53.04 13.36 15.22 1 75.59 32.03 241.63 无酶混合液 66.73 28.52 66.12 553.70 293.92 78.30 94.39 1 228.38 184.351 654.90 酶解液 223.68 34.92 218.64 27.59 91.78 4.27 120.41 1 604.50 264.342 147.28 加酶微滤液 160.33 26.53 171.28 16.37 55.93 2.70 95.92 1 222.15 189.721 637.95 加酶透析液 46.23 6.55 36.78 3.59 12.36 0.57 17.23 244.85 43.09 308.78 加酶混合液 206.57 33.09 208.06 19.96 68.29 3.27 112.90 1 466.99 232.801 946.72 3 讨 论 茶叶提取物是一类不见叶底的以茶叶功能成 分为主体的新型茶叶加工产品，是经济和技术发展 的产物因受到经济与技术条件的限制，传统茶叶 提取物存在冷溶性差、茶香淡薄、色泽失真、滋味 苦涩等品质缺陷随着人们对茶叶保健功能的认识 不断深入，含茶液体或固体饮料消费逐年攀升，人 212 湖南农业大学学报(自然科学版) 2007 年 4 月 们对口感无苦味的冷溶型固体茶叶提取物或以其 为直接原料配制的含茶饮料与保健品的需求与日 俱增，市场潜力巨大 在茶叶提取物加工中，利用外源酶的专有特 性， 不仅可提高产品的得率， 还可改善产品冷溶性、 透亮度等品质特征然而，目前大多数研究尚停留 在茶叶深加工的原料处理、浸提工艺以及浸提液处 理等方面，外源酶的作用过程都是一个反应体系在 静态条件下的自然过程，而对于膜滤过程中的动态 反应体系以及利用外源酶将茶叶苦味成分降解加 工去苦味提取物则未有相关报道在本试验中，由 于膜的筛分效应，对茶叶络合物、蛋白质、果胶、 酶蛋白等大分子物质有较大截留率，而对茶叶氨基 酸、咖啡碱、儿茶素等小分子物质只有较小的截留 率 随着膜滤过程的进行， 循环液浓度的不断增加， 反应底物浓度与酶浓度也逐渐增加，产物浓度逐渐 减小理论上，外源酶促反应可使可溶性大分子物 质、可溶性大分子物质与其他茶叶内含成分形成的 大分子络合物、不可溶性大分子物质向降解、溶解 的方向移动，进而进一步提高儿茶素、氨基酸等小 分子物质的得率同时，从膜滤的工效考虑，由于 外源酶酶促反应与膜滤过程的相互促进作用，引起 大分子物质的降解或溶解，降低了料液的粘度， 减轻了大分子物质在膜面上