（茶学专业论文）超高压对茶叶主要品质成分含量的影响.pdf

摘要 超高压加工( u l t r ah i g hp r e s s u r ep r o c e s s i n g ，u h p p ) 技术是近年来食品加 工领域广泛关注的高新技术之一，在茶叶加工领域的研究和应用还是空白。本研 究基于超高压技术新的作用特性展开，以期探明茶鲜叶在超高压作用下的细胞结 构、多酚氧化酶活性、细胞色素及主要化学成分的变化，探索超高压技术在茶叶 加工中应用的可行性。该研究对于传统茶叶加工技术创新、开发茶叶新产品具有 重要的理论意义和参考价值。 主要研究工作和成果有： 1 系统研究了超高压处理对茶鲜叶的细胞结构、多酚氧化酶活性、叶绿素及 主要化学成分的影响，结果表明：( 1 ) 超高压处理可使茶鲜叶细胞形态发生变化， 6 0 0 m p a 压力下，细胞形态溃缩明显，出现细胞液溶出；( 2 ) 在处理温度为3 7 ， 处理时间为l0 m i n 条件下，经5 0 0 m p a 以上超高压处理的茶鲜叶，多酚氧化酶比 活性显著下降：( 3 ) 压力为6 0 0 m p a ，保压时间为5 m i n 时，茶多酚和游离氨基酸 的含量分别占鲜重的9 14 和1 3 5 ，相对含量比对照提高2 4 和4 2 ：( 4 ) 超 高压能增加茶鲜叶叶绿素的检出含量，但压力过高和处理时间过长又会造成一定 程度的减少。 2 对超高压技术在绿茶加工中的应用进行了研究，结果表明：( 1 ) 超高压处 理茶鲜叶能够改善成品绿茶的感官品质；( 2 ) 在杀青前对茶鲜叶进行超高压处理， 制得的成品绿茶汤色黄绿明亮，滋味醇和，带有花香，整体品质优于其它环节的 处理，其香气物质芳樟醇含量较对照提高l5 倍：( 3 ) 茶鲜叶经过5 5 0 m p a ，l0 m i n 以上的超高压处理后加工成的绿茶，其香气、滋味都趋于稳定，明显优于对照； ( 4 ) 对茶鲜叶进行单次加压处理制得的成品绿茶，其整体品质优于同样时间长度 内对茶鲜叶进行反复加压的处理。 3 对超高压技术在红茶加工中的应用进行了研究，结果表明：( 1 ) 与加工红 条茶相比，超高压技术更适用于红碎茶的加工；( 2 ) 采用鲜叶一超高压处理 ( 5 5 0 m p a ，l0 m i n ) 一室温密闭萎凋4 h 一切碎一发酵3 0 m i n 一烘干工艺制得的红碎 茶，汤色红艳明亮，滋味浓强带鲜，带有花香，品质最优；( 3 ) 超高压处理后红 碎茶芳香型醇类、酯类、醛类物质的含量增加，而部分烷类物质含量显著下降。 4 作者以本研究为基础申报成功浙江省科技计划项目“超高压在茶叶加工中 的应用研究”( 项目编号：2 0 0 8 c 2 l0l4 ) ，获得资助3 0 万元。已在食品科学杂 志上发表论文一篇。申请国家发明专利一项( 受理号：2 0 0 8l0 0 6 0 3 0 2 2 ) 。 关键词：超高压，茶叶，细胞结构，多酚氧化酶，茶多酚，氨基酸，叶绿素，香气 a b s t r a c t t h eu l t r a h i g hp r e s s u r ep r o c e s s i n g ( u h p p ) ，an e wh i g h - t e c hf o rf o o dp r o c e s s i n g ， h a sr e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nr e c e n t l yi nt h ef i e l do ff o o dp r o c e s s i n g ，w h i l ei t n e v e rb es t u d i e di nt h ef i e l do ft e ap r o c e s s i n g b a s e do ni t st e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ， t h ec h a n g e so fc e l ls t r u c t u r e ，p p oa c t i v i t ya n dm a i nc h e m i c a lc o m p o s i t i o no ff r e s h t e al e a v e su n d e rt h eu h p pw e r es t u d i e d 。t h e p o s s i b 1 i t y o fu h p pu s e di nt e a p r o c e s s i n gw a sa l s o b ei n v e s t i g a t e di nt h i ss t u d y t h eo b j e c t i v e so ft h i ss t u d ya r et o i n n o v a t et h et r a d i t i o n a lt e ap r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dt od e v e l o pn e wt e ap r o d u c t s 1 e f f e c to fu h p po nt h ec e i ls t r u c t u r e p p oa c t i v i t ya n dm a i nc h e m i c a l c o m p o s i t i o no ff r e s ht e al e a v e sw a ss t u d i e d r e s u l t ss h o w e dt h a t ：( 1 ) u n d e rt h e 6 0 0 m p ap r e s s u r e ，t h ee e l l u l a rs t r u c t u r eo ff r e s ht e al e a v e ss h r i n ko b v i o u s l y ，a n dt h e c e l ls a po v e r f l o wd i s t i n c t l y ( 2 ) t h er e l a t i v ea c t i v i t yo fp p ow a sr e m a r k a b l y d e c r e a s e du n d e rt h eu h p po v e r5 0 0 m p ah o l d i n gf o rl0m i na t3 7 ( 3 ) u n d e rt h e t r e a t m e n to f5 0 0 m p ah o l d i n gf o r5m i n ，t h ec o n t e n to ft e ap o l y p h e n o l sa n da m i n o a c i d si nf r e s ht e al e a v e sw a s9 14 a n d1 3 5 r e s p e c t i v e l y 。i n c r e a s e d2 4 a n d4 2 c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1 ( 4 ) u h p pc a na l s oa c c e l e r a t e dt h eo v e r f l o wo fc h l o r o p h y l l f r o mt h ec h l o r o p l a s t ，b u tt h ee x c e s s i v eh i g hp r e s s u r ea n dt h el o n g e rp r o c e s st i m e w o n i dc a u s et h ec o n t e n td e c r a s e dt os o m ee x t e n t 2 a p p l i c a t i o no fu h p po ng r e e nt e ap r o c e s s i n gw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t s h o w e dt h a t ：( 1 ) t h eu h p po nf r e s ht e al e a v e sc a ni m p r o v et h eo r g a n o l e p t i cq u a l i t y o fm a d eg r e e nt e a ( 2 ) u s i n gu h p po nf r e s ht e al e a v e sb e f o r et h ed e e n z y m ec a n m a k eg r e e nt e at h eb e s tt a s t ea n da r o m a ，e s p e c i a l l yi n c r e a s i n gt h ec o n t e n to fl i n a l 0 0 1 ( 3 ) t h eu h p po v e r5 0 0 m p ah o l d i n gf o ra tl e a s tl0m i ni sn e c e s s a r yt om a k eg r e e nt e a w i t hb e t t e ra r o m aa n dt a s t ec o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1 ( 4 ) f o rt h ew h o l eq u a ii t yo f m a d eg r e e nt e a ，u s i n gu h p po nf r e s ht e al e a v eo n et i m ei sb e t t e rt h a ns e v e r a lt i m e s 3 a p p l i c a t i o no fu h p po nb l a c kt e ap r o c e s s i n gw a ss t u d i e d r e s u l t ss h o w e d t h a t ：( 1 ) t h eu h p pi sm o r es u i t a b l et om a k ec t cb l a c kt e at h a nt om a k el e a fb l a c k t e a ( 2 ) t h eb e s tp r o c e s s i n gp r o c e d u r ef o rc t cb l a c kt e ai sf r e s ht e al e a v e s _ u h p p ( 5 5 0 m p a 10 m i n ) _ w i t h e r i n gi nr o o mt e m p e r a t u r ef o r4 h _ + c u t t i n g 。f e r m e n t i n g f o r3 0 m i n d r y i n g ( 3 ) t h eu h p pc a no b v i o u s l yi m p r o v et h ea r o m ac o m p o s i t i o no f c t cb l a c kt e a ，i nw h i c ht h ec o n t e n to fa l c o h o l s ，e s t e r sa n da l d e h y d e si n c r e a s e d ，a n d t h ep a r to fa l k a n e sd e c r e a s e d k e yw o r d ：u h p p ，t e a ，c e l ls t r u c t u r e ，p p o ，t e ap o l y p h e n o l s ，a n i n oa c i d s ，c h l o r o p h y l l 。a r o m a i i 英文缩略表 英文缩写英文全称中文名称 u h pu l t r ah i g hp r e s s u r e超高压 u h p pu l t r ah i g hp r e s s u r ep r o c e s s i n g 超高压加工 p p o p o l y p h e n o lo x i d a s e 多酚氧化酶 g ag a l l a t e 没食子酸 g cg a i i a t ec a t e c h i n 没食子儿茶素 e g c e p i g a ll o c a t e c h i n 表没食子儿茶素 c a fc a f f i n e咖啡因 e g c g e p i g a l l o c a t e c h i ng a l l a t e 表没食子儿茶素没食子酸酯 e c e p i c a t e c h i n 表儿茶素 g c gg a l l o c a t e c h i ng a i i a t e 没食子儿茶素没食子酸酯 e c g e p i c a t e c h i ng a ll a t e 表儿茶素酸酯 c gc a t e c h i ng a li a t e儿茶素酸酯 t ft h e a f l a v i n s茶黄素 t r t h e a r u b i g i n s 茶红素 i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 一签名郜垒 时间：扣。辟6 月乡e l 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科 学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 敝储魏碑讫尊帆舢年6 月哆日 导师签名： 时间：。蚶彭月夕同 中国农业科学院硕十学位论文 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 超高压加工( u i t r a h j g hp r e s s u r e p r o c e s s i n g ，u h p p ) 是食品加工领域最近引 起各方面广泛关注的“高新技术”之一，被誉为“当前七大科技热点”( 孙艳丽等， 2 0 0 5 ) 。 超高压技术在食品加工中的应用和研究几乎和现代高压技术的发展同步。高 压技术在食品领域的研究始于18 9 9 年，美国力学家h i t e 发现经4 5 0 m p a 超高压处 理的牛奶可延长保存期。美国物理学家b r i d g m a n 在19 0 6 年开始系统研究了物质 的固体压缩性、熔化现象、力学性质、相交、电阻变化和液体、粘度等宏观物理 行为的高压效应，并于l9l4 年发现了静水压下卵白变硬和蛋白质变性、凝固的报 告。b r i g e m a n 在对水果和蔬菜的高压研究中，发现经高压处理的水果保存期人大 延长。以后相继又有许多报道证实超高压技术对各种食品有灭菌效果。由于超高 压装置的发明和在高压物理学领域内的发现，他获得了i9 4 6 年诺贝尔物理学奖。 但由于超高压技术上的难题，如食品高压设备、包装材料的问题以及产品的市场 需求等，这些研究成果并未引起足够的重视，在很长时间内并没有把这项技术应 用到实际食品加工中去。 直到l9 8 6 年，日本京都大学林力丸教授率先开展了超高压食品的产业化研 究。l9 8 9 年，林力丸教授在科隆召开的第五次国际食品工学学术会议上发表了“高 压在食品加工贮存中的应用、设想及发展趋势”的论文，引起了强烈反响，从而揭 开了超高压技术产业化的序幕。19 9 1 年，第一种超高压食品一一果酱，正式在日 本问世。这标志着超高压食品加t 技术取得了突破性进展，预示着超高压食品时 代的到来。 德国，美国，法国等国也相继开展了超高压食品加工的基础研究，研究机构 及其研究范围也不断增加。l9 9 1 年，h o o v e r 等发现，2 3 时经3 4 0 m p a 高压处理 生乳6 0 m i n ，乳中单细胞增生性李斯特菌的致死量达l0 6 c f u m l 。j o h n s t o n 等在l9 9 2 年报道，压力达6 0 0 m p a 条件下，乳中c a 2 + 的含量对其稳定性有强烈的影响。 o h m i y a 等研究了在l3 0 m p a 条件下，由凝乳酶引起乳凝固的反应。发现高压对酪 蛋白水解的初期阶段无影响，而酿蛋白胶粒形成的第二阶段时间延长，乳凝块形 成的第三阶段时间缩短( 何月娥等，l9 9 3 ) 。 l9 8 6 年起，日本每年都专门召开有关高压技术应片j 的学术研讨会。欧洲亦在 19 9 2 年于法国召开首次超高压技术应用于食品工业的会议，欧盟随即贷款资助超 高压食品开发的多国联合研究计划。美国食品最高学术权威组织i f t 在专题报告 中，将超高压食品开发列入21 世纪美国食品工程的主要研究项目。美国超高压加 中国农业科学院硕t 学位论文第一章绪论 工技术主要应用于生产军需食品和民用商品，目前在市场上出售的产品有风味水 果、鳄梨酱、肉制品、牡蛎、火腿、鸡条、果汁、果酱和沙司，这些产品同高温 灭菌的食品一样，由f d a 和美国农业部评价和管理其安全性。 我国对超高压处理技术的研究虽然起步较晚，但目前已将超高压处理技术列 为我国食品工业的重点研究技术之一。励建荣对高压食品加工进行了较为详细的 报道；陈祥奎对超高压杀菌新技术进行了报道；马成林等对高压淀粉的糊化特性 进行了研究：曾庆梅等对草莓汁、西瓜汁等做了大量的实验，获得了很多有价值 的数据：张守勤等还出版了国内第一部关于高压食品加工的著作高压食品加工 技术；张宏康等和日本合作的项目大豆分离蛋白凝胶也取得了成果。中国兵器工 业集团公司第五十二研究所利用超高压技术研制成功了高压西瓜果肉汁、高压菜 花等果蔬新产品，并完成了高压西瓜果肉汁制造工艺的小批试生产考核，经卫生 检验和常温贮存试验，符合食品卫生要求。 杭州商学院与浙江大学联合完成了浙江省重点科技攻关项目“高压催陈黄酒 的研究”。该研究结果表明，黄酒在5 0 - l5 0 m p a 压力下处理后色泽和风味不变； 酸度基本不变；挥发酯含量提高2 0 左右；呈苦、涩味的氨基酸比例下降；呈甜、 鲜味的氨基酸比例上升。处理后酒味更加鲜甜、醇和、爽口，醇香更加浓郁，总 体催陈效果达1 年以上。国内外尚未有人做过超高压陈化酒类的研究，故该研究 思路具有创新性( 励建荣等，l9 9 9 ) 。 内蒙古农业大学将高压技术与气调保鲜技术相结合用于牛肉保鲜的研究取得 进展。该项研究利用高浓度c 0 2 来杀灭和抑制微生物，再配以其他气体来保持鲜 肉的色泽以及超高压对生物大分子具有破坏作用来杀灭微生物，探索出一条鲜肉 保鲜的新途径。该研究结果表明，采用3 0 0 m p a 进行高压一气调牛肉保鲜效果显 著优于对照。3 0 0 m p a 以上高压虽能较好保持牛肉的新鲜程度，但由于色泽变化而 失去保鲜外观价值( 高福成等，l9 9 7 ) 。 此外，国内还有很多大专院校及科研院所的研究人员对该项技术进行了研究， 但目前国内尚无成熟的超高压食品大规模投放市场。 2 0 0 0 年和2 0 0 4 年，我国召开了两次全国性的学术研讨会，专家们预测，目 前食品超高压技术与设备正处于产业化的前期，前途非常广阔。 1 2 超高压食品加工原理 超高压食品加工技术是一项物理加工技术，主要利用高压介质( 一般为水) 的 高挤压力作用，压力通常在l0 0 m p a 以上，来杀灭食品中的微生物，钝化酶或使 其部分失活，从而延长食品的保藏期。超高压作用不破坏食物中的维生素等营养 物质，能较好地保持原有食品色香味型，具有加工方法简便，能耗较低等优点， 现已逐步应用于果汁、果酱、乳制品、肉制品的实际生产之中( 靳烨等，l9 9 7 ) 。 目前世界各国纷纷对超高压食品加工技术进行广泛和深入的研究，使其能尽快大 2 中固农业科学院硕七学位论文第一章绪论 规模投入工业化生产之中( 张宏康等，2 0 0 1 ) 。利用超高压对食品进行加工，主要 是利用超高压对食品中水、脂类、糖类、蛋白质等的影响，来达到各种加工目的 的( 徐阳等，2 0 0 7 ) 。 ( 1 ) 超高压对水的影响 水是大部分食品的主要成分，也可以作为超高压的压媒。水在超高压下的特 性将直接影响到食品的超高压处理结果。此外，超高压条件下水的传热特性和比 热容等也会发生变化，这些变化都会影响到食品有关特性的变化。另外，超高压 还会缩短冰的融化时间。在普通的食品冷冻工艺中，是将食品放置在零下几十度 的条件下，让食品迅速冷却。但是由于热量的传导需要一个过程，食品的结冰过 程肯定是由外而内的，这样会使冻结的食品内部产生粗大的冰晶，影响食品的品 质。如果先将压力提高到2 0 0 m p a ，再将温度降低到零下( 有很多试验是将温度降 低到18 ) ，然后突然卸压。由于压力是在食品内部均匀分布的，这样卸压后就 可以保证整个食品原料都处于常压低温状态，使食品原料迅速结冰，这样就真正 的达到了“速冻”的目的，同时也会使生成的冰晶变得非常细腻，使食品的品质几 乎不受影响( 赵俊芳等，2 0 0 6 ) 。同时，利用水的凝固点降低，还可以发展低温不 冻储藏工艺，当压力升高到2 2 0 0 m p a 以上时，水在8 2 以上仍能结冰，利用这个 特点可以进行冻结食品解冻( 夏文水等，2 0 0 3 ) 。 ( 2 ) 超高压对脂类的影响 脂类化合物是组成生物细胞所不可缺少的物质，也是食品三大主要成分之一， 人体不能合成。同时脂类也是不可或缺的工业原料，因此经济意义非常重大。超 高压对脂类的影响是人们研究高压对大分子作用的一部分内容。 一些研究结果认为，超高压对脂类的影响是可逆的。一般情况下，脂类的耐 压程度较低，常温下加压l0 0 2 0 0 m p a ，就可使脂类凝固，但卸压后固体仍能回复 原状( 林向阳等，2 0 0 5 ) 。超高压处理还可以使乳化液中的固体脂肪增加，并受压 力、温度、时间和脂肪球大小的影响。例如，甘油三脂的熔点随压力的升高而升 高。b u c h h i e m 用超高压处理含脂肪的食品体系可以促使脂肪结晶，缩短达到理想 固态脂肪含量的时间( 陈复生等，2 0 0 5 ) 。 ( 3 ) 超高压对糖类的影响 作为重要的营养物质和结构物质，多糖广泛存在于食物原料中。在植物体内， 多糖的存在形式一般为淀粉和纤维素。在动物体内，则多以糖元的形式存在，如 肝糖元、肌糖元等。 超高压对多糖类物质的影响研究相对较少，但近年来有增多的趋势，其中多 见于超高压对淀粉的影响。不同淀粉的耐压特性不同，如小麦和玉米淀粉对超高 压较敏感，而马铃薯淀粉的抗压性较强。多数淀粉经超高压处理后糊化温度有所 升高，对淀粉酶的敏感性也会增加，从而提高了淀粉的消化率。通过差示扫描热 分析法( d s c ) 对玉米淀粉进行4 0 0 m p a 以下的超高压处理，并对其糊化特性的变化 进行了研究。结果表明，加工压力越高，保压时间越长，则糊化温度降低越大， 并且其糊化度会提高，糊化焙也将变大( 刘延奇等，2 0 0 6 ) 。 3 中国农业科学院硕f ：学位论文第一章绪论 超高压在改良陈米品质上的应用也取得了良好的效果，大米是以淀粉为主的 食物，淀粉存在于胚乳细胞内的淀粉质膜中，新米胚乳细胞壁和淀粉质膜柔软， 而存放一年以上的陈米，其细胞壁和淀粉质膜已经坚固地结合在一起，抑制了煮 饭过程中淀粉粒的流出和糊化，成为硬而不粘的米饭。采用超高压作为破坏细胞 壁的手段，促进淀粉粒的膨化、糊化，改良陈米的品质使米饭的砧性、香气和光 泽度提高，而且还可以缩短煮饭时问，取得了良好的效果( 陈复生等，2 0 0 5 ) 。 ( 4 ) 超高压对蛋白质的影响 蛋白质是一切生命的物质基础。从食品科学的角度来看，蛋白质除了保证食 品的营养价值以外，在决定食品的色、香、味以及质构等方面也起着重要的作用。 蛋白质一般具有四级结构。蛋白质的一级结构就是蛋白质多肤链中氨基酸残 基的排列顺序，也是蛋白质的最基本结构；二级结构是指多肤链中主链原子的局 部空间排布；三级结构是指多肤链在各种二级结构的基础上再迸一步盘曲或折叠 形成具有一定规律的三维空间结构。而多肚链间通过次级键相互组合而形成的空 间结构成为蛋白质的四级结构。一般来说，超高压对蛋白质的一级结构没有影响， 对二级结构有稳定作用，对三级、四级结构具有破坏作用。 超高压对蛋白质的影响可以是可逆或不可逆的。一般情况下，在l0 0 2 0 0 m p a 下，蛋白质的变化是可逆的；当压力超过3 0 0 m p a 时，蛋白质的变化趋向不可逆。 蛋白质在超高压下的变性与热变性相似，即产生蛋白质的凝固或凝胶。对兔肉、 鲤鱼肌动球蛋白和大豆蛋白经过超高压处理后获得的凝胶组织特性进行研究，发 现由于超高压形成的凝胶比热凝胶更能保持其天然的颜色和香味，并且更加浓稠、 柔滑和柔软，弹性也更好，凝胶的硬度随压力的增加而增大，豁度则随压力的增 大而降低。产生这种差异的原因，主要是两种加工方法形成凝胶的原理不同，超 高压引起的变性主要是由于疏水键和离子键的破坏和蛋白质的伸展所致，相反， 加热引起的变性则是由于共价键的形成和破坏所致，从而导致了食品香味的改变 ( 陈复生等，2 0 0 5 ) 。 ( 5 ) 超高压对酶的影响 酶是活细胞产生的具有高度专一性和催化效率的蛋白质，因此超高压对酶蛋 白的结构改变或破坏必定会影响到酶的活性。酶在进行催化的时候，参加作用的 并不是整个分子，而只是其中很少的一部分，即酶的活性中心。超高压处理导致 酶的失活，就是通过超高压对维持酶空间结构的盐键、氢键、疏水键等起的破坏 作用。超高压对酶的影响还要受到很多条件的制约，比如处理时酶所处的介质环 境、p h 值、处理的压力和时间、介质温度以及有无酶活性抑制剂等( 林淑英等， l9 9 9 ；邢少姬等，2 0 0 5 ) 。 曾庆梅等在超高压处理对场山梨汁中过氧化物酶活性的影响中发现：在处理 温度为5 0 、保压时间为l0 m i n 和梨汁p h 5 的条件下，3 0 0 m p a 以下压力范围内 处理梨汁时过氧化物酶被激活，活性增加；5 0 0 m p a 时酶的活性降到对照样酶活性 的7 5 。温度低于4 0 对过氧化物酶的活性影响不大；4 0 以上，酶活性随温度 升高而迅速降低。( 曾庆梅等，2 0 0 4 ) 。 4 中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论 1 3 超高压处理装置和类型 ( 1 ) 超高压处理装置结构 超高压处理装置主要由高压容器、加压装置及其附助装置构成。按加压方式 分，高压处理装置有外部加压式和内部加压式两类。图1 1 为两种加压方式的装 置构成示意图。左图一为外部加压方式的高压处理装置。在这种方式中，高压容 器与加压装置分离，用增压机产生高压水，然后通过高压配管将高压水送至高压 容器，使物料受到高压处理。右图为内部加压式高压处理装置。在这种加压方式 中，高压容器与加压气缸上下配置，在加压气缸向上的冲程运动中，活塞将容器 内的压力介质压缩产生高压，使物料受到高压处理( 徐阳，2 0 0 7 ) 。 外部按压式内部勰压式( 分体型，内部加压式t 一体型) 1 一顼羞2 一高压容器3 承压框絮4 压媒槽5 - 蠢压缸f 增压缸) 6 换向阂 7 液压聚o - - 油籀o - - 液压缸1 0 - - 低压活塞”一活塞顶蓉1 2 一高压活囊 图1 1 几种不同的超高压装置类型 f i g 1 id i f f e r e n tu h p pi n s t r u m e n t ( 2 ) 超高压装置类型 高压加工系统按操作方式分为间歇式高压加工系统和连续式高压加工系统。 间歇式高压加工系统适用于经过包装的生物材料( 例如：奶、果酱、酒、鱼、 肉、蛋、淀粉、血浆、疫苗、病毒等) 的加工。操作过程为：将生物材料装在耐 压、无毒、柔韧并能传递压力的软包装内，然后放入高压容器内并密封好，启动 高压油泵，升高到所需的压力，并在此压力下保持一定的时间，缓慢地打开控制 高压油路的阀门，卸除压力，然后取出高压加工的产品。 连续式高压加工系统适用于加工流体的生物材料，例如奶、果汁、饮料等。 直接以被加工产品作为传压介质，通过几个高压腔互相协调，可以实现连续加工。 以一台高压容器来看，按料液充填、升压、保压、降压、排液顺序循环进行，为 间歇处理，若配置多台高压容器组成一个高压处理系统，错开循环时间则可以实 现系统连续生产。处理后的料液从高压加工装置经无菌排料口到无菌贮藏罐内。 ( 3 ) 目前超高压装置存在的问题 5 中同农业科学院硕- l ：学位论文第一章绪论 阻碍食品超高压技术研究和发展的另一原因是高压设备的投资高。首先，大 型的耐压容器的设计和制造相当困难，并且制造费十分昂贵，其次，在食品连续 化生产过程中，压力过高会影响压力容器的寿命，导致整个生产成本高。因此研 究适宜的超高压设备，寻找提高超高压食品加工设备生产效率的方法，降低生产 成本，也是目前研究的一个重点( 陈迎春等，l9 9 9 ) 。 1 4 超高压技术在食品加工中的应用现状 超高压加工可使高分子物质( 如蛋白质、酶等) 发生变化，例如蛋白质变性、 淀粉糊化、酶失活、细胞膜破裂、微生物菌体破坏、导致菌体死亡等。这种特殊 性使得其应用领域非常广泛，如利用超高压技术进行果蔬的贮藏保鲜、果酱、果 汁、肉制品、水产品的加工、淀粉、油脂的改性等( 李绍峰等，2 0 0 6 ) 。 ( 1 ) 用于食品的杀菌 微生物是影响食品质量和安全的一个重要因素，要保证食品质量，就必须使 得食品中的有害微生物失活，而超高压是一种很好的方法。微生物在超高压的作 用下，细胞壁首先在高压的挤压下破裂，细脑膜的分子结构、膜的透过性和功能 发生改变。其次，一些关键的酶，包括与d n a 复制相关的酶丧失活性，同时它还 会使一些细胞的蛋白质变性，影响微生物原有的生理活动机能，甚至使原有功能 破坏或发生不可逆变化，从而导致微生物死亡。采用超高压使微生物失活，需要 考虑很多因素，包括微生物的种类和数量、压力作用的时间、温度以及微生物所 处的环境等( 鲍志英等，2 0 0 3 ) 。 1 2 ) 用于食品贮藏保鲜 食品在贮藏过程中，微生物、日光及氧气等会引起食品腐败。而经超高压处 理后，细菌、霉菌、酵母菌等的酶活性受抑制或者失活，从而延缓了食品的变质， 同时也不会有加热所引起的变色、变味，以及冷冻法引起的细胞组织破坏等。 ( 3 ) 用于食品物性的改良 l9 9 1 年，w a t a n a b e 等研究发现，陈米在l0 0 m p a 压力下可获得最好的品质改 善，制成的米饭硬度下降、粘度上升、平衡值提高到新米的范围，同时光泽和香 气也得到改良，具有人们喜爱的新米饭口味。其原因可能是由于一些生物膜的部 分降解。此外，经超高压处理还可缩短炊饭时间。最近，日本市场上最新推出了 超高压处理的米制品，如方便米饭和米饼等工业化产品。 19 8 2 年，m u h r 和b l a n s h a r d 发现2 0 0 15 0 0 m p a 的压力能降低淀粉的糊化温 度，其原因是高压力使得淀粉分子的长链断裂，分子结构发生改变。 w o n g 等利于拉曼光谱和红外光谱研究多种脂类状态的变化，发现主要临界温 度在压力每升高l0 0 m p a 时升高2 0 ，呈线性关系。一家日本公司通过研究发现， 和热循环处理相比，压力循环处理可以更好地提高巧克力的韧度( 张宏康等， 2 0 0 1 ) 。 6 中国农业科学院硕十学位论文第一章绪论 l9 9 0 年，s u z u k i 等研究发现，在l0 0 m p a 、l5 0 m p a 和3 0 0 m p a 的控制压力下， 压力处理后肌肉的硬度分别降低到原来的6 0 、2 0 和l0 ，其弹性没有变化。 19 9 2 年，y o s h i o k a 等发现超高压处理只稍微改善鸡肉的嫩度，与热处理相比，经 超高压处理的鸡肉糊具有较低的硬度。l9 9 4 年，n o s e 等发现经2 5 0 m p a 或更高压 力处理lh ，牛肉的破断能力增加，而压力处理时间延长到3 h ，却不会导致断裂应 力的进一步增加。19 9 4 年，n o s e 研究指出，同朱经超高压处理的焙烤牛肉相比， 经超高压预处理( 2 5 0 m p a ，2 0 ，3 h ) 的焙烤牛肉具有更高的嫩度和低的烹饪损 失，而且不会色变，这些特性可以一直保持至冷冻储存状态。 超高压处理可以降低冰淇淋混合料的老化时间，提高生产奶油时稀奶油的物 理成熟度，也可以用于制造高品质的人造奶油( 田晓琴等，2 0 0 6 ) 。 ( 4 ) 用于酒类品质改良及催陈催熟处理 l9 9 9 年，励建荣等完成了浙江省重点科技攻关项目“高压催陈黄酒的研究”。 该研究结果表明，黄酒在5 0 - 15 0 m p a 压力下处理后色泽和风味不变；酸度基本不 变；挥发酯含量提高2 0 左右；呈苦、涩味的氨基酸比例下降；呈甜、鲜味的氨 基酸比例上升。处理后酒味更加鲜甜、醇和、爽口，醇香更加浓郁，总体催陈效 果达1 年以上。 在葡萄酒的生产中，美国一家公司与日本企业合作采用超高压对葡萄酒进行 处理，有效的抑制了葡萄酒中柠檬油的产生，消除了酒中的苦味。 日本三得利公司采用超高压技术处理啤酒，可将9 9 9 9 的大肠杆菌杀死，且 啤酒的口感风味几乎不变。 ( 5 ) 用于速冻、高压解冻和不冻冷藏 将含水量较高的食品物料加压至2 0 0 m p a 后冷却至2 0 ，然后迅速降至常压， 此时冰点为2 0 的水变为不稳定的过冷态，瞬间形成大量极微细的冰晶核。进一 步冷却就形成大量细小冰晶均匀分布于冻品组织中，使冷冻应力大大减弱，从而 避免了物料组织的变性和破坏，真正实现速冻。同样，在食品物料解冻时，也可 以采用高压降低溶点的方法避免营养损失和品质变化。应用超高压加工技术，使 高压速冻、解冻和不冻冷藏三者相结合可使食品冷藏进入一个全新世代( 李勇等， 2 0 0 2 ) 。 综上所述，超高压技术在食品加工领域正在得到广泛的研究和应用。目前日 本、美国等国家已开发出具有特殊营养价值或具有某种功能活性的超高压食品， 如超高压大米、超高压鸡蛋、超高压蔬菜等，引起普遍关注。但超高压技术在茶 叶加工领域的研究和应用还是空白，本研究基于超高压技术新的作用特性展开， 以期探明茶鲜叶在超高压作用下的细胞结构、多酚氧化酶活性、细胞色素及主要 化学成分的变化，探索超高压技术在茶叶加工中应用的可行性。该研究对于传统 茶叶加工技术创新、开发茶叶新产品具有重要的理论意义和参考价值。 7 中国农业科学院硕十学位论文第一章绪论 1 5 研究内容和实验设计 1 5 1 研究内容 1 ) 超高压处理对茶鲜叶细胞结构和多酚氧化酶比活性的影响 2 ) 超高压对茶鲜叶细胞色素和主要化学成分含量的影响 3 ) 超高压技术在绿茶加工工艺中的应用研究 4 ) 超高压技术在红茶加工工艺中的应用研究 1 5 2 实验设计 1 ) 超高压处理茶鲜叶的细胞结构变化研究 以绿茶品种的茶树鲜叶为原料，经不同处理压力( o m p a 、2 0 0 m p a 、6 0 0 m p a ) 处理，对处理样品和对照样品的微观结构进行显微观察。 2 ) 超高压处理茶新梢的多酚氧化酶( p p o ) 活性变化研究 选择春季茶树新梢分析压力大小对多酚氧化酶活性的影响，在常温、保压 lo m i n 条件下，分别施加2 0 0 m p a 、4 0 0 m p a 、5 0 0 m p a 和6 0 0 m p a 压力，研究压力 大小对p p o 活性的影响。 3 ) 超高压处理茶鲜叶主要化学成分变化研究 以茶鲜叶为原料，设置保压时间、压力大小两因素交叉处理，对处理样的主 要化学成分及叶绿素含量变化进行研究。 4 ) 超高压茶叶加工技术研究 研究茶鲜叶的超高压处理时间和频次以及对绿茶加工过程中茶鲜叶、杀青叶、 揉捻叶等环节的影响，采用人工感官评价结合理化分析对成品茶的滋味和香味的 变化趋势进行系统分析。查明超高压条件下茶叶主要化学成分的变化规律。 研究经超高压处理的茶鲜叶的红条茶、红碎茶适制性，查明主要化学成分的 变化规律。 8 中国农业科学院硕卜学位论文第二章超高压处理对茶鲜叶细胞结构和多酚氧化酶比活性的影响 第二章超高压处理对茶鲜叶细胞结构和多酚氧化酶比 2 1 材料和方法 2 1 1 实验材料 活性的影响 茶鲜叶( 品种：青绿；嫩度：一芽二叶为主；春季) ，由杭州市农业科学院茶 叶研究所茶叶试验场提供，用于细胞结构观察； 茶鲜叶( 品种：鄂茶5 号；嫩度：一芽二、三叶为主；春季) ，由中国农业科 学院茶叶研究所茶叶试验场提供，用于多酚氧化酶比活性研究； 包装材料为市售聚乙烯复合薄膜袋。 2 1 2 实验试剂 液氮 聚乙烯吡咯烷酮( p v p p ) 柠檬酸 脯氨酸 邻苯二酚 偏磷酸 2 1 3 仪器设备 医用级 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 化学纯 市售罐装 德国s e r v a 公司 上海试剂一厂 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 超高冷等静压机h p b a 2 ( 天津市华泰森淼生物工程技术有限公司) ，超高压处 理使用的传压介质是水；j e 0 1 j s m 6 3 9 0 a 扫描电镜( 美国) ；冰箱( 青岛海尔集团) ； f r 9 0 0 型多功能薄膜封口机( 上海麦尔多食品机械有限公司) ；s a r t o r i u sb p 2l id 天平( 德国塞多利斯公司) 。电热恒温水浴锅( 上海精宏实验设备有限公司) ；超 低温冰箱( 美国热电) ：高速冷冻离心机5 8 1o r ( 德国e p p e n d o r f ) ；紫外可见分光 光度计( 日本岛津) ；超纯水机( m 川i q ) 。 2 1 4 实验方法 2 1 4 1 用于制作电镜扫描样品的超高压处理方法 将茶鲜叶进行真空包装，置于超高压容器内，按照设定压力进行自动加压控 9 中国农业科学院硕l ：学位论文第二蕈超高压处理对茶鲜叶细胞结构和多酚氧化酶比活性的影响 制，取出并剪开真空包装，取出后用刀片将叶片最宽部横切成约5 m m 宽的条，置 于盛有2 5 乙二醛的棕色瓶中，4 冰箱保存待测。 2 1 4 2 扫描电镜样品制备方法 样品在2 5 的戊二醛溶液中4 固定过夜，然后按下列步骤处理样品：倒掉 固定液，用0 1m o l l ，p h 7 0 的磷酸缓冲液漂洗样品三次，每次l5 m i n ；用1 的 锇酸溶液固定样品1 2 h ；倒掉固定液，用0 1m o l l ，p h 7 0 的磷酸缓冲液漂洗样 品三次，每次l5 m i n ；用梯度浓度( 包括5 0 、7 0 、8 0 、9 0 和9 5 五种浓度) 的乙醇溶液对样品进行脱水处理，每种浓度处理l5 m i n ，再用l0 0 的乙醇处理两 次，每次2 0 m i n 。用乙醇与醋酸异戊酯的混合液( v v = l ：1 ) 处理样品3 0 m i n ，再 用纯醋酸异戊酯处理样品lh ；临界点干燥；镀膜；观察。处理好的样品在扫描电 镜中观察。 2 1 4 3 用于分析多酚氧化酶活性样品的超高压处理方法 将茶鲜叶以3 9 包进行真空包装，置于超高压容器内，分别用2 0 0 m p a 、 4 0 0 m p a 、5 0 0 m p a 、6 0 0 m p a 四个不同压力超高压处理l0 m i n ( 对照为未经超高压 处理，直接封装的鲜叶原料) 。然后立即转入液氮中速冻，再转入8 3 冰箱保存， 待测。 2 1 4 4 粗酶液的制备 取3 9 超低温冷冻样品，加p v p p 和预冷的p h 6 8 的柠檬酸缓冲溶液研磨，定 容至l0 0 m l ，4 浸提2 4 小时，7 0 0 0 r m i n 离心10 m i n ，取上清液作为粗酶液，4 冷藏待测。 2 1 4 5 多酚氧化酶( p p o ) 活性检测 反应体系为粗酶液lm i ，混合液3 m l ( 含0 1m o lp h 5 6 柠檬酸缓冲液，0 1 脯氨酸，1 邻苯二酚，按l0 ：2 ：3 配制) ，3 7 水浴保温3 0 m i n ，加3 m l 的lm o l i 偏磷酸中止反应，分光光度计4 6 0 n m 检测吸光度。 l o ! ：! ! ! 些垒：! ：尘些些些坚! ：些：! ：! 些：! ：1 2 2 结果和讨论 2 2 1 超高压处理对茶鲜叶细胞结构的影响 为了考察小同趋尚j i 、处埋m 力对莱鲜i i l 细胞和卅纵结构的影响，选抒0 m p a ( 术加爪) ，2 0 0 m p a 和6 0 0 m p a 一个处理j i 力分刖处理5 m 处理后对样品进行 b 镜扫描，其电镜扫描结果自l 幽 目2i 束超$ ”理的荣鲜叶切h h 插电镜麒h f 。g2 ii is s t t o fr r h e 8 l esb ys e m 目222 0 0 m 1 1 a 超高”的茶鲜叶 h “描电镜n 片 f i g22 r ls5 t i o fi i sb y2 0 0 m p au h p pt r e a i mcn 些：些窒! 型尘：；：些：些兰些：些：! 些! 垒：! ：! 目236 0 0 m p a 超高压处_ 哩的茶鲜叶”片扫描电镜照片 f i 223t is t“u ft e al esb y6 0 0 mp au h p ptr e a i am en 仔细脱察和对照r 述儿个喇，”r 咀打出： ( 1 ) 未经处理的茶鲜叫，其细胞完整，且r j 以厅剑细胞啭的完整轮廓结构， ( 2 ) 经过6 0 0 m p a 超岛压处理后，不再能希到完蔡的细胞轮廓，细胞地的疏 松多孔结构也模糊r ，表明细胞