茶浓缩汁加工关键技术与装备的研究

1、维普资讯 茶 叶 科 学 2003，23(增 )：6367Journalof TeaScience文章编号：1000-369X (2003)增刊一o063一O5茶浓缩汁加工关键技术与装备的研究权启爱 ，杨钟鸣 ，尹军峰 ，孙成 ，李航 2，金 寿珍 ，刘新 ，丁志 ，王际春(1 中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008；2 中国农业机械化科学研究院，北京 100083)摘要：对茶浓缩汁加工参数的研究结果表明，茶汁完成提取后，先行粗滤和细滤，然后应用超滤膜将茶汁中的大分子物质分离和去除，再用反渗透膜进行循环浓缩，可获得优质的茶浓缩汁产品。超滤膜孔径

2、，绿茶、乌龙茶以 810万分子量为宜，红茶则以 l0万分子量以上为好，超滤膜的工作压力为 O2一O3MPa，茶汁温度 4O以下为宜 。反渗透膜的工作压力为 1530MPa、工作温度控制在 5O以下为好。以此为基础专门设计的茶浓缩汁生产线，生产率可达 100kgh(年产 500吨 )，茶浓缩汁浓度可达 20 (Brix)，并且透光率高，易于溶解，能保持茶叶风味，并可去除中、下档茶苦涩味重等部分不足，品质明显优于传统热浓缩产品。关键词：茶；浓缩汁；超滤；反渗透中图分类号：TS2722文献标识码：BStudy on The Key Technique ofTea Juice C0ncentratin

3、gAnd ItsProcessing Equipm entsQUAN Qiai，YANG Zhongming ，YING Junfeng ，SUN Cheng ，LIHu ，JINShouzhen ，LIU Xin ，DING Zhi，W ANG Jichun2(1TeaResearchInstitute，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Hangzhou 310008，China；2ChineseAcademy ofAgromechanization，Beijing 100083，China)Abstract：Researchresultsonpara

4、metersofteajuiceconcentratingshowedthat，afterteawasextracted，thebulkiltrationfand inef iltrationf were carried out， then the macro molecule substances were separated na d removed by using ultrailtratingf membran e method，then cycling concentrated by reverseosmosismembran e，the high quality concentra

5、tedteajuicewasobtainedTheporediam eterofhetultrailtrationfmembraneis8X10- 10X 10 moleculeweightforgreentea na d Oolong tea，na d Iargerhant 10 X 10 forblack teaThe working pressure of ultra-iltrationf membran e is 0203MPasuitabletemperatureforteajuiceislowerhant 4OTheworkingpressureofreverseosmosisme

6、mbraneis1530MPa，suitabletemperatureforteajuiceislowerhant 5OTheteajuiceproductivityoftheproducingIinedesignedonhetbaseofabovetechniqueis100kgh，withconcentrationofteajuice20 (Brix)andbeaerquality comparedwith hattoftraditionalproductKey words：Tea；Concentratedjuice；Ultrafiltration；Reverse，osmosismembr

7、ane随着社会经济事业的飞速发展和人们生 料总产量仅 10万 吨，2000年则发展到 180万活水平不断提高且节奏不断加快，应用高新技 吨，预计 2001年将上升到 300万吨。茶水饮术手段开发形成的茶水饮料，近几年在世界范 料的生产方式，发展初期均由饮料厂全程组织围内发展迅速，据统计， 1997年 我国茶水饮生产，而发展的趋势是逐步转向由原料厂商生收藉日期：2002一O3 23修订日期：2003 03一 l6作者简介：权启爱 (194o_ )，男，江苏铜山人，研究员主要从事 茶叶加工工程方面的研究。维普资讯 茶 叶 科 学23卷产茶浓缩汁，供应给饮料生产

8、厂商加配料和水灌装成商品茶水饮料，类似于世界上一些大宗饮料如可口可乐的生产方式一样，可最大限度地保持产品质量稳定，节约大量运输费用和生产成本，利于在销区办厂。同时茶 浓缩汁还可方便地用于食品和医药添加，并可由市售饮料机或家庭用于含茶饮料的勾兑。茶 浓缩汁的生产，国内外以往均采用传统的热浓缩工艺，茶叶风味损失大，香气差。为 了改变这一状况，对以膜技术为主的茶浓缩汁加工技术进行了系统研究。1材料与方法11试验研究设备自行研制的茶汁超滤分离和反渗透浓缩实验设备；自行设计的 l0kgh茶浓 缩汁技术中试生产线；自行设计的 l00kgh茶 浓缩汁工业化生产示范生产线；PM6266型钳式数字功率表、TM9

9、02C型半导体数字测温仪、M10型声级计、LZ30型转速仪、wTT4型糖量计、PHS3C型数字式 PH测定仪、Waters5l0型高效液相色谱仪、GC17AA 型气相色谱仪、HP58595972GCMC型气质联用仪 。12供试材料符合 GBT1448793茶叶 品质标准要求的红茶、绿茶、乌龙茶原料。13试验研究方法应用自行研制实验设备进行茶汁膜分离和浓缩特性和参数的研究；应用 l00kgh茶浓缩汁生产线进行茶浓缩汁工业化生产试验和考核，并与传统热浓缩产品对照。2 结果与分析21主要技术参数的研究211茶汁超滤技术参数的研究超滤膜孑L径的选择直接影响着茶汁的超滤透过液流量即超滤设备的生产率，实验

10、表明，超滤膜孔径越大，茶汁的超滤透过液流量也越大，以绿茶汁而言，十万分子量超滤膜的茶汁透过液通量比五万分子量高 4O左 右，而比三万分子量高 l50以上。同时 ，从超滤前后茶汁内含成分的变化来看，超滤对茶汁中的茶多酚、咖啡碱、氨基酸和可溶性糖等品质化学成分和果胶、蛋白质等大分子物质都有一定的截留，但对果胶、蛋白质等大分子物质的截留率明显高于对小分子物质的截留。一般状况下，茶汁经过超滤后，80l00的大分子物质被截留，而其它品质化学成分的截留率均在 2O以下 ，故采用适当的超滤膜孔径会使茶汁品质得到极大的改善。试验结果认为绿茶、乌龙茶汁加工用超滤膜的膜孔径宜选用8l0万分子量，红茶宜采用 l0万

11、或 l0万以上分子量膜孔径。实验表明，茶汁温度大致每上升 lcI=则超滤膜透过液流量可提高 5左 右，随着温度的提高，对茶汁中各种可溶性化学成分保留率也都有一定程度提高，例如儿茶素总量 35cI=时比 25cI=保 留率将会提高 5 lO。然而，随着茶汁温度的升高，超滤膜果胶和蛋白质等大分子物质的截留率也随之下降，温度过高将会影响超滤质量和茶汁品质。为 此，茶浓缩汁加工使用的超滤膜，作业时茶汁温度以控制在 4O cI=以下为宜，绿茶汁生产则以控制在 35cI=以下为好。实验还表明，超滤操作压力对超滤透过液流量也有一定影响，操作压力上升，超滤透过液流量在一定范围内增加，特别在超滤初期，差异较明显

12、，但随着超滤时间的推进，差异减小，甚至无明显差异，茶浓缩汁生产中用超滤操作压力以控制在 01-03MPa为宜。212茶汁浓缩反渗透技术参数的研究实验表明，采用 (UF+RO)的膜浓缩工艺，反渗透膜的浓缩速度即透过液流量随着温度上升而上升，且在 3OcI=以下 表现更为明显。实验结果还表明，反渗透膜作业时，操作压力越大，茶汁透过液 (水 )的流量越大，浓缩速度越快，而在透过液流量保持相同的条件维普资讯 增刊权启爱等：茶浓缩汁加工关键技术与装备的研究65下，随着浓缩汁浓度的增高，操作压力也要求随之提高，在现行市售反渗透膜性能状况下，用于茶汁浓缩的反渗透膜操作压

13、力控制在1530MPa为宜 。22工业化生产线与作业性能考核研究结果221l00kgh茶浓缩汁生产线设备配备l00kgh茶浓缩汁生产线由茶汁制备、茶汁浓缩、附属设备等几大部分组成。整套 生产线由 60余 台、套设备构成。茶汁制取设备的主要作用是将茶汁按要求提取出来，并经过初步过滤澄清，为下道工序的茶汁浓缩供应品质合格、数量足够的茶汁。它主要由茶汁提取设备、螺旋送渣机、离心机、板式换热冷却器、双联过滤器、板框过滤器及液料泵、液料罐等设备组成。茶 汁制取的主要设备在生产线中的配备状况如图 l所示。茶汁浓缩设备是茶浓缩汁生产线的核心，其作用是将茶汁制取设备送来的浓度 3左右的茶汁采取 (UF+RO)

14、浓缩方式反复进行浓缩，直至取得浓度为 20 以上的茶浓缩汁产品。它 主要由精密过滤器、超滤机组、一、二级反渗透浓缩机组、一、二级高压泵组、冷却器、清洗装置、液料泵、液料罐、无菌成品罐等组成。茶汁浓 缩主要设备在生产线内的配备状况如图 2所示。图 1茶汁提取设备配备及作业 原理示意Fig1Equipmentsystem forteaextracting and itsworking principle图 2茶汁浓缩设备配备及作业 原理示意Fig2Equipmentsystem orfconcentratingteajuiceanditsworkingprinciple222茶浓缩汁加工工艺茶浓缩

15、汁加工工艺如下： 。 一 11r 1 1 1 礓啊刚弧维普资讯 茶 叶 科 学23卷原水一处理一加热 一l一茶汁提取一粗滤一冷却一细滤一精滤一超滤 (uF)茶叶一处理一拼配 _J一一级反渗透 (RO)浓缩 二级反渗透 (RO)浓缩一茶浓缩汁产品223 l00kgh生产线性能考核结果由浙江省机械产品质量监督检验总站茶机分站对 l00kgh茶 浓缩汁生产线的机械性能检测结果如表 l，从 中可以看出，生产线各项技术指标均先进，运转状态正常。该生产线自投产以来，总运行时间已达 500h以上 ，生产绿茶、红茶、乌龙茶浓缩汁总计达 4O多 吨，所有设备运行正常，产品质

16、量良好，说明是一条符合工业化生产要求、并采用 (UF+RO)膜分离浓缩等高新技术组合而成的先进生产线。表 1茶浓缩汁生产线机械性能测定结果Table lM echanicalperformance ofthe producing line农业部茶叶质量监督检验测试中心对生产线加工的绿茶浓缩汁和红茶浓缩汁产品品质进行了检测，感官审评的结论为：绿茶浓缩汁汤色黄绿明亮、无沉淀，香气平和，滋味纯正；红茶浓缩汁汤色红尚亮、无沉淀，香气纯和，滋味醇正。从总体品质看，绿茶浓缩汁和红茶浓缩汁溶解性良好，稀释后具有与原茶相似的感官品质风格，品质明显好于原茶冲泡的同样浓度的对照样。尤其 是绿茶有 “冷却 后的常温

17、下，对照茶样滋味带涩，而液体茶更显醇正，表明加工过程能去除中下档原料茶的部分不足” 。表 3所列 为该中心对上述绿茶浓缩汁产品和红茶浓缩汁的生化指标检测结果，表 4为卫生指标检验结果，均在较理想水平。表 4表 明了采用 (UF+RO)的膜浓缩工艺和采用传统热浓缩 (EC)工艺对茶浓缩汁产品有关理化指标和内含成分的影响。表中的 L值表明明亮度，a值正值表示红色程度，负值表示绿色程度，b值则表示黄色程度，从中可以看出采用膜加工工艺生产的茶浓缩汁 L值普遍高于热浓缩产品，同时表中还表明膜浓缩工艺加工出的茶浓缩汁产品的粘度值均小于热浓缩产品，说明采用膜浓缩工艺生产出的茶浓缩汁产品品质明显优于传统热浓缩

18、工艺生产的产品。23经济和社会效益分析如前所述，我国是世界上茶园面积最大的国家，2000年产茶叶 68万吨，约 l0万吨以表 2茶浓缩汁产品生化成分检测结果Table2Contentsofchemicalcomponentsofconcentratedteajuice红茶提取液4 Ol056O lO1O5BT精滤液4 O20 55O lO104超滤液4 lO058O l21O2浓缩液2l 5O2O7O 63478检验方法 MethodGB83131987GB83141987HPLC法维普资讯 增刊权启爱等：茶浓缩汁加工关键技术与装备的研究67表 3茶浓缩汁

19、卫生指标检验结果 Table3Hygienicindexofconcentratedteajuice般液 测 表 4 不同浓缩工艺对茶浓缩汁产品有关理化指标的影响Table4Influenceofdiferentconcentratingtechniquesonthephysicalandchemical indexofconcentratedteajuiceH上为档次低下的大宗茶，销售十分困难，且价 茶浓缩汁加工关键设备及整条生产线的机械、格低下，开展茶浓缩汁产品的生产和加工，可 工艺系统设计参数，并首次确立了以膜技术为为大宗茶的利用开辟新的途径，预计全国茶浓 m 主的茶浓缩汁成套加工技术，技术新颖先进。缩汁生产线的最大需求量为 8Ol00套 ，若 (2)研制完