茶饮料加工技术研究进展

茶饮料加工技术研究进展

随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，茶叶消费逐渐转向快速增长的趋势、方便、营养、保健等。二十世纪八十年代,罐装液态茶饮料在日本和台湾相继开发成功,并以天然、保健、方便、可口等优点在饮料行业中异军突起,逐步发展成为日常生活中主要饮料之一。九十年代后期,我国茶饮料加工技术的研究也取得突破性进展。经过二十多年的发展,国内外茶饮料加工技术不断得到完善和提高,特别是在茶饮料的萃取及澄清、感官品质的保存和改善、以及茶饮料灭菌、罐装和包装技术等方面都有较大的进展。1.提取和澄清茶叶和饮料1.1影响茶饮料萃取效率的因子茶饮料萃取技术是茶饮料加工过程中最关键的环节之一,其技术研究主要围绕于萃取效率和品质保存两个方面。已有的研究表明,影响茶饮料萃取效率和品质的因子很多,主要有萃取方式、茶叶形状和大小、萃取温度、萃取时间、茶水比例、水质条件等。近年来,茶饮料萃取技术在如何提高萃取效率的同时更好地提高茶饮料的品质方面取得了许多新的突破和进展。1.1.1萃取温度对茶饮料品质的影响对同种茶叶原料而言,不同的萃取温度、萃取时间和茶水比例都会有不同的萃取效率和品质。萃取温度高、时间长,萃取效率高,但品质相对较差;相反,萃取温度低、时间短的品质较好,但萃取效率相对较低。而从萃取条件对茶饮料成分、饮用温度和感官嗜好性的影响而言,日本学者研究认为高温萃取品在高温饮用时感官品质较好,低温萃取品在低温饮用时感官品质较好。目前液态茶饮料主要在常温或低温下饮用,因此,从口感而言应以相对低温萃取为好。研究表明,相对较低的萃取温度可以明显减轻茶汤的浑浊和沉淀物的产生,香气的保存性也较好。但是低温萃取必然导致萃取率低下,因此,如何提高低温的萃取效率是今后茶饮料萃取技术中的一个重要研究方向。综合已有的研究结果来看,绿茶饮料采用低温缓程萃取技术效果较好。绿茶饮料萃取温度20-35℃,萃取时间3-6h,茶水比采用1∶40-90,一次性提取的方法既有较高的浸出率,又能保持绿茶原有的风味,贮存过程中不会产生浑浊,可部分解决目前液态茶饮料生产中的沉淀问题和风味保持问题。1.1.2文水萃取工艺目前常用的茶饮料萃取方法主要有以下三种:(1)批次浸出式萃取法;(2)浇渗式萃取法;(3)逆流连续萃取法。逆流连续萃取法不仅萃取效率高,可以连续作业,所需人工成本低,而且能萃取高浓度茶汤,是三种方法中相对较好的。近年来,台湾对应用于茶饮料的逆流连续萃取技术及设备进行了大量研究,利用逆流连续萃取设备可获得高达15—20°Brix的茶汤。逆流连续萃取技术可以免除茶汤的浓缩过程,不仅可以降低成本,还减少了因浓缩而出现的茶汤色香味品质劣变,非常适合用于茶浓缩汁和速溶茶的生产。1.1.3绿茶饮料的萃取工艺分段萃取法是根据茶叶在萃取工艺中茶叶品质成分浸出特点而提出的一种新方法,可以在保持品质的基础上提高茶汤萃取效率,适合用于速溶茶生产和茶饮料的加工。研究认为分段萃取法宜采用二次萃取,一般不超过三次。第一次采用常温或低温较长时间萃取,第二次采用较高温度短时间萃取。绿茶饮料多段萃取工艺如下:第一次萃取采用30—40℃或常温,萃取时间15—30min,过滤;第二次萃取采用65—80℃,萃取时间1—3min,过滤;将二次滤液合并,经调配后再进行澄清过滤。1.1.4不同酶的处理对茶汤萃取效果的影响为获得无浑浊液态茶饮料,在萃取技术上有人发明了采用乙醇加水来浸提茶叶的方法。为提高萃取效率,人们对纤维素酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶在茶汤萃取过程中所起的作用做了详细的研究,研究认为上述这些酶可以提高茶汤的浸出率和改善产品的品质风味。还有研究表明,揉捻叶中加入细胞分解酶和纤维素酶后制成的茶叶可浸出有效成分(25℃、30min)比对照高149%。超临界提取方法不仅可以在低温下操作,而且能够充分保留茶叶香气和有效成分,是今后茶饮料提取技术的发展方向之一。1.2茶汤萃取方法茶饮料的澄清技术与萃取技术是密不可分的。采用好的萃取技术可以减轻对澄清技术的要求,而有的澄清技术须与萃取技术相结合共同完成。茶饮料常用的澄清方法从作用机理上主要分以下几种:(1)去除法。主要目的是去除产生茶汤浑浊的物质,包括低温去除法、pH值法、离子去除法、沉淀剂法等;(2)化学转溶法和氧化法;(3)离子络合法和包埋法;(4)酶法;(5)膜分离法等。由于转溶法和氧化法对茶汤原有的品质风味影响较大,而去除法不仅去除了茶汤中许多风味物质,影响滋味,而且大大降低萃取效率。因此这两种方法都有明显的缺陷。近年来,包埋法、酶法和膜分离法逐渐成为茶饮料澄清技术研究的焦点。1.2.1不同浓度-cd包埋液提取效果的比较利用食品添加剂对茶汤中参与茶乳形成的物质进行包埋以阻止与其它物质生成茶乳酪的方法称为包埋法。有研究表明,采用β-CD作为包埋剂可以包埋茶汤中的儿茶素类物质,阻止儿茶素与其它化学物质的络合反应,有效抑制茶汤中低温浑浊物的形成,茶汤的透光度随β-CD添加量提高而增加,且以萃取前加入更好,较佳的工艺条件为:添加量1.0%～2.5%(w/v),温度为50℃,低速搅拌20min。也有研究认为β-CD对茶乳酪的阻止效果并不明显。1.2.2国家与国外研究现状早在1976年Takino就用酶法澄清茶饮料,发现单宁酶在茶汤pH为5～6、温度45℃以下作用30～60min后,茶汤中的茶乳酪形成量最少。而1985年Thomas和Murtagh研究发现单宁酶的最适作用pH为5～6,反应温度为35℃,当茶汤pH大于6或温度高于35℃时,酶活性降低。之后,国内外学者进行了大量的研究工作,结果表明酶法澄清技术先进,澄清效果明显,且专一性强、副反应小。其中单宁酶的澄清效果最好,与纤维素酶、果胶酶或氧化酶等配合使用后具有增效作用,比单独使用效果更好。有研究表明按1g可溶性茶固形物添加2250～3000个活性单位的氧化酶和0.5～10个活性单位的单宁酶在20～25℃下培养1～10h后,可制成冷藏条件下不产生浑浊的茶饮料。针对酶处理后茶汤滋味变酸的问题,日本有报道将单宁酶与β-CD共同处理茶汤可解决这一现象,具体方法为:采用0.005%单宁酶于30℃处理茶汤1h,加热到100℃,稳定15min后与1%的β-CD混合。同时研究认为调整pH值后对茶汤风味没有影响。目前美国纽约开发公司、日本Kikkoman生物工程公司等国外公司均已开始批量生产单宁酶,酶的固定化工艺也已基本成熟。据了解近年来国内单宁酶制备技术的研究也有突破性进展,酶活性已接近国外先进水平,同时酶的固定化研究工作正在积极展开。1.2.3茶饮料膜分离技术的研究膜分离技术在茶饮料加工中的应用研究虽只有十多年时间,但研究业已表明,膜分离澄清技术具有无相变、不带入化学物质、工艺操作简便、能耗低和茶饮料澄清质量好等诸多优点。早在1987年,张是求就采用醋酸纤维超滤膜将绿茶汁中的蛋白质、果胶、淀粉等大分子物质有效分离出来,获得低粘度、澄清、稳定的茶汁。Tamaki等也曾利用截留分子量为40000～50000的超滤膜有效地除去了茶汁中的茶乳酪。由于当时超滤膜多为进口产品,使用成本高,基本局限于实验室的理论研究。随着超滤膜的国产化,膜材料价格不断降低,以及配套技术的不断完善,近年来茶饮料膜分离技术研究和应用得到快速发展。叶艾芊等采用平板膜超滤设备对乌龙茶汁进行澄清处理,结果表明截留分子量为70000的聚醚酮材料效果最好,不仅可去除茶汁中76.1%的蛋白质、85.1%的果胶、37.4%的可溶性淀粉,澄清度得到较大的提高,而且茶多酚、咖啡碱等有效成分保留率在90%以上。张成兵采用分子量为50000道尔顿PAN材料膜对罐装红茶饮料进行超滤,通过对可能引起质量变化的可溶性固形物、色香味感官品质和贮存稳定性等进行研究,结果表明超滤可使茶饮料产品在保质期内质量稳定性得到较大提高。尹军峰研究认为红茶饮料采用超滤膜处理后,低温的抗浑浊能力得到极大的提高,但不能完全解决“冷后浑”的问题,需要配合其它方法,而且十万以下分子量膜孔径常温下处理茶汁后红茶色泽过浅,影响感官品质。尹军峰等分别采用平板膜和中空纤维膜超滤设备对绿茶汁进行澄清处理,结果表明绿茶汁超滤工艺采用5万分子量膜孔径,25～30℃过滤温度和0.1～0.2Mpa操作压力是合适的。经过适合的工艺参数超滤后,茶汁中的茶多酚及儿茶素组成、氨基酸、咖啡碱、可溶糖、香气组分等品质成分得到较大的保留,而蛋白质、果胶等大分子物质大部分被截留。原有的纯正香气和醇厚滋味品质得到保持,同时汤色清澈透明,抗沉淀的能力得到极大的提高,基本消除沉淀现象的产生。选用合适的膜材料后,超滤对绿茶汁的酸碱度影响不大。膜分离技术虽然具有传统分离操作无可比拟的优越性,但其严重的膜污染又很大程度上阻碍了该技术在茶饮料工业上的推广。现在的研究重点已转向膜污染的预防和清洗上。1.3不同ph值的油茶茶汤在纯茶饮料中,水占99.5%以上,因此水质指标直接影响茶饮料的风味,水中的钙、镁、铁、氯等离子的含量及pH对茶饮料的颜色及滋味均有不利影响。因此,人们对茶饮料萃取用水做了大量的研究工作。研究认为,茶饮料萃取用水的pH值应在6.7～7.2、铁离子含量小于2mg/kg、暂时硬水的化学物质总含量低于10mg/kg或永久硬水的化学物质总含量低于3～4mg/kg。下桥及寺田研究指出,钙离子含量超过60mg/kg可导致红茶茶汤透明度和色泽度下降,而低于25mg/kg时可以得到较好的茶汤色泽。屠幼英研究发现添加适量的铜盐可增加红茶汤的色泽和明亮度。Chang及Gudnson报道添加适量的铝金属盐也可增加红茶汤的色泽和明亮度,并可以改善茶汤滋味。2萃取和灭菌作用中单规范的加工过程中加工过程中前一种注茶饮料加工技术研究和开发过程中,茶香的保存是现阶段最难解决的问题。茶叶对热非常敏感,在加工过程中香气的损失和变化主要发生在萃取和灭菌两道工序中。近年来茶饮料保香及增香技术的研究主要围绕着茶饮料萃取过程中的香气的损失和灭菌过程中的香气变化而进行的,主要包括原料的选择和处理、香气包埋技术、灭菌技术改善以及茶叶香精的开发等。2.1新茶加工茶饮料高品质的茶饮料需要有合适的、高质量的原料作保证,因此茶叶的选购和拼配技术至关重要。陈清泉研究指出,乌龙茶色香味品质受到茶叶品种及产季、发酵程度、焙火程度等因素的影响,茶叶品种及产季间的差异可采用茶叶调配技术来克服,发酵程度和焙火程度的不同对香气特征有显著的影响,在生产前应详细考虑。由于干茶在贮藏过程中也极易发生品质劣变,因此应尽量选用新茶来加工茶饮料。近年来的研究都表明,在茶饮料加工之前进行适当的处理能改善茶饮料品质。众所周知,茶叶在一般的贮藏条件下会产生许多陈味成分,出现不爽的气味。张如华、陈清泉等研究认为茶叶经烘焙后不仅可以降低茶叶水分含量,确保茶叶贮藏品质,除去茶汤苦涩味和青臭味,保持茶叶特有的香味,也可以改善茶叶香气,补充茶叶本身香气的不足,有效去除茶叶陈味。由于烘焙会造成部分香气的逸失,因而高档茶宜采用低温短时(<80℃、<2h)烘焙,以保持原有的幽雅香气;低档茶宜采用高温烘焙(100～120℃),以提高茶叶香气,去除原有的青臭味。郑正宏研究认为,在加工罐装冷饮茶时事先焙火(90～100℃、>4h)可以明显改善茶饮料品质,否则易造成茶汤浑浊、沉淀的产生。赵和涛研究表明,绿茶经高温复火后,陈味和异味物质大量减少,如操作方法得当,这些物质可以基本消失。在烘焙过程中添加适当的芳香物质可增加茶叶香气。每100kg绿茶添加0.02mg茶螺烯酮,可使陈绿茶散发出新茶香;添加0.01mg二羟丙酮可产生花香;添加0.15mg牻牛儿醇可产生甜香。另外,1988年屠幼英等研究报道,在提取过程中通入二氧化碳可以克服熟汤味。2.2用-环形糊精包埋茶饮料香技术近年来微胶囊技术在茶叶香气保存方面的研究也有一些进展。叶宝存等采用β-环状糊精、糊精、麦芽糊精、可溶性淀粉及12种混合香精对速溶茶增香的效果表明,以β-环状糊精包埋效果最好。有研究表明,萃取过程中β-环状糊精的添加量一般为饮料重量的0.05%～0.5%,为掩饰茶饮料灭菌后产生的不良气味,可添加0.05%的β-CD进行香气包埋,具有一定效果。茶叶增香技术正日益受到人们的重视,主要方法是采用β-CD将香精油包埋后添加到茶饮料中。SzenteL研究认为香柠檬油、薄荷、桂皮油等经β-CD包埋后香气稳定性得到提高,当与热水接触后能立即释放香气。2.3不同立地进行茶饮料超高压灭菌的研究灭菌技术对茶叶香气的影响非常大。Kinugasa和Takeo研究发现经高温高压灭菌后,乌龙茶、红茶的挥发性化合物有减少的趋势;绿茶中的顺-3-己烯醇、沉香醇及其氧化物和橙花叔醇的含量减少,而反-2-反-4-庚二烯、苯甲醇、β-紫罗酮、4-乙烯基苯酚等与灭菌不良气味有关的成分含量则增加。衣笠仁和竹尾忠一研究认为,红茶及乌龙茶中的不良气味来自不稳定的香气化合物经杀菌所产生的劣变,而绿茶饮料中的不良气味是因为非挥发性前驱物衍生的挥发性化合物所致。有研究表明,与115℃、20min灭菌处理相比,131℃、30s灭菌处理能更有效地保存茶饮料的香气成分。超高压技术始于二十世纪初,直到八十年代才应用于食品灭菌。日本学者对超高压灭菌技术在茶叶上的应用研究较早,一般认为该法对茶汤风味影响较小,压力大于200Mpa对微生物的致死作用才能达到商业无菌状态,但对孢子无效。Takeo研究认为压力小于400Mpa和室温条件下不能杀灭绿茶汤中的孢子,采用700Mpa压力和80℃温度可完全杀灭微生物,同时不良风味现象和化学变化大为减少。采用300Mpa压力和100℃温度以下杀菌可望成为茶饮料的灭菌技术发展方向。对不同茶叶而言,红茶、乌龙茶采用超高压技术效果比绿茶要好,可能在红茶、乌龙茶中含有较强的杀菌活性成分。衣笠仁研究指出,高压灭菌除表儿茶素没食子酸酯(ECG)有减少外,其他儿茶素和咖啡碱变化不大,维生素C减少量只相当于高温灭菌的一半,同时认为高压灭菌还有一些问题尚待解决,设备费用和耐久性都有待完善。另外日本有报道认为,在红茶加工过程中将胡萝卜素、抗坏血酸等加入萎凋叶中,可增加茶叶香气,改善茶叶品质。在红茶发酵时加入多酚氧化酶、过氧化物酶等酶,在绿茶萃取物中添加果胶酯酶都可以增加茶叶香气。3抗坏血酸与类黄酮的协同效应茶饮料是一种受热不稳定体系,特别是绿茶饮料,在贮存过程中茶汤色泽易受光照、氧气和高温等的影响下而发生变化,在饮料加工中主要受萃取和灭菌技术的影响。现在市场上茶饮料主要以PET瓶包装为主,茶汤色泽的稳定性研究显得越来越重要。许多研究表明,在萃取时加入抗坏血酸和β-CD等添加剂、抗氧化剂可有效防止茶汤氧化。赵良研究发现,在pH4.0～5.0下加入0.06%Na2SO3和0.01%ZnCl2可有效抑制绿茶茶汤褐变。梁月荣等研究表明在高温灭菌过程中添加L-抗坏血酸、半胱氨酸和亚硫酸钠对茶多酚的氧化具有显著抑制作用,茶汤亮度明显提高,效果优于L-抗坏血酸单独处理。陈玉琼等研究指出L-抗坏血酸和焦磷酸盐对罐装绿茶水的色泽具有明显的保护作用。还有研究提出在添加L-抗坏血酸和重碳酸钠的同时加入一定量类黄酮的方法,可以克服绿茶罐装饮料褪色和失去风味的问题。林亲寻等研究认为茶汤pH经过缓冲液调整后,因还原力保存较好,经40℃贮存3个月后其茶汤色泽仍保持翠绿明亮,而对照已褐变。4耐热pet瓶包装国内外茶饮料包装形式主要有玻璃瓶、马口铁易拉罐、铝质易拉罐、无菌铝纸复合包、PET瓶等几种包装。在茶饮料研究和开发初期主要以马口铁易拉罐、玻璃瓶包装为主,马口铁易拉罐以适应性强,相关设备投资费用较低,产品保存性好等特点成为早期茶饮料生产厂家的首选包装。日本、台湾等茶饮料发展较早的国家和地区以马口铁易拉罐、铝质易拉罐、无菌铝纸复合包、PET瓶等包装为主。近年来随着耐热PET瓶等包装的成功开发,马口铁易拉罐和玻璃瓶包装的缺陷逐渐暴露出来,马口铁易拉罐的成本过高;玻璃瓶包装存在着机械强度低、易碎、包装物重、运输费用高等诸多缺点,市场占有率逐渐减少,而PET瓶包装发展较快,成为包装主流。罐装及灭菌技术依包装方式的不同而异,玻璃瓶、马口铁易拉罐、铝质易拉罐等包装一般采用高温高压灭菌,饮料品质相对较差;无菌铝纸复合包采用无菌冷罐装,饮料品质较好,但设备投资较大。耐热PET瓶包装兼顾了两者的优势,与易拉罐包装和无菌铝纸复合包相比具有设备投资低、加工工艺简单、品质易控制、成本较低等优势,因而得到了快速发展。耐热PET瓶包装核心技术是热罐装技术,最早出现在日本,其主要工艺流程为:前处理好的茶汁经135℃、10s超高温瞬时灭菌后趁热罐装,罐装温度在85～90℃,封盖后平放或倒置,进行一定时间的杀菌后冷却即可。近年有研究发现PET瓶在加热过程中会释放少量乙醛,产生不良风味,而耐热BOPP瓶的开发成功为解决这一问题带来了希望。李远志等研究认为耐热PET瓶和BOPP瓶均能承受85℃高温,热罐装技术是一种较先进的方法,投资成本低,品质保存性好。区少梅等研究指出BOPP瓶的透氧率大于PET瓶,维生素C保留率小于PET瓶,但耐热性好于PET瓶。近年出现的冷罐装工艺不仅克服了茶饮料受热灭菌引起的色质改变,而且大大降低了包装成本,是一种非常有前景的工艺技术。当然,铝质易拉罐和无菌铝纸复合包也具有自己的优势和特色。铝质易拉罐可应用于碳酸茶饮料的包装,还可进行充氮包装。Komastu等人研究发现在罐装茶饮料中充填氮气具有稳定儿茶素的作用。无菌铝纸复合包虽设备投资较大,但使用材料成本较低,具有绿色环保题材,产品口味好、质量稳定,适合大型茶饮料企业采用。5茶饮料加工的主要方式和研究方向茶饮料自八十年代成功开发后,为不断提高茶饮料的品质和风味以适应市场需要,逆流连续萃取技术、酶工程技术、膜分离浓缩技术、微胶囊技术、超高压灭菌技术、热罐装技术等食品新技术逐渐开始应用于茶饮料加工中。综合国内外果汁饮料澄清技术和茶饮料澄清技术的研究进展来看,以单宁酶为主的酶固定化技术与超滤膜分离相结合的