現(xiàn)代茶飲料的發(fā)展歷程及膜技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代茶飲料的發(fā)展歷程及膜技術(shù)的應(yīng)用

20世紀(jì)60年代，現(xiàn)代茶堅(jiān)果來自美國，先后分布于日本、歐洲和臺(tái)灣。我國對(duì)茶飲料的研究起步較晚,開始于20世紀(jì)80年代中后期,主要產(chǎn)品有茶汽水、茶可樂、涼茶等,但未形成氣候,直到20世紀(jì)90年代中期,河北旭日集團(tuán)向全國推出了冰茶、暖茶,其強(qiáng)大的廣告宣傳使廣大消費(fèi)者認(rèn)識(shí)了旭日升冰茶,也真正接受了茶飲料。隨后,一些大型食品企業(yè)紛紛參與茶飲料的開發(fā)與生產(chǎn)中,使得茶飲料生產(chǎn)異?；鸨?。1997年我國的茶飲料產(chǎn)量為20萬t,1998年為40萬t,1999年為80萬t,2000年達(dá)150萬t,2002年達(dá)300萬t,已成為繼碳酸飲料、飲用水之后的第三大軟飲料。在品種方面,主要有3種,即調(diào)味茶、純茶和混合茶。國外所稱的冰茶就是一種調(diào)味茶,是加入茶成分的果味飲料或果汁飲料?；旌喜枋菍⒉枞~提取物同其他一些食品原料混合而得到的一種茶產(chǎn)品,如乳酸菌茶飲料、羅望子茶飲料、紅景天烏龍茶飲料等[2~4]。近幾年來,茶飲料在我國飲料市場(chǎng)所占的地位越來越重要,生產(chǎn)工藝得到了不斷的改善,生產(chǎn)技術(shù)也有了較大的提高,尤其是茶飲料在澄清、包裝、滅菌、護(hù)色護(hù)香等方面都有了較大的改善。國內(nèi)外在飲料生產(chǎn)中開發(fā)出許多高新技術(shù),如膜分離技術(shù)、酶技術(shù)、微波技術(shù)、非熱殺菌技術(shù)、無菌灌裝技術(shù)、芳香物質(zhì)回收技術(shù)、冷凍干燥技術(shù)等,這些技術(shù)有望部分替代傳統(tǒng)茶飲生產(chǎn)技術(shù),解決茶飲料生產(chǎn)上現(xiàn)存的一些技術(shù)難題,如營養(yǎng)物質(zhì)的損失、芳香物質(zhì)逸散、后混濁的產(chǎn)生等問題,從而提高茶飲料的品質(zhì)。1超濾uf澄清茶飲料在茶飲料的生產(chǎn)過程中,茶汁的過濾技術(shù)是影響到茶飲料生產(chǎn)及存放期間澄清度的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)上采用的化學(xué)法、離心沉降法及機(jī)械過濾法在效果和操作上都存在著較大缺陷,無法徹底解決渾濁沉淀問題,如國內(nèi)某廠家采用2次進(jìn)口離心設(shè)備處理茶汁后,茶飲料在存放期間仍產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象。也有人用孔徑在1~5μm的精濾過濾茶飲料,存在過濾后濁度高,濾芯更換周期短等缺點(diǎn)。膜分離技術(shù)是采用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力,對(duì)雙組分或者多組分溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的操作。隨著膜技術(shù)的發(fā)展與完善,一些研究工作者及生產(chǎn)廠家用膜技術(shù)進(jìn)行了嘗試,茶飲料生產(chǎn)中具有良好應(yīng)用前景的膜分離技術(shù)主要是超濾(UF)技術(shù)和反滲透(RF)技術(shù)。目前國際上,超濾(UF)在茶飲料的澄清工藝中的應(yīng)用已十分廣泛,取得了明顯的效果。傳統(tǒng)的茶湯澄清工藝技術(shù)是采用低溫沉淀后離心去除,或采用轉(zhuǎn)溶和吸附法去除,嚴(yán)重?fù)p失了茶汁的特征性成分。超濾是在低壓0.10~0.5MPa條件下,利用不同截留分子量的半透膜(截留分子量500~3000000KDa)阻止液體中高分子物質(zhì)或固體顆粒的通過,從而達(dá)到分離的目的。超濾過濾技術(shù)可有效地去除茶葉中的大部分蛋白質(zhì)、果膠、淀粉等大分子物質(zhì),而茶多酚、氨基酸、兒茶素、咖啡堿等特征性成分含量損失較少;原有的純正香氣和醇厚滋味得到保持,湯色清澈透明,并能基本消除沉淀現(xiàn)象產(chǎn)生。張成兵采用分子量為50000KDa聚丙烯腈材料膜對(duì)罐裝紅茶飲料進(jìn)行超濾,通過對(duì)可能引起質(zhì)量變化的可溶性固形物、色香味感官品質(zhì)和貯存穩(wěn)定性等進(jìn)行研究,結(jié)果表明超濾可使茶飲料產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)質(zhì)量穩(wěn)定性得到較大提高。酶技術(shù)在茶飲料中的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)茶汁的低溫浸提,促進(jìn)茶汁的澄清,從而改善茶湯感官品質(zhì)。目前已開發(fā)可應(yīng)用于茶飲料的酶制劑有單寧酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶、葡萄糖氧化酶、蛋白酶,淀粉酶等。早在1976年Takino就用酶法澄清茶飲料,發(fā)現(xiàn)單寧酶在茶湯pH為5~6、溫度45℃下作用30~60min后,茶湯中的茶乳酪形成量最少。而1985年Thomas和Murtagh研究發(fā)現(xiàn)單寧酶的最適作用pH為5~6,反應(yīng)溫度為35℃,當(dāng)茶湯pH大于6或溫度高于35℃時(shí),酶活性降低。之后,國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作,結(jié)果表明酶法澄清技術(shù)先進(jìn),澄清效果明顯,且專一性強(qiáng)、副反應(yīng)小。其中單寧酶的澄清效果最好,與纖維素酶、果膠酶或氧化酶等配合使用后具有增效作用,比單獨(dú)使用效果更好。單寧酶能切斷兒茶素上沒食子酸的酯鍵,釋放沒食子酸,游離的沒食子酸又能同茶黃素、茶紅素競(jìng)爭(zhēng)咖啡堿,形成相對(duì)分子量較小的水溶物。有研究發(fā)現(xiàn):在45℃、pH為5.0條件下用0.5%單寧酶處理紅茶和綠茶提取液,處理樣品與未處理樣品相比,渾濁度降低,而可溶性固形物含量增加,風(fēng)味強(qiáng)度提高。1993年,日本專利也有添加單寧酶和β-環(huán)狀糊精(β-CD)改善茶提取物品質(zhì)的報(bào)道。2微波萃取茶汁的制備茶飲料萃取技術(shù)是茶飲料加工過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一,其技術(shù)研究主要圍繞于萃取效率和品質(zhì)保存兩個(gè)方面。已有的研究表明,影響茶飲料萃取效率和品質(zhì)的因素很多,主要有萃取方式、茶葉的形狀和大小、萃取溫度、萃取時(shí)間、茶水比例、水質(zhì)條件等。近年來,茶飲料萃取技術(shù)在如何提高萃取效率、更好地提高茶飲料的品質(zhì)方面取得了許多新的突破和進(jìn)展。用微波萃取茶葉中的有效成分,具有萃取速度快、時(shí)間短(比常規(guī)方法縮短1/3)、萃取得率高的特點(diǎn)。一般萃取步驟是:將一定量的茶葉置于微波萃取器內(nèi),加入適量的水,然后把設(shè)備控制在所要求的溫度和時(shí)間下,加熱萃取,最后經(jīng)過濾得到茶汁。茶汁浸提時(shí)細(xì)胞降解酶(包括果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等)的使用,破壞了細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),有利于茶葉有效成分的擴(kuò)散、浸出,不僅增加了可溶性固形物含量,還使茶湯色澤明亮透明。據(jù)湖南農(nóng)大譚淑宜報(bào)道:用3%纖維素酶液提取紅碎茶、綠茶水浸出物,提取率分別比對(duì)照高20.5%和9.6%,處理效果相當(dāng)明顯;當(dāng)使用0.1%果膠酶提取碎紅茶、綠茶時(shí),提取率分別比對(duì)照高5.4%和5.6%,且碎紅茶提取液紅亮、沉淀少,綠茶提取液較亮、較透明。由于低溫酶法提取使茶葉香氣成分在提取過程中散失較少,大部分香氣成分得到保留,從而明顯改善了速溶茶香氣。3不同茶飲料的殺菌前后效果不同茶飲料的傳統(tǒng)滅菌工藝多采用121℃的高溫滅菌,滅菌后產(chǎn)品風(fēng)味品質(zhì)劣變嚴(yán)重,出現(xiàn)色澤加深褐變、香氣熟化(甘薯味)、滋味滯鈍苦澀等變化。近年來,茶飲料加工中開始廣泛采用135~140℃的超高溫瞬時(shí)滅菌技術(shù),茶飲料品質(zhì)得到顯著提高,但對(duì)茶飲料的色香味仍有一定的影響,茶飲料失去新鮮醇和的風(fēng)味。傳統(tǒng)熱滅菌后,茶飲料尤其是綠茶飲料的色香味都發(fā)生了顯著的變化。茶飲料常會(huì)產(chǎn)生不良?xì)馕痘蛄钊瞬挥淇斓臍馕?。茶飲料的色澤褐變加?明亮度下降,其中綠茶飲料由翠綠色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色或橙黃色,烏龍茶飲料由橙黃色變?yōu)楹旨t色,茶飲料則由紅亮變?yōu)榧t褐甚至黑褐色。綠茶飲料滋味由新鮮醇爽變?yōu)槭鞙?烏龍茶飲料由新鮮花香味變?yōu)榻故煳?紅茶飲料滋味則由鮮爽強(qiáng)烈變?yōu)槠降鞙?。有研究表?與115℃、20min滅菌處理相比,131℃、30s滅菌處理能更有效地保存茶飲料的香氣成分。超高壓技術(shù)的應(yīng)用始于二十世紀(jì)初,直到20世紀(jì)80年代才應(yīng)用于食品滅菌。日本學(xué)者對(duì)超高壓滅菌技術(shù)在茶葉上的應(yīng)用研究較早,一般認(rèn)為該法對(duì)茶湯風(fēng)味影響較小,壓力大于200MPa對(duì)微生物的致死作用才能達(dá)到商業(yè)無菌狀態(tài),但對(duì)孢子無效。Takeo研究認(rèn)為壓力小于400MPa和室溫條件下不能殺滅綠茶湯中的孢子,采用700MPa壓力和80℃溫度可完全殺滅微生物,同時(shí)不良風(fēng)味現(xiàn)象和化學(xué)變化大為減少。采用300MPa壓力和100℃溫度殺菌可望成為茶飲料的滅菌技術(shù)發(fā)展方向。對(duì)不同茶葉而言,紅茶、烏龍茶采用超高壓技術(shù)效果比綠茶要好,可能與在紅茶、烏龍茶中含有較強(qiáng)的殺菌活性成分有關(guān)。傳統(tǒng)的殺菌工藝一般采用熱力殺菌法,但由于茶飲料屬于熱敏性產(chǎn)品,采用熱力殺菌仍然存在著難以克服的缺點(diǎn)。目前,人們正致力于茶飲料的非熱力殺菌技術(shù)的開發(fā)。非熱力殺菌又稱冷殺菌,包括超高壓殺菌(UHP)、脈沖電場(chǎng)(PEF)、紫外照射(UV)電脈沖等,其中,超高壓殺菌是目前研究最多、商業(yè)化程度最高的非熱力殺菌技術(shù)(日本已有120多套高壓設(shè)備在使用),UHP是指將食品密封在容器內(nèi)、放入液體介質(zhì)中或直接將液體食品泵入處理槽中,然后進(jìn)行100~1000MPa的加壓處理,高壓能導(dǎo)致酵母菌、霉菌和營養(yǎng)細(xì)胞的傷害,從而達(dá)到殺滅微生物的目的。例如:利用高達(dá)300~70MPa的壓力在70℃下處理10min,既能抑制茶湯的化學(xué)變化,又能全部殺滅細(xì)菌。4保護(hù)茶香味和添加技術(shù)4.1護(hù)色酶的應(yīng)用茶飲料的護(hù)色技術(shù)種類繁多,大致可分為化學(xué)技術(shù)和物理技術(shù)兩大類?；瘜W(xué)技術(shù)就是通過外源添加某些化學(xué)物質(zhì),以達(dá)到護(hù)色的效果,主要有包埋法、酶處理法、離子護(hù)色法、加抗氧化劑法以及pH調(diào)色法等;物理技術(shù)主要包括包裝技術(shù)、滅菌技術(shù)和除氧技術(shù)。包埋技術(shù)主要是在綠茶飲料生產(chǎn)過程中使用包埋劑,將其中的一些大分子物質(zhì)包埋,使得這些大分子物質(zhì)不易沉淀,并保護(hù)綠茶飲料中決定綠色的有效成分。目前綠茶飲料中使用最為廣泛的包埋劑是β-環(huán)狀糊精(β-cyclodextrin,簡(jiǎn)寫為β-CD)。β-CD具有特殊的分子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),不易受酶、酸、堿、光和熱的作用而分解,具有保香、抗氧化、抗光解、保色作用,在食品工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。葡萄糖氧化酶可作為護(hù)色酶應(yīng)用于茶飲料生產(chǎn)中,添加后茶湯中的茶多酚、維生素、芳香成分等對(duì)氧敏感的物質(zhì)變得穩(wěn)定,從而起到了護(hù)色作用。從節(jié)約成本的角度考慮可采用較便宜的果膠酶、原果膠酶、纖維素酶和半纖維素酶作為護(hù)色酶,使用4種酶可低溫短時(shí)萃取茶葉,避免高溫萃取對(duì)風(fēng)味的影響,而且這幾種酶能提高茶湯的色澤品質(zhì)。茶湯中添加蛋白酶可分解蛋白質(zhì),防止蛋白質(zhì)的沉降,提高茶飲料的澄清度。許多研究表明,在萃取時(shí)加入抗壞血酸和β-CD等添加劑、抗氧化劑可有效防止茶湯氧化。趙良研究發(fā)現(xiàn),在pH4.0~5.0下加入0.06%Na2SO3和0.01%ZnCl2可有效抑制綠茶茶湯褐變。梁月榮等研究表明在高溫滅菌過程中添加L-抗壞血酸、半胱氨酸和亞硫酸鈉對(duì)茶多酚的氧化具有顯著抑制作用,茶湯亮度明顯提高,效果優(yōu)于L-抗壞血酸單獨(dú)處理。陳玉瓊等研究指出L-抗壞血酸和焦磷酸鹽對(duì)罐裝綠茶水的色澤具有明顯的保護(hù)作用。還有研究提出在添加L-抗壞血酸和重碳酸鈉的同時(shí)加入一定量類黃酮的方法,可以克服綠茶罐裝飲料褪色和失去風(fēng)味的問題。林親尋等研究認(rèn)為茶湯pH經(jīng)過緩沖液調(diào)整后,因還原力保存較好,經(jīng)40℃貯存3個(gè)月后其茶湯色澤仍保持翠綠明亮,而對(duì)照已褐變。4.2通過包埋和萃取回收茶飲料茶葉經(jīng)過熱水萃取、過濾、儲(chǔ)放、調(diào)配、殺菌及灌裝等工序,特別是茶水經(jīng)過萃取和殺菌的高溫作用,其香氣成分損失或破壞較嚴(yán)重,這樣處理的飲料品質(zhì)的最大問題是沒有現(xiàn)泡茶的香氣。常規(guī)的提取技術(shù)不能足夠地浸泡和捕捉茶葉的香氣風(fēng)味特征,特別是頭香。近年來微膠囊技術(shù)在茶葉香氣保存方面的研究也有一些進(jìn)展。葉寶存等采用β-環(huán)狀糊精、糊精、麥芽糊精、可溶性淀粉及12種混合香精對(duì)速溶茶增香的效果表明,以β-環(huán)狀糊精包埋效果最好。有研究表明,萃取過程中β-環(huán)狀糊精的添加量一般為飲料重量的0.05%~0.5%,為掩飾茶飲料滅菌后產(chǎn)生的不良?xì)馕?可添加0.05%的β-CD進(jìn)行香氣包埋,具有一定效果。茶葉增香技術(shù)正日益受到人們的重視,主要方法是采用β-CD將香精油包埋后添加到茶飲料中。SzenteL.研究認(rèn)為香檸檬油、薄荷、桂皮油等經(jīng)β-CD包埋后香氣穩(wěn)定性得到提高,當(dāng)與熱水接觸后能立即釋放香氣。2004年,科技人員開發(fā)出一種茶葉香氣的萃取回收技術(shù),簡(jiǎn)稱“ARS”技術(shù)。采用該技術(shù)生產(chǎn)出的速溶茶粉和濃縮茶汁的香味品質(zhì)與現(xiàn)泡茶的品質(zhì)基本相當(dāng)?！癆RS”技術(shù)原理是:為避免茶的清香或茶葉品種特殊的頭香在生產(chǎn)過程中損失,首先在茶葉提取時(shí),利用特殊的香氣萃取裝置(ARS),從茶葉與水組成的茶漿中連續(xù)分離和萃取茶葉和茶水中的香氣化合物。被萃取的茶葉芳香物質(zhì)被冷凝后冷藏,以保持最好的香氣品質(zhì)狀態(tài)。而被萃取香氣后的茶漿和茶水,可按常規(guī)的工藝進(jìn)一步分離、過濾、濃縮成茶濃縮汁。然后,被萃取的茶葉香氣液可采用以下方法回添:在茶濃縮汁中重新加入混合,然后經(jīng)UHT和無菌灌裝,生產(chǎn)出茶葉濃縮汁;在茶葉濃縮汁中重新加入混合,然后噴霧干燥或冷凍干燥,生產(chǎn)高香氣的速溶茶粉;在茶粉混合過程中加入,生產(chǎn)高香氣的速溶茶粉;在生產(chǎn)茶飲料中作為天然香味強(qiáng)化劑加入,生產(chǎn)高香味的茶飲料。5聚酯瓶等高成本茶飲料國內(nèi)外茶飲料包裝形式主要有玻璃瓶、馬口鐵易拉罐、鋁質(zhì)易拉罐、無菌鋁紙復(fù)合包、PET瓶等幾種包裝形式。在茶飲料研究和開發(fā)初期主要以馬口鐵易拉罐、玻璃瓶包裝為主,馬口鐵易拉罐以適應(yīng)性強(qiáng),相關(guān)設(shè)備投資費(fèi)用較低,產(chǎn)品保存性好等特點(diǎn)成為早期茶飲料生產(chǎn)廠家的首選包裝。日本、臺(tái)灣等茶飲料發(fā)展較早的國家和地區(qū)以馬口鐵易拉罐、鋁質(zhì)易拉罐、無菌鋁紙復(fù)合包、PET瓶等包裝為主。近年來隨著耐熱PET瓶等包裝的成功開發(fā),馬口鐵易拉罐和玻璃瓶包裝的缺陷逐漸暴露出來,馬口鐵易拉罐的成本過高;玻璃瓶包裝存在著機(jī)械強(qiáng)度低、易碎、包裝物重、運(yùn)輸費(fèi)用高等諸多缺點(diǎn),市場(chǎng)占有率逐漸減少,而PET瓶包裝發(fā)展較快,成為包裝的主流。無菌灌裝是指經(jīng)過殺菌的液體食品在無菌的環(huán)境中低溫灌裝,密封在經(jīng)過殺菌的容器中,以期在不加防腐劑,不經(jīng)冷藏的條件下得到較長(zhǎng)的貨架期。傳統(tǒng)的非無菌灌裝是在產(chǎn)品灌裝、密封后必須對(duì)其再一次加熱殺菌。具有透明特