紅茶發(fā)酵技術(shù)研究現(xiàn)狀分析

錢(qián)園鳳，葉 陽(yáng) ，周小芬，王 博

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，浙江省茶葉加工工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310008;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京100081)

紅茶發(fā)酵是指茶樹(shù)鮮葉半透性液泡膜受損傷后，液泡內(nèi)多酚類物質(zhì)與酶系統(tǒng)的區(qū)隔化被破壞，發(fā)生酶促氧化反應(yīng)，并產(chǎn)生一系列氧化、聚合、縮合等反應(yīng)生成有色氧化產(chǎn)物茶黃素(TFS)、茶紅素(TRS)和茶褐素(TB);同時(shí)伴隨著其它化合物的化學(xué)反應(yīng)，形成了紅茶特有的色、香、味品質(zhì)的過(guò)程。茶黃素影響著茶湯的明亮度和鮮爽度;茶紅素則決定著茶湯的濃度和色澤［1-2］。因此，發(fā)酵過(guò)程既是紅茶加工的重要工序，也是形成紅茶特有品質(zhì)的關(guān)鍵工序。

1 紅茶發(fā)酵過(guò)程的化學(xué)基礎(chǔ)

紅茶發(fā)酵推薦圖解見(jiàn)圖1。紅茶發(fā)酵的實(shí)質(zhì)是以多酚類化合物為主體發(fā)生酶促或非酶促氧化反應(yīng)的化學(xué)變化過(guò)程。多酚類的主要組成物質(zhì)兒茶素在多酚氧化酶催化下，氧化生成鄰醌，再由鄰醌間配對(duì)進(jìn)行聚合反應(yīng)形成茶黃素及其沒(méi)食子酸酯。鄰苯二酚或連苯三酚以及沒(méi)食子酸等物質(zhì)也可氧化生成鄰醌，隨后聚合形成聯(lián)苯酚醌類中間產(chǎn)物，聯(lián)苯酚醌很不穩(wěn)定，還原可形成雙黃烷醇類，氧化可形成茶黃素和茶紅素等物質(zhì)。

此外，發(fā)酵過(guò)程中，形成了紅茶特有的基本風(fēng)味。有研究顯示，構(gòu)成紅茶香氣的主要芳香物質(zhì)，尤其是具有濃烈花香和果實(shí)香的苯甲醇、苯乙醇、沉香醇氧化物、順-乙-戊烯醇、順茉莉酮等芳香物質(zhì)在發(fā)酵工序中成倍增加［2，4-5］。同時(shí)此過(guò)程中氨基酸含量、淀粉、多糖和葉綠素減少;咖啡堿含量變化不大;單糖、有機(jī)酸含量有所增加［1-2］。

圖1 紅茶發(fā)酵推薦圖解［3］Fig.1 Recommend diagram of black tea fermentation

2 發(fā)酵的主要技術(shù)因子

2.1 發(fā)酵溫度

溫度是影響紅茶發(fā)酵質(zhì)量的重要因子，包括葉溫和環(huán)境溫度。發(fā)酵溫度的高低直接影響到酶活性的下降速率。葉溫過(guò)低，酶活性弱，達(dá)不到內(nèi)含成分轉(zhuǎn)化的要求，同時(shí)轉(zhuǎn)化進(jìn)展緩慢;時(shí)間長(zhǎng)，內(nèi)含物不豐富，香低、味淡、色暗。高溫發(fā)酵時(shí)，酶活性下降速率較低溫條件下要快得多;葉溫過(guò)高，不但會(huì)加速酶蛋白與氧化了的多酚類結(jié)合形成不溶性復(fù)合物，而且多酚類氧化過(guò)于激烈，造成TRS迅速增加，并進(jìn)一步氧化聚合成暗褐色的茶褐素，不利于紅茶品質(zhì)的提高。不論是對(duì)發(fā)酵中酶活性的影響，還是對(duì)發(fā)酵過(guò)程理化變化的影響，眾多研究資料顯示溫度技術(shù)因子的最終作用是影響紅茶發(fā)酵中色素的形成。

發(fā)酵時(shí)一般氣溫24～25℃，葉溫不超過(guò)30℃對(duì)茶葉品質(zhì)最有利［6］。研究顯示在15～35℃范圍內(nèi)發(fā)酵，隨溫度的升高，TFS形成期逐漸縮短，高峰期出現(xiàn)提前但峰值降低，TFS消耗增加而TRS形成加快，可見(jiàn)溫度升高明顯增加TFS消耗，促進(jìn)TRS形成［7-11］。陳以義［12-13］通過(guò)變溫發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，提出先高溫后低溫發(fā)酵生成的TFS能達(dá)到最大量。

2.2 發(fā)酵濕度

濕度，一是指發(fā)酵葉本身的含水量，二是指空氣的相對(duì)濕度。葉子的本身含水量，影響葉汁濃度的大小，從而影響發(fā)酵正常進(jìn)行。水不但是茶葉發(fā)酵過(guò)程中多酚類酶促氧化、香氣形成等化學(xué)變化不可缺少的介質(zhì)，而且水分本身又是許多化學(xué)反應(yīng)的直接參與者。發(fā)酵葉需要有足夠的含水量，發(fā)酵環(huán)境也需保持足夠高的相對(duì)濕度，發(fā)酵才能取得良好的效果。發(fā)酵室必須保持高濕狀態(tài)，一般要求相對(duì)濕度在95%以上，以控制發(fā)酵葉水分蒸發(fā)，使發(fā)酵順利進(jìn)行。濕度未達(dá)到時(shí)，采用撒水、噴霧或者蓋濕布等增濕措施。

2.3 發(fā)酵程度

不同種類的紅茶對(duì)發(fā)酵程度要求不同，如工夫紅茶品質(zhì)特點(diǎn)是濃、甜、醇，則發(fā)酵程度以達(dá)到桂花香、果香為好，發(fā)酵時(shí)間從揉捻算起一般春茶約需3～5h，夏秋茶約需 2～3h［1］。紅碎茶(切細(xì)紅茶)具有濃、強(qiáng)、鮮等特征，則要求發(fā)酵程度相對(duì)較輕，達(dá)到清香或蘭花香為宜。梁名志［14］、Muthumani［15］研究表明紅碎茶發(fā)酵時(shí)間以45min為佳，此時(shí)TFS含量最高。紅茶發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短因葉質(zhì)老嫩、揉捻?xiàng)l件不同而差異較大。發(fā)酵結(jié)束不能單看發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短，應(yīng)以發(fā)酵程度為準(zhǔn)。準(zhǔn)確掌握發(fā)酵程度是制造優(yōu)質(zhì)紅茶的重要環(huán)節(jié)，實(shí)踐中利用香氣和葉色的變化加以綜合判斷。發(fā)酵的后續(xù)過(guò)程中多酚類化合物仍有酶促氧化和非酶促氧化的反應(yīng)，可使發(fā)酵過(guò)度，生產(chǎn)上常遵循“適度偏輕，寧輕勿重”的原則。

2.4 pH

茶葉揉捻后細(xì)胞破碎，細(xì)胞汁液的酸堿度接近中性，隨著萎凋、發(fā)酵工序的進(jìn)行，細(xì)胞汁向酸性變化，這正與酶的最適pH(多酚氧化酶為5.0～5.5，過(guò)氧化物酶為4.1～5.0)相適應(yīng)［2］。有關(guān)pH對(duì)紅茶色素形成的影響主要有三種研究觀點(diǎn):一是紅茶發(fā)酵時(shí)，pH降低對(duì)過(guò)氧化物酶有利，使過(guò)氧化物酶與多酚氧化酶活性比增加，從而引起TFS的氧化降解［16］;二是降低pH，改變了兒茶酚類的氧化還原電位，導(dǎo)致沒(méi)食子兒茶素氧化速率下降，而簡(jiǎn)單兒茶素的氧化速率卻保持基本不變，從而使兩類兒茶素鄰醌的形成比例趨于合理，增加了TFS的形成量［17］;三是pH雖影響到TFS的酶促合成，但是減緩TFS的非酶促氧化消耗速率，反而促進(jìn)了 TFS 積累［9-10，18-22］。

3 紅茶發(fā)酵過(guò)程中新技術(shù)的應(yīng)用

近年來(lái)隨著食品工程、酶工程等技術(shù)的發(fā)展，在紅茶發(fā)酵工序中不斷采用新的技術(shù)進(jìn)行加工。

3.1 冷凍萎凋技術(shù)

紅茶發(fā)酵之前要經(jīng)過(guò)萎凋處理，適度的萎凋可以提高發(fā)酵所需酶的活性，保證發(fā)酵過(guò)程中有較充足的水分作為物質(zhì)反應(yīng)的介質(zhì)，提高發(fā)酵質(zhì)量。袁弟順等［23］將萎凋葉在-17℃條件下速凍2h處理，冰凍的萎凋葉葉細(xì)胞的破碎率增大，發(fā)酵時(shí)間縮短，制成的紅茶品質(zhì)與水浸出物的浸出速率明顯提高。黃建琴［24］、Muthumani［25］均是將鮮葉在-20℃ 環(huán)境下冷凍2h，結(jié)果都表明鮮葉經(jīng)冷凍萎凋處理后，細(xì)胞膜透性增加，發(fā)酵時(shí)間縮短，茶黃素的消耗減少，從而使紅茶品質(zhì)得到提高。

3.2 超高壓技術(shù)

超高壓技術(shù)是當(dāng)前食品加工工程中出現(xiàn)的新技術(shù)，是利用液體介質(zhì)使食品在高壓裝置內(nèi)經(jīng)高壓處理一段時(shí)間后，引起組織結(jié)構(gòu)破壞、抑制微生物生長(zhǎng)和部分酶類失活等一系列物理生化過(guò)程。譚俊峰等［26］將鮮葉用超高壓處理后，制成的紅碎茶茶黃素含量提高20.43%，茶紅素含量下降10.09%，游離氨基酸總量提高24.03%，水浸出物提高8.07%，呈甜味氨基酸和芳香型醇類、酯類、醛類的含量均有增加。

3.3 外源酶添加技術(shù)

紅茶發(fā)酵充分需具備兩個(gè)先決條件，一是鮮葉內(nèi)必須有足夠含量的茶多酚基質(zhì)作為多酚氧化酶酶促氧化反應(yīng)的底物;二是發(fā)酵葉內(nèi)有足夠高的多酚氧化酶活性催化有效基質(zhì)的充分氧化。劉仲華［27］在紅茶發(fā)酵過(guò)程中適量地噴灑硫酸銅溶液、胰蛋白酶、檸檬酸或亞油酸，能不同程度地減輕中小葉種紅茶發(fā)酵不勻、湯色深暗、葉底花雜的現(xiàn)象。毛清黎［28］用外源多糖水解酶處理萎凋葉，加工紅碎茶的水解效果明顯，使發(fā)酵茶坯酸化，提高多酚氧化酶活性，促進(jìn)茶黃素形成。

3.4 懸浮發(fā)酵技術(shù)

傳統(tǒng)加工中采用茶鮮葉經(jīng)初、精制加工成成品茶，再以成品茶為原料浸提生產(chǎn)茶飲料，工藝繁瑣、能耗大、制率低、產(chǎn)品成本高且風(fēng)味差。懸浮發(fā)酵技術(shù)是近期紅茶飲料加工的新技術(shù)。夏濤［18-21］研究了茶鮮葉在懸浮發(fā)酵過(guò)程中的代謝變化規(guī)律，同時(shí)檢測(cè)了氧化還原電位、溶解氧濃度、供養(yǎng)水平等工藝參數(shù);采用旋轉(zhuǎn)回歸正交組合設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)選優(yōu)，篩選出懸浮發(fā)酵體系的最佳因子組合;其進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)也證明懸浮發(fā)酵紅茶主要生化成分均比傳統(tǒng)加工的紅茶高。

3.5 控溫控濕發(fā)酵技術(shù)

紅茶發(fā)酵過(guò)程中溫度與濕度的控制尤其重要。朱興華［29］研制的紅茶發(fā)酵自動(dòng)恒溫裝置和林清矯［30］的茶葉發(fā)酵設(shè)備，都能夠?qū)崿F(xiàn)紅茶在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)溫度和濕度自動(dòng)控制，保證紅茶在發(fā)酵過(guò)程中適宜的溫度和濕度要求，改善紅茶的色香味品質(zhì)。肖茂［31］設(shè)計(jì)的有氧廂柜式紅茶發(fā)酵室，保證紅茶發(fā)酵質(zhì)量的三要素——溫度、濕度和含氧量。

4 紅茶發(fā)酵程度檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程，根據(jù)發(fā)酵葉的色、香、味變化，基本依靠熟練技師主觀判斷紅茶發(fā)酵程度，沒(méi)有一個(gè)客觀的判定標(biāo)準(zhǔn)。近來(lái)，在檢測(cè)紅茶發(fā)酵程度的研究方面，也有一些新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)用的報(bào)道。

4.1 發(fā)酵指示儀的研制

紅茶發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵葉由糖酵解，三羧酸循環(huán)，脂質(zhì)氧化、過(guò)氧化，多酚類酶促氧化、非酶促氧化等產(chǎn)生大量的揮發(fā)性組分。隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，揮發(fā)性組分及其濃度發(fā)生變化。陳宗道、肖純［32-33］據(jù)此研制出紅茶發(fā)酵指示儀，測(cè)定了大生產(chǎn)中不同批次發(fā)酵葉傳感電流的變化，認(rèn)為能夠檢測(cè)發(fā)酵程度。

4.2 電子鼻技術(shù)的運(yùn)用

電子鼻是一種由一定選擇性的電化學(xué)傳感器陳列和適當(dāng)?shù)淖R(shí)別裝置組成的儀器，能識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜的氣味［34］。電子鼻技術(shù)在通過(guò)氣味評(píng)價(jià)而達(dá)到對(duì)茶葉定級(jí)方面已有應(yīng)用報(bào)道。有研究顯示用電子鼻探測(cè)紅茶香氣，應(yīng)用電子鼻探測(cè)的香氣可以對(duì)無(wú)性系茶樹(shù)品種進(jìn)行分類［35］;同時(shí)，不同地區(qū)和不同品種的綠茶品種也可以用傳感器技術(shù)完全區(qū)分開(kāi)來(lái)［36］。Dutta［37］用電子鼻對(duì)5種不同加工工藝的茶葉進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，得出采用RBF的ANN分析方法分析可以把五種不同制作工藝的茶葉區(qū)分開(kāi)來(lái)。Bhattacharyya等［38-39］根據(jù)茶葉隨發(fā)酵程度的不同而產(chǎn)生不同氣味的原理，將電子鼻技術(shù)應(yīng)用于紅碎茶發(fā)酵過(guò)程的監(jiān)測(cè)，采用二范數(shù)法和馬氏距離法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其結(jié)果與色度檢驗(yàn)和專家審評(píng)的結(jié)果一致［37］。因此可以預(yù)見(jiàn)電子鼻技術(shù)在判定紅茶發(fā)酵程度應(yīng)用上有著廣闊的發(fā)展前景。

4.3 分光光度法的應(yīng)用

劉玉芳等認(rèn)為在工夫紅茶發(fā)酵過(guò)程中，不同時(shí)間發(fā)酵葉茶湯的吸光值變化符合茶黃素含量的變化規(guī)律(小—大—小)，進(jìn)而認(rèn)為當(dāng)吸光值變化平緩或開(kāi)始下降時(shí)發(fā)酵適度，其后續(xù)實(shí)驗(yàn)用此方法對(duì)廣西龍勝、金秀生長(zhǎng)的野生茶制工夫紅茶發(fā)酵程度進(jìn)行監(jiān)控，所得工夫紅茶產(chǎn)品品質(zhì)最好［40-42］。筆者選用中小葉種為原料，測(cè)定工夫紅茶發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵葉茶湯吸光度值，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得到發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵葉茶湯吸光度變化規(guī)律如圖2所示，發(fā)酵兩小時(shí)發(fā)酵葉茶湯吸光值最大，且對(duì)應(yīng)時(shí)刻的成品茶樣感官品質(zhì)最好，因而認(rèn)為發(fā)酵葉茶湯吸光值達(dá)到最大時(shí)發(fā)酵適度。

圖2 發(fā)酵葉茶湯吸光值變化Fig.2 Change regulation of light absorption value of tea liquor under the fermentation

4.4 氧化還原電位法

紅茶發(fā)酵過(guò)程中茶多酚物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、香氣的形成和其他物質(zhì)的形成都與氧化還原反應(yīng)有關(guān)。汪東風(fēng)［43］1993年通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，茶葉中存在多元氧化還原體系，紅茶、綠茶、烏龍茶等所有茶類都是通過(guò)控制氧化還原體系的氧化反應(yīng)而形成各自的獨(dú)特品質(zhì)。Chen［44］的研究也證明茶湯的氧化還原電位可以作為茶葉發(fā)酵程度的指標(biāo)。氧化還原電位分析已廣泛地用于水質(zhì)分析［45］、釀酒業(yè)［46］、電位滴定法［47］等領(lǐng)域，但目前應(yīng)用于茶葉發(fā)酵的研究還比較少。若能探明氧化還原電位與紅茶發(fā)酵程度的關(guān)系，將會(huì)為監(jiān)測(cè)紅茶發(fā)酵程度提供一條新思路。

4.5 色澤監(jiān)測(cè)技術(shù)

在茶葉色、香、味、形諸品質(zhì)因素中，色是最直觀的重要因子。嚴(yán)俊［48］以14種祁門(mén)紅茶為對(duì)象，應(yīng)用測(cè)色技術(shù)及多元回歸分析法研究干茶外觀色澤、干茶粉末色澤、茶湯色澤、完整葉色澤及葉底色澤各色度值與工夫紅茶品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果顯示，以干茶外觀色度值所建立的多元回歸方程(y3=750.037-23.5162L*+54.2803a*-84.6448b*-2896.87Sab*)復(fù)相關(guān)系數(shù)最高，可達(dá)0.9501。紅茶發(fā)酵過(guò)程中，葉色變化一般是由青綠到黃到紅至褐，因此，觀看葉色變化也能鑒定紅茶發(fā)酵程度。Borah和Bhuyan通過(guò)電荷耦合器件(CCD)顯示的紅綠藍(lán)三原色數(shù)值，記錄不同發(fā)酵時(shí)間內(nèi)發(fā)酵葉的色澤圖像，從而直接監(jiān)測(cè)紅茶發(fā)酵進(jìn)程中發(fā)酵葉顏色變化［49］，從而判定紅茶發(fā)酵程度。

5 小結(jié)

發(fā)酵是紅茶加工的重要工序，也是形成紅茶特有品質(zhì)的關(guān)鍵工序。紅茶發(fā)酵過(guò)程中除受到發(fā)酵溫度、發(fā)酵濕度和發(fā)酵程度等主要因子影響外，pH、通氧量對(duì)發(fā)酵質(zhì)量也有一定的影響。紅茶發(fā)酵是各項(xiàng)技術(shù)因子綜合作用的結(jié)果，但是不同地區(qū)、不同種類、不同嫩度的紅茶要求發(fā)酵的程度不一樣，應(yīng)該具體問(wèn)題具體對(duì)待［50］。

目前，已有研究將分光光度法和電子鼻技術(shù)應(yīng)用于判定紅茶發(fā)酵程度。這兩項(xiàng)技術(shù)能夠客觀的評(píng)定紅茶發(fā)酵程度，且為在紅茶發(fā)酵過(guò)程采用電腦監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提供了可能，但是這些技術(shù)仍處于研究階段，有待進(jìn)一步的發(fā)展。此外，氧化還原電位分析技術(shù)和色澤監(jiān)測(cè)技術(shù)也能客觀反映茶葉的發(fā)酵程度，為判定紅茶發(fā)酵程度提供新的研究方向。

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