真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉加工中的研究和應(yīng)用進(jìn)展

摘要 具有低溫、低氧、自動化控制特性的先進(jìn)的真空冷凍干燥技術(shù)，對于熱敏性的茶葉而言，具有非常強(qiáng)的適用性。主要介紹了該技術(shù)在茶葉深加工和初加工中的研究和應(yīng)用進(jìn)展。在茶葉深加工方面，主要介紹了真空冷凍干燥對速溶茶品質(zhì)的影響及其在速溶茶生產(chǎn)上的良好配套技術(shù)；在初加工方面，主要介紹了真空冷凍干燥對烏龍茶和綠茶的品質(zhì)影響以及其在生產(chǎn)工藝方面的初步研究，但對于機(jī)理方面和工藝建模方面的研究涉入尚少，需要加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 真空冷凍干燥；茶葉；深加工；初加工

中圖分類號S571文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）30-10679-02

基金項(xiàng)目廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（2012B091100089和2011B 090400335）。

作者簡介張秒高（1980-），女，安徽宿州人，助理研究員，碩士，從事茶葉加工研究。

1真空冷凍干燥技術(shù)概述

當(dāng)前，技術(shù)體系的創(chuàng)新和新產(chǎn)品的開發(fā)成為制茶技術(shù)的主要研究內(nèi)容，而其中自動化、連續(xù)化、可控制技術(shù)，新技術(shù)和新設(shè)備的引進(jìn)和應(yīng)用更是其中的重要部分。茶葉中富含熱敏性、易氧化的保健營養(yǎng)物質(zhì)和色素，而茶葉的干燥環(huán)節(jié)對于茶葉的色澤、香氣、主要營養(yǎng)保健物質(zhì)的保留均有重要影響[1]。因此，具有低溫、低氧特性，可自動化控制的真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉生產(chǎn)中的應(yīng)用前景受到了研究者們的高度重視。真空冷凍干燥，也稱作冷凍干燥或凍干，是將物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下，在低壓狀態(tài)下，通過升華除去物料中水分的一種干燥方法[2]。相較于常規(guī)熱干燥、真空低溫干燥、微波干燥等技術(shù)，由于整個干燥過程是在真空、低溫凍結(jié)的條件下完成的，最大限度地保存了制品中的生物活性物質(zhì)，且干燥后的制品呈多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，極易溶于水（甚至在冰水中），能夠迅速復(fù)原。但干燥時間更長，不可連續(xù)生產(chǎn)，成本也更高，通常冷凍干燥的成本是風(fēng)干的4～8倍[3]。因此，該干燥技術(shù)更適合于高附加值、高品質(zhì)要求的茶葉產(chǎn)品。

2真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉深加工中的研究和應(yīng)用

西方發(fā)達(dá)國家對真空冷凍技術(shù)的系統(tǒng)研究始于19世紀(jì)10年代末用于保存血清、菌種和病毒。在美國，真空冷凍技術(shù)被商業(yè)化應(yīng)用于園藝產(chǎn)品已有70多年了。1946年，日本開始對真空冷凍規(guī)模化生產(chǎn)的研究，后來在果蔬和肉類中推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代中后期，我國才開始真空冷凍技術(shù)的研究[4]。凍干技術(shù)可用于食品、藥品、蔬菜、水果、魚肉、方便食品、調(diào)味品、茶葉、速溶咖啡、酶素、菌種、生物制品等的干燥。速溶茶是茶葉深加工產(chǎn)品之一，由于真空冷凍干燥對色香味和生物活性物質(zhì)最大程度的保留以及產(chǎn)品易復(fù)水溶解的優(yōu)點(diǎn)正是高品質(zhì)速溶茶所需要的。因此，近年來該技術(shù)在速溶茶生產(chǎn)中得到快速應(yīng)用[5]。在茶葉加工領(lǐng)域，真空冷凍干燥技術(shù)在速溶茶中應(yīng)用最早、技術(shù)也最為成熟，該技術(shù)最先在日本的速溶茶生產(chǎn)中得到應(yīng)用[6]。

2.1真空冷凍干燥對速溶茶品質(zhì)影響的研究根據(jù)施郁萌等的研究，所得速溶茶粉制品呈不規(guī)則疏松的晶片狀，有光澤；輕微粘壁[7]。該制品在冷水中可溶，較均勻；湯色清澈明亮，不渾濁，個別制品有沉淀；具有原茶的風(fēng)味，無苦澀味，滋味平和。李影的研究表明，真空冷凍干燥的速溶茶香氣高于噴霧干燥的產(chǎn)品，適合高檔速溶茶的生產(chǎn)[8]。由于真空冷凍干燥的速溶茶在干燥前進(jìn)行冷凍，容易產(chǎn)生冷后渾，冷凍干燥后的冷溶性相對噴霧干燥的差[9]。但在冷凍速溶茶的研制過程中發(fā)現(xiàn)，人們十分重視防止“冷后渾”現(xiàn)象。同時，為獲得與成本更高的冷凍干燥相匹配的高品質(zhì)，研究者已開發(fā)了相應(yīng)的關(guān)鍵配套技術(shù)。

2.2真空冷凍干燥技術(shù)在速溶茶加工工藝中的配套技術(shù)凍干速溶茶的一般生產(chǎn)工藝通常如下：茶葉拼配→浸提→凈化→濃縮→ 預(yù)凍結(jié)→凍干→包裝。整體來看，從拼配到濃縮均可看做凍干的前處理，但這些前處理環(huán)節(jié)對于滋味、湯色、制品得率具有重要作用，尤其是浸提、濃縮等[9]。

提取技術(shù)的配套：日本專利JP3951260報道，將茶提取液的溫度控制在酶適宜溫度（20～80 ℃），在每克干茶添加0.5～500單位的單寧酶，控制pH在4～7，可得到冷水可溶、品質(zhì)優(yōu)良的凍干速溶茶[10]。

濃縮技術(shù)的配套：在濃縮環(huán)節(jié)，常溫、無相變、在密閉系統(tǒng)內(nèi)完成的反滲透濃縮技術(shù)所取代相較于工作溫度較高、有相變、系統(tǒng)不密閉的真空濃縮技術(shù)更有利于保持產(chǎn)品的良好品質(zhì)，并成為速溶茶凍干技術(shù)理想配套的濃縮技術(shù)，從而大大減少了生物活性物質(zhì)和香氣物質(zhì)的損失，更為消費(fèi)者所接受[11]。

此外，以速溶茶為對象，在工藝和數(shù)學(xué)建模方面的研究也較多，此技術(shù)已較為成熟[10]。

3真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉初加工中的研究和應(yīng)用

目前，在茶葉初加工方面，主要集中在冷凍干燥技術(shù)對于茶葉品質(zhì)、工藝、工藝建模的研究上。烏龍茶是我國的主要茶類之一，近年來烏龍茶的產(chǎn)銷量大幅度上升，其生產(chǎn)量和出口量僅次于綠茶，是目前最具市場競爭力的茶類。尤其是高檔清香型烏龍茶以其“色綠”、“香高”、“味厚” 深受廣大消費(fèi)者的青睞。如何利用此先進(jìn)的真空冷凍干燥技術(shù)使清香型烏龍茶“色綠”、“香高”、“味佳”，成為近年來烏龍茶加工工藝研究的重點(diǎn)課題[12]，也是真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉初加工中研究最多的，其次是綠茶。總體而言，真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉初加工中的研究和應(yīng)用較少，起步較晚。

3.1真空冷凍干燥對茶葉感官品質(zhì)的影響2004年，葉乃興等最早將真空冷凍干燥技術(shù)應(yīng)用在烏龍茶的初加工上，并以感官評審的方法比較了冷凍干燥茶（簡稱凍干茶）、常規(guī)烘干茶、含水量高達(dá)28%的冷凍茶后認(rèn)為，凍干茶香氣馥郁、清高，花香顯，湯有香；凍干茶和冷凍茶的香氣明顯優(yōu)于烘干對照樣，而冷凍茶香氣濃郁，花香濃，略優(yōu)于凍干茶[13]。2006年，葉乃興等進(jìn)一步對安溪鐵觀音凍干茶、冷凍茶和烘干茶香氣成分的定性和定量分析結(jié)果表明，凍干茶、冷凍茶的主要香氣成分含量明顯高于烘干茶；凍干茶的芳樟醇、香橙烯、B石竹烯、異戊酸苯乙酯、B杜松烯、橙花叔醇、法呢醇含量高于冷凍茶和烘干茶；感官評審也認(rèn)為凍干茶、冷凍茶的自然花香更加濃郁[14]。2011年，胡紹德等對比了綠茶殺青后凍干的茶樣、烘至6～7成干后凍干的茶樣、傳統(tǒng)干燥的茶樣和烘至5～6成干后凍干的茶樣認(rèn)為，殺青后直接凍干的茶樣香氣最好，清香、鮮爽[15]。2013年，劉秋彬在對比了綠茶凍干茶、冷凍茶、烘干茶后認(rèn)為，凍干茶香氣馥郁清高，具自然花果香[12]，香氣雖不及冷凍茶，但明顯優(yōu)于烘干茶[15]。

然而，也有學(xué)者的研究結(jié)果稍有不同。黃亞輝等在對單樅的感官品質(zhì)香氣成分測定分析后認(rèn)為，真空冷凍干燥技術(shù)對于茶葉品質(zhì)有改善作用，先進(jìn)行初步烘培再進(jìn)行真空冷凍干燥相對于傳統(tǒng)高溫烘干、全程真空冷凍干燥的茶葉品質(zhì)最優(yōu)，不經(jīng)初步烘培直接采用真空冷凍干燥的茶葉在滋味方面不及傳統(tǒng)烘干[16]。許振松等通過感官審評結(jié)果表明，單純的低溫干燥工藝制作的烏龍茶品質(zhì)雖然在香氣、滋味上不如傳統(tǒng)工藝制作的烏龍茶好，但也會形成一種獨(dú)特的產(chǎn)品風(fēng)格，可豐富烏龍茶的制作工藝和產(chǎn)品風(fēng)格；還可使用復(fù)火等技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用前景廣闊[17]。

在感官品質(zhì)其他方面，葉乃興等認(rèn)為，真空冷凍干燥可有效地保護(hù)烏龍茶鐵觀音的“色”、“香”、“味”；與冷凍茶和烘干茶比較，具有綜合品質(zhì)優(yōu)、貯藏期長、運(yùn)輸及銷售方便等優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊[14]。劉秋彬也認(rèn)為，在感官品質(zhì)方面，凍干茶色澤翠綠；湯色金黃、清澈明亮，優(yōu)于冷凍茶；香氣馥郁清高、具自然花果香，香氣明顯優(yōu)于烘干茶；滋味醇厚回甘等[12]。凍干茶同時具備了冷凍茶色綠、高香和烘干茶湯色明亮、易保存的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了兩者的缺點(diǎn)，綜合品質(zhì)評價最好。 胡紹德等認(rèn)為，感官審評結(jié)果表明真空冷凍干燥的綠茶更綠，香味較鮮爽，滋味較純爽[15]。有意思的是，對于烏龍茶類的研究方面，葉乃興等、劉秋彬等是以福建鐵觀音為研究對象，均認(rèn)為真空冷凍干燥的茶葉品質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)熱干燥；而黃亞輝等、許振松等均以廣東單樅為研究對象，均認(rèn)為傳統(tǒng)的干燥方法優(yōu)于單純的真空冷凍干燥。這2種觀點(diǎn)差異的原因還需要進(jìn)一步的探討。

3.2真空冷凍干燥對茶葉理化成分的影響劉秋彬在對比了綠茶凍干茶、烘干茶后認(rèn)為，在含水量方面，烘干茶的含水量可達(dá)到3%～4%；凍干茶的含水量可低于3%，脫水徹底，易于長期貯藏、方便運(yùn)輸和銷售，這與葉乃興等的觀點(diǎn)一致。胡紹德等在真空冷凍干燥對綠茶品質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，真空冷凍干燥的茶葉中茶多酚、氨基酸有效成分的保留量較多，其中殺青后直接凍干的茶樣氨基酸的保留量比傳統(tǒng)干燥法的保留量約高出了23%；在綠茶沖泡時的酚氨比這一指標(biāo)上，綠茶殺青后進(jìn)行真空冷凍干燥和烘干，至5～6成干后進(jìn)行真空冷凍干燥時測得的酚氨比均比烘干的低，有利于綠茶品質(zhì)的提高[15]。凍干茶和烘干茶中的咖啡堿無論是含量方面還是浸出率方面，差異都不大。

總體來看，同真空冷凍干燥技術(shù)在茶葉深加工領(lǐng)域相比，此技術(shù)在茶葉初加工方面的研究才剛剛起步，當(dāng)前在茶葉初加工領(lǐng)域的研究也主要集中在真空冷凍相對于其他干燥方法優(yōu)越性的實(shí)驗(yàn)證實(shí)和真空冷凍對產(chǎn)品品質(zhì)造成的影響方面。在針對具體茶葉特性，分析研究真空冷凍機(jī)理和熱質(zhì)傳遞過程，以及建立不同產(chǎn)品真空冷凍過程的動力學(xué)模型的工作目前還比較少；在工藝、數(shù)學(xué)建模、機(jī)理方面的研究尚未見報道。但此技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中有所應(yīng)用，目前主要在烏龍茶和綠茶中應(yīng)用較多[18]。為進(jìn)一步提高干燥效率和降低成本，已有研究者將非凍結(jié)的真空低溫干燥技術(shù)引入到烏龍茶、綠茶、花茶等的初加工領(lǐng)域[19-21]。實(shí)踐數(shù)據(jù)證明，真空干燥設(shè)備脫去1 kg水熱能耗只有常壓熱風(fēng)對流干燥的40%～60%，同常規(guī)的真空冷凍干燥技術(shù)相比，揉捻葉不經(jīng)凍結(jié)，直接在干燥機(jī)內(nèi)進(jìn)行真空低溫干燥，大大縮短了干燥時間，提高了效率，節(jié)約了成本。我國目前已自行開發(fā)生產(chǎn)了大功率的真空低溫連續(xù)干燥機(jī)[22]。

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