茶黃素和咖啡堿濃度對茶乳酪形成的影響

李　　雙，羅理勇，2，劉姝娟，馬夢君，曾　　亮，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400715；2.西南大學(xué)茶葉研究所，重慶400715；3.湖南省茶葉研究所，湖南長沙410013）

茶黃素和咖啡堿濃度對茶乳酪形成的影響

李雙1，羅理勇1，2，劉姝娟3，馬夢君1，曾亮1，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400715；2.西南大學(xué)茶葉研究所，重慶400715；3.湖南省茶葉研究所，湖南長沙410013）

以茶黃素和咖啡堿的相互作用來模擬茶乳酪的形成體系，通過分析其透光率、沉淀量、茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度的變化，研究茶黃素和咖啡堿對茶乳酪形成的影響。結(jié)果表明：隨茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度的增加，其聚合后原溶液和貯藏液的透光率降低，貯藏液的沉淀量增加；并且當(dāng)固定茶黃素和咖啡堿二者中任一物質(zhì)的質(zhì)量濃度，隨另外一個(gè)物質(zhì)質(zhì)量濃度的增加，上述變化趨勢顯著。滅菌不影響整體的變化趨勢，除此之外通過高效液相色譜分析咖啡堿和茶黃素各單體質(zhì)量濃度的變化發(fā)現(xiàn)，咖啡堿和茶黃素-3，3’-沒食子酸酯是影響模擬體系中茶乳酪形成的關(guān)鍵因子。基于減少茶乳酪生成，提高紅茶飲料的感官效果，并同時(shí)盡可能多地保留茶黃素質(zhì)量濃度，應(yīng)當(dāng)選擇茶黃素質(zhì)量濃度低于100mg/L、咖啡堿質(zhì)量濃度低于200mg/L的紅茶原料來制作紅茶飲料。

茶黃素，咖啡堿，透光率，茶乳酪

紅茶屬六大茶類之一，其滋味醇和甘甜，香氣馥郁芬芳，且具有助胃腸消化、促進(jìn)食欲等保健功效［1-3］。隨著紅茶的迅猛發(fā)展，2012年，中國紅茶內(nèi)銷量增至9.66萬噸，隨之紅茶飲料的消費(fèi)量也是急劇增加［4-5］。但紅茶茶湯一經(jīng)冷卻就易出現(xiàn)“冷后渾”而生成茶乳酪，其中茶黃素、茶紅素、咖啡堿和蛋白質(zhì)是構(gòu)成茶乳酪的主要成分［6-7］。茶乳酪對茶湯的口感和色澤造成不良影響，尤其是給速溶冰茶的生產(chǎn)帶來一些困難［8-9］。

Robert［10-11］率先開展紅茶冷后渾方面的研究，結(jié)果認(rèn)為茶黃素、茶紅素及咖啡堿是紅茶茶乳酪的主要化學(xué)成分，并于1963年測定其比例為17∶66∶17。除此之外，紅茶茶湯沉淀物中尚有果膠物質(zhì)和未被氧化的多酚類、雙黃烷醇、礦物質(zhì)等。閻守和［12］研究表明，紅茶茶乳酪中，咖啡堿濃度和沉淀物含量呈明顯正相關(guān)。Jobstle E等［13］利用NMR和X-射線研究了紅茶茶乳酪的形成機(jī)理。梁月榮等［14］研究了不同溫度、pH條件下茶乳酪的形成情況。吳芳等［15］利用微乳的特殊結(jié)構(gòu)包埋茶飲料中的沉淀物質(zhì)從而對茶沉淀起到調(diào)控作用。當(dāng)前的研究已明確了紅茶茶乳酪的主要組成成分，但是對組成茶乳酪的各成分之間的兩兩體系（茶黃素-咖啡堿、茶黃素-蛋白質(zhì)、咖啡堿-蛋白質(zhì)）的不同濃度對茶乳酪形成的影響程度不明確，大量的研究工作集中在多組分的混合體系上。本文以茶黃素-咖啡堿為模型，研究不同質(zhì)量濃度的茶黃素和咖啡堿對茶乳酪形成的影響，為從根源上降低茶乳酪的形成，選擇制備紅茶飲料的合適原材料提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

茶黃素（茶黃素總量=54.017%，其中TF=8.248%，TF-3G=11.438%，TF-3′G=5.062%，TFDG=29.269%）

本實(shí)驗(yàn)室自制；咖啡堿上海晶純生化科技股份有限公司；乙酸乙酯、甲醇、冰乙酸（色譜純）重慶滴水實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；超純水美國Millipore公司。

LC-20型高效液相色譜日本島津公司；PWC124型分析天平上海京工實(shí)業(yè)有限公司；UV-2450型紫外可見分光光度計(jì)日本島津公司；TOMY ES-315型高壓滅菌鍋上海艾高德生物科技有限公司；5810型臺(tái)式高速離心機(jī)德國Eppendorf公司；ALPHA1-4LSC型真空冷凍干燥機(jī)德國Christ公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1茶黃素和咖啡堿混合液的制備按要求稱重后分別用超純水溶液配制4g/L的茶黃素溶液和100g/L的咖啡堿溶液。根據(jù)這兩個(gè)母液，分別取相應(yīng)的體積，配制茶黃素質(zhì)量濃度（50、100、200、400mg/L）和咖啡堿質(zhì)量濃度（200、400、600、800mg/L）交互組成的16個(gè)茶黃素-咖啡堿混合液。采用121℃滅菌10min，冷卻，加蓋。放置室溫（25℃）貯藏觀察，30d后取出進(jìn)行分析，測定原液、滅菌液、貯藏液的透光率、沉淀量、咖啡堿和四個(gè)主要茶黃素單體質(zhì)量濃度的變化。

1.2.2物理性狀測定透光率測定：在640nm下，用紫外可見分光光度計(jì)測定透光率（T640，%）［12］，超純水做空白。

沉淀量測定：將茶黃素-咖啡堿混合液貯藏液搖勻，準(zhǔn)確量取50mL于離心管中，室溫下，采用高速離心機(jī)離心，棄掉上清液，沉淀冷凍干燥稱其質(zhì)量。

沉淀量（mg/L）=［（離心管與沉淀總質(zhì)量-離心管質(zhì)量）×1000］/50

1.2.3咖啡堿和茶黃素單體測定將茶黃素-咖啡堿混合液搖勻，準(zhǔn)確量取50mL于離心管中，室溫下，采用高速離心機(jī)離心，取其上清液作為待測樣品，樣品用0.45μm微孔濾膜過濾，濾液采用高效液相色譜檢測［16］。

式中：Ci為被測組分的質(zhì)量濃度（mg/L）；Ai為被測組分的峰面積；A為標(biāo)準(zhǔn)物的峰面積；C為標(biāo)準(zhǔn)物的質(zhì)量濃度（mg/L）。

1.2.4色譜條件色譜柱：Hypersil BDS C18柱（250mm× 4.6mm，5μm）；流速：0.9mL/min；檢測波長：280nm；柱溫：40℃；進(jìn)樣量：10μL；流動(dòng)相：A：2%冰乙酸，B：乙酸乙酯∶乙腈=7∶1，TF采用梯度洗脫，梯度見表1。

表1　茶黃素各組分檢測梯度洗脫表Table 1　Linear gradient elution of concentration of theaflavins components

1.3數(shù)據(jù)處理

2　結(jié)果與分析

2.1混標(biāo)色譜圖分析

在上述色譜條件下進(jìn)行檢測，可得到茶黃素與咖啡堿混合標(biāo)準(zhǔn)品的高效液相色譜圖，見圖1。根據(jù)圖1可得知標(biāo)準(zhǔn)品中茶黃素和咖啡堿的出峰時(shí)間，進(jìn)而對樣品中的茶黃素和咖啡堿混合液進(jìn)行定性分析，除此之外，還可以更精準(zhǔn)地對樣品中咖啡堿和茶黃素各單體組分進(jìn)行定量分析。

圖1　混標(biāo)色譜圖Fig.1　Chromatograms of mixed standard

2.2不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液透光率的變化

測定茶湯在640nm下的透光率來評(píng)價(jià)茶湯的渾濁度。當(dāng)反應(yīng)體系中茶黃素和咖啡堿的質(zhì)量濃度較小時(shí)，茶湯透光率較大，說明聚合后的渾濁度較小；茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度的增加對茶湯透光率作用明顯，導(dǎo)致茶湯的渾濁度增大，透光率降低，此外，通過相關(guān)性分析證明二者質(zhì)量濃度對溶液的透光率有很大的影響。

不同質(zhì)量濃度配比的茶黃素-咖啡堿混合體系透光率的變化，見表2。由表2可知，當(dāng)體系由茶黃素質(zhì)量濃度50mg/L、咖啡堿質(zhì)量濃度200mg/L變?yōu)椴椟S素質(zhì)量濃度400mg/L、咖啡堿質(zhì)量濃度800mg/L時(shí)，混合液原液的透光率從97.75%降為21.54%，滅菌液的透光率從98.35%降為21.90%，貯藏液的透光率則從96.60%降為3.95%。通過比較發(fā)現(xiàn)，滅菌液的透光率變化趨勢和結(jié)果與原液基本相似，說明滅菌并不影響透光率的變化。貯藏30d后，混合液的透光率明顯降低，說明在貯藏期間，茶黃素和咖啡堿之間持續(xù)反應(yīng)，導(dǎo)致透光率降低，茶乳酪增多。固定茶黃素或咖啡堿的質(zhì)量濃度，隨茶黃素或咖啡堿質(zhì)量濃度的增加，溶液的透光率降低。茶黃素在50mg/L時(shí)，增加咖啡堿的質(zhì)量濃度，混合液原液的透光率從97.75%降為95.25%，僅降低了2.50%；而茶黃素在400mg/L時(shí)，增加咖啡堿的質(zhì)量濃度，混合液原液的透光率從56.72%降為21.54%，降低了35.18%，說明茶黃素對透光率有較大的影響。同樣，咖啡堿在200mg/L時(shí)，增加茶黃素的質(zhì)量濃度，混合液原液的透光率從97.75%降為56.72%，降低了41.03%；而咖啡堿在800mg/L時(shí)，增加茶黃素的質(zhì)量濃度，混合液原液的透光率從95.25%降為21.54%，降低了73.71%，說明咖啡堿對透光率也有較大的影響［17］。當(dāng)茶黃素質(zhì)量濃度超過100mg/L，咖啡堿質(zhì)量濃度超過200mg/L，貯藏液透光率的下降率超過23%，茶黃素質(zhì)量濃度小于100mg/L，咖啡堿質(zhì)量濃度小于200mg/L，貯藏液的透光率降低幅度較小，所以若要保持飲料澄清，需選擇茶黃素質(zhì)量濃度小于100mg/L，咖啡堿質(zhì)量濃度小于200mg/L的紅茶原料。

表2　不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液透光率變化Table 2　Transmittance changes of different concentration of theaflavins and caffeine solution

通過對茶黃素和咖啡堿混合液原液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行Pearson分析，得出透光率與茶黃素濃度相關(guān)系數(shù)為-0.942**（**表示在0.01水平上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平上顯著相關(guān)），呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)；與咖啡堿濃度相關(guān)系數(shù)為-0.915**，呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，即茶黃素、咖啡堿濃度越高，透光率越小。通過對其進(jìn)行逐步回歸分析，得出其關(guān)系式為：

透光率（%）=104.045－0.163×CTF－0.151×C咖啡堿（R2=0.942）

式中，CTF是指模型中茶黃素濃度，C咖啡堿是指模型中咖啡堿濃度。

2.3不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液沉淀量的變化

當(dāng)茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度較小時(shí)，其聚合后溶液的沉淀量較少；隨著茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度的增加，沉淀量也增加。當(dāng)固定茶黃素或咖啡堿的質(zhì)量濃度時(shí)，溶液的沉淀量隨茶黃素或咖啡堿質(zhì)量濃度的增加而呈增加的趨勢（圖2）。

圖2　不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液沉淀量變化Fig.2　Tea cream amounts change of different concentration of theaflavins and caffeine solution

固定咖啡堿的濃度，當(dāng)茶黃素質(zhì)量濃度從50mg/L增加到400mg/L時(shí)，沉淀量隨其質(zhì)量濃度的增加而顯著（p＜0.05）增加。當(dāng)茶黃素質(zhì)量濃度為50mg/L，咖啡堿質(zhì)量濃度為800mg/L，得到的沉淀量為80mg/L；茶黃素質(zhì)量濃度為400mg/L、咖啡堿質(zhì)量濃度為800mg/L，得到最大的沉淀量為480mg/L。說明茶黃素的質(zhì)量濃度對沉淀量的形成有很大的影響。固定茶黃素濃度為50mg/L時(shí)，隨著咖啡堿濃度由200mg/L增加到800mg/L，其沉淀量也由22mg/L增加到80mg/L，固定茶黃素濃度為100mg/L時(shí)，隨著咖啡堿質(zhì)量濃度的增加，沉淀量呈顯著（p＜0.05）增加，當(dāng)固定茶黃素濃度為200mg/L和400mg/L時(shí)，隨咖啡堿質(zhì)量濃度的增加，沉淀量呈顯著增加的趨勢，說明沉淀量的生成也與咖啡堿的質(zhì)量濃度大小有關(guān)。因此，為抑制茶乳酪的形成，應(yīng)控制咖啡堿質(zhì)量濃度低于200mg/L，茶黃素質(zhì)量濃度低于100mg/L。

通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行Pearson分析，得出沉淀量與茶黃素質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)為0.954**，呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，即茶黃素質(zhì)量濃度越高，沉淀量生成的越多；與咖啡堿質(zhì)量濃度相關(guān)系數(shù)也為0.954**，同樣呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，即咖啡堿質(zhì)量濃度越高，沉淀量生成的越多。通過對其進(jìn)行逐步回歸分析，得出其關(guān)系式為：

沉淀量（mg/L）=19.652+1.010×CTF+0.48×C咖啡堿（R2=0.954）

2.4不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液茶黃素各組分和咖啡堿質(zhì)量濃度的變化

Robert［10］指出茶黃素、茶紅素和咖啡堿是紅茶茶乳酪的主要成分，其中茶黃素和咖啡堿之間的絡(luò)合作用對茶乳酪的形成起到了很大的作用［18］。本文根據(jù)不同質(zhì)量濃度茶黃素與咖啡堿溶液體系中咖啡堿質(zhì)量濃度和茶黃素各組分質(zhì)量濃度的變化規(guī)律展開工作，其結(jié)果見圖3和表3。

由圖3可知，當(dāng)固定咖啡堿的起始濃度，逐漸增加茶黃素質(zhì)量濃度時(shí)，混合液原液中的咖啡堿質(zhì)量濃度隨著茶黃素質(zhì)量濃度的增加逐漸減小，貯藏液滅菌液的咖啡堿質(zhì)量濃度與原液變化趨勢相同，且在相同茶黃素質(zhì)量濃度下，滅菌液的咖啡堿質(zhì)量濃度和原液的咖啡堿質(zhì)量濃度無明顯的差別，說明滅菌不會(huì)促進(jìn)或抑制茶黃素和咖啡堿之間的反應(yīng)。當(dāng)貯藏一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，咖啡堿的質(zhì)量濃度與原液相比明顯減少，表明在貯藏期間，茶黃素和咖啡堿在持續(xù)地反應(yīng)，并且隨著茶黃素質(zhì)量濃度的增加，貯藏液咖啡堿濃度顯著降低。

由表3可知，固定茶黃素的質(zhì)量濃度，隨著咖啡堿質(zhì)量濃度的增加TF、TF-3G、TF-3′G、TFDG均逐漸減少，且TF-3G、TF-3′G和TFDG均顯著下降。通過對滅菌液和原液的比較發(fā)現(xiàn)，滅菌液的四個(gè)茶黃素單體的質(zhì)量濃度和原液的四個(gè)茶黃素單體的質(zhì)量濃度大多數(shù)無明顯差異，與上述二者咖啡堿的比較結(jié)果相符，印證了滅菌不會(huì)對茶黃素和咖啡堿的絡(luò)合作用產(chǎn)生影響。隨著溶液的貯藏發(fā)現(xiàn)，當(dāng)茶黃素濃度為400mg/L時(shí)，有64.62%的TF參與了反應(yīng)，70.97%的TF-3G參與反應(yīng)，86.09%的TF-3′G參與反應(yīng)，達(dá)100%的TFDG參與反應(yīng)。在茶黃素質(zhì)量濃度為50mg/L時(shí)，TF-3′G完全反應(yīng)，并且茶黃素和咖啡堿的質(zhì)量濃度比并不影響TFDG與咖啡堿的反應(yīng)，二者在任意質(zhì)量濃度時(shí)TFDG均完全反應(yīng)。因此從茶黃素四個(gè)主要單體的分析來看，TF、TF-3G、TF-3′G、TFDG均參與沉淀的形成，并且隨著溶液的貯藏發(fā)現(xiàn)，TFDG與咖啡堿的結(jié)合能力比其他三種單體強(qiáng)，TF-3′G與咖啡堿的結(jié)合能力又比TF和TF-3G強(qiáng)，主要是因?yàn)椴椟S素是由成對的兒茶素經(jīng)氧化縮合而形成的，TFDG所含的沒食子酸比其他三種單體帶有更多的羥基，與咖啡堿的結(jié)合能力最強(qiáng)［19］。綜合上述茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度對混合液透光率和沉淀量的影響，說明咖啡堿和TFDG是影響模擬體系中茶乳酪形成的關(guān)鍵因子。

圖3　不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液中咖啡堿質(zhì)量濃度的變化Fig.3　Caffeine amounts change of different concentration of theaflavins and caffeine solution

3　結(jié)論

探究茶黃素和咖啡堿質(zhì)量濃度對紅茶沉淀的影響是為了從原料選擇方面來降低沉淀的形成。基于本研究主要探討茶黃素和咖啡堿之間的絡(luò)合對紅茶茶乳酪形成的影響，根據(jù)紅茶中茶黃素類的含量一般為0.3%～1.5%，得出茶湯中的茶黃素質(zhì)量濃度為60～300mg/L；且綜合實(shí)驗(yàn)體系中茶黃素-咖啡堿混合液對溶液透光率、沉淀量和咖啡堿、茶黃素單體剩余量的結(jié)果來看，在生產(chǎn)純茶飲料或冰茶時(shí)，若要保持飲料比較澄清，并且盡可能多地保留茶黃素質(zhì)量濃度的情況下，需選擇茶黃素質(zhì)量濃度低于100mg/L、咖啡堿質(zhì)量濃度低于200mg/L的原料來制作紅茶飲料。

表3　不同質(zhì)量濃度茶黃素-咖啡堿混合液中茶黃素單體組分質(zhì)量濃度的變化Table 3　Change in concentration of theaflavins components in different concentration of theaflavins and caffeine solution

續(xù)表

本研究對探究紅茶茶乳酪的形成機(jī)理具有一定的參考價(jià)值。除本文已研究的茶黃素-咖啡堿模型對茶乳酪形成的影響外，實(shí)驗(yàn)室正在構(gòu)建茶黃素-蛋白質(zhì)、咖啡堿-蛋白質(zhì)，以及茶黃素-咖啡堿-蛋白質(zhì)的模型，體系化研究紅茶飲料茶乳酪形成機(jī)理，為茶飲料的進(jìn)一步開發(fā)提供參考。

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Effect of different concentrations of theaflavins and caffeine on the formation of tea cream

LI Shuang1，LUO Li-yong1，2，LIU Shu-juan3，MA Meng-jun1，ZENG Liang1，2，*
（1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China；2.Tea Research Institute，Southwest University，Chongqing 400715，China；3.Tea Research Institute，Hunan Province，Changsha 410013，China）

A model system consisting of theaflavins and caffeine was set up for studying the mechanism for the formation of tea cream in black tea.The transmittance，amount of tea cream，theaflavins and caffeine concentration of the solution were investigated to study the effects of different concentrations of theaflavins and caffeine compounds on the formation of tea cream.The results showed that the transmittance of the original solution and store solution was decreased，and the amount of precipitate was increased with adding the concentration of theaflavins and caffeine.These changing trends were more pronounced with increasing concentration of one of the two components at a constant level of the other.Sterilization didn’t influence these trends.In addition，high performance liquid chromatography analysis of the concentration of caffeine and theaflavins showed that caffeine and TFDG were the main compounds forming tea cream.In order to reduce tea cream，improve the sensory evaluation of black tea beverage，and at the same time retain theaflavins concentration as much as possible，the concentration of theaflavins was less than 100mg/L and caffeine concentration was less than 200mg/L when black tea raw materials were chosen to produce black tea drinks.

theaflavins；caffeine；transmittance；tea cream

TS272

A

1002-0306（2015）14-0092-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.14.009

2014－11－13

李雙（1991-），女，碩士研究生，主要從事茶飲料方面的研究。

曾亮（1980-），女，博士，副教授，主要從事茶資源綜合利用方面的研究。

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31100500）；重慶市科委自然科學(xué)基金計(jì)劃項(xiàng)目（CSTC，2013jcyjA80021）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（XDJK2013B036）。