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茶飲料與茶食品加工研究“十三五”進展及“十四五”發展方向

2021-10-21 03:04:01尹軍峰許勇泉張建勇陳根生王玉婉馮智慧傅燕青鄒純朱艷黃飛
中國茶葉 2021年10期
關鍵詞:發展方向進展

尹軍峰 許勇泉 張建勇 陳根生 王玉婉 馮智慧 傅燕青 鄒純 朱艷 黃飛

摘要:茶飲料與茶食品是我國深加工產業重要的領域,“十三五”期間,我國茶飲料與茶食品加工產業得到穩步發展。文章簡要總結了茶飲料與茶食品加工領域“十三五”期間取得的主要進展,針對存在的問題,提出了該領域“十四五”期間的發展方向,為茶飲料與茶食品加工研發提供參考。

關鍵詞:茶飲料;茶食品;“十三五”;進展;“十四五”;發展方向

Tea Beverage and Tea Food Processing

Progress during the 13th Five-Year

Plan? Period and Development

Direction in the 14th Five-Year Plan Period

YIN Junfeng, XU Yongquan, ZHANG Jianyong, CHEN Gensheng, WANG Yuwan, FENG Zhihui,

FU Yanqing, ZOU Chun, ZHU Yan, HUANG Fei

Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/National Engineering & Technology

Research Center for Tea Industry/Key Laboratory of Tea Biology and Resources Utilization,

Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Hangzhou 310008, China

Abstract: Tea beverage and tea food are important areas of tea comprehensive processing in China, during the

"13th Five-Year Plan" period, tea beverage and tea food processing industries have developed steadily. This paper

briefly summarized the main progress during the "13th Five-Year Plan" period in the field of tea beverage and tea food.

In view of the existing problems, the development direction in the "14th Five-Year Plan" period were also presented to

provide references for the research and development of tea beverage and tea food processing.

Keywords: tea beverage, tea food, the 13th Five-Year Plan, progress, the 14th Five-Year Plan, development direction

茶飲料和茶食品是我國深加工產業最重要的領域,已成為解決我國茶業結構性產大于銷和中低檔茶原料利用率低等難題的重要抓手。茶飲料和茶食品加工學是以茶葉為主要對象,重點開展與液態茶飲料、固態速溶茶和含茶食品等產品加工相關的應用基礎、關鍵技術和產品開發方面的研究。“十三五”以來,我國茶飲料與茶食品加工產業得到了穩步發展,目前年產值接近1 000億元,占深加工產品產出的80%以上。“十四五”期間,我國經濟社會發展進入重要的轉型期,重點依靠科技創新,走高質量發展之路,我國茶飲料與茶食品加工產業必將從數量增長轉向質量提升發展。因此,系統總結“十三五”我國茶飲料與茶食品加工科技發展取得的重要進展,提出“十四五”重點發展方向,以期為我國茶飲料和茶食品產業的高質量發展提供借鑒。

一、“十三五”主要科技進展

1. 液態茶飲料加工進展

經過20多年的快速發展,我國液態茶飲料年產量已達到1 500多萬t,成為國際上第一大茶飲料生產國。“十三五”期間,茶飲料品質調控應用基礎研究、原料茶專用化加工和飲料加工新技術等方面的科技創新,促進了我國液態茶飲料產業的進一步發展。

(1)茶飲料滋味品質調控研究取得重要突破

滋味是評價茶飲料品質的關鍵因子之一。“十三五”期間,聚焦夏秋茶苦澀味重、滋味品質差導致資源利用率低的產業難點問題,相關研究取得突破性進展。通過對苦澀味[1]與回甘滋味[2-3]為核心的綠茶茶湯滋味關鍵貢獻成分的明晰及其呈味規律的深入研究,為改善與調控茶飲料滋味品質以及夏秋茶資源利用途徑指明了方向。研究結果表明,綠茶中以苦澀味為主的酯型兒茶素與呈現回甘滋味特征的非酯型兒茶素之間,通過生物酶解進行轉化調控[2-3]。因此,生產中利用復合酶水解,并在酯型/非酯型兒茶素比例協同體系pH的在線監測下,可實現茶汁滋味的定向精準調控。另一方面,基于夏秋茶品質組分梯次浸出規律的高質化定向提取工藝得以開發。研究發現,茶葉浸提過程中,茶氨酸、非酯型兒茶素與酯型兒茶素等具有不同滋味特征的綠茶關鍵滋味化合物的浸出速率呈現顯著差異[4],呈現梯度浸出規律;由此研制出的多變量動態逆流浸提柱[5]可實現高品質茶汁的定向提取,以較低成本實現了夏秋茶及其他中低檔茶葉原料的高值化利用。

(2)完善了茶飲料沉淀形成機理及控制技術

茶飲料加工及貯藏過程中形成的沉淀不僅影響產品的外觀品質,同時也造成產品風味品質的下降。“十三五”以來,基于絡合作用的茶飲料沉淀物形成機理取得了重要進展。研究發現,綠茶乳酪生成量與茶多酚和碳水化合物的原始濃度高度相關,而紅茶乳酪生成量由茶湯中的蛋白質、甲基黃嘌呤和茶紅素(Thearubigins,TRs)濃度決定[6]。由于兒茶素(占TPs的70%~80%)與蛋白質、咖啡堿和金屬離子等分子相互作用,在茶乳酪的形成中起著關鍵作用[7]。其中兒茶素和蛋白質之間具有強乳化親和力,這使得TPs和蛋白質之間的相互作用增加,茶乳酪增多[8-9]。以牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)為研究對象,酯型兒茶素與其相互作用能力更強[10-11];由于氫鍵是TPs-BSA的驅動力,因此打破氫鍵可有效減少茶乳酪的形成[11]。

在完善茶飲料沉淀機理的基礎上,茶飲料沉淀生物控制技術取得了新進展。以往的膜過濾法、吸附法、包埋法和轉溶法等沉淀控制方法對茶飲料的風味品質均有較大影響,為保證茶飲料品質,逐漸形成了基于生物酶解的茶飲料沉淀控制技術。單寧酶被廣泛用于控制茶乳酪形成和沉淀[12],經單寧酶處理的茶葉提取物與蛋白結合的能力降低,使得茶乳酪的形成受到抑制。單寧酶結合纖維素酶、蛋白酶及脯氨酸核酸內切酶等可協同分解茶乳酪或水解與其形成有關的物質,如茶多酚、蛋白質等,茶湯澄清效果增強[13-15]。一些微生物的代謝也被用于茶飲料的澄清,如黑曲霉菌株在茶浸液中培養16~48 h,綠茶液可以保持高度清澈[16]。

(3)飲料工業用原料茶實現大規模專用化

以往茶飲料用的茶葉大都是傳統工藝加工的原料茶,品質不能完全滿足飲料加工的需求。借鑒日本茶飲料的經驗,我國在2000年后開始飲料專用茶加工技術研究。“十三五”期間,飲料專用茶加工技術研究與應用取得了新的進展,并通過系統研究,集成了飲料專用茶葉成套加工技術,開發出了一批高質化、特色化飲料專用茶葉,飲料用原料茶開始走向專用化。研究發現,烘干處理的傳統綠茶貯藏穩定性高[17],結合烘焙處理可增加蒸青綠茶飲料風味穩定性,熱處理對焙茶所制茶飲料的滋味幾乎沒有影響[18];面對茶飲料專用原料茶的復雜篩選過程,利用湯色色度指標快速初篩方法,可提升茶飲料用原料茶的篩選效率[19]。國內科研院所和相關企業合作,針對飲料原料茶來源廣、品質不均勻的問題,集成茶葉熱轉化提質技術和基于“線性規劃模式”的茶葉定量拼配技術,聯用分篩、風選、靜電、磁選等凈選去雜技術和微波殺菌技術,創制出飲料專用茶葉成套加工技術,產品品質、安全性、穩定性顯著提高。其中湖北工業大學陳小強團隊的夏秋茶原料深加工技術及產業化應用研究成果獲得了湖北省科技進步二等獎。

(4)基于生物酶和微生物發酵的特色茶飲料制備技術取得了較大進展

“十三五”期間,利用生物酶和微生物發酵加工特色茶飲料的制備技術取得較大進展。首先,在鮮葉液態發酵技術生產高茶黃素(Theaflavins,TFs)紅茶汁方面,初步明確以適度萎凋的PPO活性高的品種鮮葉為酶源,分批添加EGCG含量高的兒茶素底物可以促進TFs的形成,兒茶素含量、茶樹品種或其中多酚氧化酶和過氧化物酶的活性對茶黃素的形成量影響顯著[20-21]。其次,在利用現代微生物發酵技術制備特色茶飲方面,已形成了康普茶(紅茶菌飲料)、高茶褐素茶飲料、茶酒、曲霉發酵茶基飲料等產品。以紅茶和蔗糖為原料,醋酸菌、乳酸菌和酵母或細菌和酵母共生培養物(SCOBY)為發酵劑生產康普茶[22-24],產生的特定代謝物構成康普茶飲料的生物活性[25-29]和芳香特性[30]。以黑茶中分離出的能夠將茶浸提液中的多酚轉化為茶褐素的真菌(黑曲酶、塔賓曲霉等)為發酵劑,可制備高茶褐素茶飲料,在最佳發酵條件下,茶褐素生成量大幅增加,可達傳統固態發酵的近4倍,該產品可用于功能性食品的開發[31-32],經工藝優化后的飲料口感溫和、順滑、醇厚且飽滿[33]。

茶酒是以茶為特征原料,以糯米、高粱或水果、蔗糖為碳源,經釀酒酵母發酵、過濾、陳化和勾兌后得到的酒精飲料,既具有酒的風味又含有茶葉中的保健成分[34]。“十三五”期間,紅茶酒、綠茶酒、單叢茶酒、葡萄綠茶酒等品類百花齊放。曲霉發酵茶基飲料是另一種新型發酵飲料,尤其是塔賓曲霉和黑曲霉。從黑茶中分離黑曲霉經液態深層發酵可生產一種茶褐色素含量高的黑茶飲料。接種塔賓曲霉后產生的茶褐素(TBs)含量增加顯著,口感溫和、順滑、醇厚且飽滿。茯磚茶上發現的黃點或“金花”是冠突散囊菌的子實體,當用于發酵綠茶提取物時,香氣成分含量增加[35],冠突散囊菌發酵茶湯呈橙黃色,具有獨特而濃郁的細菌花香,口感清涼醇厚,回味略帶酸味和甜味。

2. 固態速溶茶加工進展

經過30年的快速發展,我國已成為速溶茶第一大生產國,年生產量超過2萬t,產值15億元,產品遠銷日本、美國及歐洲國家和地區。“十三五”期間,以動態逆流提取和冷凍干燥等技術為核心的速溶茶加工技術創新,進一步推動了速溶茶產業的發展。

(1)一批新技術在速溶茶加工上成功應用

“十三五”期間,我國速溶茶產業呈現穩步發展的局面,在產量穩定增長的基礎上,技術更新迭代,引發了產品類型的結構性調整,一大批提取、分離、濃縮和干燥等新技術新裝備逐漸在速溶茶加工上成功應用,涌現出一批新型的特色、功能性速溶茶產品。

①新型提取技術。近些年新發展的連續動態逆流提取、低溫提取等技術開始逐漸應用于速溶茶加工[36],不僅能提高茶葉內含物的浸出率,而且能最大限度地保持香氣有效成分的結構,此外高壓脈沖電場(PEF)提取技術[37]對速溶茶的香氣起到了很好的改善作用,適合與冷凍濃縮、真空冷凍干燥等技術聯合使用。

②新型濃縮技術。在傳統的蒸發濃縮、冷凍、薄膜濃縮等技術研究的基礎上,新型反滲透濃縮技術[38]可顯著提高速溶綠茶的感官品質,且茶多酚、氨基酸等化學成分保留量相對較高,而低溫真空濃縮技術[39]對茶湯色澤、滋味、香氣和理化性質均有改善,其香氣物質含量比真空蒸發濃縮提高1倍[40];

③生物酶技術。蛋白酶[41]、果膠酶、纖維素酶[42]、單寧酶、β-葡萄糖苷酶[43]、茶莖粗酶(ETS)、馬鈴薯葡萄糖粗酶(EPD)[44]和黑曲霉[45]等可以顯著提高速溶茶產品的滋味和香氣品質,產品花果香和青草香大幅增加,且速溶茶苦澀感明顯降低,鮮醇感提高[46-47]。

④微膠囊技術。該技術對速溶茶香氣能起到很好的保護作用,保香增香效果較好的主要是β-環糊精(β-CD),且β-CD的安全無毒性已被證實,在茶飲料的增香保香中應用較為成功[48]。

⑤香氣回填技術。主要有天然香氣回收(Spinning cone column,SCC)和香氣回填(Aroma-recovery system,ARS)技術,通過冷凝收集茶湯中揮發出來的香氣,再將收集的含香冷凝水添加到濃縮之后的茶湯濃縮液中,所制得鐵觀音速溶茶粉香氣清高馥郁,具有鐵觀音茶葉的“音韻”[49]。

(2)高品質速溶茶工業化制造技術取得重要突破

經過近20年的發展,我國已構建了基于罐提(臥式逆流提取)、高速離心(或循環膜過濾)、真空濃縮(循環膜濃縮)、噴霧干燥等為核心的加工技術體系,但尚存在風味品質不高、產品檔次較低的問題,無法實現速溶茶的終端應用。為適應市場對速溶茶高質化、終端化技術的需求。“十三五”期間,中國農業科學院茶葉研究所和湖南農業大學等國內相關單位相繼開展了相關研究工作。中國農業科學院茶葉研究所在探明茶葉品質組分梯次浸出規律的基礎上,研制出多變量動態逆流浸提柱[5],發明了可實現“保好去差”的茶汁定向提取技術,構建了基于柱式動態逆流提取、膜過濾、多級膜濃縮、冷凍干燥等新技術的高品質速溶茶加工技術體系,產品品質接近于原茶風味;并以該技術為主要內容獲得了浙江省科技進步一等獎1項,神農中華農業科技獎科學研究類成果二等獎1項,湖南農業大學劉仲華院士團隊研發出大顆粒速溶茶加工技術,產品的流動性、防潮性顯著提高,極大地促進了速溶茶的終端化應用。

(3)開發出一批專用化速溶茶新產品

傳統速溶茶產品主要有速溶紅茶、綠茶、烏龍茶、茉莉花茶等[50]。“十三五”期間,通過各種新技術的應用,開發出奶茶專用的高香熱溶速溶茶、純茶用的冷溶原味速溶茶、水果茶用的高香冷溶速溶茶等一批高品質專用化速溶茶產品,較好地適應了市場高端化、個性化的需求。通過微生物發酵技術、鮮葉液態發酵技術等新技術的應用,集成傳統工藝,研發出粽葉風味、話梅風味、紅棗風味、桂圓風味等特色速溶茶產品,開發了降壓抗衰老速溶茶、安眠益生速溶茶、低氟速溶茶、低咖啡堿速溶茶、高γ-氨基丁酸速溶茶以及解酒速溶茶等功能性速溶茶產品。

3. 茶食品加工研究進展

茶食品是一類利用超微茶粉(或抹茶)、茶汁或茶葉提取物等原料,配以其他可食材料加工而成的食品。2000年后,隨著經濟社會發展,具有健康、天然、綠色概念的現代茶食品在我國得到快速發展,成為茶葉深加工利用的一個重要發展方向。“十三五”期間,超微茶粉(抹茶)在食品上應用的技術突破以及各類新產品的開發,推動了茶食品行業的持續發展。

(1)超微茶粉(抹茶)在食品加工中應用的物化特性研究取得新進展

超微茶粉(抹茶)外形細膩、粒徑較小且分布均勻、色澤翠綠,作為配料已逐漸代替速溶茶粉或茶水提物,廣泛應用于食品、化妝品和醫療行業。超微茶粉(抹茶)的分散性、流動性和穩定性差是影響其在食品中廣泛應用的主要難題。“十三五”期間,我國超微茶粉(抹茶)在食品上的應用研究從終端產品工藝優化向中端應用技術方向發展,粉體的分散性、流動性和穩定性等應用技術研究取得一定進展[51]。針對抹茶等超微茶粉在應用時易發生粘附及團聚現象,通過噴霧流化床造粒機在茶粉表面噴涂親水性聚合物,對茶粉表面進行改性,可提高抹茶粉的流動性和水分散性[52]。采用羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉、黃原膠等食品添加劑復合超微茶粉,可降低茶粉的沉降比,實現超微茶粉分散穩定性[53]。抹茶粒徑小,易促進內含物質的溶出速度,降低了兒茶素、葉綠素等活性成分的穩定性和生物利用有效性。為此,利用蛋白、多糖、低聚糖等大分子物質結構修飾的茶粉穩態化技術以及增效應用研究日漸增多,如采用β-環糊精包埋超微綠茶粉,能夠提高茶粉有效成分的溶解度、溶出率、穩定性和生物利用率[54]。烘焙茶食品中抹茶粉的綠色、安全穩定化技術已成為近幾年研究的新方向,目前已取得初步進展。利用含鋅或含銅化合物置換葉綠素中鎂離子,結合燙漂技術,添加酵母微量元素,獲得了色澤熱穩定性高的抹茶粉,為抹茶烘焙食品開發提供技術支持[55-56]。

(2)開發出一大批特色茶食品

我國食品種類眾多,不同種類食品中的糖、乳制品、油和面粉等原料比例差異大,工藝制作顯著不同,導致風味呈現差異懸殊。茶食品研發需要對產品配方和制作工藝進行篩選與優化,使茶葉原料與其他材料協調融合,進一步提高產品的感官風味品質。其中茶的添加形式、添加量以及茶葉種類是影響茶食品最終品質的重要因素。“十三五”期間,茶食品開發從面包、蛋糕、餅干等國外主流食品向傳統食品轉變,茶綠豆酥、茶月餅、茶面條、茶豆腐等我國特色食品開始進入人們的視野,豐富和擴充著我國的食品市場。

另外,“十三五”期間茶食品的研究方法不斷創新,從主要靠感官主觀定性審評逐漸發展為質構分析、圖像分析、色彩分析等儀器客觀分析,進一步強化與完善了定性與定量評價相結合的評價方法,建立了更系統客觀的評價體系,有力支撐茶食品產業轉型升級,促進茶食品產業的可持續健康發展。

二、“十四五”發展方向

“十三五”期間,我國茶飲料和茶食品加工技術取得較大的進展,但對茶飲料、茶食品品質穩定性研究相對缺乏,關鍵控制技術突破少,可適應新時代更高、更健康需求的重大產品不多。“十四五”將是我國經濟社會發展的重要轉型期,人們對茶飲料、茶食品消費將從數量需求向質量需求、從基本生活需求向品質生活需求轉變,必將對相關技術研究提出更高和更廣的要求。“十四五”應把握以下幾個重點研究方向。

1. 利用現代新技術分析手段,強化茶飲料和茶食品風味調控相關應用基礎研究

(1)解析茶飲料和茶食品風味品質穩定機理

在茶飲料及茶食品加工與貯藏過程中,酚類化合物及香氣物質等品質成分容易發生氧化、聚合反應,導致風味品質發生劣變。采用代謝組學等現代分析方法,開展茶飲料、茶食品加工與貯藏中風味成分動態變化及降解機制研究,揭示品質穩定性變化機理,為有效保持和延長產品貨架期奠定理論基礎。

(2)探明茶飲料和茶食品風味物質互作效應

茶飲料和茶食品中不僅有茶多酚、氨基酸、咖啡堿等茶葉風味物質,還可能有蛋白、淀粉、奶、水果等各種營養物質,因此茶飲料和茶食品中的風味物質間存在明顯的相互作用。綜合運用代謝組學、感官組學等多組學聯用方法,探明茶飲料和茶食品不同風味成分間互作效應,有助于明晰茶飲料和茶食品呈味、呈香特性,可為茶飲料和茶食品風味品質調控提供理論支撐。

2. 應用現代食品加工新技術,進一步加強茶飲料和茶食品加工關鍵技術創新

(1)高質化提制技術創新

隨著經濟發展和社會進步,人們對茶飲料和茶食品產品的需求逐漸趨于高質化、天然化,方便、時尚、高品質的茶飲料和茶食品勢必是技術研發的關鍵所在。通過新型動態提取、香氣緩釋和包埋、非熱滅菌加工等技術創新,形成一批高質化、高保真的茶飲料和茶食品制備新技術,進而構建現代茶飲料和茶食品高質化加工技術體系,推動我國茶飲料和茶食品產業的可持續健康發展。

(2)功能化加工技術創新

通過茶葉新功能挖掘,基于功能強化與利用新技術,進一步提升、轉化和改造茶葉風味化學成分,創制出既具有較好風味品質特點,又具有不同健康功效的功能型茶飲料和茶食品,以滿足特殊人群的健康需求。如應用酶膜聯用技術,研發風味特性良好的高茶黃素、高茶氨酸、高茶多酚、高兒茶素等功能型茶飲料和茶食品,微生物定向發酵技術開發具有特殊功能的發酵型茶飲料和茶食品等。

(3)特色化加工技術創新

不同人群、不同應用場景、不同食品(飲料)定位等對茶飲料和茶食品的需求不同。因此這些個性化的產品需求必須采用專用化、特色化加工技術。如采用茶葉、天然飲料植物、天然水果、微生物源等基材,將茶深加工行業與發酵行業、冷凍噴霧行業、電子噴霧行業等有機融合,開展天然化、特色化的茶飲料和茶食品風味品質調控和修飾新技術研究,拓寬應用領域,提高茶飲料和茶食品特色化、多元化利用技術水平。

(4)智能化制造技術創新

針對傳統茶飲料和茶食品加工智能化程度不高、加工效率低、配伍技術落后等問題,運用機器視覺、數字化配伍技術、智能控制等新型跨界技術改造傳統工藝,以精準化、數字化方式介入茶飲料和茶食品加工生產,實現固態速溶茶、液體茶飲料、茶食品等茶制品的提質升級和智能制造,顯著提高我國茶飲料和茶食品的精深加工技術水平,進一步提高我國夏秋茶資源利用率和附加值。

3. 瞄準新時代美好生活新需求,推動多元化重大產品創制

我國經濟社會已經進入新時代,人們的消費需求已從吃飽穿暖轉向更美好、健康的品質生活追求,各種新技術手段的出現正在深刻地改變各種產業的業態和人們的生活習慣。因此,“十四五”期間我國茶飲料和茶食品產品必須適應這種轉變,走高質化、個性化、時尚化和功能化產品開發之路,重點可從以下幾方面著力。

(1)高質化、引領型產品創制

開發高品質、功能性的新一代茶飲料、茶食品產品,重點集成打造具有產業引領作用的茶飲料、茶食品精品。

(2)新銷售模式產品開發

為適應大數據、區塊鏈、智慧體系等創新流動手段對產品消費形式的影響,積極開發出相應的重大產品及其加工技術。

(3)方便時尚化產品的創新

如何爭取年輕人的消費是茶業未來發展的關鍵。需要突破外觀設計,制造出方便、時尚化的茶飲料、茶食品產品,滿足年輕消費者求新求異的需求,突破茶業消費邊界。

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