茶湯沉淀的控制技術研究

吳石娟，林宇澤，張妍，劉偉锜，黎峰瑋，陶志華

廣東工業大學食品科學與工程（廣州 510006）

茶飲料自誕生以來就以極快的速度占領市場，成為廣大消費者喜愛的飲料之一。但生產的茶飲料面臨的一個重要問題，即冷藏期間在保質期內會產生沉淀[1-2]。茶飲料研究學者通過分析研究認為，茶濃縮液存放所形成的沉淀主要是由茶湯中的蛋白質、茶多酚、咖啡堿、果膠質等絡合而成[3-5]。尹軍峰等[2]開發的沉淀清除方法，此方法主要針對以茶葉為原料加工產品過程中直接去除沉淀的工藝模式。而且化學方法[6-7]和生物酶學技術[8-10]已經被開發，但是調味茶飲料在冷藏過程中的保質期內的沉淀問題尚未得到有效解決。所以此研究主要通過堿轉溶法[6]、糖轉溶法[7]和生物酶技術[8-10]等方法相結合，研究調味茶飲料在冷藏過程中沉淀物的有效去除和控制方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

濃縮綠茶茶湯（廣東河源市吉龍翔生物科技有限公司）；氫氧化鈉、碳酸鈉、食品級蔗糖粉（河南華瑞生物科技）；單寧酶、果膠酶、木瓜蛋白酶[夏盛（北京）生物科技開發有限公司]。

1.2 試驗儀器與設備

1 mg分析天平、轉子磁力攪拌器、電熱恒溫水浴鍋、VIS-7220N可見分光光度計、集熱式恒溫磁力攪拌器。

1.3 試驗設計

1.3.1 單因素試驗

1.3.1.1 碳酸鈉最適添加量的確定

分別取10 mL濃縮綠茶茶湯，隨后分別滴加6.0和7.6 mL 0.1 mol/L的Na2CO3溶液，于50 ℃的恒溫水浴鍋中保溫45 min。茶湯保溫完成后，取出冷卻并將茶湯依次倒入50 mL燒杯中，將燒杯放在磁力攪拌器上并將校準好的pH計復合電極的電阻球泡浸沒在液面以下，打開磁力攪拌器電源開關，邊攪拌邊滴加檸檬酸溶液至pH 5.3，隨后將溶液倒回入比色管中靜置，重復以上步驟，將含有不同堿液含量的比色管分別于80℃的恒溫水浴鍋中保溫10 min和90 ℃的恒溫水浴鍋中保溫10 min，冷卻后滴加檸檬酸溶液至pH 5.3后同樣倒回入比色管中靜置，記錄茶湯的透過率和吸光度。

1.3.1.2 蔗糖最適添加量的確定

取20 mL濃縮綠茶茶湯于6個50 mL小燒杯中。其中一個設置為空白組，其余5個分別加入1.0，1.5，2.0，2.5和3.0 g蔗糖。加熱至90 ℃保溫1 min，促進溶解。保溫后冷卻至室溫，每隔15 min觀察茶湯渾濁度變化，1 h后，攪拌均勻，用分光光度計測量茶湯的吸光度，以降解率篩選最佳蔗糖添加量。

1.3.1.3 單一酶最適反應時間和添加量的確定

1.3.1.3.1 酶不同反應時間

分別取50 mL濃縮綠茶茶湯，果膠酶添加量1 U/mL，水浴溫度50 ℃，設置不同反應時間5，10，15，20，25，30，35，40和45 min；木瓜蛋白酶添加量0.1 U/mL，水浴溫度50 ℃，分別反應5，10，15，20和25 min；單寧酶添加量0.05 U/mL，水浴溫度40 ℃，分別反應30，60，90和120 min。以降解率分別篩選最佳酶反應時間。

1.3.1.3.2 酶不同添加量

分別取50 mL濃縮綠茶茶湯，果膠酶分別按0.8，1.0，1.2和1.4 U/mL的量添加，于50 ℃水浴35 min；木瓜蛋白酶則分別按0.08，0.1，0.12和0.14 U/mL的量添加，于50 ℃水浴20 min；單寧酶則分別按0.03，0.05，0.07和0.09 U/mL的量添加，于40 ℃水浴60 min，以降解率為指標分別篩選最佳酶添加量。

1.3.1.3.3 透光率測定

首先，將經處理的樣品放置于室溫下并進行攪拌，測量其吸光度，以此得到初始透光率T1。隨后，將樣品置于4 ℃下冷藏過夜12 h，取出后吸取上清液，再次測量其吸光度，以此得到經過冷藏后的透光率T2。使用蒸餾水作為參比，并在640 nm波長下測量其透光率。最終計算透光率時，應使用公式T=10-A（其中，T表示透光率，A表示吸光度）。

此試驗的透光率測定方法可以準確地評估樣品在不同溫度下的光透過程。該方法使用蒸餾水作為參比，具有較高的精度和可靠性。在試驗中，我們特別關注透光率的變化，因為這可以提供關于樣品性質的重要信息。通過此試驗，我們可以更深入地了解樣品的物理和化學特性，為進一步研究提供支持。

1.3.1.4 酶最適添加順序的確定

此試驗旨在確定綠茶濃縮茶湯中果膠酶、單寧酶、木瓜蛋白酶的最適添加順序。首先進行對比試驗，即空白組試驗，將綠茶濃縮茶湯置于50 ℃恒溫水浴鍋中，并使用磁力攪拌子攪拌55 min，隨后置于40℃恒溫水浴鍋中，繼續使用磁力攪拌子攪拌60 min，最后放進90 ℃水浴中并恒溫處理5 min。

隨后進行測試試驗，即試驗組試驗，將綠茶濃縮茶湯置于50 ℃恒溫水浴鍋中，按照不同的順序加入果膠酶、單寧酶、木瓜蛋白酶，并按照其最適條件處理，放進90 ℃水浴中并恒溫處理5 min。然后將處理好的樣品放在常溫下進行攪拌，測定其吸光度，以得到透光率T1。隨后將樣品置于4 ℃的低溫環境下冷藏12 h，取出其上清液進行吸取并測定吸光度，以得到透光率T2。在此過程中，使用蒸餾水作為參考物，以確保準確測定透光率T。酶最適添加順序試驗表見表1。

表1 酶最適添加順序試驗表

1.3.2 碳酸鈉-蔗糖-酶最佳添加順序的確定

在單因素試驗的基礎上，各取10 mL茶湯原液，按不同順序加入碳酸鈉、蔗糖、果膠酶、單寧酶、木瓜蛋白酶，其中各物質按其最適條件處理。按加料順序依次加完充分混勻后，在80 ℃水浴鍋中保溫5 min，以蒸餾水作為參比，在640 nm波長下測其透光率，再計算降解率。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 碳酸鈉最適添加量的確定試驗結果

由表2可看出，添加碳酸鈉能使濃縮綠茶茶湯澄清，在不同的溫度下保溫，不同的時間對濃縮汁沉淀量的清除效果也有所不同。如此試驗選取的3個變量中添加Na2CO3茶湯沉淀量的最佳清除效果出現在80 ℃保溫10 min。其中加入7.6 mL 0.1 mol/L的Na2CO3溶液在80 ℃保溫10 min的茶湯沉淀降解率達到64.0%，沉淀清除效果最好。

表2 碳酸鈉最適添加量確定的數據處理

2.1.2 蔗糖最適添加量的確定試驗結果

根據表3和圖1顯示，在加入1.0 g蔗糖的茶湯中，渾濁度最高，且最接近于未處理的濃縮綠茶茶湯。通過添加蔗糖，茶湯的沉淀形成得到了一定的抑制作用。在所有添加蔗糖的處理組中，加入2.5 g蔗糖的茶湯顯示出最佳的澄清效果，降解率為16.48%，并且隨著蔗糖添加量的增加，茶湯沉淀降解率先增加后減少。這表明，蔗糖在適量添加下可以改善濃縮綠茶茶湯的澄清度。

圖1 不同蔗糖添加量降解率變化

表3 蔗糖最適添加量確定的數據處理

2.1.3 單一酶最適反應時間和添加量確定的試驗結果

2.1.3.1 各種酶不同反應時間的確定

由圖2可知，果膠酶作用時間在5～35 min范圍內，茶湯降解率隨時間延長而增加，當反應時間增加到40 min時，茶湯降解率有所下降，再延長到45 min時又升高，在35 min降解率最高。

圖2 不同時間果膠酶降解率變化

由圖3可知，木瓜蛋白酶作用時間在5～25 min范圍內，茶湯降解率隨時間延長而增加，當反應時間增加到20 min時，茶湯降解率達到最大，再延長到25 min時就開始降低。

圖3 不同時間木瓜蛋白酶降解率變化

由圖4可知，單寧酶作用時間在30～60 min范圍內，茶湯降解率隨時間延長而增加，當反應時間60 min到90 min時，茶湯降解率達到最高并基本保持不變，再延長到90～120 min時降解率就逐漸降低，故選取60 min為其最適反應時間。

2.1.3.2 果膠酶不同添加量

觀察圖5～圖7中不同添加量果膠酶、木瓜蛋白酶和單寧酶降解率變化，可得出結論：在一定濃度范圍內，隨著各種酶添加量的增加，濃縮綠茶的降解率升高，說明這三種酶都對濃縮綠茶具有澄清作用。但當酶的添加量進一步增加時，降解率的變化趨勢變得平緩，甚至略微下降，這可能是因為酶固體制劑過多添加，導致酶在茶湯中殘留過多所致。根據圖5～圖7數據，果膠酶最適添加量為1 U/mL，木瓜蛋白酶最適添加量為0.1 U/mL，單寧酶最適添加量為0.05 U/mL。這些結果有助于在生產過程中選擇適當的酶添加量，以實現最佳的濃縮綠茶澄清效果。

圖5 不同添加量果膠酶降解率變化

圖6 不同添加量木瓜蛋白酶降解率變化

圖7 不同添加量單寧酶降解率變化

2.1.4 酶最佳添加順序的確定試驗結果

根據表4的結果可知：按照果膠酶、單寧酶、木瓜蛋白酶的添加順序，茶湯沉淀降解率為22.22%；按照果膠酶、木瓜蛋白酶、單寧酶的添加順序，茶湯沉淀降解率為11.11%；按照單寧酶、果膠酶、木瓜蛋白酶的添加順序，茶湯沉淀降解率為11.90%；按照單寧酶、木瓜蛋白酶、果膠酶的添加順序，茶湯沉淀降解率為14.29%；按照木瓜蛋白酶、果膠酶、單寧酶的添加順序，茶湯沉淀降解率為9.52%；按照木瓜蛋白酶、單寧酶、果膠酶的添加順序，茶湯沉淀降解率為6.35%。因此，可以得出結論：按照果膠酶、單寧酶、木瓜蛋白酶的添加順序，能夠更加有效地降低茶湯的沉淀率。

表4 三種酶不同添加順序降沉效果

2.2 碳酸鈉-蔗糖-酶最佳添加順序確定的試驗結果

如表5所示，同時添加碳酸鈉、蔗糖、果膠酶、單寧酶和木瓜蛋白酶相較于只添加單一物質，能夠提高茶湯沉淀的降解率。在不同添加順序的試驗中，按照碳酸鈉-蔗糖-果膠酶-單寧酶-木瓜蛋白酶的順序添加時，茶湯沉淀降解率最高，達到66.74%。相比之下，按照其他順序添加時的降解率略低。以上結果表明，在復雜的茶湯沉淀降解過程中，多種物質的共同作用能夠促進化學反應的進行，從而提高降解效率。此外，不同添加順序的影響也需要更深入的研究，以了解其原因并進行優化。

表5 碳酸鈉-蔗糖-酶不同添加順序降沉效果

因此，對于茶湯沉淀的處理，建議采用碳酸鈉-蔗糖-果膠酶-單寧酶-木瓜蛋白酶的添加順序，以達到最優的降解效果。這一結論可以為茶湯沉淀的處理提供重要的參考價值。

3 結論

此研究旨在探究茶湯降沉效果的最佳方案，以河源市吉龍翔生物科技有限公司的茶湯為原料，通過一系列單因素試驗及不同添加順序試驗，確定了碳酸鈉、蔗糖、果膠酶、單寧酶、木瓜蛋白酶的添加順序為最優，能夠達到最佳降沉效果，最佳降解率為66.74%。其中0.1 mol/mL碳酸鈉添加量為0.76 mL/mL，蔗糖為0.125 g/mL，果膠酶為1 U/mL，單寧酶為0.05 U/mL，木瓜蛋白酶為0.1 U/mL。采用堿轉溶法[4]、蔗糖轉溶法[5]和生物酶技術方法[6-8]相結合的調控手段對濃縮茶湯進行處理后，實現了整個濃縮茶湯體系的降沉。此研究不僅有效解決了因存放時間長和低溫所導致的產生大量沉淀的問題，還改善了茶湯的品質，提高了茶湯的抗氧化能力以及茶湯的存放價值，并且通過利用外源酶技術為茶湯濃縮液的生產提供了一種處理思路，對開發健康食品以及環境資源可持續利用有重要意義。