低温液氮粉碎对绿茶粉品质影响.pdf

第 28 卷第 2 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.22562012 年1 月Transactions of the CSAEJan.2012低温液氮粉碎对绿茶粉品质影响杜 冰1，焦艳丽1，江东文2，范媛媛1,3，刘江涛1,4，杨公明1（1.华南农业大学食品学院，广州 510642；2.南海区标准化研究与促进中心，南海 528200；3.顺德进出口检疫检验局，顺德 528303；4.仲恺农业工程学院，广州 510225）摘要：为减少茶叶粉碎过程中热敏性物质损失，提出茶叶低温液氮粉碎的新方法。该论文以绿茶为原料，在粉碎过程中添加液氮，比较常规粉碎与低温液氮粉碎方法处理对绿茶粉品质的影响。结果表明，与常规粉碎法相比，液氮粉碎法的出粉率高，所得的茶粉泡制成的茶汤在色泽、滋味和品质评分上明显占优，其水浸出物中茶多酚、咖啡碱、游离氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖等功效成分的质量分数分别高出 25.12%、10.12%、9.50%、6.75%、12.63%、9.05%；2 种茶粉的香气成分组成基本相同，但液氮粉碎法所得茶的茶粉中法呢烯、橙花叔醇、1H-吲哚、己酸-3-己烯酯、五甲基庚烷、苦杏仁苷、3-甲基丁酸 2-甲基丙酯质量分数分别高出 10.88%、13.70%、14.06%、5.61%、2.08%、24.39%、5.68%。表明液氮粉碎能较好的保留茶粉的品质，为液氮粉碎在绿茶加工中的应用提供参考。关键词：粉碎，液氮，农产品，绿茶，Lab 值，水浸出物，香气成分doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.02.044中图分类号：TS272.3文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-02-0256-05杜冰，焦艳丽，江东文，等.低温液氮粉碎对绿茶粉品质影响J.农业工程学报，2012，28(2)：256261.Du Bing,Jiao Yanli,Jiang Dongwen,et al.Effects of low temperature liquid nitrogen on quality of green tea grindingJ.Transactions of the CSAE,2012,28(2):256261.(in Chinese with English abstract)0引言茶叶的营养十分丰富，到目前为止，茶叶中的化学成分已经分离鉴定的已知化合物有 700 多种，其中包括3.5%7.0%的无机物和 93%96.5%的有机物组成1。其中无机矿质元素约有 27 种，有机化合物主要有蛋白质、碳水化合物、茶多酚、生物碱、有机酸、色素、维生素和皂、醇、酶类等2-3，经研究发现茶叶中的功效成分有增强机体免疫功能、清除自由基、抗癌等保健作用4-7。绿茶由于未经发酵，较多地保留了鲜叶中的天然成分，其中茶多酚和咖啡碱保留 85%以上，氨基酸、维生素以及矿物质的损失也比较少，所以绿茶对人体的保健作用也就更为明显8。在传统饮茶方法中，人体并没有完全吸收茶叶的去全部营养成分，一些不溶或难溶性成分，如维生素 A、K、E，大部分蛋白质，碳水化合物，胡萝卜素及部分矿物质等都大量留存在茶渣中9-10。如将茶叶制成粉茶，可直接应用于茶饮料，促使茶叶的成分的吸收；亦可添加于食品中，可制成茶糕点、茶糖果等，强化其营养，并赋予食品茶风味，又使原来舍弃的膳食纤维等得以利用；粉碎后的绿茶还有助于茶多酚、咖啡碱等成分的提取11-13。收稿日期：2010-12-13修订日期：2011-10-10基金项目：广东省教育部产学研项目（2009B090300138）作者简介：杜冰（1973），内蒙古人，副教授，主要从事食品生物技术与装备研究。广州华南农业大学食品学院，510642。Email:通信作者：杨公明（1950），男，教授，博士生导师，研究方向为农产品加工新工艺与设备、食品中低温加工处理技术。广州华南农业大学食品学院，510642。Email:茶叶中的功效物质和香气成分大多是一些热敏性物质，由于常规粉碎方法在粉碎过程中产生大量的热，从而导致茶叶中有效成分和香气成分的挥发或损失，同时茶色素的氧化分解、发生褐变等。目前茶叶粉碎技术主要有常规粉碎、超细粉碎、超微粉碎等。液氮低温粉碎技术是在 20 世纪 50 年代末随着液氮大量生产而形成的一门高新技术14。近年来，液氮低温粉碎在食品加工中开始应用，采用液氮低温粉碎食品可以得到微细粉末，并且挥发成分不会损失，也不会由于发热而使食品变味、营养成分下降15-16。目前液氮粉碎已开始应用于中药材、抗生素、甲壳素等的加工中17。本研究采用自主研制的液氮粉碎设备，控制粉碎温度，通过液氮的低温、排氧作用和冷脆现象来进行绿茶的粉碎，以求提高粉碎后茶叶的品质，并比较普通粉碎与液氮粉碎在粉碎前后对绿茶的性质及品质的影响。1材料与方法1.1材料与仪器1.1.1材料及试剂绿茶，（夏茶、普通等级），购买于兴宁市南华现代农业有限公司；福林酚、茶氨酸，广州市齐云生物技术有限公司；咖啡碱，中国药品生物制品检定所；考马斯亮蓝 G-250、牛血清白蛋白，北京鼎国生物技术有限责任公司；茚三酮、甲醇、碳酸钠、碱式醋酸铅、盐酸、硫酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、苯酚、蔗糖等均为分析醇。1.1.2主要仪器液氮粉碎机，华南农业大学食品学院中低温食品加第 2 期杜冰等：低温液氮粉碎对绿茶粉品质影响257工研究中心研制，配有液氮自动温控和定量液氮喷雾系统（图 1）。普通粉碎机为 DMF-25B 流水式粉碎机，浙江省温岭市明大机械设备有限公司。色差计 TC-PG，北京奥依克光电仪器有限公司；TRACE GC-MS 气质联用仪，美国 Finnigan 公司；752N 型紫外线可见光光度计，上海精密科学仪器有限公司；HH-4 型数显恒温水浴锅，金坛市富华仪器有限公司；PL203 电子分析天平，中国梅特勒-托利多(常州)称重设备系统有限公司；SHZ-型循环水真空抽虑机，上海亚荣生化仪器厂。图 1低温液氮粉碎机Fig.1Liquid nitrogen pulverizer1.2试验方法1.2.1工艺流程分别称取 200 g 低值绿茶，置于筛网目数依次为 20、40、60、80、100 目的普通粉碎机和液氮粉碎机中进行粉碎，10 min 后称量粉碎机布袋中茶粉质量。考虑到粉碎机进料的稳定性，试验中每个处理都进行了 5 次重复。对 2 种粉碎机粉碎后茶粉（60 目）的色泽（Lab 值）、滋味物质和功能成分含量以及香气成分含量进行测定，分析对比 2 种粉碎机对茶叶的粉碎效果。1.2.2粉碎机运行参数1）DMF-25B 流水式粉碎机电压：220 V；主轴转速：2 800 r/min；电机功率：1 500 W。2）低温液氮粉碎机电压：220 V；主轴转速：2 800 r/min；电机功率：1 500 W；通氮量：200300 mL/100 g。1.3测定方法1.3.1出粉率100(g)g)()%(粉碎前茶叶的质量过筛后茶粉的质量出粉率1.3.2茶汤色泽测定色泽参数：L 值（Lightness，亮度），在 0100 之间，0 表示黑色，100 表示白色；a 值（Redness，红色度），表示红绿之间的色泽，100 为红色，-80 为绿色；b 值（Yellowness，黄色度），表示黄蓝之间的色泽，100 为黄色，-80 为蓝色。分别准备 3 份质量为 5 g 的茶粉，加沸蒸馏水 240 mL冲泡 5 min，趁热用双圈 102 滤纸过滤，滤液冷却至室温后定容至 250 mL。以蒸馏水为对照，用奥依克 TC-PG色差计测定茶汤色差18。1.3.3感官评价按照 GB/T 23776-2009 茶叶感官审评方法进行。1.3.4滋味成分分析水浸出物含量测定 GB/T 8305-1987（全量法）茶多酚含量测定 GB/T 8313-2008（福林酚测定法）咖啡碱含量测定 GB/T 8312-2002（紫外分光光度法）游离氨基酸总量测定 GB/T8314-2002（茶 游离氨基酸总量测定）可溶性糖含量测定（苯酚硫酸法）可溶性蛋白质含量（考马斯亮蓝法）1.3.5香气成分分析（固相微萃取法）1）香气提取19取样品 5.0 g 于 50 mL 密封顶空样品瓶中，在 40水溶中用固相微萃取纤维头 CAR/PDMS 75 m 顶空萃取30 min，然后在 230条件下解吸 3 min 进样。2）香气分析20GC 条件：色谱柱HP-1(30 m 0.25 mm)程序升温：50(10 min)120（2 min），升温速率 3/min，120180（10 min），升温速率 5/min。进样口温度：200MS 条件：电离方式 EI，轰击电压 70 eV，扫描范围：35335 amu。1.4数据处理方法使用 Excel 做数据显著性及误差等分析2结果与分析2.1液氮粉碎与常规粉碎处理对茶叶粉碎效果的比较常规粉碎与液氮粉碎对绿茶粉碎效果如图 2 所示。由图 2 分析对比可知，在不同粉碎度下进行茶叶的粉碎，液氮粉碎机的出粉率均比常规粉碎机的出粉率要高，且随着茶粉粒径的增加，两机出粉率差异更为明显。由于流加液氮产生的低温冷脆的现象，使茶叶更容易粉碎，且粉碎效率更高。图 2两种粉碎方法对茶叶粉碎效果的比较Fig.2Comparison of the effect of two crushing method农业工程学报2012 年2582.2液氮粉碎与常规粉碎处理绿茶茶汤色泽变化研究表明14，绿茶茶汤明暗度表征量 L 值与感官汤色评分、滋味评分和品质总评分呈显著正相关。红绿色度表征量 a 值、黄蓝色度表征量 b 值与绿茶汤色、滋味及品质总评分均呈显著负相关。如图 3，分析对比 2 种粉碎机制备的 60 目茶粉，通过单因素方差分析，可知茶汤1（液氮）的 L 值显著高于茶汤 2（常规）（p0.01），其 a 值小于茶汤 2，b 值显著小于茶汤 2（p0.01）。可见，由于液氮带来的低温和排氧的作用，使绿茶的色素保留率更高，利用液氮低温粉碎后的茶粉所制备的茶汤汤色优于普通粉碎机制备的茶粉。图 3两种粉碎方法处理绿茶后茶汤 Lab 值的比较Fig.3Comparison of the Lab value of green tea beverage aftertwo crushing method2.3液氮粉碎与常规粉碎处理对绿茶茶汤感官的影响对液氮粉碎与常规粉碎处理对绿茶茶汤进行感官评价，如表 1 可知，液氮粉碎后取过 60 目的茶粉其色泽（p0.01）、汤色（p0.01）上明显优于常规粉碎法茶粉，而其茶汤的香气和滋味（p0.05）也好于常规粉碎法。从评审结果可以看出，和常规粉碎法比较，液氮粉碎得到茶粉的感官品质好（p0.01）。表 1两种粉碎方法处理后茶粉的感官评价比较Table 1 Comparison of sensory quality of green tea powder aftertwo crushing method干燥方法 色泽（评分）香气（评分）滋味（评分）汤色（评分）总分液氮粉碎淡绿鲜亮（90）纯正带清香（87）鲜爽醇和（86）黄绿、明亮（88）88常规粉碎淡绿（81）尚醇带清香（85）醇和（83）黄绿、欠明亮（83）83.52.4液氮粉碎与常规粉碎处理对茶叶主要滋味物质和功效成分的影响茶叶中能溶于热水的可溶性物质统称为水浸出物。其含量在一定程度上反映了内含成分的多寡，也反映茶汤的厚薄和浓淡，与茶叶品质呈正相关21。含量越高，茶汤浓度越高，越耐泡。茶多酚、咖啡碱、茶蛋白、茶多糖、咖啡碱、茶氨酸等是茶叶的主要功效成分，赋予茶叶降血糖、降血脂、降血压、抗血栓、增强机体免疫力、抗氧化、抗菌和抗辐射等生理功能，其含量与茶汤滋味的鲜度密切相关，与绿茶品质呈正相关22。因此，此功效成分的含量常作为主要指标来衡量茶叶的品质。由图 4 分析可知，分析对比 2 种粉碎机制备的 60 目茶粉，与常规粉碎法得到的茶粉相比，液氮粉碎法得到的茶粉中浸出物（p0.01）、茶多酚（p0.01）咖啡碱（p0.05）、游离氨基酸（p0.05）、可溶性蛋白（p0.05）、可溶性糖（p0.05）都明显高于常规粉碎法，质量分数分别提高了 25.12%、10.12%、9.50%、6.75%、12.63%、9.05%。说明，同样由于液氮的低温排氧作用，液氮粉碎法比常规粉碎法能更好地保持茶叶中的功效物质和滋味物质。图 4茶叶主要滋味物质和功效成分的变化Fig.4Change of the composition of the material and efficacy ofgreen tea after two crushing method2.5液氮粉碎与常规粉碎处理对茶叶香气成分的影响利用顶空萃取法分别提取液氮粉碎与常规粉碎取过60 目的茶粉的香气成分，然后进行 GC-MS 分析，茶粉的香气成分气成分如表 2 所示。表 2两种粉碎方法处理后茶粉主要香气成分质量分数比较Table 2Comparison of relative content of main aromacompositions of green tea powder after two crushing method%香气组分液氮粉碎茶粉常规粉碎茶粉五甲基庚烷 C12H263.433.363,7-二甲基-1,3,7-辛三烯；罗勒烯 C10H1624.3426.08反式-氧化芳樟醇 C10H18O21.251.36芳樟醇；沉香油萜醇；伽罗木醇 C10H18O2.152.32-乙烯基-1,1-二甲基-3-亚甲基环己烷C11H1821.1522.1苦杏仁苷 C8H7N2.041.64顺-3-己烯基丁酯 C10H18O21.731.73丁酸己酯 C10H20O21.221.22三丁酸甘油酯 C21H38O60.52-甲基丁酸-3-己烯酯C11H20O21.661.722-甲基丁酸己酯 C11H22O20.80.84辛酸 3-甲基丁酯 C13H26O21.751.711H-吲哚 C8H7N4.363.84硝基苯乙烷 C8H9NO21.251.11己酸-3-己烯酯 C12H22O23.953.74己酸己酯 C12H24O21.262.322-甲基-丙酸-2-苯氧代乙酯 C12H16O20.610.583-甲基丁酸;2-甲基丙酯 C13H18O21.861.76（E,E）法呢烯 C15H240.45法呢烯 C15H2416.2114.62橙花叔醇 C15H26O8.37.3-紫罗酮 C13H20O0.48绿叶烯 C15H240.350.47反式-绿叶烯 C15H240.49第 2 期杜冰等：低温液氮粉碎对绿茶粉品质影响259由表 2 可知，2 种方法粉碎后的茶粉的香气物质组成特点为：萜烯、酯类含量较高，其他香气物质含量较少。在常规粉碎茶粉有 21 种主要香气成分，与常规粉碎茶粉香气成分相比，液氮粉碎茶粉中的香气成分在组成上基本相同，但各成分含量却有不同程度的变化。如罗勒烯、2-乙烯基-1，1-二甲基-3-亚甲基环己烷、芳樟醇质量分数分别降低 6.68%、4.30%、6.52%；法呢烯、橙花叔醇、1H-吲哚、己酸-3-己烯酯、五甲基庚烷、苦杏仁苷、3-甲基丁酸 2-甲基丙酯质量分数分别上升 10.88%、13.70%、14.06%、5.61%、2.08%、24.39%、5.68%。法呢烯、橙花叔醇、己酸-3-己烯酯等为绿茶特征香气的主要成分23，在液氮粉碎茶粉中的含量高于常规粉碎茶粉。可见，液氮粉碎工艺更有利于保持低值绿茶的征香气。此外，在高温情况下，热敏性的香气组分特别容易受影响24，如不饱和脂肪酸氧化降解生成一些脂肪族醇、醛物质，-胡萝卜素热降解生成 -紫罗酮等物质25-26。由表 2 可知，从常规粉碎工艺得到的茶粉中检测到的芳樟醇氧化物要比液氮粉碎茶粉多 8.10%，且在其中还检测到-紫罗酮成分，使得绿茶带有焦香味，进一步说明，液氮粉碎法因低温冷脆作用很好保持绿茶的热敏性香气组分。该粉碎方法工艺简单，特别是液氮作为空气液化分离的最大宗产品，随着人们对氧气需求量的增加，价格直线下降，已从十年前的每升 20 多元降为规模使用的 1.0元左右，为商业利用提供了空间27，为液氮低温粉碎工业化生产提供了可能。3结论分析对比低温液氮粉碎和常规粉碎方法处理绿茶后出粉率、茶汤颜色、溶出物及香气成分得出，在大于40 目后液氮粉碎法对茶叶粉碎效率明显高于常规粉碎法。茶叶经 2 种方法粉碎后制成的茶汤，茶汤 1（液氮）的汤色优于茶汤 2（常规）；过 60 目后，与常规粉碎茶粉相比，液氮粉碎得到的茶粉中功效成分如浸出物、茶多酚、咖啡碱、游离氨基酸、可溶性蛋白、可溶性糖等质量分数分别提高了 25.12%、10.12%、9.50%、6.75%、12.63%、9.05%，香气成分如法呢烯、橙花叔醇、己酸-3-己烯酯、1H-吲哚等分别提高 10.88%、13.70%、5.61%、14.06%，且热敏性的香气组分 -紫罗酮、芳樟醇氧化物等更不易发生氧化，说明液氮粉碎法能够很好地保持茶叶的品质。参考文献1余芳.富硒绿茶功能成分的抗氧化和抗肿瘤作用及其机理研究D.南京：南京农业大学，2007.Yu Fang.Studies on the Mechanism of Antioxidant andAntitumour Activities of Functional Compositions fromSelenium-Enriched Green TeaD.Nanjing:Nanjing AgriculturalUniversity,2007.(in Chinese with English abstract)2Sun Su,Xu Hairong.Effects of proteinase treatment onquality components of green tea extractsC/InternationalTea symposium,2005:462466.3Price K R,Rhodes M J C,Barnes K A.Flavonol 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ofInstant Green Tea by Headspace Absorption and Tea LiquidAbsorptionJ.Journal of Hunan Agricultural University:Natural Science,2001,27(6):469471.(in Chinese withEnglish abstract)25 Mitsuya S,Hiroko S,Hudeki S,et al.Comparison of the odorconcentrates by SDE and adsorptive column method fromgreen tea infusionJ.Agric Food Chem,1995,43(6):16211625.26 Mosandl A.Capillary gas chrom atography in qualityassessmentof flavors and fragrancesJ.Chromatogr,1992,624(2):267292.27 姚春臣.浅谈液氮在材料热处理中的应用J.机械工人热加工，2005(9)：4748.Yao Chunchen.The application of liquid nitrogen inmaterials heat treatmentJ.Machinist Metal Forming,2005(9):4748.(in Chinese with English abstract)第 2 期杜冰等：低温液氮粉碎对绿茶粉品质影响261Effects of low temperature liquid nitrogen onquality of green tea grindingDu Bing1,Jiao Yanli1,Jiang Dongwen2,Fan Yuanyuan1,3,Liu Jiangtao1,4,Yang Gongming1(1.College of Food Science,South China Agriculture University,Guangzhou 510642,China;2.Nanhai Standardized Research andPromoting Center,Naihai 528200,China;3.Shunde Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Shunde 528303,China;4.Zhongkai University of Agriculture and Engineering,Guangzhou 510230,China)Abstract:In order to reduce the loss of thermal sensitive materials,a new method to grind green tea with lowtemperature liquid nitrogen was studied.Liquid nitrogen was added in the pulverizing green tea which as the researchobject in this study.The qualities of green tea pulverized by the liquid nitrogen pulverizing and conventional crushingmethod were compared.The results showed that,compared with the traditional crushing,the rate of powder pulverizedwith liquid nitrogen was higher and the qualities of color,taste and sense of the tea were higher.The hydrosolublematerials including the tea polyphenol,caffeine,the free amino acids,soluble protein,soluble sugar contents wererespectively improved by 25.12%、10.12%、9.50%、6.75%、12.63%、9.05%after liquid nitrogen pulverizing.GC-MSanalysis showed that the most aroma compositions of tea powder processed by the two kinds of crashing method werealmost the same,but the contents of farnesene,nerolidol,1H-indole、hexanoicacid-3-hexene ester,2,2,4,4,6-Pentamethylheptanes,amygdalin and 3-methyl butyric acid/2-methyl propyl ester were higher by 10.88%、13.70%、14.06%、5.61%、2.08%、24.39%、5.68%respectively for the liquid nitrogen pulverizing.This study results indicate that grinding withliquid nitrogen can maintain good quality of tea,and can provide a reference for green tea processing with liquidnitrogen pulverizing.Key words:crushing,liquid nitrogen,agr