绿茶茶汤冷冻浓缩研究初报

王志岚，许勇泉，尹军峰，*，叶国注，张瑞莲，杨宇宙，陈建新，汪 芳

（1.中国农业科学院茶叶研究所，农业部茶及饮料植物产品加工与质量控制重点开放实验室，浙江杭州310008；2.中国农业科学院研究生院，北京100081）

绿茶茶汤冷冻浓缩研究初报

王志岚1，2，许勇泉1，尹军峰1，*，叶国注1，2，张瑞莲1，2，杨宇宙1，2，陈建新1，汪 芳1

（1.中国农业科学院茶叶研究所，农业部茶及饮料植物产品加工与质量控制重点开放实验室，浙江杭州310008；2.中国农业科学院研究生院，北京100081）

对绿茶茶汤的冷冻浓缩特性作了初步的研究，探讨了温度、冰相和液相浓度、浓缩比、溶质损失率之间的关系，并对浓缩前后茶汤进行了感官上的比较。结果表明，对于初始浓度为2°Brix的茶汤，茶汤初温5℃，冷冻温度在结晶点附近-4～-5℃时，浓缩效果最好，经浓缩后的茶汤品质稳定。

冷冻浓缩，绿茶，温度

我国是茶叶生产大国，茶饮料的生产方式，发展初期均由饮料公司全程组织生产，而发展的趋势是逐步转向由原料厂商直接生产茶浓缩汁，供应给饮料生产厂商添加配料和水灌装成商品茶水饮料［1］。世界上一些大型的饮料厂商，如可口可乐就运用了这样的生产方式，可最大限度地保持产品质量稳定，节约大量运输费用和生产成本，利于在分销区开设工厂进行生产［2-3］。同时茶浓缩汁还可方便地用于食品和医药添加，并可由市售饮料机或家庭用于含茶饮料的勾兑，快捷方便。因此，高品质的茶浓缩汁和速溶茶粉的加工技术就显得非常重要［4］。适合配制茶饮料的茶浓缩汁，除要求保持原茶叶所具有的色香味外，还要求具有良好的溶解性、澄清度，不易出现混浊或沉淀。传统上采用热蒸发浓缩的工艺来浓缩茶汁，茶叶风味损失大，香气差［5］。冷冻浓缩是当前发展迅速的一种浓缩方式，由于在低温常压下操作，具有可阻止不良化学变化和生物化学变化及风味、香气和营养损失小等优点，特别适用于浓缩热敏性液态食品、生物制药、要求保留天然色香味的高档饮品及中药汤剂等。随着社会对高档产品需求量的增加，冷冻浓缩技术将进一步显示出其优越性及必要性［6］。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

绿茶茶汤 由课题组提供的绿茶速溶茶粉配制。

冷冻浓缩仪器，手持糖度计等。

1.2 实验方法

1.2.1 冷冻浓缩仪器的研制 本实验所用的冷冻浓缩处理设备由中国农业科学院茶叶研究所，农业部茶及饮料植物产品加工与质量控制重点开放实验室自主研制，由东南制冷公司协助制造，仪器示意图如图1所示。该装置利用冷冻液作为冷媒对工作料液进行冷冻浓缩。冷槽有效容积约为10L，旋转刮板带有2个笔直刮刀垂直置于冷槽内部。槽内的工作料液通过桶壁外围的冷冻液制冷，冷冻液由连接的大型制冷设备调节温度。刮板将桶壁上生成的细小冰晶刮入工作料液中，在转轴的搅拌作用下，小冰晶融化，大冰晶成长，不断生成冰晶。

1.2.2 绿茶茶汤的配制 用速溶茶粉按一定比例配制成浓度为2°Brix的绿茶茶汤。

图1 冷冻浓缩实验装置简单示意图

1.2.3 茶汤初温对冰晶纯度的影响 将茶汤进行预冷却，使其初温分别为0、5、10、15℃后，在冷冻温度为-5℃下制冷，分别统计茶汤结晶需要的时间和冰晶中残留茶汤含量。

1.2.4 不同冷冻温度对浓缩效果的影响 将经过预冷却初温均为5℃的茶汤，分别在-3、-5、-8、-10、-12℃下进行冷冻浓缩，每一温度下得出5个不同的结冰量，分离冰晶后，分别测定冰晶和浓缩液的体积和浓度，计算出浓缩比和溶质损失率。

1.2.5 检测方法 用手持糖度计测定茶汤浓度，浓缩比和溶质损失率用以下两个公式进行计算，式中C为浓度，V为体积。采用感官审评的方法对浓缩前后茶汤的风味进行比较。

2 结果与分析

2.1 茶汤初温对冰晶纯度的影响

将茶汤分别置于不同的温度下，使其具有相应的初始温度。再放入仪器中-5℃下制冷，分别统计茶汤结晶需要的时间和冰晶中茶汤残留含量，进行比较分析，结果如表1所示。

表1 茶汤初温对冰晶纯度的影响

茶汤初温为5℃时，结晶的时间较短且冰晶纯度较高。因此，对茶汤做适当的预冷却，不仅可以缩短结晶所需的时间，提高效率，还有利于提高冰晶的纯度。而溶液初温过低，冰晶的生长速度过快，会降低冰晶的纯度。

2.2 不同冷冻温度对浓缩效果的影响

在不同的温度条件下对茶汤进行冷冻浓缩，得到图1～图4。

原始茶汤在冷冻温度0～-3℃冷冻30min以上未发现有冰晶生成，说明此冷冻温度还未达到茶汤的结冰点；在-4℃进行冷冻时，溶液中生成在桶壁上松软、易分离的薄层冰，经刮刀刮下后，悬浮在茶汤表面，成为悬浮冰，且随着冷冻时间的延长，悬浮冰的数量不断增多，冰晶内杂质含量随冷冻温度的降低而增多，其原因在于：冷冻温度降低，冰晶生长速度加快，一方面，会在溶液内形成频繁的强烈干扰，使冰晶生成更多细而密的分枝，夹带更多杂质；另一方面，会加快水分子向固/液界面运动的速度，一旦这个速度超过溶质向界面运动的速度，溶质就会被冰晶包藏。在-8℃及更低的温度冷冻时，茶汤中生成的冰晶主要是附着于桶壁上，迅速生成，且冰层厚度较大，质地坚硬，另外可见少量的冰晶颗粒漂浮于茶汤表面，这是由于溶液广泛成核而使冰晶生长空间受限制导致的。可见，对于初始浓度为2°Brix的茶汤，最佳的冷冻范围是在结晶点附近，为-4～-5℃。

图1是绿茶茶汤在不同温度下进行浓缩时，冰相中浓度的变化情况。从图中可以看出，随着结冰量的增加，冰相中的浓度起初趋于平缓，而后开始增加。而在结晶点温度附近时，冰相中的茶汤残留量远低于冷冻温度较低时的残留量，说明在结晶点温度附近进行浓缩，冰晶中含有的茶汤杂质较少，浓缩效果较好。

图1 冰相浓度在不同温度和结冰量下的变化

图2是绿茶茶汤在不同温度下进行浓缩时，液相中浓度的变化情况。从图中可以看出，随着结冰量的增加，液相中浓度也逐渐增加，最高浓度可达到3.6°Brix，说明浓缩过程顺利。另外，在浓缩初期，不同温度条件下液相浓度差别很大，随着浓缩的进行，均急剧地增加，依次达到浓缩的最大点。

图2 液相浓度在不同温度和结冰量下的变化

图3是在不同温度下进行浓缩时浓缩比的变化情况，可以看出，浓缩初期，冷冻温度越低，浓缩比越高，而后随着结冰量的增加，浓缩比均逐渐增加，最后趋于平缓达到最大浓缩比。

图3 浓缩比与结冰量之间的关系

图4表明溶质损失率随结冰量变化而变化的情况。从图4中可以看出，在相同结冰量条件下，冷冻温度越低，溶质损失率越大；冰晶刚生成时，溶质损失率增加缓慢，而当结冰量增加到一定程度后，溶质损失率随之急剧增加。在整个浓缩过程中，茶汤的结晶点附近，尤其在-5℃下溶质损失率最小，而-12℃时溶质损失率最高，且溶质损失率随着结冰量的增加而增加。结果表明，如果要降低损失率，则需要在结晶点附近进行浓缩。

图4 溶质损失率和结冰量之间的关系

2.3 绿茶茶汤冷冻浓缩前后品质的感官比较结果

经感官比较后得出，浓缩前汤色呈黄绿色，滋味醇爽稍带苦涩，香气稍带熟味；浓缩后的茶汤颜色明显加深，苦涩味加重，且熟味消失。因此，可见浓缩过后茶汤的汤色和滋味均加重，香气略有改变，基本上保持了浓缩前的原有风味，品质稳定。

3 讨论

自上世纪50年代末学者们开始关注冷冻浓缩这一工艺以来，人类对冷冻浓缩技术的研究已有较长的历史。随着众多学者的深入研究及实验设备的不断改进，近年来有关冷冻浓缩技术的研究成果时常见诸报道。Milind V.Rane等［7］和 Durward Smith等［8］分别研究了冷冻浓缩工艺对甘蔗汁和苹果汁的影响，对浓缩前后进行了感官上的比较，发现浓缩后品质稳定，基本保持了浓缩前的原有风味。本实验在自行设计的仪器设备条件下，对绿茶茶汤进行了冷冻浓缩的初步研究，找到了冷冻浓缩的一些规律，这表明了该技术在茶汤中的可行性，为设备的进一步优化和今后的研究提供了一定的指导性。结果表明，对茶汤做适当的预冷却，且冷冻温度位于结晶点附近，冰晶纯度高，浓缩效果好。另外，有文献指出［9］，搅拌速率也是影响浓缩效果的一个重要因素，本实验忽略了搅拌速度的影响，均定为中速转速。

冷冻浓缩技术现已证明其优质可靠，极具市场活力。随着社会的进步，经济的发展，人们生活水平的提高，冷冻浓缩这一低能耗、可生产高质量产品的加工技术具有很大的发展潜力。对冷冻浓缩技术来说，应在提高冰晶纯度、减少固形物损失及降低生产成本方面加以深入研究，这样才能充分发挥其自身的优势。冷冻浓缩在茶饮料的浓缩方面具有很大的应用价值，可以使茶饮料中含有的营养成分与风味物质等得到最大限度的保护。同时，整体的冰结晶又是很好的蓄冷、降温用冷源。这些方面对于保护环境、促进资源的再利用都是很有意义的。

［1］刘松涛.茶饮料市场现状及其发展［J］.食品工业，2003（4）：49-50.

［2］陈谦.茶饮料市场分析初探［J］.福建轻纺，2002（4）：8-10.

［3］罗龙新，尹军峰，钱晓军.茶汁膜分离浓缩工艺与热蒸发浓缩工艺的比较研究［J］.茶叶科学，2000，20（1）：30-35.

［4］丁俊之.充分发挥比较优势，加快发展茶饮料［J］.福建茶叶，1999（4）：38-39.

［5］章忠明.我国茶饮料市场发展现状及趋势［J］.茶叶科学技术，2003（3）：11-12.

［6］冯毅，谭展机.冷冻浓缩在饮料加工中应用的可行性研究［J］.饮料工业，2002（5）：1-3.

［7］Milind V Rane，Siddharth K Jabad.Freeze concentration of sugarcane juice in a jaggery making process［J］.Applied Thermal Engineering，2005，25：2122-2137.

［8］DurwardSmith，CarolRingenberg，Erik Olson.Freeze concentration of Fruit juice［R］.Foodamp;Nutrition Safety，2006.

［9］袁林峰，闵华，黄霞萍.甘蔗汁冷冻浓缩特性研究初报［J］.江西农业学报，2002，14（1）：61-64.

Preliminary study on freeze concentration of green tea

WANG Zhi-lan1，2，XU Yong-quan1，YIN Jun-feng1，*，YE Guo-zhu1，ZHANG Rui-lian1，2，YANG Yu-zhou1，2，CHEN Jian-xin1，WANG Fang1
（1.Tea Research Institute，Chinese Academy of Agricultura Sciences，Key Laboratory of Manufacture and Quality Control of Tea and Beverage Plants，Ministry of Agiculture，Hangzhou 310008，China；2.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）

The characteristics of freeze concentration of green tea were studied，the relationships among the temperature and concentration of ice phase and liquid phase，concentrating ration and rate of solute loss were explored，and the special flavor of the concentrated green tea was compared with that of the unconcentrated.The results showed that for the initial concentration of 2°Brix of green tea，initial temperature of 5℃，freezing temperature of-4～-5℃，concentration effect was the best.

freeze concentration；green tea；temperature

TS272.5+1

B

1002-0306（2011）02-0208-03

2009-11-05 *通讯联系人

王志岚（1985-），女，硕士研究生，主要从事茶叶深加工方面的工作。

公益性行业（农业）科研专项（3-35-15）；浙江省重大科技专项（2008C12038）。