高咖啡碱速溶茶粉的膜分离制备及其能量饮料开发

吴劼

（大闽食品（漳州）有限公司，福建 漳州 363000）

高咖啡碱速溶茶粉的膜分离制备及其能量饮料开发

吴劼

（大闽食品（漳州）有限公司，福建 漳州 363000）

能量饮料市场发展迅速，带动了咖啡碱的市场需求。因此，研发一套制备高咖啡碱速溶茶粉的生产工艺，具有很好的市场前景和应用价值。本文以大宗绿茶为生产原料，采用膜分离法实现速溶茶粉中功能成分咖啡碱的富集，工艺简单可行。此外，试以高咖啡碱速溶茶粉为原料，配合其它辅料可开发出一款提神醒脑的绿茶类能量饮料。该产品风味怡人、安全健康，符合市场发展需求。

绿茶；能量饮料；咖啡碱；膜分离

咖啡碱（Caffeine），又名茶素或咖啡因，1827年由Oudry首次在茶叶中发现，是茶叶中含量最高的生物碱，一般含量为2%～4%，是茶叶特征性物质之一[1]。众多研究表明，咖啡碱具有兴奋神经中枢，消除疲劳，助消化，减弱酒精、烟碱、吗啡等物质的毒害，增加肾脏血流量，利尿和强身等作用[2-4]。因此，咖啡碱在食品（主要是饮料行业）和医药保健品行业得到了广泛的应用。

近年来，含有咖啡碱成份的能量饮料市场发展迅速，推动了咖啡碱的市场需求。因此，研发一套生产制备高咖啡碱速溶茶粉的工艺，具有很好的市场前景和应用价值。目前，从茶叶中提取制备咖啡碱的传统方法主要有溶剂萃取法、升华法和离子沉淀法[1,5]。21世纪，消费者更加青睐产品的自然与健康、绿色与环保。传统的咖啡碱制备方法涉及到有机溶剂、金属离子及无机酸的使用，已体现不出竞争优势。膜分离是20世纪60年代后迅速崛起的一种分离新技术，兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，被国际上公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途，甚至会导致一次工业革命的重大生产技术[6-8]。本文将以膜分离技术为主，实现咖啡碱在速溶茶粉中的富集，使之达到10%～20%的含量，同时以此为载体，配合其它辅料开发一款绿茶类能量饮料，其将具有广阔的市场应用前景。

1 材料与方法

1.1材料与设备

绿茶由闽东地区的绿茶种植基地提供；儿茶素及咖啡碱标品系中国药品生物制品检定所提供，纯度≥98%；其余均为色谱纯或分析纯试剂。速溶茶粉生产机械（茶叶提取罐、卧螺离心机、碟式离心机、反渗透膜、喷雾干燥塔）为大闽食品（漳州）有限公司配备；膜分离组件由三达膜科技（厦门）有限公司提供。2795高效液相色谱（美国Waters公司）；Luna 5u Pheny1-Hexy1色谱柱（250 mm× 4.60 mm，5micron，广州菲罗门科学仪器有限公司）；ATAGO MASTER-53M手持折射仪（上海人和科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 高咖啡碱速溶绿茶粉工艺流程及操作要点

工艺流程：绿茶→水相浸提→离心→超滤1→超滤2→反渗透→喷雾干燥→高咖啡因速溶绿茶粉。操作要点：取5 kg绿茶原料，料液比：1:6，浸提温度：90℃，浸提次数：2次，浸提时间：1 h，浸提过程中不停搅拌，碟式分离。浸提液先经15000分子量超滤膜分离，截留各种可溶性大分子（如多糖、蛋白质、胶体等物质），然后经不同分子量膜进一步分离，最后反渗透膜浓缩，实现咖啡因在速溶绿茶粉中的富集。

1.2.2 饮料工艺流程及操作要点

工艺流程：糖溶→过滤→调配罐→调配→过滤→UHT杀菌→填充→包装。操作要点：将维生素溶液（将所需维生素65℃软化水热溶，混匀趁热过滤，加入稳定剂和防腐剂备用）、糖浆（将所需糖味剂单独加80～85℃软化水，搅拌5 min左右，完全溶解后经200目过滤）、酸味剂（将酸味剂加60～70℃软化水，搅拌5 min直至完全溶解后经200目过滤）、速溶茶粉溶液（称取一定量的高咖啡碱速溶绿茶粉，加50℃软化水，搅拌完全溶解，经200目过滤）和香料溶液（将所需香料，添加60～70℃软化水，搅拌5 min直至完全溶解后经200目过滤）倒入调配罐中，用软化水定容，得混合料液。分别进行糖度、pH值检测及感官审评，合格后经200目过滤，备用。采用UHT杀菌，杀菌温度：110±2℃，杀菌时间：8 s。当浆料的温度降至85℃左右时，便可灌装，趁热灌装起到防止杂菌污染的作用，并对防止产品变质有利。产品冷却到35℃，擦瓶、包装入库。

1.2.3 辅料的选择及配方

牛磺酸（taurine）：1100 mg；葡萄糖醛酸内酯（glucuronolactone）：600 mg；咖啡碱：80 mg，来自高咖啡因速溶绿茶粉；烟碱酸（niacin，又称为维生素B3）：20 mg；维生素B6（vitamin B6）：5 mg；泛酸（pantothenic acid，又称为维生素B5）：5 mg；维生素B12（vitamin B12）：0.005 mg；果糖（sucrose）：21.5 g；葡萄糖（glucose）：5.25 g。

1.2.4 理化检测

高咖啡因速溶绿茶粉及绿茶类能量饮料理化检测方法见表1。

表 1 高咖啡碱速溶绿茶粉和绿茶类能量饮料理化检测方法Table 1 Physical and chemical analysis of instant green tea powder with high caffeine and green tea energy drink

2 结果与讨论

2.1微孔滤膜的孔径筛选

膜具有选择性分离功能，其孔径一般为微米级，依据孔径的不同或称为截留分子量，可实现料液的不同组分分离、纯化和浓缩。茶叶浸提澄清液经15000分子量过滤除杂后，比较不同分子量膜分离与富集咖啡碱的影响。由不同微孔滤膜透析液中咖啡碱和儿茶素（EGCG、ECG、EGC、C和EC）的含量检测结果可以看出，对照液中咖啡碱/儿茶素比值为0.38；膜通透量1000以内时，透析液中咖啡碱/儿茶素比值上升，说明咖啡碱透过比例大，能起到富集咖啡碱的作用效果；在膜通透量2000和3000时，该比值无明显变化，表明咖啡碱和儿茶素具有等同的透析效果，未起到富集咖啡碱的作用效果（见表2）。虽然膜通透量200和500为最佳，但咖啡碱透析率太低，不宜实现工业化生产；分子量1000，咖啡碱/儿茶素比值0.99，咖啡碱透析率超过50%，易生产，得率高，且能实现咖啡碱成分的富集。因此，本文选择分子量1000微孔滤膜作为分离富集咖啡碱的主要膜。

表 2 不同微孔滤膜透析液中咖啡碱和儿茶素检测结果Table 2 Contents of caffeine and catechins in different microporous filtering film dialysates

2.2 高咖啡碱速溶茶粉的产品特征

本文结合现有速溶茶粉浸提制备工艺，采用膜分离法制备高咖啡碱速溶茶粉（咖啡碱含量在10%～20%），主要用到超滤膜、纳滤膜及反渗透膜。此生产工艺与传统溶剂萃取法、升华法及沉淀法相比，工艺简单可行、绿色环保，且可降低生产成本。感官审评表明，高咖啡碱速溶茶粉呈浅绿黄色，可溶于常温水，香气纯正，滋味醇和，其咖啡碱含量为14.23%。该速溶茶粉含有一定量的儿茶素，其中简单儿茶素EGC为5.58%，酯型儿茶素EGCG达2.16%。由此表明该法制备高咖啡碱速溶茶粉还存在一定局限性，无法实现咖啡碱更高纯度的富集。但该咖啡碱含量产品可应用于能量饮料的开发，且产品安全营养、工艺绿色环保。

2.2 绿茶类能量饮料的产品特征

绿茶类能量饮料色泽亮黄色，澄清透亮，无肉眼可见杂质，具有浓郁的杂果香气，愉悦刹口，且略带绿茶滋味，无异味，风味纯正，酸甜爽口，市场应用前景广阔。可溶性固形物含量（以折光计）≥10%，还原糖≥9%，咖啡因含量≥1.2 mg/mL，重金属含量符合GB11671-2003，食品添加剂符合GB2760-2011。微生物检测表明，细菌总数≤100个/mL，大肠菌群≤3个/100 mL，霉菌和酵母≤100个/mL，致病菌未检出。通过37℃恒温加速试验，观察比较该绿茶能量饮料在30 d内的感官稳定性、受微生物污染程度的情况。结果表明该绿茶能量饮料感官品质、pH值及微生物数量基本保持稳定（见表3），据此认为本产品保质期可达18个月。

3 结论

3.1 研究确立了高咖啡碱速溶绿茶粉的工艺制备方案，通过膜分离法（通透量1000）可制得咖啡碱含量10%～20%的速溶绿茶粉。

3.2 该高咖啡碱速溶绿茶粉可应用于能量饮料的开发。通过与其他辅料调配后可制得一款提神醒脑的绿茶类能量饮料，其色泽亮黄，澄清透亮，无肉眼可见杂质，具有浓郁的杂果香气，愉悦刹口，且略带绿茶滋味，风味纯正，酸甜爽口。

3.3 绿茶能量饮料的加热稳定性研究表明该产品保质期可达18个月，符合市场发展需求，应用前景广阔。

表 3 绿茶类能量饮料加速稳定性试验结果Table 3 Results of accelerated stability test on green tea energy drink

[1] 袁新跃,江和源,张建勇.茶叶咖啡碱提取制备技术[J].中国茶叶,2009,31(10):8-10.

[2] 钟美,陈黄锰,刘浩丹,等.茶叶中咖啡碱的功效与提取方法概述[J].中国民族民间医药杂志,2008,17(11): 16-17.

[3] 杨巍.咖啡碱的药理作用与开发利用前景[J].茶叶科学技术,2006,(4):9-11.

[4] 罗敏.咖啡碱的药理功效与分离提取的研究进展[J].广州化工,2013,41(11):39-41.

[5] 刘家红.茶叶有效成分提取分离技术研究进展[J].南方农业,2010,(5):99-101.

[6] 赵文峻.膜分离技术在食品饮料行业中的应用[J].中国新技术新产品,2011,(5):5-6.

[7] 韩虎子,杨红.膜分离技术现状及其在食品行业中的应用[J].食品与发酵科技,2012,48(5):23-26.

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Process of High-caffeine Instant Tea Powder by Membrane Separation and Its Application in Energy Drink

WU Jie

（Damin Foodstuff（Zhangzhou） Co., Ltd.，Zhangzhou，Fujian 363000，China）

The fast development of energy drinks stimulates the market demand of caffeine. Hence, the processing technology of instant tea powder with high caffeine would have a good market prospect and valuable applications. In this paper, caffeine was enriched in the instant tea powder with membrane separation, and the procedure was simple and feasible. Moreover, green tea energy drink used in refreshing the mind was explored by allocating the high-caffeine instant tea powder with other auxiliary materials. The product tasted pleasant and ensured safety and health, which was in line with market development demands.

green tea, energy drink, caffeine, membrane separation

吴劼（1985-），女，助理工程师，主要从事茶叶深加工。Email: 259206603@qq.com