“十三五”期间我国茶叶深加工科技发展报告

左小博，孔俊豪*，杨秀芳*，刁春华，苏小琴，涂云飞，翁淑

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016； 2.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016；3.海西茶叶深加工研究所，福建漳州 363007）

茶叶深加工突破了茶叶传统冲饮消费模式的束缚，促进了茶叶产品形态、消费方式、结构品类和应用途径的本质性变革，有效提增了茶叶产品消费且延伸了茶产业链。“十三五” 期间，我国经济发展水平稳步提升，伴随大众对产品健康功效不断追求所推动的新一轮消费升级，以及供给侧结构性改革的深入发力，传统茶产业技术薄弱、产品附加值低等问题逐渐凸显，是我国茶产业高质量发展面临的现实挑战。 近年来，全球茶叶深加工产业快速发展的实践证明，在当前茶产业结构失衡、产能过剩新形势下，茶叶深加工和跨界开发应用仍是承载茶产业提档升级的重要途径，是转变生产发展方式的主流趋势，是实现茶产业结构优化和高质量发展的必然要求。

1 我国茶叶深加工产业现状

近年来，我国茶叶深加工产业经历了快速发展，产业升级规模逐步扩大。 以提取物（速溶茶、茶浓缩液、茶多酚、茶黄素、茶氨酸等）和全茶粉（抹茶、超微茶粉）为主导的茶制品加工产业集聚优势明显，产业整体技术居于世界领先水平，带动了我国茶资源综合利用率稳步攀升。 据统计，我国茶叶深加工消耗了15 万吨的茶叶原料（约占我国茶叶总产量的8%~9%），产业规模已达1200 多亿元，占我国茶产业总体规模的三分之一，经济效益和社会效益显著，但仍有较大发展空间[1]。 在茶叶功能成分提制领域，“十三五” 初期我国茶多酚（Tea polyphenols，TP）市场销售总量已达3233 吨，其中60%以上销往国外，全年总产值达8.98 亿元，广泛用于日化工业、保健品、食品添加剂等领域。 速溶茶年生产量2019 年已超2 万吨，产值达12~15 亿元[2]。

“十三五” 以来，随着 “食品添加剂与配料绿色制造关键技术研究及开发”“现代茶制品加工与贮藏品质控制关键技术及装备研发”“茶叶产品质量安全控制技术及健康功能评价应用示范” 等国家重点研发计划逐步实施，茶叶深加工技术创新进入攻坚期。 同时技术标准体系、科技创新应用不断完善和推进，茶制品产业技术水平和发展格局历经多次重构调整，产业链完整度和供应链体系趋于稳定。

2 茶叶成分提制技术发展

我国茶叶活性成分提取产业经过多年的积累取得了长足发展，而茶叶活性成分提制及分离纯化作为深加工领域的研究基础稳步推进。 “十三五” 期间已基本形成了功能成分开发如茶多酚、儿茶素 （Catechins）、 茶氨酸 （Theanine）、 茶黄素（Theaflavins，TFs）、茶多糖（Tea polysaccharides）、茶皂素（Tea saponin，TS）等关键活性成分协同发展新格局，相应提制技术和产品品质有了大幅改观。 茶叶功能成分提制技术由先前单一追求产品纯度，逐步转变到全面考虑绿色属性、节能降耗、生产效率、生态环境效益等综合指标上来[2]。 比如，通过高新化学工程及生物酶法技术对茶资源活性成分分离纯化，较大程度保证了目标产物提取率和功效特性，同时采用物理加工、非有机溶剂提取等绿色手段也降低了产品溶剂残留及潜在安全风险。

茶制品加工应用是发展茶叶深加工的重要抓手。 伴随消费升级，对茶制品质量安全要求越来越专一化和精细化，对于绿色高效分离制备技术的发展也提出了新要求。“十三五” 期间针对茶多酚、茶黄素等茶制品中可能存在的有害溶剂残留，创新茶叶功能成分和速溶茶绿色高效提制技术。 中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院（以下简称中茶院） 茶叶深加工研究团队构建了以纯水和食品级溶剂（如水、醇、有机酸等）、医药级填料分离富集，柱色谱、膜分离等新技术相结合的儿茶素及茶黄素绿色高效提制技术，避免了传统技术中采用氯仿、甲醇等有害溶剂所带来的安全风险，显著提高了回收率和产品纯度，更好满足市场的差异化需求。 近年来，随着技术演变和发展，茶叶活性成分的提制效率和产品品质进一步提高[3]。 传统的有害有机溶剂分离萃取技术逐步被使用食品级酒精或水等绿色分离介质而替代，纯化过程也更加突出工艺绿色属性和生态环境效益。

3 茶叶成分功效评价

医疗保健及生命健康产业是 “后疫情时代” 最具生命力的朝阳产业。 随着快速检测技术和研究方法创新，国内有关茶资源活性成分功效及作用机理的研究得到了长足发展[4]。 尤其结合代谢组学、基因组学、蛋白组学等现代仪器分析技术，TP、茶氨酸、TFs 等与机体免疫、健康相关的最新研究成果正在改变现代消费理念，也为茶叶深加工产品拓展市场提供了理论基础[5]。 诸多研究通过细胞模型和动物模型，进一步揭示了茶氨酸、儿茶素、TFs 延缓衰老和预防神经退行性疾病的内在功效及作用机理，为茶叶提取物在大健康领域的应用提供了理论依据[6]。 近年来利用儿茶素对壳聚糖、透明质酸、海藻酸盐、蛋白质、多肽、明胶等天然生物大分子的接枝改性，进而与金属离子配位交联开发出多功能水凝胶，并应用于医药健康领域的研究也多见报道[7-8]。 TP 可用于水凝胶材料以提供水分保持、防止氧化以及TP 持续释放特性[9]。 同时，TP 能够发挥孢菌素STS 诱导的神经保护作用，可消除不良反应并保护了神经元形态[10]。

TFs 作为红茶最主要的品质成分与功效组分，含量一般在0.5%~2%。 TFs 也被证明有助于预防肥胖，研究发现茶黄素单体（Theaflavin-3，3'-digallate，TF3） 可显著减少肝细胞中脂质积累，直接结合并抑制血浆激肽释放酶（PK）活性[11]。 口服TFs 给药对体内脂肪和肌肉具有有益功效，与安慰剂相比，TFs 给药显著改善了体脂百分比、皮下脂肪和骨骼肌百分比[12]。 此外，研究发现[13]TFs 对高脂饮食及糖尿病大鼠糖蛋白含量和三羧酸循环酶具有潜在保护作用。 TFs 在指标上产生的功效与二甲双胍相当，表明TFs 具有替代商业药物并减少毒副作用的潜力[14]。 此外，PARK 等[15]研究了高含量TFs 茶叶提取物通过调节脂质代谢来诱导皮下脂肪形成的机理，证明TFs 具有护肤功效。

在食品营养学、临床医学、分子组学、生物信息学等研究手段快速发展之下，关于TP 及TFs 抗肿瘤、 防治心脑血管疾病等功效及其应用于医药保健的研究多有报道。 TFs 对脑损伤的神经保护作用及潜在分子机制也被逐步阐明，结果显示TFs 可能是治疗缺血性中风的潜在药物之一[16]。TP也可抑制氧化损伤和肝细胞凋亡[17]。 表没食子儿茶素没食子酸酯（（- ）-epi -gallocatechin -3 -gallate，EGCG）和表儿茶素没食子酸酯（（-）-epicatechin -3 -gallate，ECG） 在预防proMMP -9 和MMP-9 活性中起关键作用。 此外，有研究表明高温处理的绿茶提取物对人体微血管内皮细胞中活性氧（ROS） 和淀粉样β 蛋白减少具有显著作用[18]。 动物学及流行病学研究表明TP 可以发挥抗炎、抗氧化以及促凋亡作用，从而抑制碳代谢物抑制蛋白（CRC）生长和转移[19]。在肿瘤抑制方面，TFs在体外能选择性诱导肿瘤细胞凋亡，其浓度显示出最大治疗效应[20]。EGCG 在体外和体内均可抑制子宫平滑肌瘤细胞的生长，45%含量的EGCG 被证明具有临床活性且无副作用。 口服EGCG 和cGMP 诱导剂可上调Toll 蛋白表达，增加巨噬细胞cGMP 内水平，并抑制Elf-1 表达[21-22]。 共聚焦荧光显微镜和细胞毒性实验则证实TP 负载磷酸钙纳米球具有高效内化作用并且对靶细胞具有杀伤作用。“十三五” 期间，多项研究显示了茶叶提取产物尤其是EGCG 具有抗肿瘤活性，但仍需进一步揭示其内在作用机制[23]。EGCG 在骨骼肌中具有直接的NOS 依赖性血管舒张作用并且可缓解非人类灵长类动物的运动障碍、神经元损伤等[24]。 基于目前研究，纳米药物递送系统已被广泛研究以实现有效的抗肿瘤药物递送。 新型茶多酚pH 和还原反应型纳米载体被用作化学药物递送的赋形剂，而TS 则被证明具有稳定和分散纳米悬浮液的潜力并为难溶性药物的开发提供了新策略[25]。 在抗氧化等功效评价方面，研究采用ABTS、DPPH、FRAP 和总还原力等体系评价了9 种茶叶水提物抗氧化活性。 结果表明，总酚及黄酮含量和茶汤颜色参数L* 值大小与抗氧化活性4 个指标呈极显著正相关，为其更好应用于产品开发奠定了理论基础[26]。研究发现TP、抹茶和速溶茶等茶制品能够调节餐后淀粉类食品消化过程中的葡萄糖释放速率，利于调节餐后血糖水平。 TP 可改善葡萄糖耐量并减少肝脂肪沉积，有助于对抗肥胖症及肥胖相关疾病。大量研究表明[27]，TP 可以以剂量供给的量效关系抑制饮食引起的体重和脂肪增加[28-29]。茶叶科学研究快速发展，现代营养学、临床医学等跨学科应用技术、 功效机制研究不断深入，为茶叶成分生物活性的阐明和拓展应用提供了支撑。 而茶资源活性成分在食品、日化、纺织、医药领域的广阔应用前景[30]，为我国茶制品供给侧结构优化注入了发展动能，也给产业发展指明了创新方向。

4 茶资源跨界应用及功能产品开发

随着供给侧结构性改革及市场需求牵引，功能细分及精准营养已成为日益凸显的消费新诉求。 茶叶活性成分及应用场景更趋于优质化、便捷化和多元化，基于茶资源跨界创新的新型终端产品在服装纺织、动物饲料、农业生产、医药保健等行业的应用不断深入[1]。

4.1 食品领域

茶与食品工业的融合不仅拓展了食品配料、食品添加剂的范围，也有利于茶资源活性成分的充分利用，促进茶资源综合利用。 基于茶叶内含成分改善食品感官品质、抗氧化、延长保鲜期、增加营养消化和吸收等多重功效，将其作为食品添加剂用于肉制品、 水产品等保鲜的研究也多见报道[31]。 TP 复合涂膜可有效抑制刺嫩芽褐变，维持多酚氧化酶和丙二醛处于较低水平，延长刺嫩芽的贮藏时间4~5 d[32]。 TS 能通过改变细胞膜和细胞壁通透性来实现较好抑菌作用。 研究发现，TS可抑制鸡胸肉中沙门氏菌生长繁殖，延缓产品pH上升以及抑制肉品持水率变化[33]。

随着茶饮消费群体趋于年轻化，茶饮料开发呈多元化、差异化、特色化发展的趋势。 “十三五”期间，以粉末为原料的冲调模式逐渐被市场所淘汰，线下直饮式的奶茶饮品市场规模迅速扩大。 为精简工艺流程，降低产品加工能耗，有研究以绿茶为原料，基于黑曲霉研究了深层发酵工艺体系，制得了速溶黑茶产品[34-35]。针对香气损耗失真等影响速溶茶生产和消费的 “卡脖子” 问题，LI 等[36]以新型柱色谱梯度洗脱法制备高香气、 低咖啡因速溶茶，为解决生产中 “香低味淡” 问题提供了参考。 在茶叶副产物利用方面，通过超声辅助碱法提取茶叶蛋白，结合风味蛋白酶对其水解获得抗氧化活性茶多肽，可用于天然抗氧化产品开发和应用[37]。

4.2 日化产业

近年来，随着茶叶内含成分保健护肤功效更多被证实和认可，其在日化领域中被广泛应用，更符合健康、天然绿色、环保的消费诉求。 含茶日化产品开发方面，以茶叶籽油、TP、茶蛋白、茶色素等成分为功能性配料，研发了多种茶特色的系列产品。研究发现，含TP 牙膏能有效减少牙菌斑、预防龋齿等。 TS 作为茶叶中一类天然表面活性剂，不仅能消炎护肤且抑菌效果明显。 此外，有研究证实了抹茶的淡化色素功效并抑制自由基及UVB 紫外线对肌肤的损伤。 中茶院茶日化研究团队以抹茶为主要成分并与其它植物成分优化配伍，创新性开发了外观新颖、绿色天然、具有美白保湿功效的剥离型凝胶面膜[38]。 TS 作为绿色植物原料与阴离子表面活性剂AES、MES 和非离子表面活性剂APG 复配，可研制新型茶皂素洗涤剂。有报道指出含TS 的洗涤剂稳定性和起泡性能佳，pH 和黏度适中，残脂率低且生物降解性好[39]。 中茶院茶日化研究团队以变形链球菌（S.mutans）为对象，构建了茶叶中酚类成分抑菌活性的生物学评价方法，通过体外活性及应用评价实验系统研究了不同量效的作用效果，筛选了具有强群体感应（Quorum sensing）抑制作用的活性组方，证实了组方牙膏的靶向调节口腔微生物菌群的作用，成果为防龋功能产品开发提供了科学依据[40]。 伴随消费群体不断扩大，相信茶日化产品市场将持续扩张、后发潜力巨大。

4.3 印染、化工业

化工合成产物的迭代升级和绿色替代正成为化解不可再生资源过度消耗的有效途径。 有研究采用原位聚合法开发新型茶色素染色工艺[41]，所开发棉织物质地柔软、色泽良好、并具有抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的活性[42]。 还有研究将TP应用于涤纶织物染色，开发的棉织物耐日晒色牢度、 耐水洗色牢度与耐摩擦色牢度均达4 级以上且抗菌及防紫外线性能良好[43]。

TS 不仅能有效提高纤维板防水性并能提升混凝土稳定性。 研究发现，采用原位聚合法制备涂覆TP 的新型界面材料，与传统机械混合物相比具有可调反应性的核壳结构及新功能[44]。同时，含TP的新型PVA/TP 复合材料具备良好抗菌和生物降解性[45]。 研究揭示的天然TS 高协同效应为新兴环保型生物基阻燃材料提供了理论基础，并创新了TS 利用方式[46]。

在机械工业中TS 可作为减摩剂，而在农药中则可将其作为润湿剂。 针对化学杀虫剂生物耐药性及残留隐患，将TS 用于农业生产中的生物防治，研究发现使用LC20和LC50剂量的TS 防治小菜蛾（DBM）幼虫，会显著降低其生长速率[47-49]。

有报道将正碳烷基链接枝TS 中成功开发了绿色高效、环保节能的润滑添加剂，并因其在滑动表面上的自组装效应而表现出良好稳定性和润滑性能[50]。此外，TP 在新兴技术领域如太阳能电池开发应用中也表现出了巨大潜力。有研究采用TP 抑制Sn2+氧化新方法通过配位相互作用调节钙钛矿膜结晶形成过程，从而具备较高稳定性[51]。

4.4 环境治理

TP 和Fe3+在适度条件下可实现孔雀石绿阳离子染料的快速有效脱除[52]。 研究将TP 混合于多砜膜上借助化学沉积制备复合膜分离层，在纺织业废水处理中具有较好应用价值[53]。 TS 与聚乙二醇复配使用可替代聚乙烯、 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等热塑性橡胶中使用的传统试剂[54]。 TS 也为环境治理方面研究提供了新思路。 研究表明，TS 可对污泥脱臭降解产生积极作用。 TS 的使用有益于水解和酸解过程且抑制了甲烷生成[55-56]。 此外，研究使用茶叶提取物作还原剂制备纳米颗粒（DT-Fe NPs）验证了茶叶提取物纳米颗粒对沼气中H2S 的去除性能[57]。

4.5 畜禽养殖业及其它领域

随着化工产品过度使用带来的食品安全风险，绿色饲料添加剂的研究和开发越来越得到重视。有研究指出TP 能显著改变鸡肝脏中脂质代谢基因表达，显著降低肝脏脂质含量和腹部脂肪量并改变肝脏脂质代谢酶的mRNA 水平[58]。 茶叶及提取物作为一种绿色饲料添加剂已应用于畜禽繁殖生产中[59]。TP 能提高鸡肉中维生素和肌酸含量，降低鸡蛋中胆固醇含量。 除此之外，TP 还具备吸附及抗菌能力，将其应用于鞋垫或过滤网中能起到杀灭有害微生物的作用。 总之，茶叶活性成分功能多样仍有较多优异特性需深入挖掘，前景广阔。

5 茶业科技发展存在的问题与展望

随着我国茶叶产销失衡的矛盾不断凸显，为茶叶深加工产业可持续发展提供的黄金战略机遇期将长期存在，然在国内外市场双边挤压效应下，对我国茶制品产业技术创新提出了新的挑战。 现阶段存在的主要问题有[60]：

（1）深加工科技原始创新深度不够。 我国茶叶深加工科技起步较晚，与欧美、日本等科技发达国家相比，科学机理层面的标志性成果积累还不够丰厚，基础研究、原始创新尚待打通。 相关学科领域的国际话语权和规则制定权亟待提升。

（2）绿色生产技术产业化问题。 我国茶制品生产技术居于国际先进水平，但近年来市场空间增长放缓，提取物产品同质化明显，比较效益大幅下降，企业对 “三绿” 产业化生产技术（绿色原料、绿色溶剂、绿色排放）的主动研发意识不强，茶制品生产工艺的绿色、 安全技术工艺在产业化推广方面存在很大障碍。

（3）成果转移转化滞后，产业链和创新链融合不够。 从资源配置和创新能力看，高校、科研机构、企业三者相对失衡，协同创新机制缺位，供应链、创新链、产业链等存在脱节，科技成果与产业化落地的 “最后一公里” 尚未顺利接通，导致茶制品商品化开发不足、茶资源功能价值流失严重。 以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系亟待优化。

为推进现代茶产业提质增效，提升我国茶产业竞争力，一体化开展茶产业提质增效关键技术研究及跨界增值成为当前茶产业科技发展的当务之急。 围绕茶产业现代化的发展要求，需要深入发掘茶资源禀赋，构建 “农头工尾” 的深加工技术体系，开展深加工原料质量标准主动控制技术研究，建立与工业化技术相适应的现代茶制品原料标准化体系。 开展鲜叶原料专用化生产加工技术、装备体系创新，实现原料产地化加工与废弃物绿色循环，提高资源的深加工转化率。 深入开展茶制品的功能机制及靶向应用技术研究，梯次开发多元化功能产品。 以市场为导向，立足国内大循环，聚焦应用基础技术创新、推进茶制品深度开发，方可精准匹配我国茶制品产业由原料级产品向大健康、高新技术产业等领域转移转化的产业需求。