高茶黄素含量红茶的创新工艺研究进展
摘要：茶黄素（Theaflavins，TFs）因其对红茶品质的影响和其保健功效特点，成为了红茶加工和茶叶深度开发利用领域中的热点。中国传统工艺加工的红茶茶黄素含量普遍偏低，与国际市场追求的红茶浓、强、鲜的品质特点相差较远，导致中国红茶国际市场占有率低，因此迫切需要利用新工艺开发加工出高茶黄素含量的优质红茶。综述了茶黄素与红茶品质的关系及其形成机理、萎凋（冷冻萎凋和加压萎凋）和发酵（外源酶、化学添加剂和变温发酵）过程中的高茶黄素含量红茶加工创新工艺，并展望了后续可开展的高茶黄素红茶加工工艺，旨在为开发高茶黄素含量的红茶产品提供理论依据和可执行的技术措施。
关键词：茶黄素（Theaflavins，TFs）；红茶；萎凋；发酵；创新工艺
Abstract： Theaflavins have received extensive attention due to their effects on black tea quality and biological activities. Black tea with briskness and strength characteristics prevails in the international market. However， the amounts of theaflavins are lower in China than those in other countries， resulting in lower international market share. So， it is important to use the innovative technology to process high-quality black tea with high amounts of theaflavins. The authors summarizes the correlation between theaflavins and black tea quality and theaflavins forming mechanism， and gives an overview of innovative technology to process high amounts of theaflavins from withering （freezing wintering and high pressure withering） and fermentation （exogenous enzyme， chemical additives and temperature-changing fermentation） course. Based on these researches， other tecธhnology were prospected for further study of processing high amounts of theaflavins， providing a theoretical basis and enforceable technical direction for the development of high theaflavins content of black tea products.
Key words：theaflavins； black tea； withering； fermentation； innovative technology
茶叶以其天然、营养、保健的特点备受青睐，成为世人最受欢迎的饮品之一。根据发酵和氧化程度的不同，茶可以分为不发酵茶、半发酵茶和全发酵茶三类。红茶属于全发酵茶，以茶树新鲜芽叶为原料，经萎凋、揉捻（切）、发酵、干燥等工艺精制而成。近年来，随着全球一体化的不断发展、饮食与消费结构的不断变化、资本流通的不断推动，中国红茶生产迅猛发展，2014年产量上升到21.53万t（图1）[1，2]。随着中国红茶消费市场的连续升温，越来越多的企业开始生产红茶。但是，中国的红茶品质与印度、斯里兰卡及肯尼亚等国的红茶相比存在一定的差异，如酚氨比较低，汤色发暗欠红亮，滋味淡薄欠强爽，浓度、强度不高，从而导致国际市场竞争力较弱。
茶黄素（Theaflavins，TFs）是红茶中的主要功能成分和品质组分[3]，是目前茶叶深度开发领域中研究的热点，在天然药物、功能食品、日用化工、功能饮料等领域有着广泛的应用前景。随着人们保健意识的增强，生产出高TFs含量、品质优良的红茶成为了消费者关注的问题。中国传统工艺加工的红茶TFs含量偏低，一般在0.5%左右，而印度、斯里兰卡等国生产的红茶TFs含量在2%左右，品质优于中国红茶[4]。为提高中国红茶的国际市场竞争力，利用新工艺开发加工出高TFs含量的红茶是迫切需要的。
为此，笔者就红茶加工过程中TFs的形成机理、加工高TFs含量红茶的创新工艺进行了整理归纳，并在此基础上提出生产高TFs红茶的其他可行性技术，以期生产企业能在实际生产中认识创新工艺对红茶品质的影响，为生产高TFs含量的红茶和新工艺产品开发提供基础和借鉴。
1 茶黄素与红茶品质的关系及形成机理
TFs最早是由Roberts等[5]发现的，是一类由茶多酚及其衍生物氧化形成的、能溶于乙酸乙酯、含有多个羟基或酚羟基的苯骈卓酚酮化合物，呈橙黄色。目前己发现的TFs中，茶黄素、茶黄素-3-没食子酸酯（Theaflavin-3-monogallate，TF-3-G）、茶黄素-3′-没食子酸酯（Theaflavin-3′-monogallate，TF-3′-G）和茶黄素-3，3′-双没食子酸酯（Theaflavin-3，3′-digallate，TFDG）是4种主要的茶黄素。国内外研究表明，TFs具有多种与人体健康有关的潜在功效，有抗氧化[6，7]、防癌抗癌[8，9]、降脂[10]、抗菌抗病毒[11，12]、消炎[13，14]、预防心血管疾病[15]等功能（表1）。 1.1 茶黄素与红茶品质的关系
TFs是红茶中的主要成分，对红茶品质起着决定性的作用。Wright等[16]在研究非洲不同品质红茶时发现，红茶品质与TFs总量呈高度正相关（r=0.785），与茶黄素各组分相关性由高到低分别是TF-3′-G （r=0.788）、TF-3-G（r=0.741）、TF（r=0.705）。Liang等[17]在研究中国红茶时也发现，TF和TF-3'-G与红茶品质显著相关。
国内外学者们对TFs与红茶汤色之间的关系进行了大量的研究，发现TFs是红茶汤色“亮”的主要成分，同时还是形成红茶“金圈”现象的主要构成物质。Roberts等[18]研究发现，TFs与茶汤亮度具有高度的相关性，TFs含量越低，红茶汤色亮度越低，反之则汤色亮度越好，呈金黄色。陈义等[19]在研究信阳红化学成分与品质的相关性时，发现TFs含量与信阳红茶汤色呈显著正相关，相关系数达0.628。TFs的各组成成分中，TF、TF-3′-G和TF-3-G都与汤色评审给分之间呈高度正相关，TFDG与汤色也呈正相关，相关系数为0.60[20]。Obanda等[21]在研究TFs对红茶汤色亮度影响时发现，总TFs含量与汤色评审给分之间呈正相关（r=0.57），与仪器测量的汤色亮度之间相关度更高，达到了0.87，且TFs各单体对汤色亮度的贡献存在协同作用。除此之外，与蛋白质结合的水不溶性茶黄素，与叶底色泽有关，当水不溶性茶黄素含量较高时，叶底较红亮[22]。从上述研究分析得出，TFs含量对红茶汤色影响较大，表现为含量越高红茶汤色越亮。
茶黄素具有辛辣和强烈收敛性，对红茶滋味有极为重要的作用，影响着红茶茶汤的浓度、强度和鲜爽度，尤其是强度和鲜爽度。关于TFs对红茶滋味影响的报道较多，但一直存在争议。Hilton等[23]研究指出，TFs对红茶茶汤的鲜爽、涩味起作用，可以作为红茶质量的评定指标。Ding等[24]研究指出，红茶茶汤总体涩味强度与TFs浓度间没有发现显著相关性，因此TFs对红茶涩味没有重要作用。Scharbert等[25]研究发现，Dot值（Dose-over-threshold）和感官评审结果表明TFs对茶叶滋味没有影响。
1.2 红茶加工过程中茶黄素的形成机理
红茶加工通过萎凋提高鲜叶中酶的活性，并在揉捻和发酵过程中利用酶促氧化作用，促使茶叶中儿茶素类氧化聚合，生成TFs（图2）。在红茶初制过程中，多酚氧化酶（PPO）活力的强弱，直接影响TFs的形成速度和数量，因此，发酵过程中酶活性的掌控对TFs的形成很重要。酶在发酵过程中对温度具有很强的敏感性，发酵温度过低，则酶活性低，多酚类物质的氧化聚合很难完成；但发酵温度过高，会加速蛋白质与氧化的多酚类结合成不溶性复合物的速度。在发酵前期，TFs合成速度大于聚合分解速度，应适当提高温度，有利于多酚氧化酶活性的增强，促进TFs的合成；发酵中后期随儿茶素的氧化消耗和TFs积累，TFs的聚合分解速度加快，此时降低温度可明显减缓TFs聚合和分解。
2 创新技术在高茶黄素含量红茶加工中的应用
红茶加工过程中，TFs的形成是通过萎凋提高鲜叶中酶的活性，并在发酵阶段利用酶促氧化作用，促使茶叶中儿茶素类氧化聚合。由TFs的形成机理可知，萎凋和发酵是TFs形成的关键过程，因此，在高TFs含量红茶的加工创新技术改进过程中，主要是对萎凋和发酵技术进行工艺优化。
2.1 萎凋工艺
2.1.1 冷冻萎凋技术 萎凋是红茶加工的基础和关键工序，对形成红茶的色、香、味具有重要作用。现在生产上普遍采用萎凋槽法萎凋，比传统的自然萎凋较适合红茶品质的形成，但其耗时、耗能。为了减少萎凋时间、降低能耗，研究人员对红茶冷冻萎凋技术进行了大量研究。冷冻萎凋是指茶鲜叶在进行自然萎凋之前，先在-20℃环境条件下冷冻2 h；通过冷冻处理，增加细胞膜透性，提高叶细胞损伤率和损伤速率，进而提高TFs的含量，同时还能够加快红茶的发酵速率[26]。
Muthumani等[27]在红茶萎凋中引入冷冻技术，研究表明，经冷冻萎凋2～4 h的成品红茶TFs含量高达1.36%～1.43%，约为自然萎凋16 h的1.5倍，且品质要比自然萎凋品质好。袁弟顺等[28]研究表明，冰冻萎凋叶揉捻后细胞损伤率增加到99.3%，发酵时间由4 h缩短至2 h，冰冻处理的工夫红茶茶多酚含量减少8.4%，TFs含量增加25.8%。夏涛等[29]在研究冷冻萎凋对茶叶酶活性的影响时，冷冻叶仅经1.5 h即达发酵适度，且叶色红匀明亮；自然萎凋叶则需3～4 h才可完成发酵，而且叶色不如冷冻叶红亮。赖兆祥等[30]采用不同萎凋工艺加工英红9号，试验结果表明，在冰冻萎凋处理中，多酚氧化酶活性在萎凋过程中下降，在揉捻过程中明显增强，发酵后逐渐降低；冷冻萎凋处理加工的红茶TFs含量比鼓风萎凋处理提高了2.47%。黄建琴等[31]认为，由于冷冻萎凋能促进多酚类的酶促氧化，缩短发酵进程，且发酵结束时多酚氧化酶活性迅速降低，避免了TFs的进一步损失，因而冷冻萎凋工艺各阶段红茶的TFs含量均高于自然萎凋工艺。上述研究结果均表明，冷冻萎凋技术大大节约了红茶加工时间，此外，还能够促进多酚类的酶促氧化，加快发酵进程，提高TFs含量。
另有报道表明，仅仅采用冷冻萎凋虽能在不失水情况下达到物理萎凋的目的，但却无法达到化学萎凋的要求，对红茶品质的形成不利[32]。夏涛等[29]的研究提出了在红茶加工中采用组合萎凋技术，先进行自然萎凋或加温萎凋，促进酶活性的提高，完成必需的物质转化；后期则采用短时间的冷冻处理，不仅能降低揉捻（切）温度，而且可以促进细胞膜透性的增加和同步发酵的进行，提高红茶品质。
2.1.2 红碎茶的加压萎凋技术 为了最大程度地保持茶叶天然品质，提高茶叶某些特殊成分的稳定性和内含物的低温溶出效率，目前已经把超高压技术应用于茶叶加工领域。顾谦等[33]用调控大气压力的物理方法，在萎凋阶段进行增压处理，结果表明萎凋3 h，增压3个大气压，提高了多酚氧化酶的活性，增加了产品TFs的含量。谭俊峰等[34]研究表明，鲜叶经过超高压（550 MPa，10 min）处理制得的红碎茶汤色红艳明亮，滋味浓强带鲜，与对照相比，TFs含量提高20.43%。 2.1.3 其他 罗勇等[35]在红茶萎凋工序中引入紫外光照射，利用紫外光UV-B来激发茶叶相关酶的活性，促进多酚类物质的体外聚合、转化，研究发现，随着紫外光照射时间的延长，茶多酚含量先增加后减少；成品茶中的TFs含量也均高于传统工艺的茶样，但随着照射时间的延长，呈现出递减的趋势，以照射1 h其含量最高，为3.41 mg/g，比传统工艺成品工夫红茶提高了18%。
在萎凋阶段，将乌龙茶做青工艺应用于工夫红茶加工，其目的是使鲜叶在摇青机械力的作用下细胞受到摩擦损伤，增强细胞膜的渗透性，使多酚氧化酶等与茶多酚等反应底物充分接触，氧化聚合生成TFs。罗勇等[35]研究发现，随着摇青次数的增加，成品红茶TFs含量呈现先增加后减少的趋势，以摇青120 r获得TFs含量最高为3.49 mg/g，比传统加工工艺成品工夫红茶提高了22%。张静等[36]研究发现，中度摇青（第一次摇50 r，第二次摇100 r，第三次摇150 r）处理的样品TFs含量明显高于对照，提高了38%。
2.2 发酵工艺
2.2.1 外源酶对发酵的影响 随着酶工程的不断发展，利用外源酶有针对性地改善茶叶中某一类特定物质的含量，促进茶叶的有益转化，提高茶制品的品质，已成为改善茶叶品质的新途径之一[37]。现在运用于红茶加工中的主要酶类有多酚氧化酶、单宁酶、多糖水解酶和胰蛋白酶等多种外源酶[38]。
有研究表明，多酚氧化酶应用于红茶发酵过程中，能促进红茶发酵和TFs、TRs的生成，改善茶汤的色泽和香气，显著提高红茶品质[39]。在传统茶叶加工中，单宁酶可释放与蛋白质、咖啡碱结合的TFs和TRs，改进红茶的汤色和滋味；水解酯型儿茶素，以降低茶叶的苦涩味[40，41]。毛清黎等[42]探索了利用外源多糖水解酶提高红碎茶品质的新技术，试验结果表明，将酶液在揉切前均匀地喷雾加入萎凋叶中，水分控制在68%左右，发酵时间比常规工艺延长15～45 min，采用先高后低的干燥方式，能较好地协调外源以及茶叶自身内源酶的酶促作用，产品中TFs含量明显提高。毛清黎等[43]还对多糖水解酶增质机理进行了探讨，研究表明，外源多糖水解酶水解叶组织细胞壁中的不溶性多糖，产生生化破损作用，使发酵茶胚酸化，提高多酚氧化酶活性，促进TFs形成。刘仲华等[44]的研究表明，在红茶发酵过程中添加定量的（50 mL/2 kg发酵叶）胰蛋白酶，可以明显提高多酚氧化酶活性（比对照高1倍左右），TFs含量提高42%～48%。同时，胰蛋白酶还能加速发酵进程，缩短发酵时间，在温度较低、发酵缓慢的春季，添加胰蛋白酶不仅能增进品质，还可提高工效。
虽外源酶的引入可以提高红茶的品质，但也存在以下问题：由于提制的外源酶或外源酶粗提物易给茶制品带进副产物，如何提取分离高纯度的外源酶，并保持其活力成为茶叶加工中外源酶应用的关键；影响酶活性的因素很多，为了使外源酶充分发挥作用，需要相应改进或改变传统制茶工艺及各项指标[45]。只有全面深入研究以上问题，才能达到充分发挥酶制剂在制茶领域中的最佳效能，真正达到提高茶叶品质，降低成本的目标。
2.2.2 化学添加剂发酵技术 近20年来，国内外已有不少学者采用添加精油类、色素和盐类等化学添加剂以促进红茶发酵、改善红茶品质，并取得一定效果。在红茶发酵过程中，刘仲华等[44]研究了不同添加剂对红茶发酵与品质的影响，指出通过喷洒适量的硫酸铜溶液、柠檬酸或亚油酸，可以不同程度地提高发酵进程PPO活性，提高红茶中与品质水平呈高度正相关的TFs含量。马中华[46]在红碎茶发酵过程中添加乙酸钠，既提高了TFs、TRs保留量，又降低了TBs含量。张颖[47]研究了Cu2+对不同来源多酚氧化酶活力的影响，指出Cu2+能够在多酚氧化酶的活跃中心与组氨酸的残基62-189络合，添加0.1 mmol/L Cu2+溶液均能提高PPO活性，比原有水平增加了10%，其催化儿茶素生成的TFs含量升高，但随着Cu2+浓度的增加，TFs含量降低。
2.2.3 变温发酵技术 从制茶的理论来看，红茶发酵开始于揉捻工序，发酵的温度和时间是红茶发酵的主要控制技术因素。温度过高或过低均会影响TFs的含量，温度过低，酶活性较弱，酶促反应缓慢，内含物转化不充分；温度过高，多酚氧化酶易失活，不但会加速酶蛋白与多酚类物质形成不溶性复合物，而且会大量氧化聚合成TRs、TBs，不利于TFs的积累。传统红茶发酵过程中，温度始终保持前后一致，而变温发酵理论则要求发酵前期温度要高，中后期温度要低。通过变温发酵试验，陈以义等[48，49]根据红茶发酵化学生成TFs的机理，运用反应方程式（图2）及化学动力学原理，探讨了发酵温度对TFs形成和积累的影响。从图2分析看出，在平行反应中酚醌氧化聚合成TFs的活化能要远大于聚合成TRs的活化能，在连串反应中儿茶素类酶性氧化反应的活化能远小于TFs氧化生成茶红素的活化能。因此，高温发酵有利于平行反应中TFs形成，但不利于连串反应中TFs积累；反之，低温发酵有利于连串反应中TFs积累，而不利于平行反应中TFs形成。为了提高红茶中TFs含量，首先要求形成更多的TFs，并减少TFs的消耗，所以发酵前期宜采用高温，中后期转为低温。变温发酵是从揉捻开始计算的，从通常红茶发酵的生产实际来看，红茶发酵开始于揉捻工序，由于揉捻力的摩擦作用使茶叶发热，以及发酵时氧化反应所释放出热量的积累，均使揉捻叶温高于室温，即为升温过程。揉捻叶经解块筛分，水分蒸发，热量散失，叶温下降，即发酵处于低温状态（表2）。
3 展望
在国内红茶产销两旺的新形势下，人们也应当清醒地认识到，目前中国红茶的加工工艺仍旧落后，TFs含量较低，科技创新能力不强。随着“红茶热”的兴起，中国红茶已面临国外红茶的挑战，改善传统红茶加工工艺，生产高TFs含量红茶产品迫不及待。工夫红茶是中国特色的优势红茶品类，在传统加工工艺基础上，合理运用一些新的工艺处理能明显提升工夫红茶的感官品质和生产效率。已有的新工艺研究主要集中在以下方面：萎凋时加入冷冻和加压处理，引用乌龙茶的摇青工艺，或采用紫外光照射[27-35]；在发酵过程中，采用变温发酵或加温加湿发酵，添加外源酶或化学添加剂[43-49]。引入上述创新工艺可以提高红茶TFs含量，但也存在许多问题。譬如，冷冻萎凋技术应用于生产还有待更进一步的研究，且需要引进或生产大型的专用制冷设备，前期投入的成本较大；红碎茶的外形要求不同于工夫红茶和小种红茶，所以，为提高红碎茶品质进行的增压萎凋取得了很好的效果，但是成本太高制约了这一技术的推广；由于提制的外源酶或外源酶粗提物易给茶制品带进副产物，如何提取分离高纯度的外源酶并保持其活力成为茶叶加工中外源酶应用的关键。 真空冷冻干燥技术一般是样品先预冷至-18～ -10 ℃，然后在高真空状态下进行有限加热，使加工样品中的水分直接由固态冰升华为气态的水蒸气被蒸发，达到除去水分而干燥的目的。采用真♪空冷冻干燥方式加工茶叶，茶条内外温度始终控制在较低状态下，香气物质和营养成分获得最大限度保留，能使干燥后的成茶保持原汁原味。笔者所在实验室已开展了真空冷冻干燥工艺生产高茶黄素含量的工夫红茶研究工作，结果表明，可通过真空冷冻干燥工艺来调控红茶产品的品质和风味，提高工夫红茶的TFs含量和改善风味。后续还将在前人研究[27-49]和实验室研究的基础上，采用室内结合冷冻萎凋、变温发酵和真空冷冻干燥三个加工环节来调控红茶产品的品质和风味，以制得高TFs含量和高品质的工夫红茶。
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