紅茶滋味成分多相分布的研究

林岱，李冰潔，周建武*，饒平凡

1. 浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310018；2. 福州大學生物工程研究所，福建 福州 350002

紅茶滋味成分多相分布的研究

林岱1，李冰潔2，周建武1*，饒平凡1

1. 浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310018；2. 福州大學生物工程研究所，福建 福州 350002

運用微濾和超濾技術(shù)將茶湯分為懸濁液、膠體相、真溶液，并分別檢測了不同溫度下咖啡堿、總多酚、氨基酸、總糖等滋味成分在“三相”的含量與分布比例。運用 Malvern激光粒度儀對原茶湯及其分離得到的膠體相的膠體學性質(zhì)進行測定，結(jié)合感官評價與茶黃素、茶紅素、茶褐素的變化，將茶湯滋味成分的分布配比與膠體學性質(zhì)、茶湯滋味相關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，不同溫度微濾的茶湯，滋味成分三相的分布比例有顯著不同，且膠體相與真溶液的配比能影響茶湯膠體體系的粒徑與電位值，同時也影響著茶湯的風味，50℃微濾茶湯獲得最高感官偏好性，其兩相配比分別為：咖啡堿 1∶3.8、總多酚 1.2∶1、氨基酸 1∶7.5、總糖 1∶4.3，平均粒徑160 nm，Zeta電位–25.5 mV，此時的茶湯滋味醇厚、香氣濃郁、體系穩(wěn)定、分布均勻。

紅茶；微濾；超濾；膠體；滋味成分

紅茶屬于全發(fā)酵茶，具有降血糖、調(diào)血脂、抗氧化等多種功效[1]。近年，紅茶飲料作為一類健康飲品發(fā)展十分迅速，但與現(xiàn)泡的紅茶相比，市售紅茶飲料在滋味上大多不盡如人意。有學者認為紅茶飲料滋味變寡和飲料生產(chǎn)中超濾工藝有關(guān)，超濾在解決了茶乳酪問題的同時，也造成了茶湯中部分滋味物質(zhì)的損失[2]。對于茶湯滋味，已有大量研究表明茶的獨特滋味品質(zhì)與其成分有一一對應(yīng)關(guān)系，如有研究顯示茶湯中苦味物質(zhì)主要為咖啡堿[3]，游離氨基酸也對茶湯苦味有一定貢獻[4]，茶湯中呈現(xiàn)口腔收斂感覺、干澀滋味的主要物質(zhì)為兒茶素類成分[5]，有研究顯示茶湯的回甘與總多酚含量（R2=0.575，P＜0.05）[6]，總糖含量（R2=0.561，P＜0.05）[7]呈線性相關(guān)，多酚類氧化物茶黃素主要呈苦味，茶紅素呈甜醇味，茶褐素滋味稍甜[8]，另有報道表明EGC和EC的含量及比例對茶湯的回甘也有影響[9]。

眾所周知，茶湯為一個包含真溶液、膠體體系、懸濁液等多相的復(fù)合體系。體系中微納米級顆粒部分為膠體，分散系數(shù)小于1 nm部分為真溶液，不能通過濾膜的較大顆粒部分為懸濁液[10]。在已有的對茶湯滋味物質(zhì)的研究中，僅關(guān)注茶湯中滋味成分的絕對含量，而未對其在茶湯不同“相”中的分布進行過調(diào)查。本研究利用微濾和超濾的手段對茶湯中的不同“相”進行了分離，微濾處理截留了顆粒粒徑大的“懸濁液”部分，而微濾得到的茶湯濾過液可以近似認為是茶湯多相體系中的“膠體”和“真溶液”體系的混合物，對獲得的微濾濾過液再進行超濾處理，經(jīng)過超濾處理截留了膠體顆粒而獲得的茶湯濾過液可以被近似認為茶湯多相體系中的“真溶液”部分。通過對不同溫度茶湯樣品進行微濾或超濾獲得的樣品進行相關(guān)滋味成分的測定，以考察茶湯中代表性成分在不同“相”之間的分配規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

正山小種（福建武夷山正山茶業(yè)公司）U-5100紫外分光光度計（HITACHI公司），LC2010高效液相色譜儀（日本島津公司），Nano-ZS90激光粒度分析儀（英國 Malvern公司）。Daisogel-C18分析柱（5 μm，4.6 mm×250 mm，HITACHI公司），0.45 μm 微濾膜（長青化工有限公司），超濾離心管（Millipore），咖啡堿標準品購自上海融禾醫(yī)藥科技有限公司，茶黃素標準品購自大連美侖生物技術(shù)有限公司。HPLC所用甲醇，試劑沒食子酸、茚三酮、蒽酮等均為分析純。

1.2 方法

1.2.1 茶湯制備

泡茶：準確稱取茶葉 6 g，加入沸騰的武夷山泉水140 mL沖泡1 min后濾出，立即二次加入沸水140 mL沖泡1 min后濾出，兩次濾出液混合，即為茶湯原湯溶液。

不同溫度微濾茶湯制備：沸水沖泡的茶湯，分別降溫至 70、60、50、40、30℃，并于相應(yīng)溫度下恒溫水浴，茶湯在相應(yīng)溫度下采用110 V電動泵經(jīng)0.45 μm醋酸纖維素濾膜抽濾，140 mL茶湯的過濾時長約為10 s。

真溶液制備：可通過0.45 μm濾膜的茶湯為真溶液與膠體混合相（混合相），將微濾樣品再次經(jīng)過超濾（3 kDa，5 000 g），直至液體完全透過超濾膜視為兩相分離，通過超濾膜的部分即為真溶液。膠體相制備：可通過濾膜但未透過超濾膜的部分，膠體相=混合相–真溶液。濁液相制備：未通過濾膜的部分，懸濁相=總量–混合相?！叭嗯浔取睘槟z體∶真溶液∶懸濁液。

1.2.2 茶湯咖啡堿含量測定

反相液相色譜法測定咖啡堿含量[11]：分析柱為Daisogel-C18，流動相A為含0.1%甲酸的甲醇，B相為含 0.1%甲酸的水。檢測波長278 nm，進樣量 25 μL，流速 0.5 mL·min-1，柱溫30℃，分析時間40 min。

1.2.3 茶湯茶多酚含量測定

Folin-酚測定茶多酚含量[12]：沒食子酸為標準品繪制標準曲線，樣品 1 mL加入 10%Folin-酚試劑5 mL，搖勻。室溫下放置60 min，在765 nm波長下用分光光度計測定吸光值。

1.2.4 茶湯氨基酸含量測定

茚三酮測定茶葉中的氨基酸含量[13]：以谷氨酸（1 mg·mL-1）為標準品繪制標準曲線，取樣品 1 mL，加入 0.5 mL磷酸鹽緩沖液（0.05 mol·L-1，pH 8.0）與 0.5 mL 2%茚三酮溶液，沸水浴加熱15 min，冷卻后加水定容至25 mL，放置10 min后測定吸光值，檢測波長570 nm。

1.2.5 蒽酮-硫酸法測定總糖含量

20%硫酸-蒽酮法測定總糖含量[14]：以葡萄糖為標準品，繪制總糖標準曲，1 mL樣品于620 mm波長條件下測定吸光值。

1.2.6 感官審評

感官審評參照文獻[15]。品評前樣品保存在相應(yīng)溫度中保溫，審評時分別取出100 mL，由專業(yè)評茶員對茶湯滋味進行品嘗，審評項目分為苦味、澀味、醇香、回甘、整體滋味 5項，評分采取10分制，0～2分微強，2～4分較強，4～6分強，6～8分很強，8～10分極強。

1.2.7 茶黃素、茶紅素、茶褐素測定

根據(jù)茶黃素、茶紅素和茶褐素溶于不同有機溶劑或溶液將三者分離，測定出各色素成分占泡茶茶葉總重的比例，測定方法參照文獻[16]，以95%乙醇為空白對照，檢測波長為380 nm。

1.2.8 粒徑與Zeta電位測定

運用英國馬爾文公司Nano-ZS激光粒度儀檢測定粒徑與Zeta電位值[17]，取1 mL樣品置于檢測皿，測試溫度 25℃，散射角 173°，準備時間120 s，循環(huán)掃描3次。

1.2.9 分析統(tǒng)計方法

本文圖表中數(shù)據(jù)均為平均值，每組數(shù)據(jù)重復(fù)3次，方差與顯著性分析采用SPSS軟件處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同溫度微濾對茶湯咖啡堿含量和分布的影響

不同溫度微濾茶湯的咖啡堿含量與分布顯著不同（表 1）。首先，咖啡堿在三相中均有分布，對比三相分布的總體趨勢，真溶液中咖啡堿分布比例較大。其二，咖啡堿的分布趨勢具有一定規(guī)律性，對比懸濁液分布趨勢，可知茶湯在 30℃、40℃、60℃環(huán)境中滋味成分更易發(fā)生聚集現(xiàn)象，微濾將更多的滋味成分阻擋在外，因此相比于50℃與70℃微濾，損失了更多的滋味成分；對比真溶液分布趨勢，可知低溫微濾茶湯中咖啡堿多以游離態(tài)形式存在；膠體相中，50℃微濾茶湯的咖啡堿含量最高，不僅如此，50℃微濾茶湯咖啡堿在膠體中的比例約占溶出咖啡堿總量的20%，這一比例遠高于其他溫度。其三，不同溫度微濾咖啡堿在三相分布的配比也不同，70℃微濾茶湯的咖啡堿三相分布約為 5∶25∶2，50℃微濾茶湯的咖啡堿三相分布約為 6∶23∶1，而 30℃微濾茶湯的咖啡堿三相分布約為2∶54∶6。

表1 不同溫度微濾茶湯的咖啡堿含量表Table 1 The contents of caffeine of tea infusion by microfiltration at different temperature μg·mL-1

2.2 不同溫度微濾對茶湯總多酚含量和分布的影響

不同溫度微濾茶湯的茶多酚三相分布同樣具有顯著差異（表 2）。首先，不同于咖啡堿的分布狀態(tài)，茶多酚主要分布在茶湯膠體相與真溶液中，懸濁液中的分布極少，比之其他兩相可以忽略不計。其二，茶多酚在膠體相的分布比例很高，70℃微濾茶湯約有32%茶多酚分布于膠體相中，這一比例在所選溫度范圍內(nèi)最低，膠體相分布比例最高可達 50.48%（50℃微濾）。其三，茶多酚在膠體相與真溶液中的配比存在一定規(guī)律性，30～70℃的膠體與真溶液兩相配比依次為：4.2∶5、4.2∶5、5.2∶5、3.8∶5、3∶5，其中只有 50℃微濾茶湯茶多酚在膠體相的分布大于真溶液相，且比例更接近1∶1。

2.3 不同溫度微濾對茶湯氨基酸含量和分布的影響

從氨基酸含量上看（表3），30～70℃微濾茶湯的含量略有差異。氨基酸主要以游離狀態(tài)分布于真溶液體系中，不同溫度微濾真溶液中氨基酸的含量相差并不明顯；在真溶液相中，50℃微濾茶湯氨基酸含量最高，與其他溫度的相比差異顯著，在50℃微濾茶湯三相體系中，約有14%氨基酸存在于膠體相中。50℃處理下氨基酸三相分布比例約為 2∶16∶1，且所有設(shè)計溫度的三相分布比例均接近此比例。

2.4 不同溫度微濾對茶湯總糖含量和分布的影響

糖類是提供茶湯甘甜香、緩解茶湯苦味的重要物質(zhì)，不同溫度微濾茶湯的總糖在三相中分布差異明顯（表 4）。糖類物質(zhì)比較容易與其他物質(zhì)形成絡(luò)合物，數(shù)據(jù)表明，除50℃外，其余溫度微濾懸濁液中總糖含量均很高，40℃微濾時懸濁液總糖比例高達46%，因此，50℃微濾可有效避免糖類與其他滋味成分形成絡(luò)合物，提高糖類在膠體相與真溶液的分布比例；真溶液依然是總糖分布最多的體系，在真溶液相中，50℃微濾茶湯的糖含量最高，40℃微濾最低；值得注意的是，50℃微濾茶湯有約21%的糖類存在于膠體相，此時，膠體相與真溶液的配比為1∶4.3。

2.5 不同溫度微濾對茶湯膠體學性質(zhì)的影響

不同溫度微濾茶湯顆粒平均粒徑介于160～200 nm 之間（圖 1），Zeta電位在–22 mV到–25.5 mV之間。50℃茶湯粒徑在 190 nm 左右，Zeta電位絕對值最高。DLVO理論認為如果膠體穩(wěn)定的主要機理是電荷穩(wěn)定，Zeta電位則是表征膠體分散體系穩(wěn)定性的重要指標，Zeta電位（正或負）越高，體系越穩(wěn)定[18]，因此 50℃微濾茶湯相對于其他溫度更為穩(wěn)定。微濾溫度在30℃、40℃時，體系中形成的顆粒平均粒徑約為200 nm，顆粒分散程度很大。對比各微濾溫度顆粒的分布圖（圖2），只有50℃與70℃微濾時，體系中形成的膠體顆粒粒徑分布窄，平均粒徑約為 190 nm與 160 nm。從電位分布圖中發(fā)現(xiàn)（圖 3），3次電位測量在同一圖中擬合性較好的樣品為50℃微濾茶湯。因此，不同溫度微濾后得到的茶湯樣品不僅滋味成分的分布與配比具有差異，在膠體學性質(zhì)上也具有明顯的差異。其中，50℃微濾茶湯平均粒徑約為190 nm，體系最為穩(wěn)定。70℃時粒徑分布較窄但體系較不穩(wěn)定。微濾溫度較低時（30℃、40℃）平均粒徑分布較廣，Zeta電位較不穩(wěn)定。

表2 不同溫度微濾茶湯的茶多酚含量表Table 2 The contents of tea polyphenols of tea infusion by microfiltration at different temperature μg·mL-1

表3 不同溫度微濾茶湯的氨基酸含量表Table 3 The contents of tea and amino acids of tea infusion by microfiltration at different temperature μg·mL-1

表4 不同溫度微濾茶湯的總糖含量表Table 4 The contents of total sugars of tea infusion by microfiltration at temperatureμg·mL-1

2.6 不同溫度微濾處理在茶湯感官評審上的差異

圖1 不同溫度微濾茶湯粒徑與電位變化趨勢圖Fig. 1 The trend of size and Zeta-potential of tea infusion by microfiltration at different temperatures

圖2 不同溫度微濾茶湯粒徑分布情況Fig. 2 The size distribution of tea infusion by microfiltration at different temperatures

圖3 不同溫度微濾茶湯電位分布情況Fig. 3 The Zeta-potential distribution of tea infusion by microfiltration at different temperatures

感官評價的茶湯樣品為真溶液與膠體混合相，不同溫度微濾茶湯在滋味上具有明顯差異性（表5），表明膠體相的存在及其所占比例的大小很可能影響著茶湯的滋味。未經(jīng)過濾的原茶湯滋味醇厚，略苦澀，具有明顯的醇香，而低溫微濾茶湯則失去了紅茶原有香氣，損失了大量滋味。30℃微濾茶湯咖啡堿在膠體相與真溶液的配比（以下簡稱“配比”）約為1∶30，總多酚配比約為4∶5，總糖配比約為1∶28，此時茶湯感官為無回甘，無醇香，且澀味明顯；與 30℃微濾茶湯相比，60℃微濾茶湯總糖配比約為1∶16，此時茶湯回甘較差，而40℃微濾茶湯總糖配比約為 1∶8，回甘略好于 60℃微濾茶湯，70℃微濾茶湯總糖配比約為1∶5，茶湯回甘明顯，因此總糖配比與回甘程度有密切的關(guān)聯(lián)性；70℃微濾茶湯中咖啡堿的配比約為1∶5，此時茶湯獲得較高醇香評分，而60℃微濾茶湯中咖啡堿的配比約為 1∶8，此時醇香不及原湯與 70℃微濾茶湯，因此，咖啡堿的配比影響著茶湯滋味的厚度；50℃微濾茶湯的滋味最接近原茶湯，甚至還緩解了原茶湯的苦澀味，在此溫度下，滋味成分的配比依次為：咖啡堿 1∶3.8、總多酚 1.04∶1、氨基酸 1∶7.5、總糖 1∶4.3，這一分布與配比規(guī)律不僅使茶湯保留原有了的滋味，而且改善了茶湯的苦澀味，使其在感官方面獲得較高的評價。

2.7 不同溫度微濾對茶色素含量的影響

茶黃素、茶紅素、茶褐素是紅茶加工過程中多酚類物質(zhì)氧化聚合而成的茶色素[6]，與紅茶的湯色、滋味、香氣相關(guān)，不同溫度微濾處理給茶湯帶來感官上差異，可能是因為這種處理影響了紅茶色素的含量（表 6）。不同溫度微濾之后茶湯茶黃素與茶褐素的差異并不顯著，50℃微濾茶湯中茶紅素含量最高。研究發(fā)現(xiàn)，茶葉原湯中茶黃素、茶紅素、茶褐素含量均低于微濾處理后的茶湯，其原因可能與原湯中微米級顆粒相關(guān)，未經(jīng)過濾茶湯的滋味成分多以粒徑較大的顆粒形式存在，微米級顆粒容易發(fā)生聚集現(xiàn)象，使部分茶湯色素隨著顆粒的聚集產(chǎn)生沉淀，因此，不同溫度微濾呈現(xiàn)出的滋味成分分布差異以及感官上的差異，很可能與茶湯形成膠體顆粒的形態(tài)有密切關(guān)聯(lián)。

2.8 熱微濾對茶湯膠體學性質(zhì)的影響

分別對紅茶原茶湯和經(jīng)熱微濾處理的茶湯中膠體顆粒平均粒徑隨溫度變化而變化的過程（先降溫后升溫）進行監(jiān)測。原湯在先降后升的溫度變化過程中（圖 4），其膠體顆粒平均粒徑均基本顯示出隨溫度降低的而減小，隨溫度升高而增加的規(guī)律，在10～70℃溫度范圍內(nèi)，平均粒徑的升降溫曲線吻合度較高，70～90℃內(nèi)重新升溫的膠體顆粒平均粒徑明顯降低，綜合考慮其膠體顆粒平均粒徑在300～2 300 nm較大范圍內(nèi)變化，該現(xiàn)象可能是由于膠體顆粒之間通過次級鍵形成更大的聚集物，在升降溫過程中由于膠體顆粒聚集造成部分顆粒的沉淀，從而引起平均粒徑降低。熱微濾茶湯先降溫后升溫的過程中（圖 5），茶湯中的膠體顆粒的平均粒徑變化范圍基本處于110～160 nm 之間，顆粒與顆粒之間的超分子作用較少，膠體顆粒之間并未通過氫鍵等次級鍵形成更大的復(fù)合顆粒，其粒徑變化應(yīng)屬于膠體顆粒的脹大現(xiàn)象（Swelling），與其溫度敏感性相關(guān)[20]。其平均粒徑在降溫和升溫的過程中擬合度較高，顯示該變化可能為可逆過程。

表5 不同溫度微濾茶湯感官評價表Table 5 Sensory evaluation of tea infusion by microfiltration at different temperatures

表6 不同溫度微濾茶湯茶黃素、茶紅素、茶褐素所占比重Table 6 TF、TR、TB proportion of tea infusion by microfiltration at different temperatures ‰

比較原茶湯和熱微濾茶湯膠體顆粒對溫度的響應(yīng)性規(guī)律曲線，可以發(fā)現(xiàn)熱微濾茶湯表現(xiàn)出較為典型的溫度響應(yīng)性膠體體系特征，但顆粒之間通過超分子作用形成聚集物的現(xiàn)象不明顯，而原湯的顆粒之間形成聚集物的現(xiàn)象較為突出，其平均粒徑隨溫度的變化更大可能性是由于膠體顆粒之間的聚合和分散造成的，因此，通過熱微濾可以去除茶湯中容易形成聚集的顆粒部分。

圖4 原湯升降溫過程粒徑變化圖Fig. 4 The different size of tea infusion during heating and cooling

圖5 熱微濾茶湯升降溫過程粒徑變化圖Fig. 5 The different size of tea infusion by microfiltration during heating and cooling

3 結(jié)論

本文從膠體化學角度對不同溫度熱微濾茶湯滋味物質(zhì)的分布狀態(tài)進行研究，將紅茶滋味物質(zhì)的分布配比與茶湯膠體學性質(zhì)以及茶湯滋味的差異性相關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，不同溫度微濾紅茶茶湯不僅在滋味成分的總量上存在差異，滋味成分的分布狀態(tài)、分配比例、膠體學性質(zhì)、感官評價均有顯著差異，而這些因素之間存在密切聯(lián)系。茶湯為真溶液、膠體、懸濁液等多相復(fù)合體系，滋味成分在多相中的分布與配比此前卻少有研究涉及。研究表明，茶湯體系“三相配比”——特別是膠體相與真溶液的配比對茶湯膠體學性質(zhì)及其滋味有很大影響，其中，咖啡堿（膠體相與真溶液配比約1∶4）、總多酚（配比約 1∶1）、總糖（配比約 1∶4）對茶湯的回甘、滋味、香氣有顯著影響，氨基酸（配比約 1∶7）為輔助影響，配比不僅影響茶湯的滋味，也影響了茶湯的膠體學性質(zhì)，在該配比下，茶湯的平均粒徑約為160 nm，Zeta電位–25.5 mV，膠體體系呈現(xiàn)均勻?qū)ΨQ的分布，所帶電荷表明該體系穩(wěn)定性高。上述多相配比與膠體學性質(zhì)的差異性可以通過選擇不同溫度熱微濾進行調(diào)節(jié)。紅茶原湯升溫過程出現(xiàn)顆粒與顆粒之間通過次級鍵形成的聚集物，粒徑最大達到2 300 nm，聚集物中很可能包含了部分茶黃素、茶紅素、茶褐素等茶色素，而經(jīng)過熱微濾處理的茶湯形成聚集物的現(xiàn)象不明顯，因此，熱微濾可以去除茶湯中容易形成聚集的顆粒部分，而選擇不同的溫度進行微濾，所得茶湯的滋味成分總量、多相分布及配比差異明顯，直接關(guān)聯(lián)茶湯品評的滋味，因此，在茶湯滋味成分總量變化與感官差異之間，膠體相的存在、所占比例及所呈現(xiàn)的膠體學性質(zhì)在其中起到重要的關(guān)聯(lián)作用，為今后進一步研究茶湯滋味成分的結(jié)合機制，構(gòu)建人工膠體顆粒提供研究基礎(chǔ)。

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Study on Multi-phase Distribution of Black Tea Infusion Taste Compounds

LIN Dai1, LI Bingjie2, ZHOU Jianwu1*, RAO Pingfan1
1. College of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China;2. Institute of Biotechnology, Fuzhou University, Fuzhou 350002, China

The black tea infusion was separated into three phases: suspension, colloid, and the true solution by microfiltration and ultrafiltration at different temperatures. Then the concentration and distribution proportion of caffeine, total polyphenols, amino acids, and total sugars were measured. The colloidal properties were measured by Malvern. According to the sensory evaluation and the changes in contents of theaflavin, thearubigins, theabrownin,the correlations between the distribution proportion of the taste compounds, the colloid properties and the flavor of tea infusion were established. The results revealed that the proportion of taste compounds in different phases of the tea infusion was significantly different at different temperature, and the proportion of colloid/true solution could affect the size, potential of the colloidal system and the flavor. The tea infusion acquired a best sensory score by microfiltration at 50℃, while the composition distributions of colloid and true solution were 1∶3.8 for caffeine, 1.2∶1 for total polyphenols, 1∶7.5 for amino acids and 1∶4.3 for total sugars. The average particle size was 160 nm,and the Zeta potential was –25.5 mV. The 50℃ filtrated tea was mellow, rich in aroma, stable, and had uniform particle size distribution.

black tea, microfiltration, ultrafiltration, colloid, taste compounds

TS272.5+2

A

1000-369X（2017）04-347-09

2017-01-19

2017-03-24

國家自然科學基金（31571803）

林岱，女，博士生，主要從事天然產(chǎn)物提取分離與活性研究。*通訊作者 jianwuzhou@zjgsu.edu.cn