紅茶加工過(guò)程中發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展

陶琳琳，張婭楠，閆振，高路，王登良,2＊

（1.廣東德高信食品加工有限公司，英德 513000；2. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣州 501642）

隨著紅茶健康功能研究的深入，其越來(lái)越多的保健功效被人們所發(fā)掘[1,2]。除其誘人的功效之外，紅茶迷人的香氣及甜醇的口感受到了更多茶友的青睞。發(fā)酵是紅茶加工過(guò)程中的關(guān)鍵工序。同時(shí)發(fā)酵也是紅茶外形色澤、湯色、香氣、滋味等特有品質(zhì)形成的關(guān)鍵因素，是揉捻葉由綠色變?yōu)榧t色，青氣逐漸散發(fā)，并產(chǎn)生花香、果香等香氣的主要過(guò)程。發(fā)酵主要目的是為促進(jìn)以多酚類酶促氧化為中心的一系列生化反應(yīng)，創(chuàng)造有利的氧化條件，進(jìn)而形成紅茶特有品質(zhì)特征。

1 發(fā)酵與紅茶品質(zhì)

紅茶發(fā)酵其實(shí)質(zhì)是茶鮮葉細(xì)胞組織因揉捻工藝而受到不同程度的破損，從葉表皮細(xì)胞中釋放的多酚氧化酶得以與多酚類化合物接觸而發(fā)生酶促氧化反應(yīng)，形成紅茶“紅湯紅葉”的獨(dú)特品質(zhì)[3]。

紅茶獨(dú)特感官品質(zhì)的形成多依賴于發(fā)酵過(guò)程中茶多酚的氧化，黃酮類、黃烷醇類、酚酸類和花色苷類等茶多酚物質(zhì)在多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、過(guò)氧化物酶(Peroxidase，POD)、 β-葡萄糖苷酶(β-D-Glucosidase，BG)等酶的催化作用下發(fā)生強(qiáng)烈的酶促氧化反應(yīng)，生成茶黃素（Theaflavins，TFs）、茶紅素（Thearubigins，TRs）和茶褐素（Theabrowine，TB）等水溶性色素以及揮發(fā)性芳香化合物（圖1）[4]，從而形成紅茶獨(dú)特的感官品質(zhì)[5,6]。

圖1 紅茶發(fā)酵的推薦圖解[3,4]

TFs和TRs均具有一定的收斂性，是茶湯濃強(qiáng)度和鮮爽度等內(nèi)在品質(zhì)的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)。另外TFs和TRs分別是紅茶湯色“亮”、泛“金圈”和“紅”的主要形成因素。TB為一類非透析性的高聚合褐色物質(zhì)，是導(dǎo)致紅茶湯色暗、收斂性不足的主要因素。茶三素的含量和組成比例在很大程度上決定了茶湯品質(zhì)的優(yōu)次，發(fā)酵適度，則TFs與TRs含量高、TB含量少，茶湯品質(zhì)較優(yōu)；發(fā)酵不足，則TFs、TRs含量少，茶湯不夠“紅”、“亮”；發(fā)酵過(guò)度，TRs則會(huì)轉(zhuǎn)化形成較多的TB，使茶湯發(fā)暗。此外，茶黃素和茶紅素可通過(guò)氫鍵的形式締合咖啡堿和蛋白質(zhì)形成絡(luò)合物溶入茶湯而增加紅茶的濃強(qiáng)度和鮮爽度，這也是紅茶出現(xiàn)“冷后渾”現(xiàn)象的反應(yīng)機(jī)理。

伴隨著多酚類的氧化，也發(fā)生著一系列的兒茶素鄰醌的偶聯(lián)氧化作用，在脂肪氧化酶作用下，胡蘿卜素、亞麻酸和氨基酸等不飽和脂肪酸水解生成醇、醛等揮發(fā)性香氣物質(zhì)[8]。β-葡萄糖苷酶則以催化糖苷類香氣物質(zhì)前體為主促進(jìn)烷烴類、芳香醇和香葉醇等芳香物質(zhì)的形成，應(yīng)用于紅茶發(fā)酵過(guò)程中能有效提高紅茶的品質(zhì)，顯著提高氨基酸等功能成分。其中以萜烯類和芳香醇類及其衍生物為形成紅茶特征香氣的主要貢獻(xiàn)成分[9]。發(fā)酵過(guò)程中，以順-3-己烯醇為主的青草氣物質(zhì)逐漸揮發(fā)消散，芳樟醇、香葉醇、順-3-己烯酸等清香型香氣物質(zhì)逐漸顯露，紅碎茶的發(fā)酵葉出現(xiàn)清香或清花香，工夫紅茶的發(fā)酵葉則出現(xiàn)花香或果香[3]。

蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、葉綠素等化合物在發(fā)酵葉中也發(fā)生著顯著的變化，氨基酸可與茶多酚、糖類、茶黃素、茶紅素等結(jié)合形成醌、醛、酸、醇、色素等物質(zhì)。淀粉、果膠等大分子糖在果膠酶等水解作用下形成單糖溶于茶湯增加紅茶的甜味品質(zhì)[10]。發(fā)酵過(guò)程中，除了酶促氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量的茶黃素、茶紅素，在葉綠素酶和多酚類氧化產(chǎn)物鄰醌的催化作用下，葉綠素發(fā)生降解使得葉色由綠轉(zhuǎn)紅，在這些綜合因素下形成了紅茶“紅湯紅葉”的品質(zhì)。

2 不同發(fā)酵條件與紅茶品質(zhì)

發(fā)酵程度是影響紅茶品質(zhì)的關(guān)鍵因素，發(fā)酵程度偏高或過(guò)低都不能得到較好的品質(zhì)特征。而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，多數(shù)是通過(guò)發(fā)酵室的溫度、濕度、時(shí)間及通氧狀況等外在因素對(duì)發(fā)酵程度進(jìn)行控制。因此，在生產(chǎn)中就一定要適宜地控制每項(xiàng)因素的具體參數(shù)。

2.1 發(fā)酵溫度

發(fā)酵是紅茶加工制作過(guò)程中的一道關(guān)鍵的工序，若要提高紅茶的品質(zhì)，首先要對(duì)發(fā)酵溫度進(jìn)行合理地調(diào)節(jié)。發(fā)酵溫度控制是影響紅茶發(fā)酵品質(zhì)的重要措施。發(fā)酵溫度包括環(huán)境溫度以及葉溫，一般葉溫是通過(guò)對(duì)環(huán)境溫度的調(diào)控進(jìn)行調(diào)節(jié)。紅茶發(fā)酵的溫度應(yīng)控制在適宜的范圍之內(nèi)，通常情況下紅茶發(fā)酵溫度應(yīng)控制在24-30℃為宜。郭桂義[11]指出，信陽(yáng)紅茶發(fā)酵的氣溫以24℃-25℃較好，此時(shí)發(fā)酵葉的葉溫則保持在30℃以下較佳。而趙和濤[12]認(rèn)為適當(dāng)?shù)奶岣卟枞~的發(fā)酵溫度，有利于紅茶成品茶香氣的提升。印度關(guān)于紅茶發(fā)酵的相關(guān)研究[13]表明，當(dāng)發(fā)酵葉的溫度在30℃-32℃時(shí)，與香氣相關(guān)的酶促反應(yīng)激烈，形成的芳香物質(zhì)多。Matin obanda等[14]的研究表明，海拔2178m，南緯0°22″的茶葉經(jīng)過(guò)揉切后進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，20℃條件下的茶湯比30℃條件下的要明亮，且茶湯的收斂性和鮮爽度更佳。

發(fā)酵過(guò)程中溫度過(guò)高或偏低，都對(duì)紅茶品質(zhì)的形成不利。方世輝[15]對(duì)工夫紅茶的發(fā)酵溫度進(jìn)行了相關(guān)的研究，結(jié)果表明：工夫紅茶發(fā)酵溫度以22℃-28℃較為適宜。如果發(fā)酵葉的溫度過(guò)低，酶活性較弱，部分內(nèi)含成分達(dá)不到轉(zhuǎn)化的要求，不僅使轉(zhuǎn)化進(jìn)展緩慢，還會(huì)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間且內(nèi)含物不夠豐富，不利于工夫紅茶品質(zhì)的提高；倘若發(fā)酵葉的溫度過(guò)高，超過(guò)35℃，其多酚類氧化過(guò)于激烈，造成TR迅速增加，并進(jìn)一步氧化聚合成暗褐色的茶褐素，且加速酶蛋白與氧化了的多酚類結(jié)合形成不溶性復(fù)合物，使毛茶香低味淡，色澤枯暗。

越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)變溫發(fā)酵進(jìn)行了相關(guān)研究，認(rèn)為變溫發(fā)酵可以提高工夫紅茶的品質(zhì)。陳以義[16]通過(guò)變溫發(fā)酵試驗(yàn)，提出單純地高溫或低溫恒溫發(fā)酵均不能獲得更多的TF。只有初期先進(jìn)行高溫發(fā)酵，而后再轉(zhuǎn)入低溫發(fā)酵，此時(shí)TFS的生成量最大，有利于工夫紅茶品質(zhì)的提升。高溫有利于茶黃素的生成，不利于積累，低溫有利于積累。夏濤等[17]也有相同結(jié)論，并認(rèn)為變溫發(fā)酵的原理為：初期高溫是為了激發(fā)酶的活性，中后期低溫是為了保持酶的活性，進(jìn)而充分發(fā)揮酶促氧化作用，提高工夫紅茶的品質(zhì)。但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，變溫發(fā)酵成本較高，大多企業(yè)仍采用恒溫發(fā)酵的方法。

在實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)酵程度遵循“適度偏輕，寧輕勿重”的原則，企業(yè)在進(jìn)行紅茶發(fā)酵時(shí)宜適當(dāng)降低發(fā)酵溫度，這將有助于紅茶香氣的提高和TF、TR的積累，減少茶褐素的生成，從而提高紅茶的品質(zhì)。在加工生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)酵溫度可以采用發(fā)酵室溫度控制、葉片堆翻等方式來(lái)控制。對(duì)于小型茶廠可用炭火加溫；用潔凈的噴霧器對(duì)墻壁和室內(nèi)噴霧或?qū)Φ孛鏋⑺畞?lái)降溫增濕。

2.2 發(fā)酵濕度

紅茶發(fā)酵濕度一方面指發(fā)酵葉本身的含水量，另一方面指空氣的相對(duì)濕度。發(fā)酵葉中的水分既是各物質(zhì)參加反應(yīng)必不可缺的介質(zhì)，又是各反應(yīng)的直接參與者。發(fā)酵葉中含水量的濃度適當(dāng)時(shí)，有利于葉片內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。當(dāng)發(fā)酵葉含水量偏高時(shí)，會(huì)加快發(fā)酵進(jìn)程，發(fā)酵葉內(nèi)的物質(zhì)來(lái)不及轉(zhuǎn)化，盡管葉底紅亮，但香氣、滋味帶有青澀味；若發(fā)酵葉含水量偏低，抑制酶活性，引起酶蛋白膠體凝固變性，導(dǎo)致發(fā)酵困難，香氣低沉，滋味淡薄，葉底烏暗。目前大量文獻(xiàn)表明[18-21]，以萎凋葉含水量在60～62%最佳。發(fā)酵葉還受空氣相對(duì)濕度的高低影響，當(dāng)發(fā)酵濕度過(guò)低時(shí)，發(fā)酵葉葉面水分蒸發(fā)較快，表層的發(fā)酵葉因失水變得干硬，減緩了發(fā)酵進(jìn)程。發(fā)酵濕度過(guò)高，發(fā)酵葉表面的空氣流動(dòng)性變差，同樣不利于發(fā)酵的進(jìn)展[22-25]。蒲國(guó)濤[19]采用了正交試驗(yàn)探究了溫度、濕度、時(shí)間對(duì)春、夏、秋三季紅茶品質(zhì)的影響，結(jié)果表明無(wú)論是哪一季節(jié)，影響紅茶發(fā)酵因素的主次順序是濕度>溫度>時(shí)間。說(shuō)明濕度對(duì)紅茶發(fā)酵起主要因素。春、夏季最適的發(fā)酵濕度為85%，秋季則是95%。糜烜[18]探究了不同濕度對(duì)紅茶發(fā)酵品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)酵濕度達(dá)到95%時(shí)，整體品質(zhì)最佳，綜合評(píng)分最高。

2.3 發(fā)酵時(shí)間

在紅茶的加工過(guò)程中，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，茶葉感官品質(zhì)和理化性狀不斷發(fā)生著變化，在一定發(fā)酵環(huán)境條件和時(shí)間范圍內(nèi)，合理控制發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行適度發(fā)酵，對(duì)于提高紅茶茶葉品質(zhì)具有重要的作用。

紅茶發(fā)酵過(guò)程中物理性狀的變化直接決定紅茶加工品質(zhì)的好壞，尹杰等[26]通過(guò)不同發(fā)酵時(shí)間紅茶品質(zhì)的變化研究表明，在發(fā)酵0h到4h期間，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，成茶外形條索無(wú)明顯變化，色澤逐漸由黃綠、帶紅梗變?yōu)榧t明亮，發(fā)酵葉香氣逐漸由青草氣變?yōu)樘鹣?，湯色由綠黃明亮轉(zhuǎn)變?yōu)榧t較亮，滋味由苦澀轉(zhuǎn)為醇滑。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過(guò)4.5小時(shí)，茶湯顏色變深、變暗，滋味變淺薄，葉底也變紅暗，茶葉品質(zhì)開(kāi)始下降[27]。除此之外，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵葉茶湯pH值呈逐漸下降趨勢(shì)[28]。

紅茶發(fā)酵過(guò)程中，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶的活性均呈下降趨勢(shì)；兒茶素隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，含量逐漸下降，其中兒茶素組分EGC、EC、EGCG、ECG在發(fā)酵初期氧化較快，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，其含量持續(xù)降低至穩(wěn)定狀態(tài)，GC、C、GCG、CG含量變化不大；茶多酚含量隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，發(fā)酵溫度越高，多酚含量降低的速度越快；茶黃素和茶紅素整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，發(fā)酵溫度越高，茶黃素和茶紅素含量越高[23],茶褐素在發(fā)酵過(guò)程中呈現(xiàn)前期顯著上升，后期趨于相對(duì)平衡的變化規(guī)律。多酚類物質(zhì)在多酚氧化酶的催化下，很快被氧化成鄰醌，進(jìn)而聚合成聯(lián)苯酚醌，聯(lián)苯酚醌很不穩(wěn)定，還原形成雙黃烷醇類，氧化形成茶黃素、茶紅素類，多酚類物質(zhì)因逐漸轉(zhuǎn)化而減少[15]。

方世輝等[15]通過(guò)對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間紅茶生化成分的研究表明，在一定時(shí)間內(nèi)，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，茶葉氨基酸含量呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。發(fā)酵前期，由于蛋白質(zhì)的水解，氨基酸的積累大于轉(zhuǎn)化消耗，氨基酸含量逐漸增加，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，氨基酸與與鄰醌及其他物質(zhì)作用，形成有色物質(zhì)和芳香物質(zhì)，氨基酸形成積累小于轉(zhuǎn)化消耗，因而氨基酸表現(xiàn)為減少。這與宋曉東等[29]的研究結(jié)果相一致。

王秋霜等[30,31]通過(guò)對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間廣東丹霞紅茶香氣成分的分析研究表明，發(fā)酵過(guò)程中，茶葉香氣物質(zhì)中醇類物質(zhì)總體上逐漸減少，醛類物質(zhì)逐漸增加，脂類物質(zhì)總體呈上升趨勢(shì)。紅茶發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短與鮮葉葉質(zhì)的嫩度、揉捻程度、發(fā)酵溫度、濕度以及通氧量等條件都有著密切聯(lián)系。當(dāng)其他條件相同時(shí)，掌握適度的發(fā)酵時(shí)間顯得非常重要。目前，高檔紅茶的加工溫度條件控制在28℃左右時(shí)，發(fā)酵時(shí)間一般在4小時(shí)左右為宜[32]。因此，發(fā)酵時(shí)間的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)發(fā)酵溫度、濕度以及通氧量來(lái)進(jìn)行綜合判定。掌握紅茶發(fā)酵過(guò)程中內(nèi)含物質(zhì)的變化規(guī)律，選擇適宜的發(fā)酵時(shí)間，是制作優(yōu)質(zhì)紅茶的關(guān)鍵。

2.4 通氧狀況

紅茶在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)消耗大量的O2，發(fā)酵過(guò)程中兒茶素在多酚氧化酶的作用下生成了茶黃素、茶紅素等物質(zhì)，在這一過(guò)程中氧氣充當(dāng)了氧化劑，因此供氧量的多少會(huì)影響多酚物質(zhì)向茶色素的轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)，發(fā)酵過(guò)程中氧氣是否充足，也會(huì)對(duì)香氣物質(zhì)的生成產(chǎn)生影響。發(fā)酵是紅茶香型從青氣味到果香型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵工序，在這一階段中，氨基酸、胡蘿卜素、不飽和脂肪酸等物質(zhì)在多酚的氧化產(chǎn)物鄰醌的強(qiáng)氧化作用下，降解生成揮發(fā)性香氣物質(zhì)。這一反應(yīng)主要依靠多酚的偶聯(lián)氧化作用[33,34]。

據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所研究表明[33]，若加工1kg紅茶，發(fā)酵過(guò)程中需要消耗O2高達(dá)4～5L。即使是在溫度、濕度等其它條件控制得很好情況下，在缺氧的環(huán)境下，發(fā)酵也不能正常進(jìn)行。這一結(jié)論與朱琳琳[35]的相似。朱琳琳對(duì)比了無(wú)氧發(fā)酵、散開(kāi)發(fā)酵、緊壓發(fā)酵對(duì)紅茶品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，無(wú)氧發(fā)酵工藝的紅茶品質(zhì)最差。在發(fā)酵過(guò)程中由于沒(méi)有O2的供給，多酚類的物質(zhì)氧化受阻，保留量最多，導(dǎo)致茶湯苦澀，且由于氧化不足，茶黃素、茶紅素等有色物質(zhì)生成量偏少，造成茶湯顏色暗淡。潘科[36]在紅茶發(fā)酵過(guò)程中采取通氧處理，與傳統(tǒng)發(fā)酵對(duì)比，結(jié)果表明，通氧發(fā)酵較傳統(tǒng)發(fā)酵能明顯加快發(fā)酵葉葉色及香型的轉(zhuǎn)變，縮短發(fā)酵進(jìn)程，這一結(jié)論與馮林[37]的一致。此外，在探究通氧時(shí)間對(duì)紅茶品質(zhì)的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著通氧時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵前期能夠促進(jìn)茶黃素、茶紅素的轉(zhuǎn)變，較傳統(tǒng)發(fā)酵含量高，但如若未能控制好通氧時(shí)間，茶黃素、茶紅素更容易轉(zhuǎn)變成茶褐色，導(dǎo)致品質(zhì)下降。通氧處理雖然不會(huì)改變紅茶的香型，但隨著通氧時(shí)間的延長(zhǎng)，萜烯類香氣化合物增加得較為明顯，醇類、醛類香氣化合物的含量呈增加趨勢(shì)，而酯類香氣化合物的變化趨勢(shì)卻正好相反。與傳統(tǒng)工藝紅茶相比，其香氣、滋味品質(zhì)得到改善。

3 展望

隨著科技的進(jìn)步與制茶水平的提升，合理地利用技術(shù)手段，提高紅茶整體品質(zhì)已成為可能。為了促進(jìn)我國(guó)紅茶產(chǎn)業(yè)在世界的發(fā)展，適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)紅茶的需求，紅茶發(fā)酵技術(shù)的創(chuàng)新與品質(zhì)的提升成為大家共同的目標(biāo)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，紅茶發(fā)酵這一關(guān)鍵工序并不是孤立存在的，其受到眾多外在因素的影響。發(fā)酵是紅茶加工的關(guān)鍵也是基礎(chǔ)，須在一定的溫度、濕度、時(shí)間和通氧量等條件下才能夠順利進(jìn)行，合理控制這些因素并掌握發(fā)酵的最佳程度，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紅茶的保證。