陳曉維，余元善*，鄒 波，胡騰根，方廣平，黃通余

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510610；2.東源縣仙湖山農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，廣東河源 517583；3.河源市吉龍翔生物科技有限公司，廣東河源 517149）

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快和快節(jié)奏生活的到來，營養(yǎng)、健康、方便的食品越來越受到人們的青睞，其中茶因具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值、保健功效以及獨(dú)特的風(fēng)味而深受人們的喜愛。特別是茶飲料，其自身的特性符合當(dāng)今飲料行業(yè)追求“天然、健康、營養(yǎng)、功能性”的趨勢，且優(yōu)于調(diào)味茶，已成為健康時(shí)尚的消費(fèi)品[1]。

濃縮是茶飲料行業(yè)的一種常見技術(shù)，可以減少茶汁的體積，從而降低運(yùn)輸、儲(chǔ)存和包裝的成本。此外，由于水分活度降低，濃縮茶汁比原茶汁更穩(wěn)定，且更耐微生物腐蝕。茶濃縮汁是以茶葉為原料，水為溶劑，經(jīng)提取、冷卻、過濾、濃縮、殺菌、灌裝等工藝加工而成的茶深加工產(chǎn)品[2]。其中濃縮是茶濃縮汁加工過程中非常重要的操作單元，也是影響茶濃縮汁的得率、風(fēng)味、穩(wěn)定性及加工成分的主要因素之一。為了最大限度地保留原茶的風(fēng)味、獲得較高的濃縮比和濃縮效率，濃縮技術(shù)在茶濃縮汁生產(chǎn)中得到了發(fā)展[3]。本文對目前常用的茶葉濃縮技術(shù)（真空濃縮、冷凍濃縮、膜分離濃縮等）的原理、特點(diǎn)進(jìn)行了綜述，并展望了不同濃縮技術(shù)的發(fā)展前景與趨勢，以期為茶葉濃縮新技術(shù)的研究與開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 茶葉濃縮的方法

1.1 真空濃縮技術(shù)

真空濃縮又稱減壓濃縮，是指利用水的沸點(diǎn)降低，在較低的真空度下將水分或其他溶劑蒸發(fā)掉的一項(xiàng)技術(shù)[4]；即在減壓條件下加熱，降低茶提取液的沸點(diǎn)，使提取液中的水分迅速蒸發(fā)的一種濃縮方法。傳統(tǒng)的多效真空濃縮是在真空條件下蒸發(fā)水分，與常壓條件相比，能縮短濃縮時(shí)間，是目前茶濃縮汁生產(chǎn)中使用最廣泛的濃縮方法。但由于此方法在濃縮過程中要加熱和抽真空，在此過程中，熱敏性物質(zhì)、芳香物質(zhì)、色素等成分容易發(fā)生氧化，使茶濃縮汁的香氣、色澤、滋味都發(fā)生劣變，導(dǎo)致茶濃縮汁的品質(zhì)下降，繼而導(dǎo)致用茶濃縮汁生產(chǎn)的茶飲料產(chǎn)品質(zhì)量下降。余煉等[5]研究了真空濃縮過程中芒果汁香氣成分的變化，發(fā)現(xiàn)隨著芒果汁濃度的不斷提高，各組分含量降低，而且濃縮芒果汁的糖度越高，香氣物質(zhì)含量減少越多。

為了更好地克服這些缺點(diǎn)及保存新鮮茶湯中的營養(yǎng)成分，新的真空濃縮技術(shù)被開發(fā)出來，如低溫真空濃縮技術(shù)和常溫真空濃縮技術(shù)。低溫真空濃縮技術(shù)是指將物料放置在一定真空度條件下，物料中的水分被蒸發(fā)掉的濃縮。由于在蒸發(fā)室中水分蒸發(fā)的同時(shí)帶走了大部分的熱量，使得產(chǎn)品的溫度下降，這時(shí)產(chǎn)品溫度過低，不利于蒸發(fā)的進(jìn)行，因此需要用設(shè)備自帶的熱泵，產(chǎn)生40 ℃的熱水對產(chǎn)品進(jìn)行循環(huán)加熱，保證產(chǎn)品控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟龋胰考庸み^程中可以通過觸摸屏控制，自動(dòng)化程度極高[6]。將低溫真空濃縮技術(shù)應(yīng)用在濃縮茶汁中能很好地保留茶湯的色澤，但由于沒有香氣回收裝置，對茶湯的香氣影響較大，從而使茶濃縮汁的品質(zhì)下降。常溫真空濃縮技術(shù)原理是先將整個(gè)系統(tǒng)抽成真空，蒸發(fā)室的真空度為0.003 MPa，在此條件下水的蒸發(fā)溫度在22 ℃左右。此時(shí)無需用泵，利用系統(tǒng)的負(fù)壓將物料吸進(jìn)蒸發(fā)室，噴成霧狀，同時(shí)水分被蒸發(fā)掉，產(chǎn)品通過離心泵再次打回蒸發(fā)室進(jìn)行循環(huán)，達(dá)到要求的濃度后出料[7]。與傳統(tǒng)的真空濃縮和低溫真空濃縮相比，不同之處是能在室溫條件下進(jìn)行濃縮。常溫真空濃縮技術(shù)能夠很好地保護(hù)產(chǎn)品中的熱敏性成分，同時(shí)通過較長的換熱管路，可以將水蒸氣釋放的熱量進(jìn)行回收利用，冷凝溫度為10℃左右，無需大功率制冷設(shè)備，濃縮過程能耗少、效率高。但常溫真空濃縮對蒸發(fā)室氣密性、真空泵的要求較高，目前國內(nèi)設(shè)備水平還難以實(shí)現(xiàn)。我國茶葉資源豐富，人們對于天然健康茶飲料的需求增加，常溫真空濃縮作為新型濃縮技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 冷凍濃縮技術(shù)

冷凍濃縮被認(rèn)為是一種有可能替代蒸發(fā)濃縮的方法，它是利用冰與水溶液之間的固液平衡原理，通過冷卻將溫度降到溶液的冰點(diǎn)以下，使溶液中的水分以固態(tài)冰的形式去除，達(dá)到濃縮的效果[8]。目前冷凍濃縮主要有懸浮結(jié)晶冷凍濃縮技術(shù)和界面漸進(jìn)冷凍濃縮技術(shù)。

懸浮結(jié)晶冷凍濃縮技術(shù)的作用原理是不斷排除在母液中懸浮的自由小冰晶，從而使母液的濃度增加而達(dá)到濃縮的目的。此法濃縮終點(diǎn)較大，能夠迅速形成純凈的冰晶，濃縮效率高。但由于此法冰晶的生成、成長、分離三個(gè)過程是在不同的裝置中完成的，系統(tǒng)復(fù)雜、操作要求較高，且成本高、投資較大，未能在更大的范圍推廣。為改善懸浮結(jié)晶冷凍濃縮的不足，學(xué)者研究開發(fā)出了界面漸進(jìn)冷凍濃縮技術(shù)，這是一種沿冷卻面形成并成長為整體冰晶的新型凍結(jié)技術(shù)。界面漸進(jìn)冷凍濃縮法的作用原理與懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法完全不同，是利用隨著冰層在容器冷卻面上生成并成長，在固液相界面，溶質(zhì)從固相側(cè)被排除到液相側(cè)的現(xiàn)象進(jìn)行濃縮的方法。與懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法相比，界面漸進(jìn)冷凍濃縮技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是通過冷凍結(jié)晶出整體冰面，物料與結(jié)晶面接觸面小，易于物料的分離，整個(gè)結(jié)晶生成、分離及除冰過程均在一套裝置中進(jìn)行，裝置簡單、操作方便。茶湯中的色素和功能成分等因低溫得到了保護(hù)，避免了傳統(tǒng)濃縮過程中物料因加熱發(fā)生的各種聚合反應(yīng)；對于多種溶質(zhì)的溶液，濃縮過程溫和，不易引起茶湯中成分組成的變化。

冷凍濃縮工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)被歐美等發(fā)達(dá)國家壟斷，進(jìn)口設(shè)備昂貴，技術(shù)復(fù)雜，且大多僅適用于橙汁加工[9]。目前國內(nèi)冷凍濃縮技術(shù)不成熟，且應(yīng)用于茶濃縮汁方面的報(bào)道較少，關(guān)于懸浮式和漸進(jìn)冷凍濃縮設(shè)備的報(bào)道大多處于中試和小試階段。國內(nèi)對界面漸進(jìn)冷凍濃縮技術(shù)非常關(guān)注，如何控制濃縮終點(diǎn)、提高濃縮效率、降低能耗、界面漸進(jìn)冷凍濃縮裝置的開發(fā)和應(yīng)用已成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。整體來看，隨著人們生活水平的提高，高品質(zhì)的茶飲料產(chǎn)品需求巨大，冷凍濃縮是在低溫下運(yùn)行，可將熱敏性成分和易揮發(fā)成分的損失控制在較低水平，能最大限度地保護(hù)茶葉中的有效成分，同時(shí)可以濃縮到較高濃度，固形物濃度可達(dá)50%，在茶濃縮方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.3 膜濃縮技術(shù)

膜是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間存在的一層薄的凝聚相。膜濃縮是利用天然或人工合成的具有選擇透過性的薄膜，以化學(xué)位差或外界能量為推動(dòng)力，使膜兩側(cè)的物質(zhì)能夠按照預(yù)定的方向進(jìn)行移動(dòng)，從而達(dá)到濃縮的效果。膜濃縮技術(shù)始于20 世紀(jì)70 年代，首先應(yīng)用于果汁的加工，主要有反滲透膜濃縮、納濾膜濃縮等。

1.3.1 反滲透膜濃縮

反滲透膜濃縮是利用反滲透膜只能選擇性透過溶劑的性質(zhì)，在膜的一側(cè)施加壓力以克服溶液的自然滲透壓，使溶劑逆著自然滲透的方向從溶液中分離出來，從而使得溶質(zhì)一側(cè)濃度增加，產(chǎn)品得到濃縮[10－11]。隨著膜技術(shù)的推廣應(yīng)用，反滲透濃縮技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用于茶葉深加工，如用于生產(chǎn)茶飲料、速溶茶等。采用反滲透膜濃縮茶葉浸提液，證實(shí)了反滲透膜濃縮茶汁的可行性[12]；張遠(yuǎn)志等[13]利用反滲透膜濃縮綠茶汁，研究發(fā)現(xiàn)反滲透膜低溫濃縮綠茶汁對物理護(hù)色，減弱熟湯味有明顯的效果；胡建農(nóng)等[14]運(yùn)用反滲透膜分離技術(shù)生產(chǎn)濃縮烏龍茶飲料，極大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；Schreier 等[15]利用反滲透膜濃縮紅茶提取液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)濃縮后干燥制得的速溶紅茶具有原茶香味和冷溶性。

1.3.2 納濾濃縮

納濾濃縮技術(shù)是膜孔徑介于超濾膜和反滲透膜之間的一種以壓力作為驅(qū)動(dòng)力的膜分離技術(shù)[16]。納濾的操作壓力相對于反滲透技術(shù)較低，一般在0.4～2.0 MPa 之間，因此又被稱為“超低壓反滲透”或“疏松型反滲透”。肖文軍等[17]以茶葉深加工制品濃縮前的料液為原料，系統(tǒng)研究了不同截留分子量膜的濃縮效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用300 Da 納濾膜進(jìn)行濃縮的工效較高；楊繼往等[18]采用納濾濃縮金花茶提取液，濃縮液中茶多酚、總黃酮和茶多糖等有效成分均有一定程度的富集，且色、香、味等均得到了很好的保留；顧正榮等[19]在操作壓力為0.4～0.8MPa 下對綠茶提取液進(jìn)行納濾濃縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，納濾對茶多酚的平均截留率為97.3%。納濾濃縮技術(shù)顯著的優(yōu)點(diǎn)在于膜孔徑小、操作壓力低、膜通量較高，對以離子形式存在的鹽和一些有機(jī)分子的去除能力相對較高，而設(shè)備投資成本和運(yùn)行保養(yǎng)的費(fèi)用卻很低。

1.3.3 滲透蒸餾

滲透蒸餾又稱為等溫膜蒸餾、滲透蒸發(fā)、膜滲透濃縮，是基于滲透和蒸餾概念而開發(fā)的一種新型膜分離技術(shù)，是在兩個(gè)水溶液之間進(jìn)行濃縮的過程。依靠微孔疏水膜兩側(cè)溶液表觀滲透壓的不同，兩種溶液中的同一種可揮發(fā)性組分如水蒸氣從表觀滲透壓高的溶液穿過膜孔進(jìn)入表觀滲透壓低的溶液，從而使前者達(dá)到濃縮的目的[19]。與傳統(tǒng)的真空濃縮和反滲透濃縮相比，滲透蒸餾濃縮的優(yōu)點(diǎn)在于能在常溫常壓下操作，即對溶質(zhì)能以最小的熱損失和機(jī)械損失，達(dá)到分離或富集的目的。用于茶湯濃縮，可避免茶湯受高溫或高壓的影響，較好地保留茶湯原有的色香味，還能大大減少膜污染的程度，克服反滲透濃縮的缺點(diǎn)[20]。由于滲透蒸餾是新型的膜濃縮技術(shù)，其用于茶湯濃縮國內(nèi)報(bào)道的較少，國外的研究始于澳大利亞，目前國外已在工業(yè)上應(yīng)用此法，且擁有滲透蒸餾濃縮方法的專利。

1.3.4 集成膜技術(shù)

單一膜濃縮技術(shù)有其各自的特點(diǎn)，它們的應(yīng)用存在很多問題，有一定的局限性。在解決某一具體分離目標(biāo)時(shí)，往往要綜合利用幾個(gè)膜，使之各盡所長，這種過程稱之為集成膜技術(shù)。集成膜技術(shù)可以根據(jù)各種膜自身的特點(diǎn)，利用集成的協(xié)同作用，突破單一膜的局限性，達(dá)到優(yōu)化、高效、低成本、低能耗及無污染的要求[21]。應(yīng)用于茶葉濃縮汁，可以突破傳統(tǒng)加工營養(yǎng)損耗大、能耗大等瓶頸問題，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前集成膜技術(shù)已被應(yīng)用于果汁濃縮，如Alfredo 等[22]研究出了一種澄清和濃縮石榴汁的集成膜技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，先經(jīng)過超濾澄清再進(jìn)行反滲透濃縮的集成膜技術(shù)可以用來加工具有高抗氧化活性的果汁。徐貞貞等[23]研究了無機(jī)陶瓷膜超濾結(jié)合納濾膜組件、無機(jī)陶瓷膜超濾結(jié)合反滲透膜組件兩種集成膜處理工藝對花青素水粗提液的處理效果，結(jié)果表明，兩種逐級(jí)膜過濾技術(shù)均可用于天然活性成分水提物的非熱澄清及濃縮。隨著集成膜技術(shù)商品化應(yīng)用的推廣，集成膜應(yīng)用于茶濃縮汁的前景非常廣闊。

2 小結(jié)與展望

真空濃縮過程中需加熱、減壓，會(huì)對茶濃縮汁的香氣、滋味均產(chǎn)生不利影響，目前通過采用新型的真空濃縮設(shè)備，降低濃縮過程的溫度，同時(shí)采用香氣回收裝置減少香氣物質(zhì)的損失。如真空微波蒸發(fā)技術(shù)發(fā)展為一種新型的濃縮方法，微波加熱和真空蒸發(fā)體系相結(jié)合，可以在低溫條件下快速地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和能量的傳遞。使用真空微波蒸發(fā)濃縮，由于產(chǎn)品的快速加熱，在合適的功率和真空狀態(tài)下，可以從產(chǎn)品中分離出更多的水分，能有效地保留茶葉濃縮汁的香氣、滋味等，提高茶濃縮汁的質(zhì)量。

在眾多加工茶葉水提取液的方法中，冷凍濃縮在保留茶汁中的色、香、味等方面是最為有效的，但成本高、設(shè)備較為復(fù)雜、易產(chǎn)生冷后渾的缺陷，限制了其在茶濃縮汁上的應(yīng)用。目前，冷凍濃縮過程中存在著冰晶與溶質(zhì)的分離困難，懸浮式冷凍濃縮和漸進(jìn)式冷凍濃縮這兩種濃縮方法都會(huì)造成不同程度的溶質(zhì)損失和冰晶的純度低、冷凍濃縮設(shè)備復(fù)雜、成本高等問題，這些問題都需要進(jìn)一步研究解決。

膜濃縮在產(chǎn)品的得率、冷溶性、澄清度、風(fēng)味等方面均有較好的表現(xiàn)，但也存在小分子的溶質(zhì)流失、膜的濃差極化難以濃縮到較高濃度等缺陷?，F(xiàn)階段，膜污染是使用膜濃縮的最大問題，主要表現(xiàn)為隨著運(yùn)行時(shí)間的加長，膜通量和通透性逐漸降低。膜污染的程度決定了清洗的頻率、膜的壽命、所需的膜面積以及成本、工廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。開發(fā)新型膜組件、膜設(shè)備以及在分離工藝中實(shí)現(xiàn)更高的選擇性和滲透性，提高工藝強(qiáng)度和降低成本是膜濃縮技術(shù)未來的發(fā)展方向。此外，單一膜濃縮受到膜孔徑的限制，膜濃縮的溶質(zhì)損失率、濃縮倍數(shù)以及濃縮成本都較低，可以使用不同膜組合進(jìn)行濃縮，發(fā)揮不同膜過程的優(yōu)點(diǎn)。

以上幾種濃縮方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前茶濃縮汁的濃縮工藝常采用單獨(dú)一種濃縮方法，今后，幾種濃縮方法相結(jié)合，利用一種濃縮方法的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)另一種濃縮方式的缺點(diǎn)將是茶葉濃縮技術(shù)的一種發(fā)展趨勢，如膜濃縮和真空濃縮技術(shù)結(jié)合；同時(shí)新的濃縮方法和新的濃縮設(shè)備將會(huì)越來越多地被應(yīng)用，如超高壓結(jié)合膜濃縮、復(fù)合酶法處理茶濃縮汁、高壓脈沖電場結(jié)合冷凍濃縮、超聲濃縮、氣體水合物濃縮技術(shù)等。