一种采用高压脉冲电场杀菌技术的无糖茶饮料生产方法

摘要

一种采用高压脉冲电场杀菌技术的无糖茶饮料生产方法，属于食品工程技术领域。本发明将茶叶于热水中浸提，茶汤经筛网过滤后迅速冷却，离心去沉淀；茶汤经微滤膜进一步过滤后，再经高压脉冲电场灭菌。处理后的茶饮料中茶多酚含量、风味物质含量及色差均无明显变化，将其低温储藏9个月后，安全性和感观品质仍良好。本发明优点是灭菌技术先进，对茶饮料中的热敏、氧敏等物质能较好地保留，产品天然、健康，工艺简单，可大规模工业化生产等。

说明书

技术领域

一种采用高压脉冲电场杀菌技术的无糖茶饮料生产方法，本发明涉及茶饮料的生产工艺，具体涉及茶饮料的护色、澄清及冷杀菌技术，属于食品工程技术领域。

背景技术

茶叶根据其加工方法不同可分为红茶、乌龙茶、绿茶三类，红茶是经过完全加工或完全发酵处理而成，乌龙茶为半发酵茶，而绿茶为不发酵茶。

茶叶的营养成分众多：主要有氨基酸、维生素、矿物质、碳水化合物、蛋白质、脂肪等。茶中还含有几十种矿物质元素。其中钾的含量最高，相当于紫菜和海带的含量水平。钾是细胞中的主要阳离子，对细胞的新陈代谢有着重要作用。绿茶中的硒的含量也较高，能刺激免疫蛋白和抗体的产生，增强人体对疾病的抵抗力，并对治疗冠心病有效，还能抑制癌细胞的发生和发展。

茶中含有大量的茶多酚，茶多酚又称茶单宁、茶鞣质，是茶叶中所含的一类多羟基类化合物的总称，约占茶叶干重的10-30％。其主要成分为黄烷醇类、黄酮类、黄酮醇类、花青素类、酚酸、缩酚酸类及聚合酚类等。茶多酚具有抗氧化(直接清除活性氧自由基、抑制脂质过氧化反应、鳌合金属离子、激活细胞内抗氧化防御系统)，抗肿瘤，抗菌，抗病毒以及延缓衰老等功能。

由于茶叶具有以上延缓衰老、抗疲劳、减脂、抗辐射、抗癌除血脂等保健功效而深受青睐。随着生活节奏的加快，传统的冲泡及慢饮细品的饮茶方式已经不能适应现代生活的需要，发展方便、健康的茶饮料是大势所趋。茶饮料将成为国际市场增长快，发展潜力大的饮料产品之一。

茶饮料于1972年最早出现于美国，近年来风靡于日本和我国台湾地区，以20世纪80年代日本成功开发出了罐装乌龙茶水为标志，茶饮料行业步入快速发展的轨道，日本是目前茶饮料最大生产国。1981年乌龙茶饮料在日本开始普及；1994年，日本罐装乌龙茶、红茶、绿茶类饮料的销售额已达5500亿日元，茶类饮料的市场占有率达19％，仅次于咖啡饮料和碳酸饮料；1995年茶饮料产量首次超过碳酸饮料，1997年液态茶饮料销售量为3794万吨，销售额7400亿日元；2000年上半年，日本软饮料市场较1999年同期上涨了2％，红茶和碳酸饮料略有下降。近年来，日本消费者崇尚健康饮食，作为无糖型健康软饮料的代表，乌龙茶在日本市场上的销售势头日益强劲；但同时，无糖、有益健康、饮用方便的绿茶饮料的发展也非常迅猛。2001年绿茶饮料增长达到20％～30％，具有广阔的发展前景。美国早在20世纪50年代就已开始研制速溶茶，液态茶饮料的研制开发也比较早。美国的茶饮料包括两类：一类是不添加任何辅料的纯茶水；另一类是冰茶，以茶为基质，再调以甜、酸等风味物质配制而成，而且以冷饮方式饮用的一类茶饮料。1998年，冰茶的销售额约为43亿美元，比1997年增加了53％，增长率比软饮料高两倍，1999年比1998年增长8％，2000年茶饮料生产量达420万吨。就国际饮料发展情况来看，纯茶饮料也是茶饮料发展的一个主要方向，它将更趋天然、糖度降低、香精用量减少及使用更好的茶叶来加工。

我国的茶饮料发展起步较晚，1986～1998年是茶饮料发展的导入期，以浙江杭州的塑料瓶装茶可乐开始进入市场为标志，主要产品有茶汽水、茶可乐、凉茶、果茶等。期间，随着对茶叶的深加工和新产品开发的深入，各种茶饮料研制品相继而出，如中国农科院茶叶研究所的茶可乐、广东的柠檬茶、牛奶茶，福建的乌龙茶浓缩汁、湖南的山楂茶、猕猴桃茶等等，但都未具规模、未形成效益。直到20世纪90年代中期，河北旭日集团向全国推出了冰茶和暖茶，广大消费者认识了旭日升冰茶，也真正开始接受和喜爱茶饮料。到1998年为止，我国已涌现出40多种茶饮料，其中调饮式茶饮料占75％左右，清饮式茶饮料占25％左右。1999年以后，是我国茶饮料发展的成长期。1999年，我国的茶饮料已有20多家生产企业，30多条生产线，产量已达到80万吨；2001年已达到了300万吨。

目前市场上以茶叶和水为原料制成的天然茶饮料尚不多见。这主要由于对茶饮料的技术问题尚未完全解决，茶饮料在制造、存放过程中极易出现褐变、混浊、风味变化等问题。因此，目前国内外市场上还没有具有较长货架寿命的罐装纯天然茶饮品，而所谓的茶饮料是少量茶汁加茶香精和水及其他添加剂配制而成的。

高压脉冲电场(Pulsed electric fields，简称PEF)是一种新近发展起来的非热杀菌技术，它能够克服传统热杀菌在杀菌过程中会造成热敏性营养物质(维生素、具有生物活性功能的蛋白质和色素等)破坏、挥发性风味物质损失、天然色泽和质构改变等缺点，因此已成为国内外的研究热点。

目前国内外许多研究者在模拟体系和在苹果汁、香蕉汁、菠萝汁、橙汁、桔汁、桃汁、牛奶、蛋清液等实际食品体系中，研究了PEF对酵母、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、细菌孢子等致病菌和非致病菌的杀灭效果及其对食品风味等的影响。研究结果显示，抑菌效果可达4～6个对数级及以上，而且经处理后对食品的感官质量不造成影响，其货架期一般都可延长4～6周，甚至更长。Qin等人证实在脉冲电场强度为12～40kV/cm，脉冲时间为18μs～20μs条件下，可有效地对食品进行灭菌，且以双矩形波最为有效。邓元修等利用脉冲高压杀灭酵母和大肠杆菌，取得良好的实验结果，试液温升小于2℃，因而可有效保存食品的营养成分和天然特征。Hodins等人用低能脉冲电场处理苹果汁，结果表明用80kV/cm的电场，脉冲20次，pH＝3～5，44℃，添加100U/ml乳链球菌素能减少微生物1 06cfu/ml，维生素C保留97.5％，果胶甲酯酶的活性减少92.1％，橙汁的货架寿命得到延长，气相色谱显示芳香物质在脉冲前后无显著差别。Mingyu等人处理香蕉汁时也有相似的结论。PEF处理对未过滤的苹果汁、果浆含量高的菠萝汁、桔汁、天冬甜素液的感官特性没有影响。桔汁中的维生素C含量不改变，处理过的苹果汁比新鲜的苹果汁味道更好。经俄亥俄州立大学实验证明，由PEF加工的橙汁、苹果汁、酸奶等产品的色泽、风味、营养等质量指标明显好于传统的采用热杀菌的产品，在常温下保藏3个月后仍然具有接近于新鲜果汁的品质。

国内外对PEF在食品保藏中的应用研究多集中在酸性果蔬汁上，关于PEF对绿茶饮料杀菌方面的应用国内外均未见报道。

在茶饮料的生产过程中，茶汁的过滤技术是影响到茶饮料生产及存放期间澄清度的关键因素。传统上采用的化学法和离心沉降及机械过滤法在效果和操作上都存在较大缺陷，无法彻底解决浑浊沉淀问题，如国内某厂家采用2次进口离心设备处理茶汁后，茶饮料在存放期间仍产生浑浊现象。随着膜技术的发展与完善，一些研究工作者及生产厂家用膜技术进行了尝试，研究表明，超滤膜对茶汁能有效除浊，但是，由于超滤膜微孔小，截留分子质量常常在几千至几万道尔顿之间，在去除机械性杂质的同时，对茶汁中的有效成分也有较高的截留作用，超滤技术用于茶汁澄清并不理想。

微滤技术是以微滤膜组件为分离单元的过滤技术，其微孔孔径介于超滤和精滤之间，微孔尺寸在零点几到几微米左右，膜材质以聚丙烯、聚乙烯及聚偏氟乙烯为主。随着微滤膜制造技术的完善和应用领域的不断拓宽，微孔过滤技术已成为一种较为理想的溶液除浊、除菌新技术。

发明内容

本发明目的是提供一种采用高压脉冲电场技术生产无糖茶饮料的方法，对传统的热杀菌的茶饮料生产方法进行改进。

本发明技术方案：所述一种采用高压脉冲电场技术生产无糖茶饮料的方法，具体涉及利用微滤技术对茶汤进行过滤，再以高压脉冲处理器对其进行冷杀菌。以市售茶叶为原料，于已加入护色剂的30～60℃热水中浸提15～30分钟。将浸提的茶汤经筛网过滤，去除茶叶残渣，然后迅速冷却到10℃以下。将冷却后的茶汤在3000r/min以上离心15min以上，抽滤。将茶汤经0.2～0.5μm微孔滤芯过滤，得到澄清透明的茶汤。将茶汤经OSU-4L高压脉冲处理器灭菌处理，处理后茶汤无菌灌装，即得产品。得到的绿茶饮料产品天然、健康，安全性高。

本发明采用了膜过滤技术，所用为微孔滤芯。采用高压脉冲电场冷杀菌技术，脉冲极性为双极或单极脉冲，矩形或锯齿或指数衰减型脉冲，电场强度15～40kV/cm，处理时间40～160微秒。

PEF是一种新近发展起来的非热杀菌技术，它能够克服传统热杀菌在杀菌过程中会造成热敏性营养物质(维生素、具有生物活性功能的蛋白质和色素等)破坏、挥发性风味物质损失、天然色泽和质构改变等缺点，因此已成为国内外的研究热点。本发明采用俄亥俄州立大学生产的OSU-4L高压脉冲处理器，其性能处于世界领先地位。

茶多酚的测定：酒石酸铁比色法

游离氨基酸的测定：茚三酮比色法

色差的测定：采用WSC-S测色色差计测定

本发明的有益效果：利用微滤膜分离技术去除部分使茶饮料在储藏中产生混浊的蛋白和果胶等大分子，使茶汤澄清透明，感官接受性提高。微滤膜技术在茶饮料澄清工艺中能有效保留茶汁中的有效成分，除浊效果好，膜通量恢复率高；较超滤膜更适合于茶饮料澄清工艺，微滤后的瓶装茶饮料在保质期内不出现浑浊现象。此法具有处理量大、分离条件温和、流程简单及能耗较低等优点，是一种高效的过滤除浊方法，可实现工业化生产。

采用高压脉冲电场技术生产茶饮料，虽然传统的高温杀菌简单、方便，但其缺点是热敏成分如茶多酚、风味物质损失较大，易引起褐变和混浊。高压脉冲电场技术属于正在兴起的冷杀菌技术之一，操作参数可变，适用于各种液态物料的杀菌处理；使杀菌后绿茶产品不仅达到卫生要求，而且产品中的热敏性物质含量和性质几乎无变化，能保持其原有的品质。高压脉冲杀菌后产品可达到检测无菌水平，保存期可达到9个月以上。高压脉冲杀菌前后产品的主要成分及感官品质未发生明显的变化，可以在保证杀菌效果的基础上，最大限度地维持其天然的色泽、口感和风味，前景广阔，是一种非常理想的杀菌方法。

附图说明

图1不同电场强度和不同处理时间下对绿茶饮料的杀菌效果

图2不同处理条件对绿茶饮料中茶多酚浓度的影响

具体实施方式

实施例1无糖绿茶饮料制备

因为绿茶、红茶和乌龙茶的生产工艺非常相似，且绿茶饮料在制备中最易发生褐变和产生混浊，所以在此以绿茶饮料的生产为实例。

以市售炒青绿茶叶为原料，于已加入5ppm□-环糊精和5ppm ZnCl₂护色剂的50℃热水中浸提20分钟。将浸提的茶汤经200目筛网过滤，然后迅速冷却到10℃以下。将冷却后的茶汤在3000r/min下离心15min，抽滤。将茶汤经0.5μm微孔滤芯过滤，得到澄清透明的茶汤。部分茶汤接种大肠杆菌，菌浓度达到10⁶级别，用于杀菌研究。将接种和未接种茶汤经OSU-4L高压脉冲处理器灭菌处理，无菌灌装。

图1显示了电场强度为20、30、40kV/cm，处理时间为40、80、120、160μs时(脉冲宽度为2μs，脉冲频率为667pps)，PEF对接种绿茶饮料内总菌落数的影响。总的说来，电场强度和处理时间对杀菌效果有着显著的影响，随着电场强度和处理时间的增大，杀菌效果越来越好。

由图2可看出(操作条件同图1)，与原样相比，PEF处理后样品的茶多酚含量几乎无变化，不同处理条件下的样品中茶多酚含量也几乎无差异。因此，可知PEF处理对绿茶饮料中的多酚物质含量无影响。

表1为不同杀菌方式对绿茶中氨基酸浓度的影响，数据可看出热杀菌后样品氨基酸含量明显下降，而PEF处理样品的氨基酸含量略有增加。

表1

  名称    氨基酸总量(μg/ml)  原样    306.65±0.60  PEF处理样品(40kV，160μs)    310.45±0.54  热杀菌样品(121℃，10min)    274.59±0.78

(α＝0.05)

表2为不同杀菌方式对绿茶色泽的影响。热杀菌引起了绿茶的色泽向红、黄的转变，绿茶在热杀菌过程中发生了较为严重的褐变，且肉眼观察到杀菌后茶汤内已有部分沉淀出现。表2显示PEF处理的样品与原样相比，L值、a值和b值几乎无变化，茶汤清澈透明，仍保持了绿茶饮料原有的色泽。

表2

    名称  L  a  b    原样  49.53±0.65  -3.88±0.76  10.44±0.43    PEF处理样品    (40kV，160μs)  48.79±0.47  -3.86±0.36  10.31±0.51    热杀菌样品(121℃，10min)  44.50±0.59  2.02±0.52  26.30±0.92

根据具体操作效果，选择电场强度为40kV/cm、处理时间为120μs。