目前茶飲料基本以清汁為主,在貯藏和銷售過程中必須始終保持澄清透明狀態,因此過濾和澄清凈化是茶飲料加工中的關鍵工序之一。
茶浸出液是一種復雜的混濁溶液,不僅含有茶多酚、咖啡堿、氨基酸、可溶性糖等主要生化成分和可溶性蛋白、果膠、淀粉等大分子物質以及由此而形成的各類大分子絡合物,還含有肉眼可見的茶葉顆粒、茶灰、茶梗毛等夾雜物,必須通過過濾、澄清和凈化等物理和化學方法進行處理。因此,認識和了解茶飲料沉淀混濁形成機制和不同過濾澄清方法的特點,對提高各類茶飲料的澄清度及其貯藏穩定性都具有重要的意義。
一、茶飲料沉淀混濁的主要形成機制
茶飲料的沉淀和混濁的形成受茶葉原料、水質條件和提取技術等多種因素的影響,其形成機制主要可分為以下4種不同的類型。
1.由固體顆粒和懸浮物形成的混濁和沉淀
主要由肉眼可見的茶葉顆粒、茶灰、茶梗毛等夾雜物和細小的固體顆粒物所形成。
2.由水質條件不佳引起的混濁和沉淀
茶葉提取用水中鈣、鎂、鐵等離子含量較高或水質較差均可引起茶湯的混濁和沉淀。
3.由“冷后渾”產生的混濁和沉淀
茶飲料中的茶多酚及其氧化產物(茶黃素、茶紅素)、咖啡堿、氨基酸等化合物間及與蛋白質大分子之間發生復雜的聚合、縮合反應,形成大分子絡合物而產生渾濁或沉淀,即“冷后渾”現象。
4.大分子物質產生的混濁和沉淀
茶湯中含有豐富的可溶性蛋白、果膠、淀粉等大分子物質,不僅自身會產生混濁和沉淀,往往還會促進第三類中的各類化合物形成更為復雜的絡合物。
二、茶飲料沉淀混濁的去除方法
茶飲料沉淀混濁的去除方法主要有過濾和澄清凈化兩大類。
1.過濾方法
過濾是采用機械或物理的方法去除茶湯中混濁物的技術,是解決因固體顆粒和懸浮物形成的茶湯混濁和沉淀效的方法。按分離孔徑分,常用的茶湯過濾方法主要包括粗濾、精濾和超濾三大類。
(1)粗濾
粗濾是茶飲料加工中過濾系統的第一步,主要目的是去除茶湯中粗大的固體顆粒和懸浮物。粗濾介質一般采用
100一300目的金屬網或尼龍、帆布、絹布、無紡布,在生產中常采用雙聯過濾器、板框過濾機等。茶湯經粗濾后仍呈現混濁狀態,靜置后會出現明顯的沉淀物,一般需要做進一步的過濾澄清處理。
(2)精濾
精濾即精密過濾,主要目的是去除茶湯中細小的固體顆粒和懸浮物。通常采用精密度較高、孔徑細小的過濾介質,去除茶湯中粒徑>0.05 N, m的微粒子,使茶湯澄清透明。根據產品澄清度的需要,茶湯精濾常采用0.1一100um的各類過濾袋、微孔濾膜、硅藻土、紙板、石棉纖維等過濾介質,生產中常采用微孔精密過濾器、板框過濾機和薄板過濾機等過濾設備。
(3)超濾(CIF)
超濾是一種分離組分直徑更小的膜分離方法,不僅可以去除茶湯中的各種微粒,還可以截留茶湯中大部分的蛋白質、果膠、淀粉等大分子物質,由于改變了茶湯的化學組成比例,能提高茶飲料的滋味品質。茶飲料過濾應用的超濾膜孔徑一般在50000一300000分子量之間,生產中常采用無機陶瓷膜和卷式、管式、中空纖維等形式的各類有機膜。
2.澄清凈化方法
凈化是采用除過濾以外的純物理或化學方法來澄清茶飲料的技術,是在純過濾方法不能實現茶湯澄清時所采用的方法。主要包括離心沉淀法、高熱處理法、工藝參數控制法等物理方法和轉溶處理、酶處理、脫除有效成分、添加品質改良劑等化學方法。
(1)物理澄清法
①離心沉淀處理法。采用離心機去除茶湯中的固體顆粒和懸浮物,其中高速離心機可以去除粒徑大于1Oum的粒子和懸浮物。在茶飲料生產中,一般將茶汁冷卻至10℃以下或調整茶汁pH3.0-4.0后進行離心處理。常規低速離心可達到粗濾的效果,而高速離心可接近精密過濾。
②高溫處理法。高溫處理可以打破各類化學鍵之間的相互作用,降低和破壞茶湯中各種物質作用引起的沉淀,從而起到澄清茶湯的目的。一般采用110-140℃ ,0.1—lOmin的高溫處理,可以有效防止茶飲料的沉淀。
(2)化學澄清法
①堿性轉溶法。轉溶法是在茶汁中加人堿性物質,使茶多酚與咖啡堿之間的氫鍵斷裂,并與茶多酚及其氧化物形成穩定的水溶性強鹽,避免茶多酚及其氧化物再次與咖啡堿絡合,從而消除茶乳的形成。采用堿性物質轉溶是茶飲料去除
茶乳經典的方法,去除茶乳的效果明顯。常用的轉溶劑有NaOH、NaHCO3、KOH等堿性物質。
②脫除茶乳主要成分法。茶乳主要是咖啡堿和茶多酚及其氧化產物以氫鍵結合而成,咖啡堿、茶多酚、兒茶素等是形成茶乳的主要成分。因而去除少量的咖啡堿、茶多酚可減少茶乳的形成量。在茶葉提取時加人0.1%--10%的聚酞胺或0.005%一1%的聚乙烯吡咯烷酮,攪拌靜置后過濾,可獲得澄清透明的茶汁。
③添加劑法。在茶汁中加入明膠、阿拉伯膠、鹿角菜膠、海藻酸鈉、果膠等大分子化合物和蔗糖脂肪酸醋等表面活性劑,不僅可以絡合茶多酚物質,在冷卻條件下形成沉淀,而且可以改變茶汁的分散性和乳化作用,增加茶汁粘度,從而獲得澄清透明的茶飲料。在茶汁中添加果糖、木糖、山梨醇糖、麥芽丙糖、乳糖、葡聚糖、β一環化糊精等多糖類化合物,也可防止茶飲料的混濁或沉淀。
④生物酶法。采用單寧酶、果膠酶、淀粉酶和復合酶等酶對茶汁進行處理,可減少茶乳的形成。單寧酶能切斷兒茶素上的沒食子酸醋的醋鍵,反應釋放出的沒食子酸可以與咖啡堿結合,形成分子量較小的水溶物,從而降低沉淀的形成。
三、常用的澄清過濾工藝及其選用
1.常用的工藝技術
一般應根據茶飲料種類、濃度和風味特性的差異,選擇不同的澄清過濾工藝技術。根據澄清工藝的特點,常用的茶湯澄清技術可歸納為以下3類。
(1)系統過濾技術
將不同孔徑的過濾材料及設備進行組合,以去除茶湯中各類固體顆粒和懸浮物的方法,即多級過濾方式。茶飲料加工中一般采用兩級過濾方式,第一級為粗過濾,多采用雙聯過濾器、板框過濾機等設備和金屬網或尼龍等介質,去除茶湯中較大的固體顆粒和懸浮物;第二級為精密過濾或超過濾,精密過濾一般采用微孔過濾(MF)器。系統過濾技術通常用于綠茶或烏龍茶飲料加工中的澄清過濾。
(2)系統澄清技術
一般是指除過濾以外的、可澄清茶湯的各種物理和化學方法的組合技術。一般先采用轉溶或添加各類添加劑(如明膠、β一環化糊精等)或生物酶等化學方法對茶湯進行處理,然后采用離心方法去除沉淀和澄清茶湯。系統澄清技術一般用于冷溶型紅茶飲料加工的澄清凈化。
(3)澄清一過濾聯合技術
是一種將澄清凈化技術與過濾技術相結合所形成的聯合技術。一般先采用離心、轉溶或添加各類添加劑等去除茶乳,然后采用各類過濾方法澄清茶湯。澄清一過濾聯合技術可用于不同茶飲料的加工。
2.澄清過濾方法的選用
澄清凈化技術和過濾技術各有所長,因此在茶飲料加工中一般將兩者結合起來使用。相對于澄清凈化技術,過濾技術具有生產簡便、可連續化生產和對品質影響較小等特點。因此,在過濾技術可解決茶飲料的混濁沉淀時,應盡量選用過濾技術。
(1)過濾方法的選用
每種過濾技術及其過濾介質都有一個的過濾范圍和過濾特點,為獲得的過濾效果和經濟的過濾成本,應根據不同茶湯的理化特性,采用不同的多級過濾方式,逐步去除茶湯中的固體顆粒物質,使茶湯澄清透明。在選擇過濾方法及應用時應注意以下幾點。
①茶湯自身特性。茶湯的粘度及其顆粒分布對過濾有明顯的影響,在實際應用過程中應根據不同茶湯的特點選擇過濾方法和應用工藝參數。一般來說,茶浸出液中可溶性固形物含量越高,粘度越大;蛋白質、果膠和淀粉等大分子比例越高,粘度相對越大。
②過濾介質的過濾特性。不同過濾介質會因材料孔徑、厚度、疏水性及其他材料特性的不同而產生較大的差異,出現不同的分離特點。因此,應通過實際測試確定合適的過濾介質。另外,特別應杜絕使用會引起茶湯產生異味的各類材料。
③設備的設計和操作條件。不同的操作壓力、過濾溫度和過濾面積對茶湯的過濾也有明顯的影響。因此,應盡可能優化管道及配套設備的設計參數和操作壓力、過濾溫度等工藝參數。通常過濾溫度和操作壓力越高,通量越大,但每種過
濾介質均有一定的溫度和壓力上限,同時溫度過高影響茶湯的風味品質,壓力過大易引起較大的濾餅阻力和濃度極化現象,從而造成過濾速率的下降。而過濾介質的面積越大,設備的投資成本也越高。因此必須通過試驗確定不同介質所需的過濾面積,從而達到經濟的物料平衡。
(2)澄清凈化方法的選用
澄清凈化技術一般是解決常規過濾技術無法解決或較難解決的茶湯澄清問題。澄清凈化技術的選擇應以穩定產品品質和降低對茶風味的影響為標準。
①應盡量采用物理澄清凈化方法。由于一般化學凈化法對茶湯風味品質的影響較大,因此物理澄清凈化方法是首選,如采用冷卻離心或添加澄清吸附劑等方法對茶飲料的品質影響較小。
②宜采用成本低和對茶湯風味品質影響小的化學凈化法。一般可采用添加β一環化糊精、果糖和明膠等包埋劑和穩定劑。
③應采用對品質影響較小的堿轉溶劑和酶類。堿轉溶作為去除茶乳經典的方法,去除茶乳效果明顯,但對茶飲料品質有明顯的影響;單寧酶等生物酶技術雖然轉溶效果較好,但使用價格高,對茶滋味也有一定的影響。因此在實際應用中應注意轉溶劑、酶種類的篩選及其應用工藝參數的優化。