（茶学专业论文）超声波技术在绿茶汁反渗透膜浓缩制备工艺中的应用研究.pdf

超声波技术在绿茶汁反渗透膜浓缩制备工艺 中的应用研究 荼学专业硕士研究生周为 指导教师杨坚教授 叶阳研究员 摘要 以膜技术为主的茶浓缩汁加工技术虽然能改变传统热浓缩工艺耗能大，易使 热敏性物质氧化聚合造成损失或劣变，使得产品冷溶性较差，茶香淡薄茶叶风味 损失大，香气差等问题，但也存在资源浪费，浓缩汁浓度不足，浓缩效率不高的 问题。本实验以浙江绿碎茶为原料，以超滤+ 反渗透浓缩为工艺，把超声波技术应 用到绿茶提取、超滤澄清和反渗透膜浓缩中。 1 采用5 0 的水温并结合超声波辅助提取对比常规提取方法( 9 0 提取 1 0 m i n ) ，比较了绿茶提取液的内含成分浸出率、儿茶素的含量以及色差的变化。 结果表明：在5 0 的超声辅助条件下，提取1 5 m i n 后，茶汤的干物质、茶多酚、 氨基酸以及咖啡碱的提取率均达到或超过常规的提取方法，茶汤中的儿茶素特别 是e g c g 的含量也均高于常规的方法；提取的绿茶汁的明亮度以及黄绿度均明 显好过常规提取方法。这说明，利用超声波辅助提取，绿茶能在低温( 5 0 ) 条 件下获得满意的提取率，而且得到的绿茶汁的色泽品质更佳，保健功能更好。 2 采用膜分离装置，选用c a 材料2 万、5 万、1 0 万分子量超滤膜，系统研 究了超声波处理对绿茶汁超滤膜通量、化学成分、儿茶素以及色差的影响。结果 表明：超声波处理后，1 0 万分子量的膜通量提高了2 8 3 3 ，5 万分子量的膜通 量提高了4 0 - - - - 2 5 0 ，2 万分子量的膜通量提高了2 倍多；超滤液的茶多酚、咖 啡碱、氨基酸、儿茶素等有效化学组成均得到了提高，而对蛋白质、果胶等大分 子物质和色差的影响较小。这说明超声波能一定程度的破坏绿茶汁中的大分子聚 合物，使更多有效物质从中分离释放出来，并能减少大分子物质在超滤膜上的附 着几率，提高膜通量。 3 采用膜分离装置，研究了0 4 、0 6 、0 8 m p a 三个工作压力条件下，超声波 处理对反渗透膜浓缩绿茶汁的膜通量、浓度以及内含成分的影响。结果表明：超 声波处理后，在o 4 、0 6 、0 8 m p a 三个工作压力下，反渗透膜平均膜通量均得到 提高，浓缩时间分别缩短了2 9 6 、3 1 2 、2 4 7 ；浓缩汁的浓度分别提高了1 3 2 、 1 8 8 、1 8 7 ，茶汁中的主要内含成分的含量的变化趋势和茶汁浓度一致。这说 明超声波的空化和机械效应降低了绿茶汁在反渗透膜上的附着几率，延缓了膜两 端浓差极化的形成，从而减轻了对反渗透膜的污染，提高了膜通量，提高了绿茶 浓缩汁的浓度及内含成分的含量，增加了浓缩的效率。 4 按照绿茶汁反渗透浓缩制备的工艺流程，选择1 0 万分子量的超滤膜，0 8 m p a 的反渗透工作压力，设定8 个处理进行试验，综合分析了超声波在绿茶汁反渗透 膜浓缩制备工艺中的应用，结果表明：在超滤和反渗透过程中进行超声波处理， 膜通量分别提高了3 3 0 和3 4 5 左右，总膜通量提高了3 3 4 左右；超声波处 理后，绿茶浓缩汁的浓度、内含成分的含量以及绿茶的利用率均得到了提高； 采用超声波提取制得的绿茶浓缩汁的明亮度和绿色程度均得到提高。说明超声波 应用于绿茶汁反渗透膜浓缩制备工艺中，既能加快整个工艺的速度，又能提高绿 茶浓缩汁的浓度、内含成分的含量以及绿茶的利用率，还能改善浓缩汁的色泽品 质。 i i 关键词：绿碎茶超声波超滤反渗透浓缩汁 p l i c a t i o no fu l t r a s o u n dw a v e r e v e r s eo s m o s i sm e m b r a n e l o g yi ng t e as c i e n c e ，m a s t e rc a n d i d a t e ： r e e nt e ai n f u s io n z h o uw e i s u p e r v i s o r - p r o f y a n gj i a n & p r o f y ey a n g a b s t r a c t m e m b r a n et e aj u i c ec o n c e n t r a t i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yc a ns o l v eal o to f p r o b l e m so f t h et r a d i t i o n a lh o tc o n c e n t r a t i o ns u c ha sw a s t e dg r e a te n e r g ya n d d a m a g i n g t h eq u a l i t yb yo x i d a t i o no fh e a t - s e n s i t i v em a t e r i a l p o l y m e r i z a t i o n ，a sw e l la sc a u s i n g p o o rc o l ds o l u b i l i t y , p l a i nf l a v o ra n db a da r o m a h o w e v e r , t h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y c o u l dc a u s es o m ep r o b l e m ss u c ha sr e s o u r c e sw a s t e 、l o w e rc o n c e n t r a t i o nd e g r e eo ft e a j u i c e 、l o we f f i c i e n c ye t c i nt h i ss t u d y , 嘶t hz h e j i a n gg r e e nb r o k e nt e aa st h em a t e r i a l ， u l t r a f i l t r a t i o nc o m b i n e dr e v e r s eo s m o s i sc o n c e n t r a t i n ga s t h ep r o c e s s ，w ea p p l i e d u l t r a s o n i ct e c h n i q u et ot h ee x t r a c t i o no fg r e e nt e a , u l t r a f i l t r a t i o nc l a r i f i c a t i o na n d r e v e r s eo s m o s i sc o n c e n t r a t i n g 1 u s i n gt e m p e r a t u r eo f5 0 a s s i s t e dw i t hu l t r a s o n i ce x t r a c t i o nm e t h o dt o c o m p a r ew i t ht h ec o n v e n t i o n a le x t r a c t i o nm e t h o d ( w a t e rt e m p e r a t u r eo f9 0 a n d10 m i n ) ，w ec o m p a r e dt h ei n g r e d i e n te x t r a c t i o nr a t e ，t h ec o n t e n to fc a t e c h i n sa n dt h ec o l o r c h a n g e so fg r e e nt e ae x t r a c t s a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：i nt h ef o r m e rc o n d i t i o n ，t h e d 巧c o m p o n e n t ，t e ap o l y p h e n o l s ，a m i n oa c i d s ，c a f f e i n ee x t r a c t i o nr a t e sa n dc a t e c h i n s ， e s p e c i a l l ye g c g c o n t e n tc o u l dm e e to re x c e e dt h ec o n v e n t i o n a le x t r a c t i o nm e t h o da f t e r e x t r a c tf o r15m i n u t e s ；t h eb r i g h t n e s sa n dy e l l o w - g r e e nd e g r e eo f j u i c ee x t r a c t e df r o m g r e e nt e aw e r es i g n i f i c a n t l yb e r e rt h a nc o n v e n t i o n a le x t r a c t i o nm e t h o d 珊ss h o w st h a t ， t h eg r e e nt e ae x t r a c t i o nr a t ew e r eg o o d ，t h ec o l o rq u a l i t ya n dt h eh e a l t hc a r ef u n c t i o n w e r eb e a e rt h a ng r e e nt e aj u i c ei nt h ee x t r a c t i o nm e t h o dw i t hu l t r a s o n i ca s s i s t e dl o w t e m p e r a t u r e ( 5 0 ) 2 t h eu s eo fm e m b r a n es e p a r a t i o na p p l i e dc a 2 0 0 0 0 ，5 0 0 0 0 ，10 0 0 0 0m o l e c u l a r w e i g h tm e m b r a n e w es t u d i e dt h ee f f e c t so fu l t r a s o n i cu l t r a f i l t r a t i o no nt h eg r e e nt e a j u i c em e m b r a n ef l u x ，c h e m i c a lc o m p o s i t i o n , c a t e c h i na n dc o l o r t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h em e m b r a n ef l u xi n c r e a s e db y2 8 3 3 o f10 0 0 0 0m o l e c u l a rw e i g h t 4 0 2 5 0 o f5 0 0 0 0m o l e c u l a rw e i g h t ，2t i m e so f2 0 0 0 0m o l e c u l a rw e i g h t ；t h ec o n t e n t so f 1 1 1 t e a p o l y p h e n o l s ，c a f f e i n e ，a m i n oa c i d s ，c a t e c h i n sa n do t h e re f f e c t i v ec h e 曲c a l c o m p o s i t i o nh a db e e ni m p r o v e d ，b u t 此c o n t e n t so fm a c r o m o l e c u l e ss u c ha sp r o t e i n p e c t i n , a n dc h r o m a t i ca b e r r a t i o nh a dn o tb e e na f f e c t e da f t e ru l t r a s o n i c 订e a 恤e n t t h i s s h o w e dt h a tu l t r a s o u n dc a nd e s t r o yt h em a c r o m o l e c u l a r p o l y m e ri ng r e e nt e aj u i c et o s o m ee x t e n t , s e p a r a t ea n dr e l e a s em o r ee f f e c t i v e s u b s t a n c e s ，r e d u c et h ea t t a c h m e n t p r o b a b i l i t yo fm a c r o m o l e c u l e si nt h eu l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n ea n di n c r e a s ef l u x 3 u s i n gt h em e m b r a n es e p a r a t i o nt os t u d yt h ee f f e c t so fu l t r a s o n i ct om e m b r a n e f l u x ，c o n c e n t r a t i o na n dc o m p o n e n t so fc o n c e n t r a t e dg r e e nt e aj u i c eb yr e v e r s eo s m o s i s m e m b r a n eu n d e rt h r e ec o n d i t i o n sa s0 4 ，0 6 ，0 8m p a t h er e s u l t ss h o w e dt h a tr e v e r s e o s m o s i sa v e r a g em e m b r a n ef l u xw e r ei m p r o v e d ，u n d e r 0 4 ，0 6a n d0 8m p ac o n d i t i o n s t h ec o n c e n t r a t i o nt i m ei sc u tb y2 9 6 ，31 2 ，2 4 7 ；t h ec o n c e n t r a t i o no fj u i c e i n c r e a s e db y1 3 2 ，18 8 乡也18 7 t h i ss h o w st h a tu l t r a s o n i c c a v i t a t i o na 1 1 d m e c h a n i c a le f f e c t sc a nr e d u c et h ea d h e s i o no fj u i c e g r e e nt e ai nr e v e r s eo s m o s l s m e m b r a n ea n dd e f e rt h ec o n c e n t r a t i o np o l a r i z a t i o no fm e m b r a n ee n d s ，s oa st or e d u c e t h ep o l l u t i o nt or e v e r s eo s m o s i s ，i n c r e a s et h em e m b r a n ef l u x ，r a i s et h ec o n c e 嘶a r t i o no f g r e e nt e ac o n c e n t r a t e dj u i c ea n dc o n t e n to fi n c l u s i o n s ，a n di m p r o v ec o n c e n t r a t i o n e f f i c i e n c y 4 a c c o r d i n gt ot h ep r o c e s so fr e v e r s eo s m o s i sc o n c e n t r a t i o no fg r e e nt e ai u i c e ，w e s e l e c t e dt h e10 0 0 0 0m o l e c u l a rw e i g h tm e m b r a n ea n dt h e0 8 m p ap r e s s u r eo f r e v e r s e o s m o s i sa n ds e t8t r e a t m e n t s w i t ha l lt h ea b o v e , w ea n a l y z e dt h e a p p l i c a t i o no f u l t r a s o n i ct ot h et e c h n i q u eo fr e v e r s eo s m o s i so fg r e e nt e aj u i c ec o n c e n t r a t i o n t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：w i t ht h e p r o c e s s i n go fu l t r a s o n i co nu l t r a f i l t r a t i o na n dr e v e r s e o s m o s i s ，t h em e m b r a n ef l u xh a si n c r e a s e db y3 3 9 a n d3 4 5 ：a n dt h et o t a lf l u x i n c r e a s e da b o u t3 3 4 ；t h ed e n s i t yo f g r e e nt e aj u i c e 、t h ec o n t e n t so fi n c l u s i o n s 锄dt l l e u t i l i z a t i o no fg r e e nt e ah a v eb e e ni m p r o v e da f t e ru l t r a s o n i cc o n c e n t r a t i o n ：t h e b r i g h t n e s sa n dg r e e n e s so fj u i c ee x t r a c t e df r o mg r e e nt e ao b t a i n e db yu l t r a s o n i c e x t r a c t i o nh a v eb o t hi m p r o v e d t h er e s u l t si l l u s t r a t e d t h a t ，u s i n gu l t r a s o u n dt ot h e p r o c e s so fr e v e r s eo s m o s i sm e m b r a n ec o u l da c c e l e r a t et h es p e e do ft h ep r o c e s sw h i l e i n c r e a s et h ed e n s i t yo fg r e e nt e aj u i c e ，t h ec o n t e n t so fi n c l u s i o n sa n dt h eu t i l i z a t i o no f g r e e nt e aa n di m p r o v et h ec o l o ro fc o n c e n t r a t e k e yw o r d s ：b r o k e ng r e e nt e a , u l t r a s o n i c w a v e ，u l t r a f i l t r a t i o n , r e v e r s eo s m o s i s ， c o n c e n t r a t ej u i c e i v 独创性声明 学位论文题目：趋直选撞盔查堡苤i 土厦洼适堪邃缉剑圣 王茎虫的廛旦盟宜 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 日 学位论文作者： 同如 j 签字日期：乃肛年 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：杯保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名： 导师签名：刁嶝 签字日期：年月日签字日期：勘1 9 年( 月谚 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 第1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 我国茶饮料发展的现状 茶饮料是以茶叶的水提取液或浓缩液、速溶茶粉为主要原料，经过滤、调配、 灭菌和灌装等工序加工而成，含有一定量茶叶有效成分，且具茶风味的液体制品【lj 。 茶饮料的分类，按口味分为调配型茶饮料和纯茶饮料；按国家标准分为茶汤饮料、 果味型茶饮料、碳酸型茶饮料、奶味型茶饮料和其它型茶饮料；按营养分为液态 根据茶饮料配方的不同可分为纯茶型茶饮料。、调味型茶饮料、功能型茶饮料1 2 。茶 饮料既能解渴，又具有营养保健功能。近年来，随着茶保健功能研究的深入，人 民生活水平的提高，茶饮料的发展非常迅猛，已经成为新的饮料市场的主力掣3 1 ， 茶饮料将成为2 1 世纪的饮料之王1 4 】。 茶饮料最早的研制开发始于1 9 5 0 年美国的速溶茶，2 0 世纪6 0 年代出现了工 业规模的冰茶制造业，8 0 年代初日本首先开发生产罐装茶水饮料，随后相继出现 了纯茶饮料和保健茶饮料。目前国际市场上茶饮料年销售额达1 0 亿美元以上。生 产茶饮料的国家主要有日本、美国、英国、印度尼西亚等。日本是目前茶饮料的 最大生产国，以生产乌龙茶水饮料为主，美国主要生产冰茶饮料，印度尼西亚则 以生产花茶饮料为主。茶饮料业发展较快的是我国台湾地区，其发展势头呈压倒 其他饮料的趋势。9 0 年代中期销售额达1 4 0 亿台币，在各种饮料业中居首位，茶 饮料在饮料市场中占有率达5 0 以上。到目前为止，台湾已开发出1 0 0 多种茶饮 料，主要是乌龙茶和绿茶饮料岭】。近几年在国际上，茶饮料以1 7 的增长率的速度 发展i6 。我国茶饮料的发展起于2 0 世纪8 0 年代，以浙江农业大学的茶汽水和中国 茶叶研究的瓶装茶可乐进入市场为标志i | ”。8 0 年代以来，在与碳酸饮料、矿泉水、 果蔬汁饮料等的竞争中有了较迅速的发展。9 0 年代中后期，一些大型食品企业纷 纷参与茶饮料的开发与生产，如旭日升、顶新、统一、可口可乐、联合利华、娃 哈哈、健力宝、乐百氏、椰树、汇源等，使我国茶饮料生产成燎原之势 8 1 1 9 1 。据不 完全统计，1 9 9 7 年我国的茶饮料产量为2 0 万吨，2 0 0 0 年为1 5 0 万吨，2 0 0 3 年为 4 0 0 万吨，2 0 0 7 这一数据已超过6 0 0 万吨i l0 1 。茶饮料市场目前正处于高速发展期， 这说明茶饮料在中国具有很大的市场潜力，这是因为： ( 1 ) 茶饮料的得天独厚的品质特色。当今茶饮料市场，保健型饮料倍受青睐， 由于茶叶中富含多种营养物质和保健成分，茶饮料具有低热量、低脂肪、低糖、 营养、保健疗效及消暑解渴的功能，并具有许多生理作用，所以茶饮料具有很强 的竞争力1 1 】； ( 2 ) 近年来绿色食品和保健食品的兴起，为液态茶饮料开发提供了更广阔的 两南大学硕+ 学位论文 市场，加之液态茶饮料具有方便性以及厂商各种各样的促销方式，在某种程度上 也推动了液态茶饮料的发展； ( 3 ) 茶饮料符合工业化生产的要求，机械化、自动化程度高，容易达到产品 的经营规模化、规格标准化，便于经营管n t l 2 】； ( 4 ) 茶饮料使我国的茶叶资源得到了更好的利用和补充，使茶叶的附加值大 幅度提高，经济效益好，对企业吸引力大； ( 5 ) 中国有众多的消费者，特别在近几年我国经济发展很快，人们的购买力 提高，茶饮料物美价廉，受到人们的普遍欢迎【l3 1 。 尽管茶饮料的生产量呈飞速发展趋势，从糖浆制备、水处理系统，再到茶叶的 处理过程中应用一些现代食品工程高新技术，如酶技术、超滤膜技术等，提高了 产品质量。但在茶饮料的发展过程中也存在不少问题： ( 1 ) 茶饮料的基础研究薄弱，整体技术水平不高。我国茶饮料生产设备主要 采用常规饮料设备，而饮料设备加工技术与先进国家相比存在较大的差距，特别 是茶汁提取、灭菌和无菌灌装等设备差距显著。在技术方面，解决茶汁混浊、沉 淀和保持风味品质等关键技术并未完全过关，与日本等茶饮料加工技术水平较高 的国家相比存在不小的差距【m 】； ( 2 ) 弱肉强食的残酷竞争。早在2 0 世纪9 0 年代初期，百事与联合利华合作推 出了立顿即饮茶系列。成功的产品定位和营销策略让其牢牢占据了北美即饮茶市 场的领先地位。在全球即饮茶市场中，立顿当仁不让稳居高位。碳酸另一巨头可 口可乐携手雀巢推出雀巢冰爽茶系列与立顿即饮茶共同进入中国。强强联合，优 势互补，战略统一，让我们看到国际巨头们对国内茶饮料市场的充分重视。同时， 也为国内本土品牌面临更加尴尬的局面而担忧； ( 3 ) 标准不完善。2 0 0 0 年我国制定的茶饮料行业标准，主要对茶饮料理化指 标如茶多酚和咖啡碱的含量做了强制性规定，并进一步加强了对产品质量的规范。 这一标准的要求相对较低，并且该标准还只是一个产品标准，不能对茶饮料的加 工过程进行规范，因此对生产的约束力不强。目前市场上出现的采用茶多酚进行 调配、产品标示混乱等现象正是这一问题的结果。因此，在完善产品标准时应同 时制定相应的生产技术标准或规程进行有效的规澍1 5 j ； ( 4 ) 饮料市场鱼龙混杂、良荞不齐。自茶饮料真正起步以来，国内已超过百 家企业生产茶饮料，大多数企业规模很小，技术力量薄弱，品牌效应差。而且由 于规模和设备相差甚远，导致生产技术水平和产品质量参差不齐。各地出现在茶 饮料中添加防腐剂、香精、香料、糖精等，以及有害菌总数超标、茶有效成分含 量太低等现象【1 6 1 。 2 第1 章文献综述 1 2 膜技术在茶叶深加工中的研究进展 膜技术是一项新兴的用于澄清、分离、除菌和浓缩等方面的绿色和节能技术。 膜技术具有具有高效、过程基本无相变、一般可在常温下进行以及工艺简单、操 作方便、投资省、占地少、低污染等优点【l7 1 。茶叶深加工包括以取其主要有效成 分为目标物的加工和以取其某一特征功能成分为目标物的加工两个方面。前者加 工过程较为简单，主要是利用物理化学方法( 提取、沉淀、过滤、离心、浓缩、干 燥等) 提高产品品质和得率，生产出茶或含茶液体、固体饮料；后者加工需在前者的 基础上进一步采用萃取、沉淀、吸附、交换、层析等多种分离纯化手段才能获得 具有一定纯度的功能成分制品，如含有特定功能因子的添加剂、日化用品、保健 品与医药制品，但这些分离纯化方法仍然难以满足对目标成分纯化的要求l l 引。膜 技术用于茶叶深加工，具有不向分离体系添加化学成分，不改变目标产品的色、 香、味的优势，因而具有潜在的应用价值。当前，在茶叶膜法深加工中应用较广 的是微滤、超滤、纳滤、反渗透等，主要是根据分离体系中杂质颗粒的特性、有 效成分的分子( 或离子) 大小、形状、电荷等特性和膜的分子筛效应与电荷效应而达 到澄清、除菌、分离纯化、浓缩等效果【1 9 1 1 2 0 1 。 1 2 1 膜技术在茶提取液澄清中的研究进展 茶提取液澄清的目的是去除茶汁中的悬浮颗粒与杂质以及加工中形成的混浊 沉淀物质，传统的澄清技术主要有过滤、离心、添加絮凝剂、澄清剂或沉淀剂 2 1 1 。 其中，过滤和离心为物理方法，并往往联合使用，此法工艺繁锁、历时长、电能 耗费大；使用絮凝剂、澄清剂或沉淀剂虽对产品的澄清度与冷溶性虽然有所改善， 但加入的外源物对产品的得率与感官品质有一定的影响。 早在19 8 7 年，张是求在0 5 m p a 压力下采用醋酸纤维超滤膜将绿茶鲜汁中的 蛋白质、果胶、淀粉等大分子物质有效分离出来，获得低黏度、澄清、稳定的茶 汁【2 2 1 。叶艾芊等例采用平板膜超滤设备对乌龙茶汁进行澄清处理，结果表明截留 分子量为7 0 0 0 0 的聚醚酮材料效果最好，不仅澄清度得到较大的提高，而且茶多 酚、咖啡碱等有效成分保留率在9 0 以上。k a w a k a t s u 等【2 4 】用微滤膜粗滤绿茶浸 提液再超滤澄清，结果表明，随着微滤膜孔径的减小，透过液澄清度增高，可溶 性固形物有所减少；但超滤后，有3 0 - 5 0 的果胶、3 - - 一1 1 的儿茶素和7 2 0 的咖啡碱被截留。夏涛【2 5 】等研究了陶瓷膜在绿茶澄清中的应用，结果表明使 用0 2 9 i n 的陶瓷膜对茶汤中的茶多酚、氨基酸、咖啡碱截留率较小，对蛋白质和 果胶的截留效果明显。尹军峰1 2 6 2 7 】等研究了超滤技术在绿茶和乌龙茶汁澄清中的 应用，发现茶汁经超滤后茶多酚、咖啡碱、氨基酸等常规化学成分和蛋白质、果 两南大学硕十学何论文 胶等大分子物质都有截留，对蛋白质、果胶等大分子物质的截留率明显高于对小 分子的截留率。得到的茶汁超滤液的透光率得到明显提高，感官品质佳，茶汁沉 淀现象基本得到控制。张成兵仁8 j 采用分子量为5 0 0 0 0 道尔顿p a n 材料膜对罐装红 茶饮料进行超滤，研究其可溶性固形物、色香味感官品质和贮存稳定性等的变化， 结果表明超滤可使茶饮料产品的质量稳定性得到较大提高。张正竹【2 9 】选用0 2 2 9 m 不对称舢2 0 3 陶瓷膜微滤茶提取液，取得了较好的澄清效果，并指出此方法可用于 无沉淀纯正红茶饮料的生产。刘建力等【3 0 l 用不同孔径的中空纤维聚偏氟乙烯 ( p v d f ) 微滤膜澄清处理绿茶、红茶、乌龙茶等茶汁。结果表明，p v d f 微滤膜不 仅能有效去除茶汁中的胶体、颗粒、细菌等杂质，使瓶装茶饮料在保质期内清澈 透明，而且能保留茶汁的有效成分。但是，在茶提取液澄清中，因为茶汁有效成 分极易附着在膜表面，污染和堵塞膜孔径，导致膜通量下降，有效成分损失增大。 1 2 2 膜技术在茶浓缩中的研究进展 茶水饮料的生产，由以前的饮料厂全程组织生产逐步转向由原料厂生产茶浓 缩汁，供应给饮料生产厂加配料和水灌装成商品茶水饮料，这样可最大限度地保 持产品质量稳定，节约大量运输费用和生产成本，利于在销区办厂。茶浓缩汁的 生产，国内外以往均采用传统的热浓缩工艺，但由于此方法涉及到相变，不仅能 耗大，而且易使热敏性物质氧化聚合造成损失或劣变，使得产品冷溶性较差，茶 香淡薄茶叶风味损失大，香气差。为了改变这一状况，以膜技术为主的茶浓缩汁 加工技术得到了系统的研究【3 。 王华夫1 3 2 】在3 5 m p a 压力，3 5 条件下，用反渗透法对茶汁浓缩效果进行了初 步的探讨。结果表明，浓缩液中的氨基酸、茶多酚、咖啡碱和水浸出物的含量均 有所提高。张远志等【3 3 】利用反渗透膜低温浓缩绿茶汁极大地抑制了绿茶汁在生产 过程中的氧化褐变以及熟汤味，可以得到色、香、味俱佳的浓缩绿茶汁。s c h r e i e r 等1 3 4 j 利用反渗透膜对红茶提取液进行浓缩，结果红茶提取液的香气与冷溶性均得 到一定的提高。z h a n g 等【3 5 】全面探讨了膜技术在绿茶汁浓缩过程中的应用，结果发 现进料茶汁浓度增高时，增加压力会显著减小膜通量，高压侧的质量传质系数也 有同样的效应。高学玲等3 6 1 和岳鹏翔等1 3 7 1 分别研究了纳滤膜在乌龙茶和绿茶浓缩 中的应用，结果表明，膜的渗透通量受茶提取液的性质影响很大，并且随操作压 力的增大、操作温度的上升而增加，随浓缩时间的延长而减小；茶叶中主要化学成 分的截留率随操作压力的增大而增加，随操作温度的上升、浓缩时间的延长而明 显下降。肖文军、刘仲华掣3 3 】系统研究了3 0 0 d a 纳滤、2 0 0 d a 纳滤、反渗透、真 空蒸发等浓缩方法对不同制品的浓缩效应。结果表明，在加工速溶绿茶时，采用 3 0 0 d a 膜进行浓缩的功效较高：在茶氨酸加工中，采用反渗透膜浓缩效果最佳；在 4 第1 章文献综述 去苦味速溶茶、茶黄素或表没食子儿茶素没食子酸酯高纯制品加工中，采用3 0 0 d a 纳滤浓缩效果最好；对产品重金属含量的影响上，纳滤浓缩能显著降低产品中p b 与a s 的含量。罗龙新【3 9 】等采用蒸发、反渗透、超滤+ 蒸发、超滤+ 反渗透4 种工艺 对绿茶、乌龙茶、红茶分别进行浓缩，比较结果认为超滤+ 反渗透是最佳工艺。权 启爱【4 0 】等研究表明，茶汁完成提取后，先行粗滤和细滤，然后应用超滤膜将茶汁 中的大分子物质分离和去除，再用反渗透膜进行循环浓缩，可获得优质的茶浓缩 汁产品。胡建农1 4 1 1 等研究茶饮料的温度、浓度和压力对反渗透浓缩速度的影响， 检验反渗透膜的再生性能，测量浓缩过程的能耗，鉴定浓缩茶饮料的品质。结果 表明，该工艺与传统工艺相比，具有高品质、低成本、易操作的特点，有推广潜 力。 在茶提取液浓缩中，膜技术虽然具有传统操作无可比拟的优越性，但也存在 着一些问题。茶提取液膜浓缩制得的浓缩液内含物的含量仅为2 0 ，最大时也不 超过2 4 ，其原因是在浓缩后期由于茶汁浓度的不断增加，料液黏度不断增大， 膜的浓差极化与堵塞越来越严重，使膜的通量越来越小，当料液固形物含量达到 2 0 以上时，膜通量几乎为零，并且对膜造成了严重的污染1 4 2 。从而导致茶提取 液膜浓缩制各的效率不高，茶提取液的内含物的含量不能进一步提高，这在很大 程度上阻碍了膜浓缩技术在茶饮料工业上的推广。近来个别饮料企业引进的瞬时 蒸发浓缩技术可使提取液浓度提高到5 0 左右，但设备投入大，能耗高，且工作 温度对茶浓缩汁品质具有部分影响，广泛推广还存在一定难度。如何进一步提高 茶提取液膜浓缩制备的效率、增加膜浓缩汁的浓度已成为茶饮料工业发展的共性 问题，迫切需要新的技术解决，这对促进茶饮料发展具有现实意义。 1 2 3 膜技术在分离中的研究进展 对茶叶资源中某一功能成分( 酚类、生物碱类、甙类、挥发油、色素、活性 蛋白、活性多糖、氨基酸类和有机酸等 4 3 1 ) 进行分离纯化，一般采用溶剂分离、 两相溶剂萃取、沉淀、升华、分馏、盐析、吸附、层析、离子交换等方法。但这 些方法生产周期长，设备占用空间大，对产品易造成污染；其技术缺陷阻碍了茶叶 资源功能性成分的开发与利用。 利用超滤、纳滤以及反渗透技术分离纯化茶叶功能成分得到了广泛的研究。 z h a n g 删研究了不同膜材( 醋酸纤维素、聚酰胺、聚乙烯醇聚酰胺聚砜) 的反渗透膜 对绿茶咖啡碱的分离特性，结果表明，采用醋酸纤维素膜可制备纯度为5 1 的咖 啡碱。k u h r 等【4 5 1 n 用超滤方法从红茶茶汤中分离出相对分子质量大于50 0 0 的茶 多酚聚合物( 茶红素) 。寇小红1 4 6 等采用1 5 0l ( d 、2 0l ( d 、6l 的超滤膜和对水溶性 茶多糖进行分级和浓缩，得到的三部分截留液分别经过d e a e 5 2 纤维素离子交换 5 两南大学硕十学位论文 层析和丙烯葡聚糖凝胶s e p h a c r y ls - 3 0 0 柱层析系统分离、纯化，共得到了2 0 多个 分级组分。 1 2 4 膜技术在除菌中的研究进展 茶叶深加工过程及其制品贮运中，一般采用热力灭菌、紫外线灭菌、辐射灭 菌等。但这些方法要不灭菌历时长，灭菌不彻底，要不易破坏热敏性物质，包装、 加工成本高。应用膜技术生产茶饮料可使茶汤澄清透明、除菌以及不需添加保鲜 剂。膜法除菌对于保护茶饮料的感官品质和降低生产成本具有深远的意义。汤利 飞等【4 7 j 选用0 3 岬的微滤膜对经碱转溶、乙醇沉淀的乌龙枸杞茶提取液进行微滤 处理，实现了茶汤冷法除菌的目的。李民乾等【4 8 j 报道了用于罐装和瓶装乌龙茶饮 料除菌的微滤、超滤、纳滤等膜技术。 1 3 超声波在植物提取中应用进展 植物有效成分大多为细胞内产物，在提取时往往需要将植物细胞破碎。现有 的机械破碎法难于将细胞有效破碎，而化学破碎方法又容易造成被提取物结构的 改变，从而使之失去活性 4 9 1 。超声波是指频率在2 0 - 10 6 k h z 的机械波，波速一般 为1 5 0 0 m s ，波长为o 0 1 1 0 c m 【5 。它具有频率高、波长短、穿透力强等特点。 它在介质中传播时，能产生空化作用及一系列特殊效应( 如力学效应、热效应、化 学效应、生物效应等) ，具有搅拌、分散成雾、凝聚、冲击破碎和疲劳损坏、加热、 促进氧化和还原、促进高分子物质的聚合或解聚等作用【5 1 1 。将超声波应用于提取 植物的有效成分，具有能耗低、效率高、省时、不破坏有效成分、避免高温对提 取成分的影响等特点，具有广阔的应用前景1 5 引。 1 3 1 作用机理 超声提取法是应用超声波强化提取植物的有效成分，是一种物理破碎过程。 超声波提取的作用机理是因为超声波是一种弹性波，其振动能产生强大的能量， 给与媒质点以很大的速度和加速度，使浸提剂和提取物不断震荡，有助于溶质扩 散。同时当大量的超声波作用于提取介质，当振动处于稀释状态时，介质被撕裂 成许多小空穴，这些小空穴瞬时闭合，闭合时产生高达几千大气压的瞬时压力， 即空化现象 5 3 1 。超声波在物质介质中的相互作用效应可分为热效应、空化效应和 机械传质效应。超声波的热效应、机械传质作用及空化作用成为超声技术在提取 应用中的三大理论依据1 5 训。 ( 1 ) 超声波的热效应。超声波在媒质中传播时，在介质的微粒间和分界面上 的摩擦以及介质的吸收等使超声能量转化为热能，从而引起生物体的某种变化的 6 第1 章文献综述 现象称超声热效应。在一定的声强下，其产生的热量和升温作用是很有限的，对 浸提的影响较小1 5 引。 ( 2 ) 超声波的机械效应。超声在媒质中传播时，引起媒质质元的振动，其位 移、速度、加速度、压强等力学量所引起的效应，称为超声的机械效应。超声波 也是一种机械能量的传播形式，波动过程中的力学量，如原点位移、振动速度、 加速度及声压等参数可以表述超声效应。虽然质点的振动位移、速度变化不大， 但其加速度却相当大，如此大的加速度，能显著增大溶剂进入提取物细胞的渗透 性，加强传质作用，从而强化了萃取过程【5 6 1 。 ( 3 ) 超声波的空化效应。超声波辐射时，在一定声强下造成气泡的产生、膨 胀以及崩溃的效应，称为超声的空化效应。在液体中，当声波的功率相当大，液 体受到的负压力足够强时，媒质分子间的平均距离就会增大并超过极限距离，从 而将液体拉断形成空穴，在空化泡或空化的空腔激烈收缩与崩溃的瞬间，泡内可 以产生局部的高压，以及数千度的高温，从而形成超声空化现象，空化现象包括 气泡的形成、成长和崩溃过程。空化效应往往使生物组织受到严重的损伤，造成 较大的破坏作用。超声波能提高提取率的最主要原因是由于超声波产生的空化效 应【5 7 1 。 1 3 2 应用进展 由于超声波作用于液体时，其强大的压力造成生物细胞壁的破坏，而且整个 破碎过程在瞬间完成，同时超声波产生的振动加强了细胞内物质的释放、扩散及 溶解，被浸提的物质在被破碎时生物活性保持不变，同时提高破碎速率和提取率， 超声波被广泛应用于植物的浸提和提取中。 w a n g 等【58 】用功率为5 5 0 w ，频率为2 0 k h z 的超声波提高了大豆中蛋白质的提 取效率。郭孝武等【5 9 】用超声提取黄连素时表明，提取率随超声频率的增大而减小， 随超声处理时间的增加而提高。林翠英等【6 0 】用超声波提取白头翁总皂甙，大大简 化操作程序，缩短了提取时间，提高了产品产量和纯度，改进了既繁琐费时又易 乳化的常规提取方法。郭孝武等1 6 l j 以9 5 乙醇为溶剂，分别用不同频率和时间的 超声波提取益母草中的益母草总碱，结果11 0 0 k h z 超声波处理4 0 m i n 的提出率最 高。潘廖明掣6 2 】用超声波加搅拌对大豆异黄酮的提取做了研究，结果缩短了提取 时间，提高了产物得率。路德明1 6 3 j 等从盐藻中提取p 胡萝b 素，在6 8 f 时采用超 声波对盐藻进行破碎，使p 胡萝卜素能快速、高效地进入水溶液等提取介质，盐 藻的完全破碎率可达8 7 。王昌利等1 6 4 j 研究表明，从穿山龙根茎中提取主要有效 成分薯蓣皂苷，用2 0 k h z 超声波处理3 0 m i n 的提出率是7 5 乙醇浸泡4 8 h 的1 2 倍；用1 m h z 超声波处理3 0 m i n 的提出率是7 5 乙醇浸泡4 8 h 的1 3 4 倍。张振凌【6 5 】 7 两南大学硕十学位论文 等研究表明，应用超声波制备当归流浸膏与药典制备当归流浸膏的工艺相比，超 声波不仅提高了浸提效率，缩短了生产周期，还提高了总固体的含量，有效成分 阿魏酸的含量也得到提高。 茶叶采用超声波辅助浸提能够缩短浸提时间，具有省时、节能、品质成分得 率高的优点。肖文军，唐和平等【6 6 j 比较研究了超声波辅助浸提与传统水提对茶叶 品质成分的浸出效果，优化筛选了茶叶超声波辅助浸提的技术参数。结果表明， 在茶水比、浸提温度、时间、次数等技术参数相同的条件下，茶叶超声波辅助浸 提优于传统水提。尹