中国茶叶深加工的技术与产品创新-刘仲华

1中国茶叶深加工的技术与产品创新刘仲华(国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南农业大学茶学教育部重点实验室，长沙410128)摘要：简要回顾了我国茶叶深加工产业的发展的历程，剖析了茶叶深加工领域当前面临的质量安全、品质、成本、效益等问题，概述了有效解决这些问题的技术体系。同时，介绍了依托技术创新，值得开发的10个颇具市场潜力的新产品。最后，就中国茶叶深加工产业可持续发展提出了自己的观点。关键词：茶学；功能成份；分离纯化1TechnologyandProductInnovationofTeaComprehensiveProcessinginChinaLIUZhonghua（NationalResearchCenterofEngineeringTechnologyforBotanicalFunctionalIngredients，KeyLaboratoryofTeaScience,MinistryofEducation,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128，Hunan,China）Abstract:Inthispaper,thedevelopingcourseandcurrentsituationoftheindustryofteacomprehensiveprocessinginChinawasreviewedbriefly.Thekeyissueswhichblocktheprogressofthisindustry,suchasquality,safety,productioncostandbenefit,werealsodiscussed.Authorsummarizedthenewtechnologiesandtheirapplicationinextraction,isolationandpurificationoffunctionalingredientsfromtea,whicharegoodforsolvethecurrentproblems.Meanwhile,tenofnewproductswithgoodmarketpotential,whicharetheachievementofabovetechnicalinnovation,weredescribed.Finally,someviewpointswereputforward,inordertokeepthecontinuabledevelopmentofteacomprehensiveprocessinginChina.Keywords:teascience,deodorizingeffect,purification1前言茶叶深加工是指以茶鲜叶、成品茶、副茶或下脚料为原料，采用相应的物理、化学和生物技术生产出含有茶或茶叶有效成分的新产品的加工过程。茶叶深加工与综合利用是有效解决中低档茶出路、提升茶叶附加值、拓展茶叶应用领域、延伸茶叶产业链的重要途径。进入21世纪后的全球茶业一直面临着三大矛盾：即茶叶产量持续增长速度大于消费量增长速度，茶叶出口量增加而需求量下作者简介：刘仲华，男，博士，硕士生导师，教授。E-mail：[e-mail]2降，茶叶生产成本上涨而茶价下跌。这三大矛盾的实质是全球茶叶的产销平衡与供需平衡问题，产大于销、供过于求必然引起行业效益低下，茶叶行业必须寻求促进消费和提升效益的有效途径。茶叶深加工则超越茶叶传统冲饮消费模式的束缚，使茶叶的消费形式、结构和途径实现根本性的变革，它不仅通过茶叶产品多样化有效地促进了茶叶消费的增长，而且大幅度地提高了产品的附加值。近十多年来，全球茶叶深加工产业快速发展的实践证明，茶叶深加工是提升茶叶行业竞争力的有效途径之一。茶叶深加工是实现茶叶综合利用的必需环节和物质基础。茶叶深加工行业经历近20年的发展，按照开发产品的类别，可以归纳为以下几个方面：①茶叶功能成分标准化提取物；②速溶茶系列固体饮料；③灌装(瓶装)液态茶饮料；④含茶食品；⑤含茶保健品与药品；⑥含茶个人护理品与生活用品；⑦动物饲料与保健品；⑧植物保护剂等。不论茶叶深加工产品涉及哪个领域、产品如何多样化，它们都离不开共同的物质基础：茶叶功能成分、速溶茶粉或浓缩茶汁、超微茶粉。因此，茶叶功能成分提制技术水平的高低直接制约着茶叶深加工行业的发展。本文拟在剖析中国茶叶深加工产业发展现状及存在的技术瓶颈的基础上，阐述现代分离纯化技术在茶叶功能成分开发中的应用成果，勾划出茶多酚/儿茶素、茶氨酸、茶黄素、茶多糖、茶皂素、咖啡碱等功能成分的高效、绿色、安全的提制技术体系，旨在推进中国茶叶深加工行业健康可持续发展。2中国茶叶深加工产业发展历程与现状中国茶叶深加工的起步可追溯到20世纪70年代，以湖南和上海率先开展速溶茶提制工艺技术研究为标志，实现了速溶茶的批量生产并出口到美国、欧洲和日本等国。进入80年代，中国农科院茶叶研究所开始进行茶皂素、茶多酚的提制技术与应用开发研究，把中国茶叶深加工的研究转向以茶的有效成分开发为重点。进入90年代，浙江农业大学、湖南农业大学、安徽农业大学、西南农业大学、华南农业大学、华中农业大学、无锡轻工业大学等高校和研究院所先后开展了茶多酚、儿茶素、咖啡碱、茶多糖、茶氨酸、茶黄素等的提制技术研究，在浙江、江苏、湖南、安徽、福建、江西、湖北、广东、海南等省30多家投资规模在500-1500万元的茶多酚提制工厂先后兴建，形成了我国茶叶深加工产业的第一波投资热潮，各个工厂的茶多酚年产能力从几百kg到30t不等。当时，采用的茶多酚提制技术主要有溶剂萃取法和离子沉淀法。溶剂萃取法的主要工艺路线为:茶叶水或低浓度酒精提取过滤浓缩三氯甲烷或二氯甲烷萃取脱咖啡因乙酸乙酯萃取茶多酚浓缩回收溶剂喷雾或真空干燥。离子沉淀法的主要工艺路线为:茶叶热水浸提石灰水沉淀过滤稀酸转溶乙酸乙酯萃取浓缩回收溶剂真空或喷雾干燥。鉴于采用三氯甲烷或二氯甲烷脱除咖啡因时高溶剂残留存在的毒副作用，在溶剂萃取法生产茶多酚时，采用去离子水或低浓度柠檬酸洗脱乙酸乙酯层以去除咖啡因，以部分地缓解溶剂萃取法的安全性问题。茶多酚的产业规模与其应用领域的定位密不可分。90年代初期，我国茶多酚的应用研究重点是作为天然抗氧化剂，由于茶多酚的水溶性特点及其不稳定性，尽管茶多酚在植物油、鱼肉制品、方便面、奶糖等食品领域表现出较强的抗氧化功能，但是儿茶素的氧化褐变给所应用产品的色泽带来了不利的影响。茶多酚这一致命的弱点严重影响了其在食品工业领域的推广应用的规模。尽管许多研究人员一直试图通过儿茶素的结构修饰改善其脂溶性和稳定性，但至今未能取得产业化上的突破。90年代中后期，国外关于茶多酚、儿茶素在抗氧化、清除自由基、抗肿瘤、抗病毒等方面的研究成果，使得国外以茶多酚、儿茶素为主体的健康食品开发快速升温，国际市场对茶叶提取物的需求量不断增加。尤其是关于儿茶素具有调节人体脂肪代谢和控制肥胖功能的发现，使得儿茶素一度成为国际市场上可替代麻黄提取物开发减肥保健食品的主要天然产物之一，由此也催生了进入21世纪后中国又一轮茶叶提取物产业投资热潮。2000年以来，逆流提取技术、超临界萃取技术、膜技术、大孔吸附树脂、逆流萃取、逆流色谱等现代提取分离纯化新技术日趋成熟，并被集成创新融入到茶叶深加工产业中。这一轮的投资规模比90年代有了大幅度的增加，大多数企业的投资规模在2000万3元到1亿元之间，儿茶素的年产规模在100～500t不等，且茶叶提取物的生产和出口能力逐年攀升，呈现了高速增长的势头。2002～2009年间，茶叶提取物的实际生产规模增长了13倍（图1）。图12002～2009年中国茶叶提取物产业规模的变化茶氨酸作为茶叶的核心品质成分，其独特的功能是在90年代后期才引起全球的关注。1998年，日本太阳化学株式会社率先向市场推出生物合成L-茶氨酸97%,进而成为2000年度美国最热门的天然产物。湖南农业大学于1999年研究从茶多酚萃取后的水层中分离纯化天然L-茶氨酸获得成功，并在湖南金农生物资源股份有限公司实施产业化，规模化开发纯度为20%、30％、50％的L-茶氨酸系列产品投入国际国内市场。尔后，无锡绿宝、江西绿康等企业先后实施了批量生产。由于受日本太阳化学在全球范围内关于茶氨酸功能的应用专利的保护，以及我国部分廉价的化学合成茶氨酸产品对市场的干扰，我国天然茶氨酸的开发一直未能形成较大的产业规模。目前，各种不同规格的天然茶氨酸的年产总量在50t以内。茶氨酸的规模化开发是提高茶叶深加工产业效益的重要环节，也是茶资源的价值与功能最大化必不可少的一环。茶黄素是茶叶深加工领域一个颇具开发潜力的产品。由于国内外关于茶黄素在调降血脂、预防心脑血管系统疾病、抗病毒、抗氧化、抗炎症等方面的显著功效的发现，90年代中后期以来，安徽农业大学、浙江大学、中国农科院茶叶研究所、湖南农业大学等一直致力于茶黄素的提取分离纯化技术研究，并且在茶黄素的制取途径上取得重大突破，使得茶黄素的工业化制备成本得到大幅度的降低，有力地推进了茶黄素的产业化进程，无锡世纪生物、长沙飞拓、浙江派诺等企业实施了茶黄素的工业化生产。但是，与儿茶素相比，茶黄素目前的产业规模还不大，全国年产不同规格的茶黄素的总量在40t以内，还存在较大的发展潜力和市场空间。茶多糖的研究与开发一直受到茶叶深加工领域的关注。安徽农业大学、华中农业大学、中国茶科所、中国海洋大学等在茶多糖的提取分离与纯化、结构分析、功能评价与应用等各方面作了大量的研究工作。与茶氨酸类似，茶多糖的开发与茶多酚的产业化开发紧密关联，从茶多酚萃取后的水层中分离纯化茶多糖才是经济、高效的途径。尽管现有的研究表面茶多糖具有提高免疫力、降血糖、降血脂、防辐射等多种功效，但是，与菌类多糖相比，国内外健康食品领域一直未出现对茶多糖的大量需求。目前，国内只有无锡太阳绿宝等企业批量生产不同规格的茶多糖，出口到日本、韩国开发功能饮料和健康食品。咖啡碱、可可碱、茶碱等生物碱是茶叶中一类主要的功能成分。在90年代初，我国曾一度流行从茶叶中提制天然咖啡因，且在全国建立了各种规模的天然咖啡因提取工厂数十家。然而，两个关键问题制约了当时天然咖啡因的发展速度:一是由于茶多酚的开发还没有兴起，采用茶叶原料仅仅提取咖啡因，生产成分太高，茶叶资源的价值没有得到有效发挥，天然咖啡因的成本无法与合成咖啡因竞争；二是天然咖啡因是国家管制的一类精神药品原料，其生产、销售、采购必须在公安部和卫生部同时取得合法许可。因此，目前高纯度的天然咖啡因在我国已经几乎不生产，主要是以茶多酚萃取后的水层提取低纯度咖啡因（30％以下）用于富含咖啡因的功能食品与功能饮料的开发。40067010431764276135964809528001000200030004000500060002002200420062008Ton4茶皂素是中国农科院茶叶研究所于70年代末至80年代初在国内率先研究开发，并建立一批茶皂素提取厂。同时，开展了一系列茶皂素的功能与应用研究，使茶皂素在人类健康、日化用品、植物农药、渔业养殖、建筑材料等领域具有广泛的应用。目前，我国已有规模化生产茶皂素的企10余家，各种不同规格茶皂素的年产能力在3000t以上。其中，规模较大的有浙江东方茶业科技有限公司等。自1997年以来，随着我国茶饮料工业的飞速发展(图2)和全球即饮茶的升温，速溶茶和茶浓缩汁作为茶饮料的原料，其产品质量得到了大幅度提高，产业规模也成倍增长，中国已成为全球最大的速溶茶生产国。目前，以大闽食品有限公司、深圳深宝华城食品有限公司、浙江茗皇天然食品有限公司、芜湖杉杉茶叶有限公司、浙江东方茶业有限公司为代表的速溶茶生产企业，年产速溶茶和浓缩茶汁的能力超过15000t。图21997年以来我国茶饮料产业规模的发展情况我国茶叶深加工产业经过近二十年的发展，现已基本形成以功能成分开发和有效组分开发为主体的两个基础产品体系（图3）。功能成分体系以茶多酚/儿茶素、茶氨酸、茶黄素、茶多糖、茶皂素、咖啡