制茶化学

保志娟

(云南大学生化学院应用化学系)

 

摘要 茶叶是人们日常生活中喜爱的一种饮品,本文就茶叶的历史、成分功效、分类、加工制作中的化学成分变化以及开发应用等方面做简单的概述。

关键词 茶叶 咖啡碱 茶单宁 茶多糖 茶皂素 茶红素 多酚氧化酶 杀青 揉捻 发酵 萎凋 渥堆

我国是发现和利用茶叶最早的国家,被称为茶叶的祖国。据考证我国茶叶已有四千年的历史,两千多年的栽培史。我国有茶树350多类,生产茶叶一千多种。有人说中国有了文化就有了茶叶。

一、茶叶历史

我国第一部记录茶的著作是唐·陆羽的《茶经》,他认为“茶之为饮,发乎神农氏,闻于鲁周公……,滂时浸俗,盛于国朝。”

茶叶最早作为药用,记载最早的是《神农本草经》,书曰:“神农尝百草,日遇七十二毒,得茶而解之。”司马相如的《凡将篇》中记载了19种中药,其中就有茶叶。李时珍的《本草纲目》中曾记载:“茶苦而寒,最能降火,又兼能解酒之毒,使人神思爽,不昏不睡。”

而茶作为饮料,是劳动人民在生产实践中逐渐开始的,后为僧侣饮之,以驱坐坛之困。但上层把茶叶作为饮料,还是周武王以茶代酒开始(见《史记·周本经》)。这是公元前1066年周武王伐纣时,不少南方民族,献以茶叶于武王,武王以茶代酒,与纣王终日酗酒暴敛形成了明显对比。后人便把以茶代酒作为俭朴、清廉的象征。

到了汉代,茶已成为商品。汉王褒的《僮约》中曾记载:“享茶劲具”、“武阳买茶“等,说明汉已有了茶叶市场。到了南北朝时我国人民把鲜叶加工成茶饼,唐代又创制了蒸青茶团;宋代创制了蒸青散茶,明代创制了炒青绿茶、黄茶、黑茶、红茶、花茶等;清代又创制了白茶、乌龙茶等。但茶叶引种到世界各地,当是在唐宋的事,茶和瓷器一样成为中国的象征,各国的贵族均以饮茶为荣。

二、茶叶的主要成分及功效

自古就有人说饮茶可以长寿(见宋钱易《南部新书》)。据说唐代大中三年,有一个和尚130多岁了,身体还很健康,满面红光,步履轻盈,宣宗皇帝知道后,把他叫去问道:“你为何身体还这样健壮,有何仙丹妙药?!”和尚答:“性好茶,至处为茶是求,或饮百碗不厌。”皇帝又问:生病否?答:“何需魏帝一丸药,只需卢全七碗茶。”“无茶则病,有茶则安。”老和尚认为饮茶是他长寿的秘诀[1]。还有很多古籍中,例钱椿华撰、顾元庆校的《茶谱》中提出茶能“醒酒”、“明目”、“止渴”、“消食”、“除痰”等供功效。茶为何有如此多的作用,主要和它的化学成分有关。 茶叶化学成分,经过分离和鉴定的有机化合物已达450种以上,无机矿物质已有15种以上。在这些成分中,绝大部分具有促进身体健康或防治疾病的功效。其主要成分为:

1、生物碱[2]

茶叶中的生物碱,主要有咖啡碱(也叫做茶素)、茶叶碱、可可碱、胆碱、腺嘌呤等,其中咖啡碱含量较多,其他含量都微。咖啡碱能兴奋衰竭的呼吸中枢和血管中运动中枢,是苏醒药物;还能兴奋精神,对抗抑郁,又是抗抑郁药物。咖啡碱还能提醒、强心、消除疲劳等。

由于咖啡碱对大脑皮质的兴奋作用是加强兴奋过程,而不是减弱抑制过程,因此,浓茶可以解除酒醉、抵抗酒精、咖啡等药物的麻醉和毒害。 咖啡碱也是心血管系统的重要药物。茶叶碱增强心脏的作用约三倍于咖啡碱,由于它对循环有利的作用,可治疗急性心力衰竭。此外茶叶碱还可解除支气管痉挛,还具有明显的利尿作用。

2、茶单宁(酚类衍生物)[2]

茶叶中单宁的药理效能很多。首先对烧伤有治疗效果,同时茶单宁对多种病原菌(痢疾肝菌、大肠肝菌、链球菌、肺炎菌、沙门氏菌、金黄葡萄球菌)的发育、生长有抑制作用,对痢疾、慢性肝炎、霍乱、肾脏炎、伤寒等有一定疗效。它对重金属盐及生物碱中毒是抗解剂,对治疗糖尿病、高血压有效能。茶中含茶多酚20%左右,能阻止致癌物的生成,并与茶叶中的维生素C、E,脂多糖、锌、硒等协同产生多种协调机体的作用。[9]

茶单宁的儿茶素,能防止血液和肝脏中胆固醇及中性脂肪的积累,因此,对动脉硬化和肝脏硬化有预防作用,对抗放射性物质有一定的效果,有治疗偏头痛。

3、芳香物质

茶叶的芳香物质含有酚、醇、丁醛、酯等。其中酚有沉淀蛋白质的功效,可杀死病原菌;对中枢神经有先兴奋后抑制的作用,因此有镇痛效果。而茶叶中的茶黄烷醇能够抗辐射。而醛类则含有甲醛、丁醛、戊醛、己醛等。茶叶中的芳香酸类化合物,有抑制和杀灭酶菌和细菌的作用,对于粘膜、皮肤及伤口有刺激作用,并有溶解角质的作用。茶叶中的叶酸有补血的作用,特别是经过发酵及类似过程的茶叶,治疗贫血症有效能。

4、维生素

茶叶中维生素含量丰富,它含有维生素A、C、D、E、K、B1、B2、B6、B12、H、PP等。茶叶因含有维生素PP,故茶叶是预防癞皮病的一种很好的饮料。

5、茶多糖

经研究表明茶多糖在对糖代谢方面具有与胰岛素相类似的作用,故中低档茶中的较多茶多糖具有降血糖的作用。[3][4]淡茶和酽茶因含咖啡碱等兴奋成分较少,含有大量茶多糖,可对慢性糖尿病患者的治疗效果有所帮助。[5]

6、茶红素和茶色素

茶红素具有抗氧化、抗癌防癌、降血糖、降血脂、防止心血管疾病等功效,[6][7]甚至对艾滋病毒逆转录酶和多种DNA聚合酶也有特异抑制作用。[8]茶色素可促进血清SOD活力明显升高,清除自由基,防止疾病和衰老。[9]

7、茶皂素

茶皂素具有溶血、茶鞣质、萜烯类、碳化合物、蛋白质及氨基酸,此外茶叶还含多种无机成分钾、磷、钙、铁、锰、铭、硫、锌、铜、氟、钼、錋、铅、铬、镍、镉等。

三、茶叶的分类

茶叶若从品种上分,可分为大叶种茶、小叶种茶等。

若从饮茶艺术上分,可有许多特色茶,例:酥油茶、盐巴茶、油茶、打油茶、烧茶、青竹茶、竹筒茶、雷响茶、三道茶、奶茶,“龙虎斗”、“凉拌茶”、“米虫茶”、“女儿茶”等。

若从初制技术上可分为:红茶、绿茶、乌龙茶、黄茶、白茶、黑茶。从习惯的商品统计分为红茶、绿茶、花茶、乌龙茶、紧压茶五大类。[1]

(一)绿茶为不发酵茶。制造时要经过高温杀青,成茶清汤绿茶,香高味爽。外形:扁平

挺直,其形如剑,谓之高炒青,如龙井、旗枪、泉岗辉白等。从干燥方法分为:炒青、烘青、晒青。

(二)红茶为全发酵茶。制茶时由于经过萎凋、发酵,所以成茶红汤红叶,从外形可分为

工夫红茶、红碎茶、小种红茶三种。工夫红茶,条细而长,加工需要多道工序,精工细微,很费工夫,所以叫工夫红茶。加工时将其鲜叶切碎,外形成乌润的颗粒,叫红碎茶。条粗而壮,成茶带有松香味,谓之小种红茶。

(三)乌龙茶是一种半发酵茶。由于特殊的加工技术,在一片叶子上为三分红茶七分绿茶,外红里绿,绿叶红镶边,因此既有绿茶之清香,又有红茶之醇爽。乌龙茶按产地不同分为闽北乌龙、闽南乌龙、台湾乌龙。又按茶树品种分为黄錟、色种、铁观音、黄金桂等许多品种。

(四)黄茶是一种非酶性氧化的后发酵茶。由于在加工中揉捻后渥堆闷黄,成茶黄汤黄叶。大枝大叶的叫黄大茶,细嫩的为高级名茶,如君山银针、莫干黄芽等。 (五) 黑茶是一种粗老的非酶性氧化的后发酵茶,颜色黑褐,是紧压茶的原料茶。

(六) 白查税是一种微发酵茶。加工时“锅不炒,手不揉”,靠摊宗和微火烘干。成茶后

清香淡雅,消热解暑。此茶只有闽北独产,有白毫银针、白牡丹等名茶。

(七) 花茶多以绿茶为原料,加各种香花而成,如茉莉花、玫瑰花、玉兰花等。

(八) 紧加茶是一种后发酵的在加工复制茶,它以黑茶为原料,经过渥堆发酵即“后发酵”,

筛切制胚、蒸压成形、慢火干燥,形成紧压成块的固形茶。外形如硅叫硅茶,例茯砖、青砖等。外形如碗叫沱茶,如云南沱茶、重庆沱茶;外形如饼叫饼茶,如七子饼茶。

四、茶叶加工

我国茶叶加工分成三大部分:初制、精制、拼配加工,也叫鲜叶加工,就是把茶树上的芽叶按不同标准,及时采下,用不同的技术处理,形成不发酵、全发酵、半发酵、后发酵、微发酵不同品质特点的毛茶。精制,就是以毛茶为原料,按成品茶的规格要求,通过整理外形而改善内质,去除杂物等。拼配加工,就是把同一茶素的精制茶,根据某一地区的消费习惯或客户的要求,拼配成适销队路的高品茶。

初制加工中化学变化为:

(一)绿茶

绿茶有很多制法,不同制茶工艺对名优绿茶香气的影响不同,受热温度较高, 发热时间相对较长,对香气形成有利。[20]制绿茶一般分为三个步骤:杀青、揉捻、干燥。

①杀青。鲜叶采下先摊晾2-3小时,有利于氨基酸的形成。然后在180-230℃下杀青4-6

分钟。杀青是利用高温破坏多酚氧化酮和过氧化物酶的活性,[11]防止叶子变红,保持鲜叶的有效成分;并蒸发水分,使叶组织变得柔软,便于做型,促进内含物质转化,去除鲜叶中的青草气,发展茶叶香气。因为温度是影响酶的催化作用的最重要的因子之一。因此杀青利用在极短时间内迅速升温,通过酶的最适温度(52℃),达到酶的钝化临界温度(85℃),

彻底破坏酶的作用,[12]杀青中由于热的作用引起叶绿素的破坏,因为叶绿素的破坏,特别是50℃以上是不依赖酶的,它主要是由于热的作用引起的化学变化。

②揉捻:使茶叶成条,体积缩小,适度破坏叶细胞组织,使茶汁溢出,以便于干燥定形。

③干燥,是固定茶叶外形和发展香气的重要工序,一般由自由蒸发失水、缓慢失水和失去

化合态水三个过程构成。

(二)红茶

总的来讲分为四步:萎凋、揉捻、发酵、干燥。

①萎凋。它的目的是蒸发适当的水分,使叶片柔软,韧性加强,促使叶内成分的变化。萎凋进行时,水分减少,叶绿素被破坏,使光合作用既丢失了一部分的原料,又失去了光解催化剂,这样阻碍了糖类的形成,造成氧化基质的变化,萎凋进行时还形成了易溶解的氨基酸。叶内的天冬酰胺迅速增长着,对茶叶的香气有相当大的影响。细胞液和蛋白质在不断浓缩,咖啡碱略有增加。[37]经研究表明红茶低温萎凋酶活性的提高和香气形成。[13]

②揉捻:将茶叶切断、压碎,破坏叶细胞,即使半渗透性膜受损,让其内容物质与空气接

触而发生氧化作用。[37]经研究表明,随鲜叶破碎程度的增大,茶红素含量明显增加,适度萎凋可促进茶黄素的形成;冷冻处理,明显地提高水浸出物、茶黄素等的含量,从而改善红茶品质。[14]

③发酵。先是叶细胞质中属于儿茶素一类的多酚类衍生物发生两次以上的氧化。由于叶细胞

内的半渗透膜的破坏,儿茶素溢出与多酚氧化酶发生接触,与空气中的氧气作用,儿茶素粪物质氧化成邻醌类。[37] 邻醌类很快地氧化缩合成双环烷醇和茶黄素、茶黄酸、没食子酸,[15]加之氨基酸降解产生的异丁醇、异戊醇,它们发生氧化,产生红色和棕色的化合物,叫作茶红素。它是分子量从700到40000道尔顿的异质酚性类色素。有些茶红素具有明显的鞣质性能,会被蛋白质所沉淀而失去良好的茶汤。茶叶的绿色物质和邻醌类接触,就会起作用,并转变为棕色。邻醌类部分也会被叶蛋白所沉淀。对发酵程度的研究表明,随着发酵温度和时间的增加,黄烷醇的缩合产物与茶叶蛋白的结合力增加。[36]用过激的方法使茶叶过于破碎,儿茶素将会完全氧化和缩合。

④烘干。茶叶上烘时,叶内促使两个或更多的儿茶素物质氧化成邻醌类的多酚氧化酶,会受

到破坏,当茶叶通过烘干机时,氧化活动已停止。但茶黄素和茶红素的缩合,依然在继续,茶叶的鲜爽度品质特征和浓强度在逐步减退。果胶酶将产生一种表面发光的物质,有利于改善品质,当叶温升高后,该酶会受到破坏。[20]红茶中的红碎茶干燥过程不能由传统理论来解释。根据蔡健荣的研究,它的失水率可用微分方程表示。[16]不同相对空气温度下茶叶平衡含水量不同。

红茶制造过程中,通过这四道工序,茶叶中挥发性物质,即茶叶香气成分起了很大的变化。根据西?了康、桑原穆夫的科学试验,[17]鲜叶经过红茶制造的各个工序,其中所含的正丙醇、异丁醇、异戊醇,顺-2-戊烯醇、正己醇等都有减少;但甲酸、正己酸、反一二己烯醛等的含量有所增加。此外研究还发现糖苷化合物的变化对红茶香气的影响很大。[18]

(三)乌龙茶

主要工序:萎凋、做青、杀青、揉捻、干燥。

①萎凋与红茶相似。它主要是晒青过程,通过光能热能使鲜叶适度失水,促进酶的活化而引起叶内成分的转化,为下面工序提供良好条件。

②乌龙茶的特殊香气和绿色红镶边就是在做青中形成。主要技术是摇青和晾青。摇青是在机械能作用下,使叶缘细胞破坏,改变其供氧条件,促其发生轻度氧化,而使叶缘显红边。晾青是使摇青后的叶子在摊晾过程中通过水分的氧化使细胞液浓缩和氧化趋势加强,致使叶内物质转化,青草气味逐渐消失,鲜爽的花香气味逐渐形成。

③杀青与绿茶相似,热锅炒青抑制酶活性。

④揉捻和干燥与红绿茶相同。

(四)黑茶

[1]主要工序:杀青、揉捻、渥堆、干燥。

其中杀青、揉捻同红绿茶。而渥堆是形成黑茶色、香味的重要加工阶段,也是形成后发酵茶的关键工序。黑茶“渥堆”类似于红茶发酵,促使茶叶中的多酚类物质氧化。所不同的是红茶发酵是利用茶叶本身所含有的酶,促使其氧化,称做“酶性氧化发酵”,在加工中不杀青。而黑茶发酵是在杀青以后,茶叶本身的酶活性已停止,所以要渥堆民热,产生真菌类微生物起发酵作用。所以茶叶加工中称这种发酵为“后发酵”,即杀青后发酵。茶叶中的多酚氧化酶和过氧化物酶在杀青中活性急剧削弱,[21]过氧化物通过初揉、渥堆后继续下降,而多酚氧化酶在初揉时活性一度回升,渥堆时又逐步下降。黑茶的干燥一般多用晒干。

(五) 花茶

一般分为两道工序:①茶胚加工,即茶精制。②窨花,即吸香的处理。若用绿茶做胚,则把烘好的茶胚和开放的鲜花均匀的拌合在一起,收堆吸香。若用红茶制花茶,先将花干燥,然后磨碎它,将它混入烘干的红茶中。

(六) 云南普洱茶

云南普洱茶品质形成的实质是在酶促作用和湿热作用下,茶夕酚的氧化,缩合,蛋白质各氨基酸的分解、降解,碳水化合物的分解,以及各产物之间的聚合缩全等一系列反应,生成更加复杂的,对普洱茶品质有利的如茶褐素化合物等产物的生化反应过程,从而使色泽黄绿、滋味浓爽、香气清鲜的晒青毛茶转化为色泽红褐、滋味醇厚、香气陈醇的普洱茶[19]

(七) 青茶[34]

青茶从鲜叶到成茶的化学变化过程与红绿茶截然不同。青茶是以萎凋作前导,为做青做好鲜叶理化变化的必要准备,继尔做青使萎凋叶的叶缘细胞受到适当的机械损伤。促使多酚类氧分聚合并引起一系列复杂的物理化学变化,从而奠定青茶色、香、味的基础。在此基础上通过炒青,高温制止酶促氧化,促进有利品质内含物转化,巩固发展做青叶品质,因青茶鲜叶粗老,经“趁热、重压,短时”揉捻,初步形成青茶的外形特征,再经干燥,进一步形成紧结卷曲的青茶外形,使青茶内质与外形进一步完善。

(八) 制茶过程不同,胡萝卜含量不同。经发酵的茶叶,其胡萝卜素的破坏是比较严重的

因而茶叶成品中的胡萝卜素的含量都比较少。[28]制茶的各种作用都对叶绿素起破坏作用。水分的丧失,如青茶的晾青,红茶和白茶的萎凋,都会减少叶绿素在茶中的含量。揉捻红茶的发酵、黄大茶的闷堆、青茶的做青破坏茶叶的细胞组织,降低叶细胞的PH值,因此,也破坏叶中的叶绿素。杀青、烧、炒等热的作用,也能减少茶叶中的叶绿素。此外酸的作用、氧化作用心脏由于水的丧失也会引起叶蛋白的分解。[22]绿茶、红茶的蛋白质含量都逐步下降,说明蛋白质的降解作用是显著的。

五、茶叶的加工贮存需注意的问题。

1、 茶的吸附作用。茶叶具有较强的吸附性。在加工贮藏过程中,易吸附环境中的杂异气味,

降低其品质。据研究发现茶叶的类别、嫩度及含水量的不同对茶吸附能为的影响不同。[23]因此生产中必须严格按照工艺要求做,此外有异味的包装材料不能用来包装茶叶。

2、 茶鲜叶在采摘、加工过程中,由于原料,加工机具及场地、空气、售货员等多方面的污染使茶叶中的微生物含量增加。据研究发现,不同茶类受污染的程序也各不相同:红茶较为严重,其次是花茶,再次是绿茶,乌龙茶最轻,说明加工程序多,茶叶受污染的机率也就多。[24]因此为了保证质量尽量减少不必要的制作工序。

3、 光线对茶叶起着破坏作用。红外线的辐射能量可转化为热效应。茶叶吸收红外线后温度升高。紫外线能引起强烈的光化学作用,茶叶吸收后能加强化学变化,使其中的素和酯类等某些物质产生光化反应,加速茶叶的陈化和变质。因此贮藏时应避光,不要用透明塑料袋。[25]除此之外氧气、温度、水分也会导致茶叶的陈化,降低内在品质[26],因此在贮存,销售过程中加以人为的调控,最大限度保持原有的色、香、味、形。 4、 经研究发现,机械操作对鲜叶香气指数影响很大,脂质降解产物,如正己烯醛、顺-3-己烯醛和反-2-己烯醛、芳梓醇及其氧化产物,苯甲醛、苯乙醛和2-苯乙醇均大量增加。[27]因此要特别注意加工技术对茶挥发物影响,提高香气指数。

六、茶叶的食品开发及应用。

1、 做为各种茶饮品

2、 作为食品添加剂

3、 作为天然抗氧化剂,茶叶中的维生素C、E具有较强的抗氧化活性。而茶多酚占茶干重20-35%。它比维生素C、维生素E以及人工合成的抗氧化剂(如BHA、BHT)具更强抗氧化活性。[29]

4、 做为食品成分改良剂。例如茶可加工成茶面包、茶豆腐、茶叶糖果、茶果冻、茶果脯、茶叶蛋糕、八宝茶等[30][31]

5、 做为天然保健食品添加剂。做成降胆固醇,低过敏的食品。例如甜茶—天然止咳痰物质,含抑制环氧酶、透明持酸酶活性物质及抑制过敏物质组胺的游离,抑制血管透过性亢进,缓和鼻、眼过敏。[32]此外,它不可以做成盐茶、糖茶、醋茶、姜茶、[33]海带保健茶,茶叶菜系等。

6、 茶叶还可以做成茶叶含片。代替抽烟嗜好性。[35]

我国拥有丰富的茶资源,但我国目前的制茶工业却没有形成一定的体系,即有茶叶而无茶业的局面。此外我国制茶技术还没有一定的规范性,设备还比较落后,这些问题都有待于进一步解决。

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