CN104757220B - 脱咖啡因乌龙茶生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种脱咖啡因乌龙茶生产工艺，其包括以下步骤：备料；给茶叶加湿；将经加湿的茶叶置于萃取塔中，并通入二氧化碳使萃取塔内部处于二氧化碳氛围中；向萃取塔通入超临界二氧化碳流体萃取茶叶中咖啡因；将含有咖啡因的二氧化碳通过水以将二氧化碳中的咖啡因洗脱去除；将洗脱咖啡因的超临界二氧化碳流体循环到萃取塔中，对茶叶进行循环萃取预定时间；循环萃取预定时间后，将茶叶取出干燥。本发明进一步针对具体的乌龙茶品种，详细说明了与一种新的多萃取塔配置及具有多层多孔隔板结构的萃取塔配合使用的工艺各项参数，实现了一种高效、茶叶原有风味保留度高且适于工业化批量连续生产的脱咖啡因乌龙茶生产工艺。

Description

脱咖啡因乌龙茶生产工艺

技术领域

本发明属于茶叶加工技术领域，具体涉及利用超临界二氧化碳萃取技术生产脱咖啡因乌龙茶的工艺。

背景技术

茶叶中普遍含有较高的咖啡因，一般占到茶叶干物质的2％-5%。咖啡因物质容易溶解于热水中，可达总量的80%，且容易被人体吸收，其吸收量往往能达到90％。因此，人们在饮用茶水时会摄入较多的咖啡因物质。但是，过量摄入咖啡因物质可能会产生一些副作用，尤其是对咖啡因物质敏感的人群更为明显。因此，出于食品安全的考虑，一些国家对茶制品中咖啡因含量作了限量规定。因此，开发低咖啡因含量甚至无咖啡因茶制品具有重要意义，既可以满足特殊人群对茶制品的需求，又能充分发挥茶制品的保健功能，从而开拓更大的茶叶消费市场。

在低咖啡因含量甚至无咖啡因茶制品的制备过程中，最重要的工作是将咖啡因物质从茶叶中脱除。目前，在脱除咖啡因方面，出现了热水浸提法、有机溶剂萃取法、超临界流体萃取法等多种脱除工艺，其中，由于具有对有机物溶解度大、传递速率高、操作条件温和等优点，超临界流体萃取技术在近20-30年逐渐发展起来，且由于二氧化碳的临界值低、流体密度对压力和温度变化敏感，二氧化碳无毒无害等特点，在茶叶脱咖啡因的超临界流体萃取工艺中，普遍采用超临界二氧化碳流体作为萃取溶剂使用。

所谓超临界二氧化碳萃取，其分离过程的原理是利用超临界二氧化碳对某些特殊天然产物具有特殊溶解作用，利用超临界二氧化碳的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界二氧化碳溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界二氧化碳与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小不同的成分依次萃取出来。

现有技术中，在利用超临界二氧化碳流体制备脱咖啡因茶叶方面进行了很多研究，但这些研究基本都集中在对红茶和绿茶的处理上，鲜见该工艺在乌龙茶制品上的研究。目前的乌龙茶脱咖啡因处理工艺通常存在处理效率低、咖啡因脱除率不足、存在有机物污染、茶叶经处理后口味差等问题中的一个或多个。然而，不同类型（红茶、绿茶、乌龙茶等）的茶叶由于原料和制备工艺的差异，在组分及其含量、色泽及汤色影响条件等方面存在差异，因此，仍然需要对超临界流体萃取法应用于乌龙茶脱咖啡因处理时的工艺、尤其是适合工业化生产要求的脱咖啡因处理工艺进行研究。

发明内容

针对上述问题，本发明针对乌龙茶，在利用超临界二氧化碳流体脱除其中咖啡因成分的工艺设计、工艺条件等方面进行了研究，提出了适于工业应用的乌龙茶超临界二氧化碳脱咖啡因工艺。根据本发明的脱咖啡因工艺，所获得的脱咖啡因乌龙茶具有咖啡因含量低（低于0.1%），茶叶的其它品质（外形、香气、滋味及汤色等等）与普通乌龙茶相当；同时，根据本发明的脱咖啡因工艺简单，超临界流体的萃取效率高、用量少，萃取周期短，适用于工业生产应用。

本发明提出了一种脱咖啡因乌龙茶生产工艺，其依次包括以下步骤。

步骤（1-1）：备料。

步骤（1-2）：给茶叶加湿。

步骤（1-3）：将经加湿的茶叶置于萃取塔中，并通入二氧化碳使萃取塔内部处于二氧化碳氛围中。

步骤（1-4）：向萃取塔通入超临界二氧化碳流体萃取茶叶中咖啡因。

步骤（1-5）：将含有咖啡因的二氧化碳通过水以将二氧化碳中的咖啡因洗脱去除。

步骤（1-6）：将洗脱咖啡因的超临界二氧化碳流体循环到萃取塔中，对茶叶进行循环萃取预定时间；

循环萃取预定时间后，将茶叶取出干燥。

针对该生产工艺，本发明还针对具体的乌龙茶品种，详细说明了与一种新的多萃取塔配置及具有多层多孔隔板结构的萃取塔配合使用的工艺各项参数，从而实现了一种高效、茶叶原有风味保留度高且适于工业化批量连续生产的脱咖啡因乌龙茶生产工艺。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来说明本发明的脱咖啡因乌龙茶生产工艺。

根据本发明实施例的乌龙茶脱咖啡因工艺包括以下步骤：

在步骤（1-1）中，选取武夷岩茶茶叶500kg，完成备料工序。

在步骤（1-2）中，用常温水调配茶叶，使得乌龙茶叶的含水量占总重的10%左右，搅拌均匀，完成对茶叶的预处理工序。

在步骤（1-3）中：将步骤（1-2）调配得到的茶叶放入萃取塔中，并且向萃取塔中充入二氧化碳，将萃取塔内部处于无氧状态。

在本发明的萃取塔中，其内部可以沿高度方向从底部至顶部依次设置多层隔板。相邻两隔板与塔壁共同围出茶叶容纳空间（位于相邻两隔板之间），用于容纳待处理的茶叶。在将茶叶置于萃取塔中时，保证使茶叶均匀散布于相应容纳空间内。所述隔板上均匀设有多个通孔，以使得流体在萃取塔的横截面上均匀地、以基本相同的速率进入该隔板上方的茶叶容纳空间。因此，通过设置该多孔隔板，能够避免流体在通过萃取塔时在横截面方向上分布不均，导致萃取效率在空间分布上存在差异进而使得同批处理的产品品质存在差异的问题，有利于产品整体品质的提高。

此外，现有技术中由于通常将茶叶置于萃取塔内的同一容纳空间，因此在茶叶数量较大时，容易出现茶叶分布不均等现象。在本发明的多层隔板结构下，萃取塔内的茶叶可以被分别置于多个独立的容纳空间中，每个容纳空间中的茶叶数量仅为总量的一部分，从而有效缓解了上述茶叶数量较大时可能发生的问题，能够提高单次处理量，适合工业实用的需求。

进一步，还可以结合待处理茶叶的外形尺寸及数量、超临界流体的压强及流速等参数，对隔板数量（容纳空间的大小）、隔板上通孔尺寸及其密度进行优化设计，以增大萃取过程中超临界二氧化碳流体与茶叶之间的接触程度及时间，从而提高萃取效率。

因此，在本发明的实施例中，可以设置20层隔板从而形成20个茶叶容纳空间，每个容纳空间容置25kg的茶叶，各个隔板上的开孔目数为80、开孔率取为35%。

在步骤（1-4）中，使萃取塔处于温度为78℃、压强为185bar的工作环境下，同时从底部通入温度为78℃、压强为185bar的超临界二氧化碳流体，流体的流速约为10-20吨/小时，该超临界二氧化碳流体处于水饱和状态下，从而借助二氧化碳流体萃取出茶叶中的咖啡因。发明人发现，对于待处理的武夷岩茶，经预处理后，在相同压力下，将萃取温度提高至78℃左右时，对茶叶中芳香物质的溶解能力并未出现明显提高，而对茶叶中咖啡因的溶解能力则表现出持续显著增大；如进一步提高萃取温度，对茶叶中芳香物质的溶解能力的增大速率则明显变大。同时，发明人还注意到，适当的高温处理对于茶叶醇香的提高也有积极的影响，而通常情况下温度过高对于红茶或绿茶而言是不利的。因此，对于乌龙茶而言，将萃取温度设定在78℃左右较为适宜，在该温度下能够实现茶叶中芳香物质的保留与茶叶中咖啡因的脱除之间的最佳平衡。

至于压强的选择，发明人发现，随着萃取压强的增大，超临界流体对茶叶中芳香物质及咖啡因物质的溶解能力均有显著提高，因此，萃取压力过高对于脱咖啡因茶叶香味的保留是不利的。然而，由于本发明的萃取塔中的多层多孔隔板结构，可以有效改善超临界流体与茶叶之间的接触程度及时间，大大提高流体的萃取效率，从而有可能在较低的萃取压强下获得令人满意的萃取效率。因此，在本发明中，可以采用比现有技术中更低的萃取压强，例如采用185bar的萃取压强。同时，众所周知，萃取压强越大，则对工艺设备的性能要求更高，设备及工艺成本也越高，不利于工艺的工业化应用。本发明的脱咖啡因工艺及其设备可以采用较低的萃取压力，使得降低工艺技术难度，减少脱咖啡因的处理成本及设备成本，更适于工业化生产。

在步骤（1-5）中：可以将步骤（1-4）中形成的含有咖啡因的二氧化碳从萃取塔的顶部排出，进入洗脱塔中用水洗涤除去咖啡因，其中洗脱塔内的温度约为55℃、压强约为185bar。

在步骤（1-6）中，对洗脱咖啡因的二氧化碳流体进行加热，使其温度恢复至78℃，再其作为萃取介质引入萃取塔中，对茶叶中的咖啡因物质进行循环萃取。

循环萃取持续3小时，最后将萃取塔的超临界流体进气阀和出气阀关闭，将茶叶取出干燥。

在本发明的生产工艺中，萃取塔至少设置两座以替换使用。通过这种多塔设置，可以实现，在其中某一座萃取塔（例如萃取塔A）中萃取循环结束，将已处理的茶叶取出并更换待处理的茶叶时，用于萃取塔A中萃取过程的超临界二氧化碳流体可以被用于另一个萃取塔（例如萃取塔B）中的萃取过程。

在这种多塔配置下，显然，能够高效利用萃取用的超临界二氧化碳流体，实现对茶叶的连续萃取，这对于工业应用是非常有利的。此外，发明人还注意到，在超临界二氧化碳流体如上述那样在多个萃取塔之间的连续转换使用时，这些超临界二氧化碳流体中尽管不含有咖啡因成分，但仍然存在之前萃取循环中从茶叶中萃取出的非咖啡因成分且其浓度接近萃取工作条件下的饱和浓度，因此用这种超临界二氧化碳流体对茶叶进行萃取处理时，能够进一步阻止茶叶中不希望的非咖啡因成分的析出，这对于减小或避免脱咖啡因处理对茶叶品质的影响是非常有利的。

在本发明的一个优选实施例中，萃取塔的数量可以为3个。

如上所述，根据本发明所提出的脱咖啡因乌龙茶生产工艺已经能够在高效脱除茶叶中咖啡因成分的同时，很好地保留茶叶中不必要的非咖啡因成分（例如芳香物质）流失。但是，必要时，在脱咖啡因处理全部结束，即所有萃取塔中都不再发生萃取处理时，还可以将二氧化碳中的芳香物质提取出来，并使其吸附到经脱咖啡因处理的茶叶中，从而进一步提升茶叶的香味。

下面给出了根据本发明的脱咖啡因武夷岩茶的咖啡因残留检测值及茶叶感官评审结果。

残留的咖啡因	香气	滋味	外形	叶底
					0.085%	96	93	92	91

上述实施例仅是以举例的方式说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，其仍然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分特征进行等同替换，而这些修改或者等同替换，并不使得相应技术方案的本质脱离本发明实施例的技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种脱咖啡因乌龙茶生产工艺，其依次包括以下步骤：

步骤（1-1）：备料，选用武夷岩茶；

步骤（1-2）：用常温水调配茶叶，使得乌龙茶叶的含水量占总重的10%左右，并搅拌均匀；

步骤（1-3）：将步骤（1-2）调配得到的茶叶放入萃取塔中,并且向萃取塔中充入二氧化碳以使得萃取塔内部处于无氧状态；其中萃取塔内部沿高度方向从底部至顶部依次设有多层隔板，相邻隔板之间形成茶叶容纳空间，茶叶均匀散布于相应容纳空间内；所述隔板上均匀设有多个通孔，以使得流体在萃取塔的横截面上均匀地、以相同的速率进入该隔板上方的茶叶容纳空间；所述隔板的数量、隔板上开孔尺寸及开孔率被设计成使超临界二氧化碳流体在通过萃取塔时与茶叶之间的接触程度及时间最大；

步骤（1-4）：使萃取塔处于温度为78℃、压强为185bar的工作环境下，同时通入温度为78℃、压强为185bar的超临界二氧化碳流体，所述超临界二氧化碳流体处于水饱和的状态下，且每小时流入萃取塔的二氧化碳与萃取塔中茶叶的重量比为20-40：1；

步骤（1-5）：将所述步骤（1-4）中形成的含有咖啡因的二氧化碳通入洗脱塔中用水洗涤除去咖啡因，其中洗脱塔内的温度为55℃、压强为185bar；；

步骤（1-6）：对洗脱咖啡因的超临界二氧化碳流体加热使其温度恢复为78℃，再将其引入萃取塔中，对茶叶进行循环萃取；

所述循环萃取时间为3个小时；

其中，萃取塔的数量至少为2个，以便能够在其中一座萃取塔A中的咖啡因萃取循环结束，将该萃取塔A中已处理的茶叶取出和放入新待处理的茶叶的过程中，将用于萃取塔A的超临界二氧化碳流体用于对另一个萃取塔B中茶叶的脱咖啡因循环萃取处理中；循环萃取预定时间后，将茶叶取出干燥。

2.如权利要求1所述的脱咖啡因乌龙茶生产工艺，其中：

单个萃取塔中的武夷岩茶重量为500kg；

引入萃取塔的超临界二氧化碳流体的流速为10-20吨/小时，

所述隔板的数量为5个，每个隔板上的开孔目数为80、开孔率为35%。

3.如权利要求2所述的脱咖啡因乌龙茶生产工艺，其中：

所述萃取塔的数量为3个。

4.如权利要求1-3中任一项所述的脱咖啡因乌龙茶生产工艺，其中，在利用超临界二氧化碳流体对茶叶进行的脱咖啡因处理全部结束之后，将二氧化碳中包含的芳香物质分离出来，并使其吸附到经脱咖啡因处理的茶叶中。