CN105104590B - 茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统及方法 - Google Patents
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Abstract
茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统及方法，属于茶叶加工技术领域。该系统包括依次连接的原料品质定向提升处理模块、选择式低温逆流分段萃取模块、酶膜联合分离模块、低温浓缩模块和多孔结晶冷冻干燥模块，上述的选择式低温逆流分段萃取模块、酶膜联合分离模块、低温浓缩模块和多孔结晶冷冻干燥模块均连接活性成分包埋与释放模块和标准化智能监控模块。本发明的集成系统能够实现原料品质定向提升，选择性萃取风味品质成分，高效分离，标准化制备，可根据产品要求和茶叶特性，实现定向制造，产品天然原味、富含高活性保健因子。
Description
技术领域
本发明属于茶叶加工技术领域，具体涉及茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统及方法。
背景技术
茶叶是世界性重要经济作物之一，作为世界三大传统饮料之一，深受各国人民喜爱。1998年至2007年年均GAGR为5.7%，2012年全球软饮料市场价值达7200亿美元。“绿色、天然、健康、时尚”的茶饮料迅速崛起，成为21世纪饮品“新贵族”。
茶叶中有效成分的提取、分离、纯化是一个重要课题，与其他天然产物相比，茶叶除了高效制备出有效功能成分、提高附加值外，还要保持茶汤的色、香、味，更趋向于风味品质食品化的制造。
茶叶中主要风味品质成分有效协调是决定茶叶品质特性的物质基础。目前，茶叶有效成分提取、纯化制备技术有：（1）茶叶原料。仅对农残、重金属、水分等指标进行控制，缺少茶叶品质提升处理技术和风味稳定性评价。（2）提取。一般采用逆流提取、超声波提取、煮茶机等提取方式，对风味品质稳定性影响较大，无法根据产品要求和茶叶特性对风味品质成分进行食品定向化选择性萃取。（3）分离纯化。采用离心机或单级膜分离，不能高效分离茶叶中风味成分，也无法克服膜分离易堵等缺点。（4）浓缩干燥。采用真空浓缩或单级膜浓缩，高温和长时间循环茶多酚易氧化，传统喷雾干燥方式易破坏有效成分。
现有技术方案，未融合食品科学工程、生物技术工程、化学工程和自动化系统管理等多学科技术，单一技术很难实现原料茶食品化定向品质提升和茶叶风味品质成分选择性萃取，不能完全实现在线监控和标准化制造，产品风味品质和稳定性较差，不能满足市场和消费者的需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统及方法的技术方案。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于包括依次连接的原料品质定向提升处理模块、选择式低温逆流分段萃取模块、酶膜联合分离模块、低温浓缩模块和多孔结晶冷冻干燥模块，上述的选择式低温逆流分段萃取模块、酶膜联合分离模块、低温浓缩模块和多孔结晶冷冻干燥模块均连接活性成分包埋与释放模块和标准化智能监控模块。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的原料品质定向提升处理模块包括由输送系统连接的茶叶筛分机、茶叶混合机和远红外提香机。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的选择式低温逆流分段萃取模块包括管路连接的多级逆流系统、纯水罐和萃取液储罐。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的酶膜联合分离模块包括管路连接的蝶式离心机、固定化酶柱、膜滤系统和澄清液储罐。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的低温浓缩模块包括管路连接的浓缩系统、料液周转罐和浓缩液储罐。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的多孔结晶冷冻干燥模块包括连接的低温冷冻结晶室和真空冷冻干燥室。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的活性成分包埋与释放模块为包埋罐或冷冻喷雾系统。
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于所述的标准化智能监控模块包括近红外光谱分析仪、液相色谱质谱联用仪、气相色谱质谱联用仪和计算机系统。
利用所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统制造茶叶风味品质成分食品的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
1）原料品质定向提升：茶叶原料进入原料品质定向提升处理模块，依次经茶叶筛分机分级处理、茶叶混合机拼配处理和远红外提香机提香处理，拼配时喷洒复合酶，所述的茶叶筛分机的筛网为10-80目，所述的远红外提香机提香温度为80-110℃、时间3-15min，所述的复合酶由糖苷酶、蛋白酶、果胶酶和纤维素酶按重量比1-5:1-3:0.2-2:1-5混合得到，复合酶添加量为茶叶总量的0.1-5‰；
2）选择性低温逆流萃取：步骤1）得到的茶叶进入选择式低温逆流分段萃取模块，经多级逆流系统逆流萃取处理，多级逆流系统萃取温度15-70℃，得到的萃取液进入活性成分包埋与释放模块包埋后进入萃取液储罐，标准化智能监控模块根据产品要求和茶叶特性自动调节萃取温度、时间和流量；
3）酶膜联合分离：步骤2）得到的萃取液过60-200目后进入酶膜联合分离模块，依次经蝶式离心机处理、固定化酶柱处理、膜滤系统处理，得到的澄清液进入澄清液储罐，标准化智能监控模块控制膜压力和温度，所述的蝶式离心机处理条件：3000-4000rpm，所述的固定化酶柱中酶为复合果胶酶；所述的膜滤系统为0.1-0.45um微滤和50-200KD超滤的组合膜；
4）低温浓缩：步骤3）得到的澄清液进入低温浓缩模块，经浓缩系统在-2℃至-6℃温度下循环冷冻结晶，定时排除冰渣或水，得到10-40Brix的茶浓缩液；或经浓缩系统在15-35℃温度下通过2-4级RO膜浓缩至10-25Brix，得到的浓缩液进入浓缩液储罐，标准化智能监控模块实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
5）活性成分包埋与释放：活性成分包埋与释放模块在步骤2）或4）得到的物料中加入2-15%的β-CD进行微胶囊化；
6）多孔结晶干燥：步骤5）得到的浓缩液进入多孔结晶冷冻干燥模块，在低温冷冻结晶室中进行冷冻升华干燥或冷冻喷雾干燥，茶汤在-30℃--20℃温度下进行结晶冷冻，再在真空冷冻干燥室下进行干燥，得到水分小于5%的提取物粉，标准化智能监控模块实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
7）在上述步骤中标准化智能监控模块利用液相色谱质谱联用仪和气相色谱质谱联用仪分析茶多酚、氨基酸、茶多糖组成，结合近红外光谱实现全程标准化监控。
本发明的集成系统能够实现原料品质定向提升，选择性萃取风味品质成分，高效分离，标准化制备，可根据产品要求和茶叶特性，实现定向制造，产品天然原味、富含高活性保健因子。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图来进一步说明本发明。
如图1所示，一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统包括依次连接的原料品质定向提升处理模块1、选择式低温逆流分段萃取模块2、酶膜联合分离模块3、低温浓缩模块4和多孔结晶冷冻干燥模块5，上述的选择式低温逆流分段萃取模块2、酶膜联合分离模块3、低温浓缩模块4和多孔结晶冷冻干燥模块5均连接活性成分包埋与释放模块6和标准化智能监控模块7。
其中原料品质定向提升处理模块1包括由输送系统连接的茶叶筛分机、茶叶混合机和远红外提香机。选择式低温逆流分段萃取模块2包括管路连接的多级逆流系统、纯水罐和萃取液储罐。酶膜联合分离模块3包括管路连接的蝶式离心机、固定化酶柱、膜滤系统和澄清液储罐。低温浓缩模块4包括管路连接的浓缩系统、料液周转罐和浓缩液储罐。多孔结晶冷冻干燥模块5包括连接的低温冷冻结晶室和真空冷冻干燥室。活性成分包埋与释放模块6为包埋罐或冷冻喷雾系统。标准化智能监控模块7包括近红外光谱分析仪、液相色谱质谱联用仪、气相色谱质谱联用仪和计算机系统。
实施例1
一种绿茶风味品质成分食品化定向制备方法工作流程如下：
步骤1：取市售蒸青绿茶500kg粉碎后进入原料品质定向提升处理模块1，经茶叶筛分机过10-40目筛，取10-40目间绿茶约420kg经远红外提香机提香处理，远红外提香机提香温度为90℃、时间7min，用90℃温度远红外焙火7min，冷却至常温备用；
步骤2：将步骤1的蒸青绿茶420kg输送至选择式低温逆流分段萃取模块2，装入多级逆流系统（多级逆流柱），同时打开标准化智能监控模块，根据产品要求和茶叶特性（酚氨比、糖含量等），自主调节萃取温度和时间，首先从纯水罐流进纯水温度50℃、流量3.8T/h，10分钟后调节为45℃、流量3.5T/h，35分钟后调节为47℃、流量4.0T/h，45分钟后出液，分段收集萃取液（Ⅰ段：前12分钟约750L，Ⅱ段13-40分钟约1700L，Ⅲ段41-55分钟约1000L），逆流萃取的用水经水处理系统进行处理，得到的萃取液经活性成分包埋与释放模块6加入3%β-CD进行分子包埋后进入萃取液储罐；
步骤3：将步骤2得到的萃取液输送至酶膜联合分离模块3，分别经碟式离心机3800rpm离心，Ⅰ段澄清液直接过100KD超滤膜，透过液流入澄清液储罐；合并Ⅱ段、Ⅲ段澄清液，经固定化酶柱处理和膜滤系统处理（复合果胶酶柱和200KD膜组合），标准化智能监控模块7自动控制温度28℃左右，压差0.15Mpa，透过液流入澄清液储罐，第一CIP清洗系统对酶膜联合分离模块3进行自动清洗；
步骤4：将步骤3得到的澄清液输送至低温浓缩模块4，经浓缩系统在22℃温度下，经三级RO膜浓缩至18Brix，得到的浓缩液进入浓缩液储罐，第二CIP清洗系统对浓缩系统进行自动清洗，标准化智能监控模块7实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
步骤5：活性成分包埋与释放模块6在步骤5得到的浓缩液中加入6%的β-CD进行分子包埋，搅拌均匀后流入UHT灭菌（灭酶），参数为135℃、15sec，经板框换热器冷却至15℃；
步骤6：将步骤5得到的浓缩液输送至多孔结晶冷冻干燥模块5，在低温冷冻结晶室中-30℃下快速冷冻结晶，再在真空冷冻干燥室中真空低温下升华水分，18小时后取出粉碎混合，得到多孔结晶速溶绿茶粉，标准化智能监控模块7实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
步骤7：利用液相色谱质谱联用仪和气相色谱质谱联用仪分析茶多酚、氨基酸、茶多糖等有效成分组成，结合近红外光谱实现全程标准化监控。
实施例2
一种红茶风味品质成分食品化定向化制备方法工作流程如下：
步骤1：茶叶原料进入原料品质定向提升处理模块1，经茶叶筛分机分级处理后滇红碎茶300kg和阿萨姆CTC120kg进入茶叶混合机拼配，混合时喷洒20kg复合糖苷酶解液（复合酶0.2kg用PH5.5缓冲液稀释至20kg），复合酶由糖苷酶、蛋白酶、果胶酶和纤维素酶按重量比1-5:1-3:0.2-2:1-5混合得到，40℃恒摊放90分钟（3-4cm厚度），然后进入远红外提香机85℃温度远红外焙15min，冷却备用；
步骤2: 将步骤1的红茶420kg输送至选择式低温逆流分段萃取模块2，装入多级逆流系统（多级逆流柱），同时打开标准化智能监控模块，根据产品要求和茶叶特性（酚氨比、糖含量等），自主调节萃取温度和时间，首先流进纯水温度65℃、流量3.0T/h，8分钟后调节为50℃、流量2.5T/h，35分钟后调节为55℃、流量2.8T/h，45分钟后出液，分段收集萃取液（Ⅰ段：前10分钟，Ⅱ段11-35分钟，Ⅲ段36-55分钟），逆流萃取的用水经水处理系统进行处理，得到的萃取液分别进入各自的萃取液储罐；
步骤3：活性成分包埋与释放模块6在步骤2得到的萃取液加入10%的β-CD进行分子包埋，萃取液输送至酶膜联合分离模块3，Ⅰ段收集液直接3800rpm碟式离心，透过液流入澄清液储罐；合并Ⅱ段、Ⅲ段收集液经碟式离心机3800rpm离心、固定化酶柱处理和膜滤系统处理（复合果胶酶柱和0.2um微滤膜组合），通过标准化智能监控模块7自动控制温度30℃，透过液流入澄清液储罐，第一CIP清洗系统对酶膜联合分离模块3进行自动清洗；
步骤4：将步骤3得到的澄清液输送至低温浓缩模块4，经浓缩系统在0至-3℃温度下结晶，搅拌速率22rpm，定期排除冰渣（水），冷冻浓缩至25Brix，得到的浓缩液进入浓缩液储罐，第二CIP清洗系统对浓缩系统进行自动清洗，标准化智能监控模块7实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
步骤5：将步骤4得到的茶浓缩液UHT灭菌（灭酶），参数为135℃、15sec，经板框换热器冷却至30℃后冷冻喷雾干燥，得到水分小于4%的多孔结晶速溶红茶粉（80-100目左右）；
步骤6：利用液相色谱质谱联用仪和气相色谱质谱联用仪分析茶多酚、氨基酸、茶多糖等有效成分组成，结合近红外光谱实现全程标准化监控。
Claims (1)
1.一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统，其特征在于包括依次连接的原料品质定向提升处理模块（1）、选择式低温逆流分段萃取模块（2）、酶膜联合分离模块（3）、低温浓缩模块（4）和多孔结晶冷冻干燥模块（5），上述的选择式低温逆流分段萃取模块（2）、酶膜联合分离模块（3）、低温浓缩模块（4）和多孔结晶冷冻干燥模块（5）均连接活性成分包埋与释放模块（6）和标准化智能监控模块（7）；所述的原料品质定向提升处理模块（1）包括由输送系统连接的茶叶筛分机、茶叶混合机和远红外提香机；所述的选择式低温逆流分段萃取模块（2）包括管路连接的多级逆流系统、纯水罐和萃取液储罐；所述的酶膜联合分离模块（3）包括管路连接的蝶式离心机、固定化酶柱、膜滤系统和澄清液储罐；所述的低温浓缩模块（4）包括管路连接的浓缩系统、料液周转罐和浓缩液储罐；所述的多孔结晶冷冻干燥模块（5）包括连接的低温冷冻结晶室和真空冷冻干燥室；所述的活性成分包埋与释放模块（6）为包埋罐或冷冻喷雾系统；所述的标准化智能监控模块（7）包括近红外光谱分析仪、液相色谱质谱联用仪、气相色谱质谱联用仪和计算机系统；
所述的一种茶叶风味品质成分食品化定向制造技术集成系统制造茶叶风味品质成分食品的方法，其包括以下工艺步骤：
1）原料品质定向提升：茶叶原料进入原料品质定向提升处理模块（1），依次经茶叶筛分机分级处理、茶叶混合机拼配处理和远红外提香机提香处理，拼配时喷洒复合酶，所述的茶叶筛分机的筛网为10-80目，所述的远红外提香机提香温度为80-110℃、时间3-15min，所述的复合酶由糖苷酶、蛋白酶、果胶酶和纤维素酶按重量比1-5:1-3:0.2-2:1-5混合得到，复合酶添加量为茶叶总量的0.1-5‰；
2）选择性低温逆流萃取：步骤1）得到的茶叶进入选择式低温逆流分段萃取模块（2），经多级逆流系统逆流萃取处理，多级逆流系统萃取温度15-70℃，得到的萃取液进入活性成分包埋与释放模块（6）包埋后进入萃取液储罐，标准化智能监控模块（7）根据产品要求和茶叶特性自动调节萃取温度、时间和流量；
3）酶膜联合分离：步骤2）得到的萃取液过60-200目后进入酶膜联合分离模块（3），依次经蝶式离心机处理、固定化酶柱处理、膜滤系统处理，得到的澄清液进入澄清液储罐，标准化智能监控模块（7）控制膜压力和温度，所述的蝶式离心机处理条件：3000-4000rpm，所述的固定化酶柱中酶为复合果胶酶；所述的膜滤系统为0.1-0.45um微滤和50-200KD超滤的组合膜；
4）低温浓缩：步骤3）得到的澄清液进入低温浓缩模块（4），经浓缩系统在-2℃至-6℃温度下循环冷冻结晶，定时排除冰渣或水，得到10-40Brix的茶浓缩液；或经浓缩系统在15-35℃温度下通过2-4级RO膜浓缩至10-25Brix，得到的浓缩液进入浓缩液储罐，标准化智能监控模块（7）实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
5）活性成分包埋与释放：活性成分包埋与释放模块（6）在步骤2）或4）得到的物料中加入2-15%的β-CD进行微胶囊化；
6）多孔结晶干燥：步骤5）得到的浓缩液进入多孔结晶冷冻干燥模块（5），在低温冷冻结晶室中进行冷冻升华干燥或冷冻喷雾干燥，茶汤在-30℃--20℃温度下进行结晶冷冻，再在真空冷冻干燥室下进行干燥，得到水分小于5%的提取物粉，标准化智能监控模块（7）实时监测浓缩液的风味品质成分并控制浓缩系统调节温度；
7）在上述步骤中标准化智能监控模块（7）利用液相色谱质谱联用仪和气相色谱质谱联用仪分析茶多酚、氨基酸、茶多糖组成，结合近红外光谱实现全程标准化监控。
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