張惠，王會芳，劉艷艷，范正榮，張正竹，劉政權(quán)

不同粒徑抹茶粉體物化特性研究

張惠1，王會芳1，劉艷艷1，范正榮2，張正竹1，劉政權(quán)1*

1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室，安徽 合肥 230036；2. 浙江振通宏茶業(yè)有限公司，浙江 麗水 323400

以物化特性為指標，利用生產(chǎn)型球磨機將碾茶進行超微粉碎，得到中值粒徑為117.094、60.176、40.041、30.646、25.282、21.090、19.199、14.209?μm的抹茶，探究不同粒徑下抹茶的物化特性。結(jié)果表明，隨著粉碎時間的延長，粉體粒徑逐漸減小，細胞破碎程度顯著增加，但茶粉主要成分的官能團結(jié)構(gòu)并未見改變；當(dāng)粒度細化到一定程度后，比表面積和表面能增大，顆粒處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生粘附及團聚現(xiàn)象；粉體的容重減小，這與粉體的孔隙率增大有關(guān)；由于茶樣比表面積增大，粉體內(nèi)部物質(zhì)暴露，使得水分有所減少，總含水量降低；茶粉亮度逐漸升高，綠度增加；隨著粉碎時間的延長，樣品的茶多酚、游離氨基酸等物質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，抗壞血酸和EGCG等物質(zhì)含量呈現(xiàn)減少的趨勢。以上結(jié)果表明，超微粉碎過程對抹茶的物化特性總體影響顯著。

碾茶；抹茶；超微粉碎；物化特性

抹茶是一種采用覆蓋栽培的茶樹鮮葉經(jīng)蒸汽（或熱風(fēng)）殺青、干燥后制成的葉片為原料，經(jīng)研磨工藝加工而成的微粉狀產(chǎn)品[1]?，F(xiàn)代抹茶生產(chǎn)多利用超微粉碎技術(shù)對碾茶進行加工[2-3]，其中，球磨粉碎技術(shù)及加工設(shè)備方面發(fā)展迅速，近年來我國已開發(fā)出多種茶葉球磨粉碎設(shè)備[4-7]。

已有研究表明[8-10]，超微粉體具有特殊的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，和處于普通形態(tài)的物質(zhì)相比，超微粉體對目標物質(zhì)的吸附作用較大，本身的分散性和溶解性好，有利于提高物質(zhì)的溶出率、消化吸收率，以及在體內(nèi)的分散程度。在相同用量的情況下，超微粉體具有更高的營養(yǎng)物質(zhì)活性和生物利用率。另外用物理方法加工的抹茶保證了物料的純天然性和完整性，使碾茶粒度減小、口感提升、溶解性和分散性提高，有效物質(zhì)易于被人體吸收，可以應(yīng)用在茶面包、口香糖、冰淇淋、茶飲料等食品加工領(lǐng)域[11-13]，但碾茶在超微粉碎過程中的變化研究較少。本文旨在通過分析碾茶在超微粉碎過程中的物化特性變化，為后期抹茶生產(chǎn)和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碾茶由浙江振通宏茶業(yè)有限公司提供。

試劑：2,6-二氯靛酚（上海藍季科技發(fā)展有限公司）；白陶土（西隴化工股份有限公司）；咖啡堿、兒茶素（EGC、+C、EC、EGCG、ECG）、茶氨酸、沒食子酸標準品（純度>99%）（美國Sigma公司）；色譜級甲醇、乙腈和乙酸（美國Tedia公司）；EDTANa2、福林酚（北京索萊寶科技有限公司）；磷酸氫二鈉、丙酮、碳酸鈉、磷酸二氫鉀、抗壞血酸、茚三酮（國藥集團化學(xué)試劑公司）；高效液相色譜儀用水為屈臣氏蒸餾水；試驗所用其他理化分析試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

AY-20生產(chǎn)型球磨抹茶機（紹興安億智能機械有限公司）；JM-A1002電子天平（余姚紀銘稱重校驗設(shè)備有限公司）；AR224CN分析天平（奧豪斯儀器上海有限公司制造）；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）；SC-3610低速離心機（安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司）；GZX-9146 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；Mastersizer2000粒徑檢測儀（英國馬爾文儀器有限公司）；傅里葉紅外光譜儀Nicolette is50（美國賽默爾飛世爾公司）；核磁共振成像分析儀（蘇州紐邁電子科技有限公司）；CR-400/410型色彩色差計（日本美達能公司）；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)真空泵（西安予輝儀器有限公司）；UV-1600紫外分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）；HPLC系統(tǒng)：Agilent1260高效液相色譜儀、紫外可見光檢測器（安捷倫科技有限公司）；BA210 Digital數(shù)碼顯微鏡（麥克奧迪實業(yè)集團有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗材料的制備

使用生產(chǎn)型球磨機，料球比1∶4.5，轉(zhuǎn)速38?r·min-1，在0℃條件下對茶樣進行干法粉碎，在不添加任何抗結(jié)劑、助磨劑的情況下，根據(jù)粉碎時間不同得到9個粉碎樣品。按照表1中設(shè)置時間段獲取試驗樣品。

1.3.2 樣品粒度分布和細胞破碎率

采用Mastersizer2000型激光粒度儀對茶樣進行粒度分析，稱取適量樣品，以蒸餾水為分散劑，利用渦旋混合器進行混合，超聲分散20?s后測量粉體D50（中值粒徑，50%的粒子低于此值的直徑）、D10（10%的粒子低于此值的直徑）、D90（90%的粒子低于此值的直徑）、SPAN（分布寬度）和比表面積，并計算細胞壁破碎率Φ：

Φ=[1－(1－10/D50)3]×100%，當(dāng)D50<10?μm，Φ=100%[14-15]。

表1 樣品編號

1.3.3 粉體分散團聚狀態(tài)觀察[16]

取適量茶粉均勻分散于單凹載玻片的凹槽內(nèi)，置于光學(xué)顯微鏡下，觀察粉末在氣相介質(zhì)中的分散或團聚狀態(tài)；向凹槽中加入適量純凈水，混勻，觀察粉末在液相介質(zhì)中的分散或團聚狀態(tài)。

1.3.4 色差值的測定[17]

利用色差儀對茶粉色澤進行檢測。選用L*a*b色差系統(tǒng)，經(jīng)白板、黑板校正后，取茶粉置于透明比色皿中進行檢測。CIE LAB是現(xiàn)有的使用最廣泛的色差公式，“L”值是明度指標，“L”值越大說明物質(zhì)明度越亮。紅-綠度指標“a”在負值時，物體呈現(xiàn)綠色，而且負數(shù)的絕對值越大，綠色越深；黃-藍度“b”在負值時，物體呈現(xiàn)藍色；“b”值為正數(shù)時，表示物體為黃色，且數(shù)值越大黃色越深。

1.3.5 低場核磁測定茶粉在粉碎過程中水分賦存狀態(tài)變化[18-19]

采用Q-FID矯正后，稱1.000?g茶粉置于儀器試管內(nèi)，放置于射頻線圈的中心，設(shè)置CPMG脈沖序列及參數(shù)，回波時間TE為0.400?ms，采樣點數(shù)160?014?ms，掃描次數(shù)NS=8。

1.3.6 容重測定[20]

茶葉容重指茶葉物料單位容積的重量。由于茶葉為散粒物料，顆粒之間存在空隙，因此茶葉的容重也稱為茶葉的容積密度或虛表密度，用γ表示。本試驗中采用自然堆放法，手工加料，使茶葉表面基本和量筒刻度線平齊，稱取茶葉重量，按照下述容重計算公式進行測量。

γ/kg·m-3=（/）×103

式中為茶葉重量（g）；為茶葉所占量筒的容積（m3），即為視在容積或虛表容積。

1.3.7 流動性測定[21]

通過測量休止角及滑角對其流動性進行比較。①休止角的測定：將漏斗垂直固定在桌面，下放置一塊玻璃平板，將漏斗尾端距玻璃平板5?cm，分別使5.00?g樣品經(jīng)漏斗垂直流至玻璃平板上，形成圓錐體，測定圓錐體高度和地面圓形半徑，通過正切函數(shù)即可求出休止角，=arctan(/)。②滑角測定：稱取3.00?g樣品置于玻璃平面上，將平板傾斜至90%粉末移動，測定此時平板和水平面的夾角。重復(fù)3次。

1.3.8 濕潤性測定[22]

在直徑為10?cm的培養(yǎng)皿中，加入50?mL水，再加入0.1?g樣品，測定粉末被水濕潤的時間，重復(fù)測定3次。

1.3.9 水分含量測定[23]

根據(jù)GB 5009.3—2016 食品安全國家標準食品中水分測定。

1.3.10 中紅外掃描[24]

稱取100?mg溴化鉀和1?mg樣品置于瑪瑙研缽中，在紅外燈下充分混合，研磨均勻，利用壓片機將混合樣壓制成薄片狀，放入光譜儀中進行掃描。

1.3.11 茶多酚和兒茶素含量測定[25]

根據(jù)GB/T 8313—2018茶葉中茶多酚和兒茶素類含量檢測。

1.3.12 游離氨基酸含量測定[26]

根據(jù)GB/T 8314—2013茶游離氨基酸總量測定。

1.3.13 抗壞血酸含量測定[27]

根據(jù)GB 5009.86—2016食品安全國家標準食品中抗壞血酸（滴定法）測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑抹茶粉體粒徑分布

結(jié)果如表2所示，得到樣品粒徑、SPAN值，并計算得到細胞壁破碎率（表2）。根據(jù)測定結(jié)果繪制粒徑分布曲線（圖1）及樣品比表面積變化折線圖（圖2）。

由表2和圖1、2可知：在粉碎4?h后，樣品的中值粒徑迅速降低，比表面積隨之增大。在之后粉碎的過程中，由于微粉的中值粒徑已經(jīng)低于100?μm。隨著粉碎時間的延長，樣品的中值粒徑逐漸減小，粒度分布離散減小，粉碎12?h后樣品粒徑達到20?μm，且茶粉粒徑分布趨向集中。

圖1 超微粉碎時間對茶樣粒徑分布的影響

表2 茶樣粒度分布和細胞破碎率

注：相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著（P<0.05）。下同

2.2不同粒徑抹茶粉體色度分析

由圖3可知，隨著粉碎時間的延長，茶粉亮度L值增大，b/a值減小，這說明粉碎后茶樣的亮度和綠度大幅度提升。這可能是由于茶粉在經(jīng)超微粉碎后，光纖吸收系數(shù)k降低[28]，從而實現(xiàn)了茶粉亮度L的提升；細胞破碎率增加，內(nèi)部呈色物質(zhì)暴露于茶粉表面，使茶粉綠色占比增加，綠度提升。

2.3不同粒徑抹茶粉體容重分析

茶葉的容重與茶葉的內(nèi)含物成分、干物質(zhì)重與水分重量等有關(guān)[20]。由圖4可知，茶樣在粉碎2?h后，茶樣中值粒徑達到117.094?μm時，容重迅速增大，由原茶的0.04?kg·m-3增加至0.41?kg·m-3；粉碎4?h后容重略有下降，這說明此時茶樣的孔隙率增大；8?h后茶粉粉碎難度增加，中值粒徑下降緩慢，容重變化也趨向平緩。

2.4 不同粒徑抹茶粉體流動性比較

通過測定休止角和滑角來比較各樣品間的流動性變化。由圖5可知，隨著粉碎時間的延長，樣品的休止角和滑角都在增大，流動性減弱。這是由于隨著粉碎程度的增加，茶粉粒度不斷被細化，顆粒間的吸附和凝聚特性導(dǎo)致粉體表面吸附性能增大，這有利于抹茶作為食品配料分散性能的提升。

圖3 樣品色澤隨粉碎時間的變化

圖4 超微粉碎過程中容重的變化趨勢

注：相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著（P<0.05）

2.5 不同粒徑抹茶粉體濕潤性分析

濕潤性反映了樣品親水性的強弱，濕潤時間長會增加溶解時間。由表3可知，隨著茶粉粒徑的減小，樣品的濕潤時間先增大后減少，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是因為粉碎初期，樣品粒徑較大，自身比重大，流動性較好，易下沉；隨著粉碎程度的增加，細胞破碎率增大，濕潤時間延長，可能是由于茶粉內(nèi)部的親水物質(zhì)暴露，與水結(jié)合后產(chǎn)生粘液層，阻礙了水分子的浸入；而當(dāng)球磨22?h后得到茶粉粒度進一步減小，顆粒間易團聚導(dǎo)致形成大的顆粒，使比重略有增加，濕潤時間減短，濕潤性減弱。

2.6 不同粒徑抹茶粉體分散團聚狀態(tài)觀察

茶粉在氣相介質(zhì)空氣及液相介質(zhì)水中的分散或團聚狀態(tài)分別如圖6所示。

圖6中A1、A2為N1-1在氣相介質(zhì)中放大100倍和400倍，B1、B2為N1-8在氣相介質(zhì)中放大100倍及400倍，可明顯觀察到N1-8在氣相介質(zhì)中存在不規(guī)則團塊；A3、A4為N1-1在液相介質(zhì)中放大100倍和400倍，B3、B4為N1-8在液相介質(zhì)中放大100倍400倍，可見在以水為介質(zhì)的濕潤狀態(tài)下，N1-8通過表面吸附及聚合作用，無數(shù)小顆粒聚集成相對規(guī)則的團塊，這是由于在粉碎后期，茶粉大部分細胞發(fā)生了破壁現(xiàn)象，顆粒的比表面積增大，顆粒間的吸附力、作用力也相應(yīng)增加。

2.7 不同粒徑抹茶粉體中紅外分析

經(jīng)不同時長超微粉碎后，不同粒度茶粉的中紅外圖譜如圖7所示，峰的位置和形狀相差不大，說明超微粉碎后茶粉的主要成分的官能團結(jié)構(gòu)并沒有改變，峰大小的改變可能是由于粉碎后基團的暴露或是顆粒大小不同導(dǎo)致的結(jié)果。根據(jù)相關(guān)文獻[29-30]得到，3?405?cm-1處為不飽和C-H伸縮振動吸收，2?800~3?000?cm-1處的峰與飽和C-H伸縮振動吸收有關(guān)，1?735?cm-1的峰為C=O鍵伸縮振動發(fā)生耦合，1?647?cm-1與不飽和碳的伸縮振動產(chǎn)生，1?578?cm-1和1?452?cm-1與芳烴C=C伸縮振動有關(guān)，1?370?cm-1處的峰是由C-H鍵彎曲振動導(dǎo)致，1?238?cm-1、1?147?cm-1和1?037?cm-1與C-O鍵伸縮振動有關(guān)，828?cm-1和763?cm-1處的峰等可能是由于烴類C-H鍵彎曲伸縮振動有關(guān)。

表3 樣品濕潤性隨粉碎時間的變化

注：相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著（<0.05）

Note: The same letter represents difference is not significant, the different letters represent significant difference (<0.05)

注：A1、A2分別為N1-1在氣質(zhì)介質(zhì)中放大100倍和400倍的分散團聚；A3、A4分別為N1-1在液相介質(zhì)中放大100倍和400倍的分散團聚狀態(tài)；B1、B2分別為N1-8在氣質(zhì)介質(zhì)中放大100倍和400倍的分散團聚；B3、B4分別為N1-8在液相介質(zhì)中放大100倍和400倍的分散團聚狀態(tài)

2.8 不同粒徑抹茶粉體低場核磁分析

由圖8可得，T2弛豫時間反映了樣品內(nèi)部質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境，與質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān)，質(zhì)子的束縛程度又與樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系，T2越短，水與物質(zhì)結(jié)合越緊密，時間越長水分越自由。為方便理解，3個弛豫時間峰圖命名為T21（0.01~1?ms）、T22（1~10?ms）、T23（10~100?ms），分別為顆粒的結(jié)合水、束縛水與自由水的峰。結(jié)合水是顆粒與水分結(jié)合程度最強的部分，束縛水是結(jié)合相對弱的構(gòu)造水，而自由水是以游離狀態(tài)存在的水，性質(zhì)與純水相似[31]。結(jié)合圖9可知，隨著超微粉碎時間的延長，茶葉細胞壁破碎率增加，茶葉內(nèi)部結(jié)合水不斷轉(zhuǎn)化為束縛水和自由水，由于粉碎內(nèi)部產(chǎn)生摩擦和熱，使得茶葉水分進一步散失，茶葉總含水量降低。

圖7 超微粉碎時間對茶樣紅外光譜值的影響

圖8 不同超微粉碎時間茶樣的反演T2弛豫時間圖譜

注：相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著（P<0.05）

2.9 不同粒徑抹茶粉體化學(xué)成分的變化

由表4可得，隨著茶粉粒度的減小，茶多酚含量呈先增加后減小的趨勢，樣品N1-1達到最高為12.27%（<0.05），分析其原因，主要是由于茶葉粉碎初期，顆粒變小，表面積增大，提高了樣品中茶多酚的溶出量，但隨著抹茶粉體粒度的減小，茶多酚含量逐漸降低，可能是由于茶多酚在有氧條件下發(fā)生氧化，使得多酚含量產(chǎn)生變化[32]。在低溫狀態(tài)下，超微粉碎后游離氨基酸含量與原茶無顯著差異，但維生素C在長時間粉碎后含量顯著降低，這是由其容易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的特性所致?？Х葔A含量略有降低，但總體保持穩(wěn)定。隨著粉碎程度的增加，兒茶素總量、酯型兒茶素EGCG、簡單兒茶素等均有所降低。

表4 樣品主要品質(zhì)成分含量變化

注：同一列中相同字母差異不顯著，不同字母差異顯著（<0.05）

Note: The same letter represents difference is not significant, the different letters represent significant difference (<0.05)

3 討論

抹茶制品日漸興起，人們對其關(guān)注的程度越來越高。抹茶作為食品加工的輔料[33-34]，或被添加到化妝品中[35]，也有用來作為藥物的載體[36]或制備吸附劑[37]等使用。

本文對抹茶粉碎過程中得到的粉體的容重、水分分布、中紅外等比較研究，并結(jié)合粒度、比表面積和色度等進行分析。結(jié)果表明，隨著粉碎時間的延長，粉體粒徑逐漸減小，中值粒徑（D50）分別為117.094、60.176、40.041、30.646、25.282、21.090、19.199、14.209?μm，細胞破碎率、比表面積增大，差異顯著；粉體的濕潤性隨著粒徑的減小呈現(xiàn)增加的趨勢，流動性減弱；隨著抹茶粒徑的減小，粉體的比表面積、表面能增加，粉體處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致粉體間易發(fā)生粘附和團聚現(xiàn)象；容重隨著抹茶粒徑的減小而減小，這與粉體的孔隙率增大有關(guān)；中紅外結(jié)果顯示，不同粒徑間抹茶的主要成分的官能團結(jié)構(gòu)沒有明顯改變；當(dāng)抹茶粒度細化到一定程度，由于顆粒的比表面積增大，粉體內(nèi)部物質(zhì)暴露，使得水分不斷轉(zhuǎn)化散失，并且茶葉粉體亮度逐漸升高，綠度增加；隨著粉碎時間的延長，樣品的茶多酚、游離氨基酸等物質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，抗壞血酸和EGCG等物質(zhì)含量呈現(xiàn)減少的趨勢。

綜上可知，抹茶總體以細為好，但并非越細越好，其特性是粒徑大小、流動性及濕潤性、感官品質(zhì)等綜合作用的結(jié)果。比較不同粒徑狀態(tài)下抹茶的物化特性，結(jié)合抹茶終端產(chǎn)品的品質(zhì)要求來選擇合適粒徑的抹茶，以充分提高抹茶在茶制品中的利用價值。

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Study on Physicochemical Characteristics of Matcha Powder with Different Particle Sizes

ZHANG Hui1, WANG Huifang1, LIU Yanyan1, FAN Zhengrong2,ZHANG Zhengzhu1, LIU Zhengquan1*

1. State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China; 2. Zhejiang Zhentong Hong Tea Co., Ltd., Lishui 323400, China

Taking the physicochemical characteristics as indicators, the tea was superfine grinding by a production type ball mill to obtain Matcha with medium particle size of 117.094, 60.176, 40.041, 30.646, 25.282, 21.090, 19.199 and 14.209?μm, and to explore the physicochemical characteristics of Matcha at different particle sizes. The results show that with the pulverization time prolonged, the particle size of the powder gradually decreased and the degree of cell breakage increased remarkably. However, the functional group structure of the main component of the tea powder did not change. When the particle size was refined to a certain extent, the specific surface area and surface energy increased, the particles were in an unstable energy state, and prone to adhesion and agglomeration. The bulk density of the powder reduced, which was related to the increase of the porosity of the powder. Due to the increased specific surface area of the tea sample, the internal substances of the powder exposed, so that the water content and total water content reduced. The brightness of tea powder gradually increased, and the greenness increased. With the pulverization time prolonged, the content of tea polyphenols, free amino acids and other substances increased first and then decreased, while the contents of ascorbic acid and EGCG tended to reduce. The above results show that the superfine grinding process had a significant impact on the physicochemical characteristics of Matcha.

Tencha, Matcha, superfine grinding, physicochemical characteristics

S571.1；TS272

A

1000-369X(2019)04-464-10

2018-12-16

2019-01-26

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)資金（CARS-19）、浙江省重大科技專項（2017C02037）、安徽特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目（皖財農(nóng)[2016]188號）

張惠，女，碩士，主要從事茶葉深加工與綜合利用方面的研究，1337454761@qq.com。*通信作者：liuzq0312@163.com