陳 婷，劉昕露， 王白娟

（1.重慶城市管理職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650201）

0 引言

國標(biāo)GB/T 30766—2014將普洱茶定義為“普洱茶是以地理標(biāo)志保護(hù)范圍內(nèi)的云南大葉中曬青茶為原料，并在地理標(biāo)志性保護(hù)范圍內(nèi)采用特定的加工工藝制成，具有獨特品質(zhì)特征的茶葉”［1］。云南普洱茶一般包括曬青茶（生茶）、熟茶兩大系列［2］。南普洱茶因其滋味、香氣及降脂減肥等諸多保健功效而受到越來越多的關(guān)注［3-5］。為了提高普洱茶的品質(zhì)，使其滋味更加醇厚、香氣愈濃、保健功效更加顯著，在普洱茶的加工過程中，生產(chǎn)者愈發(fā)重視其加工技術(shù)水平的提高和儲存方式的完善，使其不論是口感或香氣，還是外形都能夠更好地滿足廣大愛茶者的需求，不僅加快了云南普洱茶作為世界三大無酒精飲料之一脫穎而出的步伐［6］，還提高了云南普洱茶的市場交易量及云南省茶農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。因此，加快普洱茶的陳化，提高普洱茶的品質(zhì)成為云南普洱茶行業(yè)亟須解決的問題［7］。

高壓脈沖電場(High Voltage Pulsed Electric Field，HPEF)作為一種非熱處技術(shù)［8］，目前已被普遍應(yīng)用于食品及農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)中。高壓脈沖電場具有能耗低、無污染、傳遞均勻、能最大限度保持食品的品質(zhì)、預(yù)處理時間短、便于推廣等明顯優(yōu)勢。因此，HPEF具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，并越來越受到國內(nèi)外科研人員的關(guān)注。比如，高壓脈沖電場處理技術(shù)在殺菌保鮮［9-22］中應(yīng)用廣泛。崔曉美等［23］研究了HPEF對石榴汁的滅菌作用，結(jié)果表明HPEF的強度及時間是影響高壓脈沖電場殺菌作用的2個關(guān)鍵因素，且適當(dāng)參數(shù)的HPEF對石榴汁有很好的滅菌效果；Simpson等［24］在研究HPEF對還原蘋果汁的保鮮效果時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電場強度為50 kV/cm、脈沖個數(shù)為10個、脈寬為2 μs、處理溫度為45 ℃時，蘋果汁的貨架期顯著增加，從7 d增加到28 d，且處理前后蘋果汁中維生素和糖分含量及感官品質(zhì)沒有發(fā)生改變。其次高壓脈沖電場處理技術(shù)在物質(zhì)提取方面同樣應(yīng)用頗多［25-31］。如金聲瑯等［32］在探究HPEF對提取番茄皮渣中的番茄紅素影響時，找到了其最佳的HPEF處理參數(shù)條件，即當(dāng)電場強度為30 kV/cm、脈沖個數(shù)為8個時，番茄紅素提取率高達(dá)96.7%；殷涌光等［33］研究確定了HPEF法提取干松針總黃酮的工藝條件，當(dāng)電場強度為20 kV/cm、脈沖數(shù)為8個、料液比為1∶50(m∶v)時，其提取效果最佳。

本研究團(tuán)隊經(jīng)過10余年對云南普洱茶的研究，利用高壓脈沖電場處理技術(shù)對成品普洱茶進(jìn)行了預(yù)處理加工，發(fā)現(xiàn)不同的高壓脈沖電場處理對普洱茶感官品質(zhì)、普洱茶中細(xì)菌數(shù)量［34-35］、茶水浸出物含量［36］、茶多酚含量［37］，茶葉中總灰分含量［38］、氨基酸含量［39］、香氣成分含量［40-43］、咖啡堿含量［44-45］、普洱茶陳化［45］、抗氧化性［46-49］等均產(chǎn)生了正向積極的效果。

1 高壓脈沖電場的作用機理

電穿孔是指因微生物細(xì)胞在HPEF作用下其膜上的雙磷脂層和蛋白質(zhì)在短時間內(nèi)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)而產(chǎn)生的一種現(xiàn)象［50-52］。當(dāng)細(xì)胞處于電場強度為kV/cm級、持續(xù)時間為微秒至毫秒級的HPEF之中時，薄膜上的蛋白質(zhì)通道、磷脂雙分子層在結(jié)構(gòu)上均會發(fā)生改變，在其膜上產(chǎn)生小孔，進(jìn)而更改細(xì)胞膜的通透性，增強其滲透能力，使得一些小分子物質(zhì)如水分子通過小孔進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)，豐富其營養(yǎng)物質(zhì)，增強其生命力。當(dāng)施加的電場足夠大時，細(xì)胞膜通透性在很大程度上得到增強，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的壓強大于細(xì)胞外時，細(xì)胞膜就會破損，進(jìn)而失去活性（圖1）。

圖1 細(xì)胞電穿孔的可逆擊穿過程

2 高壓脈沖電場預(yù)處理裝置

本團(tuán)隊前后使用的高壓脈沖電場電源有2套設(shè)備。

其一是由大連理工大學(xué)靜電與特種電源研究所研制的直流高壓發(fā)生器，配上儲能電容Ce和脈沖電容Cp這2組電容器，通過相互垂直的2個火花隙開關(guān)RSG1和RSG2的一通一斷，實現(xiàn)脈沖電容的充電和向高壓接口相連的反應(yīng)器極板與地極板間放電，從而在兩極板間形成前沿陡峭的高壓脈沖電場，如圖2所示。主要性能參數(shù)為：輸出電壓0～60 kV可調(diào)，脈沖寬度≤300 ns，脈沖上升前沿≤50 ns，重復(fù)頻率0～200 pps可調(diào)。

圖2 高壓脈沖發(fā)生器原理圖

其二是由大連鼎通科技發(fā)展有限公司研發(fā)的DMC-200型高壓脈沖電源，如圖3所示。220 V交流電經(jīng)過調(diào)壓器和升壓變壓器產(chǎn)生交流高電壓，其通過整流電路之后，對主電容進(jìn)行充電，并通過限流電阻對放電電容充電，從而產(chǎn)生直流高電壓，當(dāng)高壓開關(guān)在觸發(fā)信號控制下導(dǎo)通，則放電電容其兩端的高壓通過介質(zhì)迅速放電，形成高壓脈沖。此設(shè)備具有電路簡單可靠、效率高、操作簡單安全等特點。

圖3 DMC-200型高壓脈沖電源

3 高壓脈沖電場在云南普洱茶中的應(yīng)用

云南主要包括西雙版納、普洱、臨滄、保山四大茶區(qū)。本研究以臨滄茶區(qū)不同山頭的普洱茶作為研究對象，研究高壓脈沖電場處理技術(shù)對普洱茶感官品質(zhì)、滅菌、茶水浸出物、茶多酚、醇類香氣、抗氧化性的影響。

3.1 高壓脈沖電場對普洱茶感官品質(zhì)的影響

利用電子天平準(zhǔn)確稱量對照組和經(jīng)HPEF處理的各組普洱熟茶茶樣3 g，按照茶葉感官評審方法的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 23776—2009［51］進(jìn)行普洱茶感官品質(zhì)評審。邀請3位高級評茶員對經(jīng)高壓脈沖電場處理前后的茶樣進(jìn)行感官評審，評審內(nèi)容主要有普洱茶湯色、香氣、滋味及葉底。

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過不同HPEF處理后的普洱熟茶的感官品質(zhì)在湯色、香氣、滋味及葉底4個方面均存在一定的差異，且適當(dāng)?shù)腍PEF處理能夠使普洱茶的香氣更陳香、更濃，湯色紅艷且濃度高，滋味醇厚，葉底變軟、變淡，茶水浸出物多。在10組茶樣中，HPEF處理參數(shù)條件為12 kV、162 Hz、55 min組茶樣的感官品質(zhì)最優(yōu)，收斂性最好。總的來說，經(jīng)過合適的HPEF處理后的茶葉其湯色、滋味、香氣、葉底均有所改善，即普洱茶的感官品質(zhì)有所提升。

3.2 高壓脈沖電場對普洱茶細(xì)菌數(shù)量的影響

選取8種普洱熟茶作為茶樣，設(shè)置3組不同的HPEF參數(shù)對8種茶樣進(jìn)行預(yù)處理，然后對經(jīng)HPEF預(yù)處理的茶樣和未處理茶樣菌落總數(shù)分別進(jìn)行培養(yǎng)檢測，比較分析處理前后茶樣的菌落總數(shù)情況。研究表明，經(jīng)HPEF處理后的茶樣的細(xì)菌總數(shù)在一定程度上均有所減少，當(dāng)HPEF參數(shù)條件為14 kV、136 Hz、60 min時滅菌效果最好，平均滅菌率為92%。

3.3 高壓脈沖電場對普洱茶茶水浸出物的影響

選取2005—2011年大益7542（生茶）和大益7572（熟茶）作為茶樣，設(shè)置3組不同HPEF參數(shù)條件對茶樣進(jìn)行預(yù)處理，檢測處理前后茶樣的茶水浸出物。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)HPEF處理后，茶樣茶水浸出物含量均明顯增加。其中經(jīng)14 kV、120 Hz、60 min HPEF處理后的茶樣茶水浸出物含量大幅增加。

3.4 高壓脈沖電場對普洱茶茶多酚的影響

選取2005—2011年福元昌五星（熟茶）和福元昌古樹（生茶）作為茶樣，設(shè)置3組不同參數(shù)的HPEF對茶樣進(jìn)行預(yù)處理，檢測經(jīng)HPEF處理前后茶樣的茶多酚含量。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)HPEF處理后的茶樣,茶多酚含量均明顯減少，當(dāng)HPEF參數(shù)條件為14 kV、120 Hz、60min時，茶樣的茶多酚含量大幅減少，且經(jīng)HPEF處理后茶葉的茶多酚含量減少的趨勢與自然陳化的茶葉茶多酚含量減少的趨勢一致。

3.5 高壓脈沖電場對普洱茶醇類香氣的影響

選取2012年喬木古樹為原料，設(shè)置9組不同參數(shù)的 HPEF對茶樣進(jìn)行預(yù)處理，并利用電子鼻對茶樣香氣成分進(jìn)行檢測。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)HPEF(參數(shù)條件為18 kV、120 Hz、45 min)處理后，茶樣醇類香氣的含量增加了21.8%。同時利用電子鼻自帶軟件Winmuster對醇類香氣的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分(PCA) 、線性判別(LDA) 及傳感器區(qū)別貢獻(xiàn)率 (Loadings) 的分析，結(jié)果表明HPEF提高普洱茶醇類香氣含量的優(yōu)化條件為12 kV、120 Hz、30 min，影響醇類香氣含量的主要因素是時間，而電壓因素的影響有限。

3.6 高壓脈沖電場對普洱茶總灰分的影響

選取云南勐庫大葉種普洱茶為茶樣，設(shè)置3組不同參數(shù)的HPEF對茶樣進(jìn)行預(yù)處理，并檢測經(jīng)HPEF 處理前后茶樣的總灰分含量。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)HPEF 預(yù)處理后，茶樣總灰分的含量均明顯減少。在相同時間(60 min)下，電壓和頻率越高，茶樣總灰分的含量減少得越多。其中，經(jīng)HPEF(參數(shù)條件為30 kV、120 Hz、60 min)處理后，茶葉總灰分的含量降低程度最大，且經(jīng)合適的HPEF處理后茶樣總灰分的含量可達(dá)到國內(nèi)外茶葉進(jìn)出口檢驗及國內(nèi)監(jiān)督檢查的要求。

3.7 高壓脈沖電場對普洱茶氨基酸的影響

選取2005—2013年大益7572（熟茶）和大益7542（生茶）作為茶樣，設(shè)置3組不同參數(shù)的HPEF對茶樣進(jìn)行預(yù)處理，檢測經(jīng)HPEF處理前后茶樣的氨基酸含量。研究發(fā)現(xiàn)，不同年份的普洱茶，隨著貯存時間的延長，氨基酸含量均呈現(xiàn)下降趨勢；且經(jīng)HPEF處理后的茶樣，氨基酸含量均明顯增加。其中經(jīng)HPEF(參數(shù)條件為14 kV、120 Hz、60 min)處理后的茶樣中氨基酸含量最高。

3.8 高壓脈沖電場對普洱茶抗氧化性的影響

采用不同參數(shù)的HPEF對茶樣進(jìn)行預(yù)處理，分析經(jīng)不同高壓脈沖電場條件處理對普洱茶體外、體內(nèi)抗氧化性的影響。普洱茶的體外抗氧化性主要研究其茶多糖［54-55］、茶多酚［56-57］對羥基自由基(Hydroxyl Radical，·OH)、超氧陰離子(Superoxide Anion，O2·-)、 DPPH自由基(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)的體外清除能力。另外，將茶樣喂食SD大鼠后，對其血清、肝、腎、心臟和腦中的谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活力、 過氧化氫酶(CAT) 活力、抑制羥自由基能力和低脂質(zhì)過氧化物(MDA)含量進(jìn)行檢測，評價經(jīng)HPEF預(yù)處理后茶樣的體內(nèi)抗氧化能力。

研究結(jié)果表明：（1）適當(dāng)?shù)母邏好}沖電場能提高普洱茶的體外抗氧化活性。經(jīng)過高壓脈沖電場處理后的茶樣中茶多糖含量均有所提高。其中，當(dāng)HPEF處理參數(shù)為19 kV、99 Hz、55 min時，普洱茶的茶多糖含量高達(dá)0.1672 mg/mL，比空白組茶樣茶多糖含量高出了5.09%。當(dāng)HPEF處理參數(shù)為22 kV、99 Hz、55 min時，普洱茶的茶多酚含量最低，為0.0067 mg/mL，比空白組茶多酚含量降低了43.22%。即適當(dāng)?shù)腍PEF處理可以提高茶樣中茶多糖的含量，降低茶樣中茶多酚的含量，促使大量茶多酚轉(zhuǎn)化為茶褐素，加快其陳化，且其陳化效果與自然陳化一致，進(jìn)而提高普洱茶抗氧化活性。而茶多糖、茶多酚的抗氧化活性主要表現(xiàn)在·OH、O2·-、DPPH自由基的體外清除率及其總還原能力。結(jié)果表明，經(jīng)過HPEF處理后茶樣中的茶多糖、茶多酚對·OH自由基的體外清除率最高，分別為99.97%和98.75%，對O2·-清除率最高分別為99.57%和79.51%，對DPPH自由基的體外清除最大分別為99.45%和97.89%；而茶多糖、茶多酚粗提物濃度越大，其總還原能力越強。即適當(dāng)?shù)腍PEF處理可以在很大程度上提高茶多糖、茶多酚對·OH、O2·-、DPPH自由基的清除能力以及增強其總還原能力。

（2）合適的高壓脈沖電場能提高普洱茶體內(nèi)抗氧化性。將經(jīng)HPEF(12 kV、162 Hz、55 min)處理后的茶樣喂食SD大鼠，然后對其血清、肝、腎、心臟和腦中GSH-Px活力、 CAT 活力、MDA含量進(jìn)行檢測，評價經(jīng)HPEF預(yù)處理茶樣的體內(nèi)抗氧化能力。其中，經(jīng)不同條件HPEF處理的普洱茶均能較好地提高大鼠血清GSH-Px活力、CAT活力和抑制羥自由基能力，并有效降低 MDA 含量。相對于空白組，在血清、肝臟組織、腎臟組織、心臟組織和腦組織中，經(jīng)HPEF處理的普洱茶均較好地提高了GSH-Px活力、CAT活力，有效抑制了羥自由基能力，降低了MDA 含量，且在心臟組織中HPEF高劑量組灌胃8周后差異性最顯著，GSH-Px活力提高了49.90%，CAT活力提高了 261.13%，抑制羥自由基能力提高了121.20%，MDA含量降低了27.78%，均達(dá)到了極顯著水平(P＜0.01) ，即經(jīng)適當(dāng)HPEF處理的普洱熟茶能加強生物體內(nèi)氧化損傷的防御，增強體內(nèi)抗氧化功能。

4 高壓脈沖電場對普洱茶品質(zhì)的影響因素分析

以上研究表明，適當(dāng)參數(shù)的高壓脈沖電場對提高云南普洱茶品質(zhì)具有很好的促進(jìn)作用。其影響普洱茶品質(zhì)的主要因素包括脈沖電場的電壓強度(kV)、脈沖頻率(Hz)、作用時間(min)，但這3個主要因素對云南普洱茶品質(zhì)的提升并不是單一作用，3個主要因素之間具有協(xié)同作用。因此，進(jìn)一步深層次研究高壓脈沖電場3個主要因素之間的協(xié)同作用，闡釋高壓脈沖電場對云南普洱茶品質(zhì)提升的作用機理、優(yōu)化高壓脈沖電源和電場預(yù)處理裝置將是本團(tuán)隊今后的主要研究方向。

5 展望

本團(tuán)隊利用10余年的時間研究了高壓脈沖電場處理技術(shù)對云南普洱茶滅菌、茶多酚、茶水浸出物、總灰分、氨基酸、抗氧化性等的影響，取得了一定的研究成果。利用適當(dāng)參數(shù)的高壓脈沖電場對普洱茶進(jìn)行預(yù)處理，可以在很大程度上提高普洱茶的品質(zhì)，同時本團(tuán)隊也將成果應(yīng)用到了云南福茶茶葉有限公司等數(shù)家普洱茶內(nèi)外銷企業(yè)，新增了數(shù)千萬元的銷售額。此外，高壓脈沖電場作為一種非熱加工的物理處理技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)的滅菌及物質(zhì)提取，殺菌效果顯著優(yōu)于其他殺菌技術(shù)，且HPEF對于天然產(chǎn)物的提取效果同樣優(yōu)于傳統(tǒng)的物質(zhì)提取方法。然而，這項預(yù)處理技術(shù)也有一定的缺點和局限性。高壓脈沖電場處理技術(shù)在加工處理不同的物質(zhì)時，需考慮物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、大小、物理化學(xué)特性等因素，并結(jié)合物質(zhì)的相關(guān)特性優(yōu)化高壓脈沖電場及處理裝置，以達(dá)到更好的效果。其次，高壓脈沖電場技術(shù)由于受到自身成本及使用安全環(huán)境的限制，并沒有完全應(yīng)用于食品及農(nóng)產(chǎn)品加工的工業(yè)化生產(chǎn)。因此，為了將高壓脈沖電場這項處理技術(shù)廣泛地應(yīng)用于食品及農(nóng)產(chǎn)品加工及物質(zhì)提取的工業(yè)化生產(chǎn)，還需進(jìn)一步優(yōu)化高壓脈沖電源和電場預(yù)處理裝置，使其實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)成為可能。