制茶中的化學

摘要：茶葉是人們日常生活中喜愛的一種飲品，本文就茶葉的歷史、成分功效、分類、加工製作中的化學成分變化以及開發應用等方面做簡單的概述。關鍵詞：茶葉 咖啡鹼 茶單寧 茶多糖 茶皂素 茶紅素 多酚氧化酶 殺青 揉捻 發酵 萎凋 渥堆

我國是發現和利用茶葉最早的國家，被稱為茶葉的祖國。據考證我國茶葉已有四千年的歷史，兩千多年的栽培史。我國有茶樹350多類，生產茶葉一千多種。有人說中國有了文化就有了茶葉。 一、茶葉歷史 我國第一部記錄茶的著作是唐·陸羽的《茶經》，他認為「茶之為飲，發乎神農氏，聞於魯周公……，滂時浸俗，盛於國朝。」 茶葉最早作為藥用，記載最早的是《神農本草經》，書曰：「神農嘗百草，日遇七十二毒，得茶而解之。」司馬相如的《凡將篇》中記載了19種中藥，其中就有茶葉。李時珍的《本草綱目》中曾記載：「茶苦而寒，最能降火，又兼能解酒之毒，使人神思爽，不昏不睡。」 而茶作為飲料，是勞動人民在生產實踐中逐漸開始的，後為僧侶飲之，以驅坐壇之困。但上層把茶葉作為飲料，還是周武王以茶代酒開始（見《史記·周本經》）。這是公元前1066年周武王伐紂時，不少南方民族，獻以茶葉於武王，武王以茶代酒，與紂王終日酗酒暴斂形成了明顯對比。後人便把以茶代酒作為儉樸、清廉的象徵。 到了漢代，茶已成為商品。漢王褒的《僮約》中曾記載：「享茶勁具」、「武陽買茶「等，說明漢已有了茶葉市場。到了南北朝時我國人民把鮮葉加工成茶餅，唐代又創製了蒸青茶團；宋代創製了蒸青散茶，明代創製了炒青綠茶、黃茶、黑茶、紅茶、花茶等；清代又創製了白茶、烏龍茶等。但茶葉引種到世界各地，當是在唐宋的事，茶和瓷器一樣成為中國的象徵，各國的貴族均以飲茶為榮。 二、茶葉的主要成分及功效 自古就有人說飲茶可以長壽（見宋錢易《南部新書》）。據說唐代大中三年，有一個和尚130多歲了，身體還很健康，滿面紅光，步履輕盈，宣宗皇帝知道後，把他叫去問道：「你為何身體還這樣健壯，有何仙丹妙藥？！」和尚答：「性好茶，至處為茶是求，或飲百碗不厭。」皇帝又問：生病否？答：「何需魏帝一丸藥，只需盧全七碗茶。」「無茶則病，有茶則安。」老和尚認為飲茶是他長壽的秘訣。還有很多古籍中，例錢椿華撰、顧元慶校的《茶譜》中提出茶能「醒酒」、「明目」、「止渴」、「消食」、「除痰」等供功效。茶為何有如此多的作用，主要和它的化學成分有關。 茶葉化學成分，經過分離和鑒定的有機化合物已達450種以上，無機礦物質已有15種以上。在這些成分中，絕大部分具有促進身體健康或防治疾病的功效。其主要成分為： 1、生物鹼 茶葉中的生物鹼，主要有咖啡鹼（也叫做茶素）、茶葉鹼、可可鹼、膽鹼、腺嘌呤等，其中咖啡鹼含量較多，其他含量都微。咖啡鹼能興奮衰竭的呼吸中樞和血管中運動中樞，是蘇醒藥物；還能興奮精神，對抗抑鬱，又是抗抑鬱藥物。咖啡鹼還能提醒、強心、消除疲勞等。 由於咖啡鹼對大腦皮質的興奮作用是加強興奮過程，而不是減弱抑制過程，因此，濃茶可以解除酒醉、抵抗酒精、咖啡等藥物的麻醉和毒害。 咖啡鹼也是心血管系統的重要藥物。茶葉鹼增強心臟的作用約三倍於咖啡鹼，由於它對循環有利的作用，可治療急性心力衰竭。此外茶葉鹼還可解除支氣管痙攣，還具有明顯的利尿作用。 2、茶單寧（酚類衍生物） 茶葉中單寧的藥理效能很多。首先對燒傷有治療效果，同時茶單寧對多種病原菌（痢疾肝菌、大腸肝菌、鏈球菌、肺炎菌、沙門氏菌、金黃葡萄球菌）的發育、生長有抑制作用，對痢疾、慢性肝炎、霍亂、腎臟炎、傷寒等有一定療效。它對重金屬鹽及生物鹼中毒是抗解劑，對治療糖尿病、高血壓有效能。茶中含茶多酚20%左右，能阻止致癌物的生成，並與茶葉中的維生素C、E，脂多糖、鋅、硒等協同產生多種協調機體的作用。 茶單寧的兒茶素，能防止血液和肝臟中膽固醇及中性脂肪的積累，因此，對動脈硬化和肝臟硬化有預防作用，對抗放射性物質有一定的效果，有治療偏頭痛。 3、芳香物質 茶葉的芳香物質含有酚、醇、丁醛、酯等。其中酚有沉澱蛋白質的功效，可殺死病原菌；對中樞神經有先興奮後抑制的作用，因此有鎮痛效果。而茶葉中的茶黃烷醇能夠抗輻射。而醛類則含有甲醛、丁醛、戊醛、己醛等。茶葉中的芳香酸類化合物，有抑制和殺滅酶菌和細菌的作用，對於粘膜、皮膚及傷口有刺激作用，並有溶解角質的作用。茶葉中的葉酸有補血的作用，特別是經過發酵及類似過程的茶葉，治療貧血症有效能。 4、維生素 茶葉中維生素含量豐富，它含有維生素A、C、D、E、K、B1、B2、B6、B12、H、PP等。茶葉因含有維生素PP，故茶葉是預防癩皮病的一種很好的飲料。 5、茶多糖 經研究表明茶多糖在對糖代謝方面具有與胰島素相類似的作用，故中低檔茶中的較多茶多糖具有降血糖的作用。[3][4]淡茶和釅茶因含咖啡鹼等興奮成分較少，含有大量茶多糖，可對慢性糖尿病患者的治療效果有所幫助。 6、茶紅素和茶色素 茶紅素具有抗氧化、抗癌防癌、降血糖、降血脂、防止心血管疾病等功效，[6][7]甚至對艾滋病毒逆轉錄酶和多種DNA聚合酶也有特異抑制作用。[8]茶色素可促進血清SOD活力明顯升高，清除自由基，防止疾病和衰老。 7、茶皂素 茶皂素具有溶血、茶鞣質、萜烯類、碳化合物、蛋白質及氨基酸，此外茶葉還含多種無機成分鉀、磷、鈣、鐵、錳、銘、硫、鋅、銅、氟、鉬、錋、鉛、鉻、鎳、鎘等。 三、茶葉的分類 茶葉若從品種上分，可分為大葉種茶、小葉種茶等。 若從飲茶藝術上分，可有許多特色茶，例：酥油茶、鹽巴茶、油茶、打油茶、燒茶、青竹茶、竹筒茶、雷響茶、三道茶、奶茶，「龍虎鬥」、「涼拌茶」、「米蟲茶」、「女兒茶」等。 若從初制技術上可分為：紅茶、綠茶、烏龍茶、黃茶、白茶、黑茶。從習慣的商品統計分為紅茶、綠茶、花茶、烏龍茶、緊壓茶五大類。 （一）綠茶為不發酵茶。製造時要經過高溫殺青，成茶清湯綠茶，香高味爽。外形：扁平挺直，其形如劍，謂之高炒青，如龍井、旗槍、泉崗輝白等。從乾燥方法分為：炒青、烘青、曬青。 （二）紅茶為全發酵茶。制茶時由於經過萎凋、發酵，所以成茶紅湯紅葉，從外形可分為工夫紅茶、紅碎茶、小種紅茶三種。工夫紅茶，條細而長，加工需要多道工序，精工細微，很費工夫，所以叫工夫紅茶。加工時將其鮮葉切碎，外形成烏潤的顆粒，叫紅碎茶。條粗而壯，成茶帶有松香味，謂之小種紅茶。 （三）烏龍茶是一種半發酵茶。由於特殊的加工技術，在一片葉子上為三分紅茶七分綠茶，外紅里綠，綠葉紅鑲邊，因此既有綠茶之清香，又有紅茶之醇爽。烏龍茶按產地不同分為閩北烏龍、閩南烏龍、台灣烏龍。又按茶樹品種分為黃錟、色種、鐵觀音、黃金桂等許多品種。 （四）黃茶是一種非酶性氧化的後發酵茶。由於在加工中揉捻後渥堆悶黃，成茶黃湯黃葉。大枝大葉的叫黃大茶，細嫩的為高級名茶，如君山銀針、莫干黃芽等。 （五）黑茶是一種粗老的非酶性氧化的後發酵茶，顏色黑褐，是緊壓茶的原料茶。 （六）白查稅是一種微發酵茶。加工時「鍋不炒，手不揉」，靠攤宗和微火烘乾。成茶後清香淡雅，消熱解暑。此茶只有閩北獨產，有白毫銀針、白牡丹等名茶。 （七）花茶多以綠茶為原料，加各種香花而成，如***、玫瑰花、玉蘭花等。 （八）緊加茶是一種後發酵的在加工複製茶，它以黑茶為原料，經過渥堆發酵即「後發酵」，篩切胚、蒸壓成形、慢火乾燥，形成緊壓成塊的固形茶。外形如硅叫硅茶，例茯磚、青磚等。外形如碗叫沱茶，如雲南沱茶、重慶沱茶；外形如餅叫餅茶，如七子餅茶。 四、茶葉加工 我國茶葉加工分成三大部分：初制、精製、拼配加工，也叫鮮葉加工，就是把茶樹上的芽葉按不同標準，及時採下，用不同的技術處理，形成不發酵、全發酵、半發酵、後發酵、微發酵不同品質特點的毛茶。精製，就是以毛茶為原料，按成品茶的規格要求，通過整理外形而改善內質，去除雜物等。拼配加工，就是把同一茶素的精製茶，根據某一地區的消費習慣或客戶的要求，拼配成適銷隊路的高品茶。 初制加工中化學變化為： (一）綠茶 綠茶有很多製法，不同制茶工藝對名優綠茶香氣的影響不同，受熱溫度較高， 發熱時間相對較長，對香氣形成有利。 制綠茶一般分為三個步驟：殺青、揉捻、乾燥。 ①殺青。鮮葉採下先攤晾2-3小時，有利於氨基酸的形成。然後在180-230℃下殺青4-6分鐘。殺青是利用高溫破壞多酚氧化酮和過氧化物酶的活性，]防止葉子變紅，保持鮮葉的有效成分；並蒸發水分，使葉組織變得柔軟，便於做型，促進內含物質轉化，去除鮮葉中的青草氣，發展茶葉香氣。因為溫度是影響酶的催化作用的最重要的因子之一。因此殺青利用在極短時間內迅速升溫，通過酶的最適溫度（52℃），達到酶的鈍化臨界溫度（85℃），徹底破壞酶的作用，殺青中由於熱的作用引起葉綠素的破壞，因為葉綠素的破壞，特別是50℃以上是不依賴酶的，它主要是由於熱的作用引起的化學變化。 ②揉捻：使茶葉成條，體積縮小，適度破壞葉細胞組織，使茶汁溢出，以便於乾燥定形。 ③乾燥，是固定茶葉外形和發展香氣的重要工序，一般由自由蒸發失水、緩慢失水和失去化合態水三個過程構成。 （二）紅茶 總的來講分為四步：萎凋、揉捻、發酵、乾燥。 ①萎凋。它的目的是蒸發適當的水分，使葉片柔軟，韌性加強，促使葉內成分的變化。萎凋進行時，水分減少，葉綠素被破壞，使光合作用既丟失了一部分的原料，又失去了光解催化劑，這樣阻礙了糖類的形成，造成氧化基質的變化，萎凋進行時還形成了易溶解的氨基酸。葉內的天冬醯胺迅速增長著，對茶葉的香氣有相當大的影響。細胞液和蛋白質在不斷濃縮，咖啡鹼略有增加。經研究表明紅茶低溫萎凋酶活性的提高和香氣形成。 ②揉捻：將茶葉切斷、壓碎，破壞葉細胞，即使半滲透性膜受損，讓其內容物質與空氣接觸而發生氧化作用。經研究表明，隨鮮葉破碎程度的增大，茶紅素含量明顯增加，適度萎凋可促進茶黃素的形成；冷凍處理，明顯地提高水浸出物、茶黃素等的含量，從而改善紅茶品質。 ③發酵。先是葉細胞質中屬於兒茶素一類的多酚類衍生物發生兩次以上的氧化。由於葉細胞內的半滲透膜的破壞，兒茶素溢出與多酚氧化酶發生接觸，與空氣中的氧氣作用，兒茶素糞物質氧化成鄰醌類。鄰醌類很快地氧化縮合成雙環烷醇和茶黃素、茶黃酸、沒食子酸，加之氨基酸降解產生的異丁醇、異戊醇，它們發生氧化，產生紅色和棕色的化合物，叫作茶紅素。它是分子量從700到40000道爾頓的異質酚性類色素。有些茶紅素具有明顯的鞣質性能，會被蛋白質所沉澱而失去良好的茶湯。茶葉的綠色物質和鄰醌類接觸，就會起作用，並轉變為棕色。鄰醌類部分也會被葉蛋白所沉澱。對發酵程度的研究表明，隨著發酵溫度和時間的增加，黃烷醇的縮合產物與茶葉蛋白的結合力增加。用過激的方法使茶葉過於破碎，兒茶素將會完全氧化和縮合。 ④烘乾。茶葉上烘時，葉內促使兩個或更多的兒茶素物質氧化成鄰醌類的多酚氧化酶，會受到破壞，當茶葉通過烘乾機時，氧化活動已停止。但茶黃素和茶紅素的縮合，依然在繼續，茶葉的鮮爽度品質特徵和濃強度在逐步減退。果膠酶將產生一種表面發光的物質，有利於改善品質，當葉溫升高後，該酶會受到破壞。紅茶中的紅碎茶乾燥過程不能由傳統理論來解釋。根據蔡健榮的研究，它的失水率可用微分方程表示。不同相對空氣溫度下茶葉平衡含水量不同。 紅茶製造過程中，通過這四道工序，茶葉中揮發性物質，即茶葉香氣成分起了很大的變化。根據西？了康、桑原穆夫的科學試驗，鮮葉經過紅茶製造的各個工序，其中所含的正丙醇、異丁醇、異戊醇，順-2-戊烯醇、正己醇等都有減少；但甲酸、正己酸、反一二己烯醛等的含量有所增加。此外研究還發現糖苷化合物的變化對紅茶香氣的影響很大。 （三）烏龍茶 主要工序：萎凋、做青、殺青、揉捻、乾燥。 ①萎凋與紅茶相似。它主要是曬青過程，通過光能熱能使鮮葉適度失水，促進酶的活化而引起葉內成分的轉化，為下面工序提供良好條件。 ②烏龍茶的特殊香氣和綠色紅鑲邊就是在做青中形成。主要技術是搖青和晾青。搖青是在機械能作用下，使葉緣細胞破壞，改變其供氧條件，促其發生輕度氧化，而使葉緣顯紅邊。晾青是使搖青後的葉子在攤晾過程中通過水分的氧化使細胞液濃縮和氧化趨勢加強，致使葉內物質轉化，青草氣味逐漸消失，鮮爽的花香氣味逐漸形成。 ③殺青與綠茶相似，熱鍋炒青抑制酶活性。 ④揉捻和乾燥與紅綠茶相同。 （四）黑茶 主要工序：殺青、揉捻、渥堆、乾燥。 其中殺青、揉捻同紅綠茶。而渥堆是形成黑茶色、香味的重要加工階段，也是形成後發酵茶的關鍵工序。黑茶「渥堆」類似於紅茶發酵，促使茶葉中的多酚類物質氧化。所不同的是紅茶發酵是利用茶葉本身所含有的酶，促使其氧化，稱做「酶性氧化發酵」，在加工中不殺青。而黑茶發酵是在殺青以後，茶葉本身的酶活性已停止，所以要渥堆民熱，產生真菌類微生物起發酵作用。所以茶葉加工中稱這種發酵為「後發酵」，即殺青後發酵。茶葉中的多酚氧化酶和過氧化物酶在殺青中活性急劇削弱，過氧化物通過初揉、渥堆後繼續下降，而多酚氧化酶在初揉時活性一度回升，渥堆時又逐步下降。黑茶的乾燥一般多用晒乾。 （五）花茶 一般分為兩道工序：①茶胚加工，即茶精製。②窨花，即吸香的處理。若用綠茶做胚，則把烘好的茶胚和開放的鮮花均勻的拌合在一起，收堆吸香。若用紅茶制花茶，先將花乾燥，然後磨碎它，將它混入烘乾的紅茶中。 （六） 雲南普洱茶 雲南普洱茶品質形成的實質是在酶促作用和濕熱作用下，茶夕酚的氧化，縮合，蛋白質各氨基酸的分解、降解，碳水化合物的分解，以及各產物之間的聚合縮全等一系列反應，生成更加複雜的，對普洱茶品質有利的如茶褐素化合物等產物的生化反應過程，從而使色澤黃綠、滋味濃爽、香氣清鮮的曬青毛茶轉化為色澤紅褐、滋味醇厚、香氣陳醇的普洱茶 （七）青茶 青茶從鮮葉到成茶的化學變化過程與紅綠茶截然不同。青茶是以萎凋作前導，為做青做好鮮葉理化變化的必要準備，繼爾做青使萎凋葉的葉緣細胞受到適當的機械損傷。促使多酚類氧分聚合併引起一系列複雜的物理化學變化，從而奠定青茶色、香、味的基礎。在此基礎上通過炒青，高溫制止酶促氧化，促進有利品質內含物轉化，鞏固發展做青葉品質，因青茶鮮葉粗老，經「趁熱、重壓，短時」揉捻，初步形成青茶的外形特徵，再經乾燥，進一步形成緊結捲曲的青茶外形，使青茶內質與外形進一步完善。 （八）制茶過程不同，胡蘿蔔含量不同。經發酵的茶葉，其胡蘿蔔素的破壞是比較嚴重的 因而茶葉成品中的胡蘿蔔素的含量都比較少。制茶的各種作用都對葉綠素起破壞作用。水分的喪失，如青茶的晾青，紅茶和白茶的萎凋，都會減少葉綠素在茶中的含量。揉捻紅茶的發酵、黃大茶的悶堆、青茶的做青破壞茶葉的細胞組織，降低葉細胞的PH值，因此，也破壞葉中的葉綠素。殺青、燒、炒等熱的作用，也能減少茶葉中的葉綠素。此外酸的作用、氧化作用心臟由於水的喪失也會引起葉蛋白的分解。綠茶、紅茶的蛋白質含量都逐步下降，說明蛋白質的降解作用是顯著的。 五、茶葉的加工貯存需注意的問題。 1、茶的吸附作用。茶葉具有較強的吸附性。在加工貯藏過程中，易吸附環境中的雜異氣味，降低其品質。據研究發現茶葉的類別、嫩度及含水量的不同對茶吸附能為的影響不同。因此生產中必須嚴格按照工藝要求做，此外有異味的包裝材料不能用來包裝茶葉。 2、茶鮮葉在採摘、加工過程中，由於原料，加工機具及場地、空氣、售貨員等多方面的污染使茶葉中的微生物含量增加。據研究發現，不同茶類受污染的程序也各不相同：紅茶較為嚴重，其次是花茶，再次是綠茶，烏龍茶最輕，說明加工程序多，茶葉受污染的機率也就多。因此為了保證質量盡量減少不必要的製作工序。 3、光線對茶葉起著破壞作用。紅外線的輻射能量可轉化為熱效應。茶葉吸收紅外線後溫度升高。紫外線能引起強烈的光化學作用，茶葉吸收後能加強化學變化，使其中的素和酯類等某些物質產生光化反應，加速茶葉的陳化和變質。因此貯藏時應避光，不要用透明塑料袋。除此之外氧氣、溫度、水分也會導致茶葉的陳化，降低內在品質，因此在貯存，銷售過程中加以人為的調控，最大限度保持原有的色、香、味、形。 4、經研究發現，機械操作對鮮葉香氣指數影響很大，脂質降解產物，如正己烯醛、順-3-己烯醛和反-2-己烯醛、芳梓醇及其氧化產物，苯甲醛、苯乙醛和2-苯乙醇均大量增加。因此要特別注意加工技術對茶揮發物影響，提高香氣指數。 六、茶葉的食品開發及應用。 1、 做為各種茶飲品 2、 作為食品添加劑 3、 作為天然抗氧化劑，茶葉中的維生素C、E具有較強的抗氧化活性。而茶多酚占茶乾重20-35%。它比維生素C、維生素E以及人工合成的抗氧化劑（如BHA、BHT）具更強抗氧化活性。 4、 做為食品成分改良劑。例如茶可加工成茶麵包、茶豆腐、茶葉糖果、茶果凍、茶果脯、茶葉蛋糕、八寶茶等 5、 做為天然保健食品添加劑。做成降膽固醇，低過敏的食品。例如甜茶—天然止咳痰物質，含抑制環氧酶、透明持酸酶活性物質及抑制過敏物質組胺的遊離，抑制血管透過性亢進，緩和鼻、眼過敏。此外，它不可以做成鹽茶、糖茶、醋茶、薑茶、海帶保健茶，茶葉菜系等。 6、 茶葉還可以做成茶葉含片。代替抽煙嗜好性。 我國擁有豐富的茶資源，但我國目前的制茶工業卻沒有形成一定的體系，即有茶葉而無茶業的局面。此外我國制茶技術還沒有一定的規範性，設備還比較落後，這些問題都有待於進一步解決。(保志娟 雲南大學生化學院應用化學系)
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