不同粉碎方式对抹茶品质的影响

毛雅琳，汪芳，吕品，李勤，尹军峰，许勇泉*

1.中国农业科学院茶叶研究所 浙江省茶叶加工工程重点试验室，浙江 杭州 310008；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.浙江大学茶叶研究所，浙江 杭州 310058；4.湖南农业大学 茶学教育部重点试验室，湖南 长沙 410128

抹茶是由覆盖栽培后采摘的茶树鲜叶，经蒸青、干燥等加工工序制成的碾茶研磨而成的超微粉体。其中，研磨粉碎是抹茶加工的关键工艺之一。高品质的抹茶一般是用天然石磨将充分干燥的蒸青茶在低温环境下研磨成细微的粉末。现阶段我国茶叶主要的粉碎方式有球磨粉碎、气流粉碎以及振动磨粉碎等[1]。日本学者Kenji[2]的报告称，目前日本抹茶生产中使用的电动石磨每小时可获得40 g的抹茶（平均粒径5 μm），这种石磨方式制得的抹茶品质高，但效率较低。Shin-ichi等[3]通过对比石磨、球磨和气流粉碎加工的抹茶物理特性之间的差异，发现静电石磨机粉碎的抹茶流动性较差，气流粉碎的抹茶粒径一般在5 μm以下，具有良好的流动性、延展性和发泡性，较石磨和球磨抹茶有较小的粒径和较高的圆度，他认为气流粉碎有更高的实用性[4]。杨丽红[5]比较了球磨和研磨工艺，发现球磨工艺茶粉颗粒较细，色泽较翠绿，海苔味较足，滋味较醇和，茶粉粒径较小，认为球磨机较研磨机更适合超微茶粉的加工。张承祥等[6]采用气流粉碎机制备超微茶粉，粉碎技术成本低，粉碎温度低，生产过程中粉末温度不超过45℃，其加工的超微绿茶粉能最大限度地保持茶叶原有的色香味品质。金寿珍等[7]还研究了不同超微粉碎技术对抹茶中主要元素含量的影响，发现气流粉碎技术加工的抹茶铝含量显著增加，应用于食品将可能导致食品中的铝超标，产生质量安全问题，而球磨和电动石磨较适合作为食品原料的抹茶加工。此外，新兴的茶叶粉碎方式也有报道，杜冰等[8]提出低温液氮粉碎法，出粉率更高，且所得茶粉冲泡的茶汤感官品质、溶出物和香气成分有明显优势。Islam等[9]研发的新微湿磨系统加工的抹茶糊，在冷水中有较好的溶解性，颗粒更小，绿色的视觉效果更好，含有较高的抗坏血酸（Vc），总酚含量和抗氧化活性均优于普通的干法石磨抹茶。Kouki等[10]用陶瓷研磨机加工绿茶粉，发现没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）在热水中的平均提取浓度比叶茶提高3倍以上，且与等量的茶叶相比，绿茶粉在体外对活性氧（ROS）的产生有更高的抑制作用。

粉碎时间、粉碎方式等条件的不同，导致茶粉的温度、湿度等物理性质有所差异，可能使茶粉的粒径、色泽气味和内质生化成分、功能品质成分等产生较大的变化[11-13]。此外，哪种粉碎方式加工的抹茶感官品质、理化成分以及生产效率等最优，最适宜抹茶的加工，目前尚未有科学的定论。本研究针对国内实际应用最多的石磨、球磨和气流粉碎技术，全面分析了球磨时间和气流粉碎分级对抹茶品质的影响，包括感官品质、粒径、色差，以及茶多酚、氨基酸、抗坏血酸、叶绿素、微生物含量等，并对比这3种粉碎方式加工的抹茶特征品质、生产效率之间的差异，以期为抹茶加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

碾茶（浙江顶亨生物科技有限公司），鸠坑种春茶，二级，色泽墨绿，稍带嫩茎，含水量为4.44%；2,6-二氯靛酚、草酸、抗坏血酸、福林酚、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、茚三酮、乙醇、丙酮等为国产分析纯级（市售）；叶绿素试剂盒粉剂购自江苏南京建成生物工程研究所；茶氨酸标准溶液购自北京伊诺凯科技公司；冰乙酸、乙腈，国产色谱级；纯水购自浙江杭州娃哈哈集团（市售）。

1.2 仪器与设备

石磨机，日本池田制茶机械株式会社，型号M；球磨机，临海市杰峰机械有限公司，型号Hq-20，投料量1～20 kg；气流粉碎机，青岛海华粉体设备厂，型号JFF-750；testo 108型测温计，德图仪表（深圳）有限公司；DK-S26型电热恒温水浴锅，上海精宏试验设备公司；CM-600d型手持式分光测色仪、CM-5型分光测色计，日本柯尼卡美能达有限公司；Waters 2695高效液相色谱（HPLC）仪，美国Waters公司；UV-2000紫外分光光度计，尤尼柯仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

碾茶分别采用石磨、球磨和气流粉碎3种方式加工成抹茶。石磨机粉碎碾茶为边加料边出粉的方式，石磨粉碎约4 h取抹茶样品150 g封装；球磨机粉碎碾茶投料约8 kg，粉碎时长共24 h，其中，分别于4 h、8 h、12 h、16 h、20 h、24 h各取样150 g封装；设定气流粉碎分级机频率分别为10 Hz、20 Hz、30 Hz、40 Hz加工成抹茶，其投料出粉方式为边进边出，抹茶在设备中停留时间在2 min以内，出粉量为100 kg/h，分别在A塔分级机频率为10 Hz、20 Hz、30 Hz、40Hz出粉口和B塔出粉口取样150 g封装。石磨、球磨及气流粉碎抹茶的环境条件基本保持一致，室温约25℃，湿度约50%。

1.3.2 感官总体评价

由5位有经验的审评员参照《抹茶》（GB/T 34778—2017）进行感官评定。茶样感官总分为40%外形（色泽、颗粒）和60%内质（香气、汤色、滋味）感官的评分之和[14]。

1.3.3 理化品质指标测定

茶多酚含量测定参照《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》（GB/T 8313—2018），游离氨基酸总量的测定参照《茶 游离氨基酸总量的测定》（GB/T 8314—2013）中推荐的茚三酮比色法，茶氨酸测定参照《茶叶中茶氨酸的测定高效液相色谱法》（GB/T 23193—2017），Vc含量测定参照《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》（GB 5009.86—2016）中的滴定法，叶绿素使用南京建成生物工程研究所的植物叶绿素试剂盒（A147 50T/48样）测定，菌落总数测定参照《食品安全国家标准 食品微生物学检验菌落总数测定》（GB 4789.2—2016），大肠菌群计数参照《食品安全国家标准 食品微生物学检验大肠菌群计数》（GB 4789.3—2016）MPN计数法，霉菌及酵母菌计数参照《食品安全国家标准 食品微生物学检验霉菌和酵母计数》（GB 4789.15—2016），抹茶微生物数是否符合食品安全标准参照《食品安全国家标准 饮料》（GB 7101—2015）判定。

1.3.4 粒径分布

采用激光粒度分布仪（丹东百特仪器有限公司BT-2001型）对茶样进行粒径分析，介质：空气，介质折射率为1.000，样品折射率为1.530±0.010。称取样品1～2 g，放置在料斗中，空气压力达到0.18～0.20 MPa，激光发射的中心点位在检测器的中心，启动设备，样品料斗以一定频率震动下料，然后被吹至检测仓内，当粉粒经过激光位置时，对激光造成反射和折射，检测器通过分析接收到的激光情况，计算出粉粒的直径，并根据所有粉粒直径生成其正态分布图。测得粉体粒径D60（60%的粉粒低于此值的直径）、D90（90%的粉粒低于此值的直径）。根据《抹茶》（GB 34778—2017）要求，一级和二级抹茶粒径D60应≤18 μm。

1.3.5 色差值测定

干茶与茶汤色泽分析分别使用手持式分光测色仪和色差计测定其L*、a*、b*值，其中，茶汤为感官审评方法冲泡所得茶汤，茶汤色差测量采用反射模式（光源D65，观察者10°）。L*值表示明亮度，值越高，明亮度越好；a*值从绿色（-a*）到红色（+a*）；b*值从蓝色（-b*）到黄色（+b*）；a*值及b*值绝对值越大，其彩度越大；|b*/a*|决定了颜色的色相，值越大，绿色调占比越小[15]。

1.4 数据分析

采用Excel 2019和SPSS 20.0软件对试验数据进行统计分析，Origin 2018绘制图形；采用Duncan's新复极差（SSR）法进行差异显著性分析，P＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 球磨粉碎时间对抹茶品质的影响

观察发现，随着粉碎时间的延长，球磨机机身温度和抹茶温度都不断升高，至20 h，抹茶温度已达到74.6℃（图1），高温可能会导致抹茶的氧化变质，不利于高品质抹茶的形成[16]。

图1 球磨粉碎时间对温度的影响

对不同粉碎时间加工的抹茶进行感官审评，结果发现随着粉碎时间的延长，抹茶感官品质总分先升后降（表1）。从粉碎时长12 h到24 h，抹茶颜色逐渐泛白，由深绿色变浅绿色，而抹茶以深绿色为更佳，颜色是抹茶感官审评中最主要的特质，综合来看，球磨粉碎16 h抹茶的外形品质最佳，且带覆盖香。

表1 球磨粉碎时间对抹茶感官品质的影响 分

球磨粉碎24 h的过程中，茶多酚含量呈总体上升趋势，游离氨基酸总量、茶氨酸和Vc含量波动下降，酚氨比呈波动上升趋势，总儿茶素含量及酯型儿茶素与非酶型儿茶素的比值均略有增加（表2）。

表2 球磨粉碎时间对抹茶主要理化成分的影响

随着粉碎时间的延长，抹茶叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均呈逐渐下降的趋势（表3）。

表3 球磨粉碎时间对抹茶叶绿素含量的影响 mg/g

|b*/a*|值比单一色差值a*在一定程度上能更好地反映不同抹茶之间的色泽差异[17]，通过对不同球磨粉碎时间的抹茶茶粉及其茶汤的色相值分析发现（表4），抹茶茶粉|b*/a*|值随粉碎时间的延长而减小，其L*值在16 h后整体略有增大，说明抹茶呈现的绿色色度增加、明亮度增加；抹茶茶汤的色相值随粉碎时间的延长总体呈下降趋势，茶汤颜色变绿。由图2可知，球磨机加工抹茶过程中，粒径D60在4 h及之后均低于18 μm，粉碎16 h和24 h抹茶的粒径D90无明显差异。

表4 球磨粉碎时间对抹茶色差值的影响

图2 球磨粉碎时间对抹茶粒径的影响

不同球磨粉碎时间的抹茶微生物含量均较低，菌落总数均≤10 CFU/g，符合食品安全国家标准（m≤1 000 CFU/g）；大肠菌群均低于0.3 MPN/g；根据食品安全国家标准，抹茶的霉菌和酵母菌数应分别低于50 CFU/g和20 CFU/g，球磨粉碎抹茶符合标准。

综合以上分析结果可知，球磨粉碎16 h时抹茶的茶氨酸、叶绿素含量较高，粒径小，整体品质较优。

2.2 气流粉碎对抹茶品质的影响

气流粉碎机加工抹茶主要由A塔（主塔）和B塔（副塔）出粉。由表5可知，A塔分级机频率为40 Hz时粉碎的抹茶感官品质最好。此外，感官审评发现，气流粉碎加工的抹茶均无明显覆盖香。酚氨比可以反映茶汤的鲜醇滋味[18]，如表6所示，A塔不同分级机频率粉碎的抹茶其酚氨比之间无显著差异，而B塔出粉的抹茶酚氨比最高，说明B塔出粉的抹茶滋味较苦涩，鲜醇度较差；茶氨酸和Vc含量以分级机频率为20 Hz的A塔出粉抹茶最高。A塔以分级机频率为40 Hz粉碎的抹茶茶多酚和总儿茶素含量最低，酯型儿茶素/非酯型儿茶素的值最小。

表5 气流粉碎对抹茶感官品质的影响 分

表6 气流粉碎对抹茶主要理化成分的影响

由表7可知，当分级机频率为10 Hz、30 Hz、40 Hz时，A塔出粉的抹茶总叶绿素含量之间无显著差异，且含量较高。从色差分析结果可以看出（表8），随着气流粉碎机分级机频率的增大，A塔出粉的抹茶茶汤的亮度L*值增大，当分级机频率为40 Hz时，茶粉和茶汤色相值|b*/a*|均为最小，说明此茶粉和茶汤的颜色最绿。气流粉碎不同分级机加工的抹茶粉体粒径有所差异（图3），B塔出粉的抹茶粒径最小；A塔分级机频率为10 Hz时，出粉的抹茶粒径最大，D60（31.34 μm）＞18 μm；当分级机频率为30 Hz和40 Hz时，抹茶粒径D60均较小，无显著差异。

图3 气流粉碎对抹茶粒径的影响

表7 气流粉碎对抹茶叶绿素含量的影响 mg/g

表8 气流粉碎对抹茶色差值的影响

气流粉碎机A塔出粉的抹茶菌落总数和大肠菌群含量符合食品安全国家标准，菌落总数以分级机频率为40 Hz抹茶最低（330 CFU/g），而霉菌及酵母菌含量超出限量要求；B塔出粉的抹茶菌落总数和霉菌及酵母菌含量最高（表9）。以上分析结果表明，A塔分级机频率为40 Hz时粉碎的抹茶整体品质较好。

表9 气流粉碎对抹茶菌落数量的影响

2.3 3种粉碎方式加工的抹茶品质及生产效率的差异

石磨粉碎、球磨粉碎和气流粉碎3种方式加工的抹茶品质有所差异。球磨和气流粉碎均以上述试验中综合品质最优的抹茶为参照，即比较石磨、球磨16 h及气流粉碎机A塔分级机频率40 Hz加工的抹茶各项品质指标之间的差异。感官审评总分以石磨抹茶最高，气流粉碎的抹茶最低。石磨抹茶滋味醇和、香气带覆盖香，而气流粉碎的抹茶无明显覆盖香，但气流粉碎的抹茶颜色绿润，外形得分高于石磨和球磨抹茶。球磨抹茶经茶筅搅打后泡沫较多且细腻，久置而不散，茶汤得分最高。

如表10所示，碾茶经过不同粉碎方式加工制成的抹茶，其品质成分含量差异较大。其中，石磨和气流粉碎的抹茶茶多酚含量减少，酚氨比降低，且以石磨粉碎抹茶酚氨比最低，而球磨粉碎抹茶酚氨比升高；3种粉碎方式对游离氨基酸总量无显著影响，而茶氨酸含量降低，且以球磨粉碎抹茶的茶氯酸含量最低；碾茶粉碎后Vc含量显著减少，且球磨粉碎的抹茶Vc含量减少最多；球磨粉碎抹茶儿茶素含量较高，气流粉碎抹茶的酯型儿茶素/非酯型儿茶素的值较低。

表10 3种粉碎方式的抹茶主要理化成分含量比较

气流粉碎抹茶叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均最高（P＜0.05）（表11）。色差分析结果表明（表12），球磨抹茶茶粉的色相值|b*/a*|最小，石磨粉碎茶粉的最大（P＜0.05），但石磨粉碎茶粉的明亮度L*值较大。气流粉碎抹茶茶汤的|b*/a*|值最低，石磨和球磨抹茶茶汤的色相值之间无显著差异。

表11 3种粉碎方式的抹茶叶绿素含量 mg/g

表12 3种粉碎方式的抹茶色差值

石磨、球磨和气流粉碎3种方式加工的抹茶粒径 D60 分别为 15.26 μm、5.76 μm、7.68 μm，D90分别为54.37 μm、13.19 μm、14.33 μm，均以球磨抹茶最小，说明球磨粉碎加工的抹茶颗粒最细腻。

由表13可见，球磨抹茶的菌落总数、大肠菌群、霉菌及酵母菌数量最低，而气流粉碎的抹茶最高，其霉菌及酵母菌含量远超出国家标准要求。

表13 3种粉碎方式的抹茶菌落数量

3种粉碎方式的生产效率差异明显，气流粉碎机每小时可生产抹茶100 kg左右，约为石磨机粉碎（0.04 kg/h）的2 500倍，球磨机（0.33 kg/h）的300倍。气流粉碎的平均成本较低，但其设备体积庞大，对使用环境的要求较严格，且造价比较昂贵。

3 小结与讨论

抹茶的出现让茶叶消费由饮茶变为食茶，品味茶叶色、香、味的同时，还能利用难溶的叶绿素、蛋白质和粗纤维等物质，实现了茶叶成分的全价摄入，极大地拓展了茶叶的应用领域[19-20]。

研磨粉碎是抹茶品质形成的关键工艺之一。抹茶粉碎过程中，随着粉体粒度的减小，其表面积增大，但抹茶颗粒小到一定程度后，茶多酚等品质成分含量逐渐降低，可能是因为在高温和氧气的作用下产生分解、氧化等反应，导致其含量下降[21-22]。因此，抹茶粉碎过程中，相对恒定的低温能最大限度保留抹茶中的活性物质，对抹茶品质的保持具有重要作用[23]。球磨粉碎过程中，粉体粒径减小，抹茶的温度不断升高，促进了品质成分的氧化分解，导致氨基酸、Vc、叶绿素随粉碎时间的延长呈下降趋势。抹茶粉体粒径减小，比表面积增大，颗粒表面激活点增多，表面自由能增大，体系处于极不稳定状态，微细颗粒间则彼此团聚形成“假颗粒”，以降低比表面积[24]。这可能是球磨粉碎抹茶8 h后粒径减小趋势平缓、研磨效率变低的主要原因。同时，随着粉体的分布集中，其光线吸收系数k降低，从而使茶粉亮度L*增大，但当粒径超过其散射点后，色料对光线的吸收增加，又使得明度降低[25]。随着球磨粉碎时间的延长，所加工的抹茶产品叶绿素含量下降，而色相|b*/a*|值减小，这可能与茶粉粒径减小、比表面积增大导致吸收的光线变化有关。此外，气流粉碎分级机频率30 Hz、40 Hz加工的抹茶叶绿素含量较低，而色相值较小，可能是因为茶粉的亮度高，导致呈现的视觉颜色偏绿。

分析3种粉碎方式加工的抹茶品质之间的差异可以看出，石磨抹茶滋味醇和、香气带覆盖香，总体感官品质较佳，其茶氨酸含量较高，茶多酚含量和酚氨比较低，但粒径相对较大。石磨材质不易导热的特性，能确保研磨过程中的温度环境相对稳定，较好地保留抹茶的活性物质，因此，高品质的抹茶一般要求采用石磨粉碎。但实际生产中要求石磨转速缓慢，每台石磨机的产能约为40 g/h，单台设备产量低、加工成本高，很难满足现代抹茶的供应需求[26-27]。本研究中，球磨抹茶的茶多酚含量和酚氨比较高，茶氨酸、Vc和叶绿素含量低，不利于高档抹茶品质的形成。但球磨抹茶呈现的颜色较绿，粒径最小，微生物数量最低，其作为食品属性的安全性高。Wang等[28]发现，超微绿茶粉的微生物数量随着球磨时间的延长相应减少，认为球磨是控制绿茶超微粉加工过程中微生物污染的有效方法。此外，有研究表明球磨粉碎比气流粉碎的抹茶重金属污染小[29]。球磨抹茶具有颜色绿、粒度细、污染小等优点，适合规模化生产，球磨粉碎目前也是我国大多数抹茶加工企业采用的粉碎方式，但其也有耗能大、加工时间长等缺点[30-31]。试验结果表明，气流粉碎抹茶的香气、汤色、滋味的感官得分最低，失去了抹茶特有的覆盖香（海苔香）。这是因为设备在粉碎的时候存在较高的气流速度，造成茶叶所含部分挥发性成分的损失[32]。由于气流粉碎时间短（2 min内），且气流在喷嘴处膨胀时可以降温，因此粉碎过程中没有伴生热量，对抹茶的活性成分影响较小，其茶多酚、茶氨酸含量仅次于石磨抹茶，Vc和叶绿素保留量较高。气流粉碎抹茶温度低、产能高、粉碎技术成本低，但是对抹茶的感官品质影响较大，适合低档抹茶的生产。同时，气流粉碎具有设备体积庞大、使用环境要求严格、造价昂贵，以及加工过程中机械噪音大、耗电量大等缺陷[33]。

本试验中，石磨、球磨和气流粉碎加工的抹茶品质及生产效率差异明显。石磨抹茶感官品质较好，茶氨酸含量高、酚氨比低，但粒径远大于球磨和气流粉碎的抹茶。球磨抹茶颜色绿，微生物含量低。气流粉碎机每小时可生产抹茶100 kg左右，约为石磨粉碎效率的2 500倍，球磨机的300倍，但其设备体积庞大，对使用环境的要求较严格，且造价昂贵。

综合考虑粉碎效率和抹茶品质，高端抹茶采用石磨粉碎，工业生产抹茶采用球磨粉碎。