專利名稱：：茶浸出物的制備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及任何一種通過其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶，本發明還涉及一種用于制備茶浸出物的新方法，該方法使茶脂增溶成為可能。紅茶，用來制作熱飲和冷飲，傳統制備紅茶的方法是將新鮮的綠茶葉子經過各種處理，包括葉子用氧化酶發酵，這個步驟主要是為了得到賦予紅茶特征感觀和顏色品質的化合物。當紅茶用熱水浸提時，由于形成部分不溶性的多酚酯復合體和咖啡因復合體，一旦冷卻至55℃以下，甚至60℃以下溫度時就有沉淀出現，這個沉淀通常的說法稱作“茶脂”或“脂油”。因此，制作紅茶的冷飲時需要將茶脂除去。所以EP198209(SocietedesProduitsNestleS.A.)中提出將紅茶葉用60-130℃水浸提，得到與茶葉分開后第一次浸出液，將其濃縮至固形物含量5-12.5％，然后冷卻至5-15℃以便形成從第一次濃縮浸出液中分離出來的不溶性脂油，并且再次用40-70℃水浸提，得到從仍然是不溶的脂油中分離出來的第二次浸出液，然后混合第一次浸出液和第二次浸出液。該方法的缺點是除掉了固形物。此外，除去脂油引起香味明顯地損失。為了克服這些問題，有人設想使用鞣酸酰基水解酶，通常叫作單寧酶，去水解多酚酯，尤其是多酚棓酸酯，而多酚酯會與咖啡因形成復合體并且形成茶脂。雖然單寧酶確實可以充分地減少茶脂的形成，但是酶的費用高以及在40℃以上溫度時的不穩定阻礙了單寧酶的使用(ThomasR.L.等人，JournalofFoodScience，50，1126-1129，1985)。為了解決酶的費用和不穩定問題，GB1，380，135(UnileverN.V.)提出了在高溫下用通過其肽部分共價固定在不溶載體上的單寧酶處理茶的水浸出物。使用的溫度一般約為50℃，為的是能夠在沉淀之前處理脂油。遺憾的是，固定化酶沒經幾次作用物之后就基本上喪失了活性，這在經濟和工業上幾乎沒有價值。EP0,391,468(UnileverN.V.)提及了其它一些缺點，如脂油的增溶作用不足。還常常觀察到許多酶從載體上脫離下來。同樣，US4,051,264(LiptonInc.)提出用自由單寧酶或通過其肽部分共價固定化單寧酶在厭氧條件下直接處理綠茶葉切成的薄片，處理的溫度和時間足以使低溫下葉浸出能力增強，發酵葉子為的是獲得紅茶葉，并將其加熱直至其水分含量低于5％。還應注意的是用于固定化酶不引起酶活性基本上喪失的反應溫度不能超過4℃(見上述專利的表4)。本發明的目的是克服現有技術的缺點。為此，本發明涉及任何一種通過其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶。本發明還涉及一種茶浸出物的制備方法。其中制備茶葉的水浸出物，并且在20-65℃下用其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶處理浸出物。根據本發明的固定化單寧酶具有的優點是在大于50℃或55℃甚至大于60℃溫度的整個時期都特別穩定，因此可以證明本發明的單寧酶具有一個臨界溫度，超過這個溫度酶就變得不穩定，該臨界溫度比自由酶的臨界溫度高15℃-25℃，這在固定化酶領域中是特別不尋常的。另一個優點在于這樣的事實，即沒有觀察到有單寧酶從載體上脫離并且在經歷了至少400次作用物后酶仍具活性。這個整個時期的穩定性非常令人驚奇而且不能完全預測，特別是它與GB1,380,135或US4,051,264中固定化單寧酶的穩定性相比時。本發明方法的另一優點是可以在不利于細菌生長的溫度下操作，這樣改進了該方法的生物衛生條件。本方法還有一個優點是在55℃-70℃溫度時茶脂的可溶性特別好，這樣使固定化單寧酶較好地水解多酚復合體。如果并非不可能的話，本方法避免了固形物質困難的轉移，從而極大地加快速度并且增加脂油增溶的最終產量。最后，本發明還具有茶浸出物可以在攪拌罐型反應器和在包括固定化單寧酶固定床或流化床的反應器中被水解的優點。在以下的描述中，“攪拌罐型反應器”意思是指懸浮體中含有固定化單寧酶的機械攪拌系統。還應說明“固定化單寧酶固定床”意思指固定在載體上或固定在載體中的單寧酶被壓緊在反應器中，用來連續處理液體茶浸出物。同樣“固定化單寧酶流化床”指固定在載體上的單寧酶被放置但并不壓緊在用來連續處理液體茶浸出物的反應器中。茶浸出物流從底部循環至頂部，然后產生載體顆粒的懸浮體。應說明紅茶和烏龍茶分別是山茶屬(Camellia)、茶樹上得到的綠茶葉、特別是普洱茶(C.Sinesis)和毛蕊茶(C.assaimica)茶樹上的綠茶葉經過完全和部分酶氧化的產品。還可以使用葉睛珠屬(phyllanthus)。兒茶屬(Catechu)、棕兒茶屬(Gambir)或鉤藤屬(Uncaria)的品種。最后，以30℃下1分鐘內水解1μmolpH5的棓酸甲酯所需單寧酶的量確定為單寧酶的單位。為實施本方法，將任一品種茶樹上得到的茶葉最好是紅茶或烏龍茶的葉用水浸提。通過本領域技術人員公知的任何一種浸提茶葉的方法制備茶的水浸出物。例如，每份干重量茶葉可以用2-25份重量的水，優選用4-15份重量特別優選5-12份重量的水。浸提過程可以按常規，例如最多30分鐘，優選2-15分鐘且特別優選5-12.5分鐘。水溫可以是慣用溫度、如最高達130℃，優選60℃-125℃，且特別優選75℃-120℃，甚至85℃-110℃。浸提葉可在包括水和葉子的攪拌罐中進行。浸提還可以通過滲濾或者在逆流系統中連續進行，其中在逆流系統中水在包括茶葉的槽中朝著與重力相反的方向流動。有關制備茶浸出物的學說描述于EP198209.EP481262.EP654221和EP95202228.3，本發明的說明書將這些內容引入進來。接下來分離開茶葉，并且用本領域技術人員公知的任何方法處理含有1％-11％重量固形物的水浸出物，例如用濃縮的方法處理直至得到5-15％重量的茶浸出物。還可以將浸出物冷卻至4℃-20℃，提濃浸出物的脂油部分，造成脂油出現，然后用例如過濾或離心的方式分離脂油。還可以用熱水優選60℃-80℃的水對分離后的脂油進行再增溶。還可以進行香味物質的提取，在例如該工序結束階段重新摻入浸出物中。最終，含有希望用單寧酶增溶的脂油的水浸出物可能具有1％-30％干物質含量、優選1％-20％。然后用其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶處理浸出物。所用單寧酶是公知的水解茶多酚化合物棓酸酯的糖蛋白。單寧酶可以從曲霉屬(Aspergillus)的某真菌如黑曲霉(Aspergillusniger)、黃曲霉(Aspergillusflavus)或米曲霉(Aspergillusoryzae)，或者從青霉屬(Penicillium)的如黃青霉(penicilliumchrysogenum)，還可以從假絲酵母屬(Candida)的酵母中獲取。有兩株微生物公知產生相當多量的單寧酶，如AspergillusoryzaeATCCNo.9362和AspergillusnigerATCCNo.16888。此外可以從市售得到提純粉末狀的單寧酶，例如由公司EnzymeDevelopmentCorporation(TannaseSN.Y.USA)或Kikkoman(TannaseKikkomann50000U/gJapon)市售的)。優選所選的載體具有數量級為20-2000nm的平均直徑的微孔，尤其是50-1000nm。它可以是無機載體，可選自硅石、玻璃、金屬氧化物如礬土、或天然礦石如皂土的顆粒。它還可以是有機載體，可選自聚糖如纖維素、糊精或幾丁質、蛋白、如絲，或者含有聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯類如Eupergit(Rohm，Germany)、聚乙烯和聚酰胺如尼龍類型的合成聚合物。通過把載體上能夠接合的基團導入至單寧酶的氧化苷部分，如載體的游離胺基或酰肼基，以此可活化載體。很多活化載體的方法對本領域技術人員是公知的，他們能夠根據載體選擇適于和單寧酶苷部分接合的活性基團。作為舉例可效仿Marek等人描述的固定化方法(BiotechnologyandBioengineering，26，1223-1226，1984)。單寧酶還可以預先改良，例如可用常規氧化單寧酶的方法。可以這樣用0.01-1M的pH4-6高碘酸鹽溶液在0℃-25℃溫度下氧化1-120分鐘。加入還原溶液如1-3M乙二醇溶液停止氧化反應。氧化單寧酶然后優選從氧化溶液或還原溶液中純化一下，例如在合適的緩沖液中透析，尤其在0.01-1M的pH5-7磷酸鈉緩沖液中。將氧化單寧酶固定到能夠與由此產生的醛基反應的載體上。為此，可以例如用0.1-1MpH4-9己二酰二肼溶液、用0.1-1MpH4-9乙二胺溶液、或用0.1-1MpH4-9六亞甲基二胺溶液改良Eupergit-C。1g當量干重量的改良載體可以和至少10mg氧化單寧酶在4-30℃下混合1-30小時，優選20-300mg。用二胺偶聯的話，還可以用氫硼化鈉或氫硼化氰還原使亞胺基固結。在最后的分析過程中，最好用本領域技術人員公知的技術鈍化剩余的官能團。但是這個鈍化步驟在獲取活性固定化單寧酶時并不重要。固定到載體上單寧酶的量為每g載體上至少10mg單寧酶、優選20-100mg。固定化單寧酶活性至少為40單寧酶單位/每g載體，例如40-200單位。當用本發明的固定化單寧酶水解茶浸出物時，在使用酶的開始階段發現有茶的成份吸收到載體上。這些成份偏巧與茶的顏色和味道有關。因此最好使用在茶浸出物中預先保溫過至少一次的本發明的固定化單寧酶。在本發明的第一個優選實施方案中，茶浸出物是在攪拌罐型反應器用本發明固定化單寧酶水解的。系統可以根據以下三個階段自動并且以半連續模式操作。第一步，將需要處理的茶浸出物填入罐中，然后隨著機械攪拌進行水解，最后在一定時期后排空罐。在罐的下部安裝濾器，通過這個方式可以達到酶保留在反應器中。這個濾器例如可以保留40μm以上直徑的任何顆粒。為了處理茶浸出物，在罐中將1份重量的浸出物與少于1份重量的載體混合，如與0.0001-0.1份的載體混合，然后在20-65℃下攪拌并保溫10-200分鐘，優選在50-65℃甚至55-65℃下保溫10-100分鐘。根據這個水解方式，可以發現本發明的固定化單寧酶具有顯著的穩定性，因為它們在最高60℃時多次反復使用之后，尤其是在30℃-60℃溫度下經過5-420次30分鐘的循環后保留100％的酶活性，大量的循環次數相對應于低溫，相反則不然。最終在65℃下酶漸漸地隨時間喪失其活性，最好標注為其使用的上限。本發明第二個優選實施方案中，將液體茶浸出物在本發明包括固定化單寧酶固定床的反應器中連續水解。每份重量固定床優選通過至少1份重量的浸出物，例如在20-65℃優選50-65℃甚至在55-65℃溫度下通過10-10,000份浸出物。本發明的第三個優選實施方案，將液體茶浸出物在本發明包括固定化單寧酶流化床的反應器中連續水解。每份重量固定床優選通過至少1份重量的浸出物，例如在20-65℃優選50-65℃甚至在55-65℃溫度下通過10-10,000份浸出物。即使經過本發明固定化單寧酶的全面水解后，處理過的浸出物仍可能具有單寧酶不能增溶的不溶物。因此必須在將浸出物冷卻至4-20℃后通過過濾或離心把它們分開。這個常規叫作“精練”的操作早已于GB1,380,135和EP391468中有所描述。然后可以用傳統方法將處理后的浸出物制備成速溶茶粉。如果浸出物是直接從茶葉的粗浸出物中獲得的，可以將其濃縮并干燥，例如通過冷凍干燥或噴霧干燥。如果浸出物是從茶葉粗浸出物預先分出的茶脂中獲得的，可以將其與粗浸出物混合后再濃縮且干燥。用水沏泡后的茶粉優選含有0.25-0.3％重量的茶固形物并且具有4.5-5.5的pH值。它具有濁度，在10℃下用HatchRatioTurbimeter(HatchCompany，Colorado，USA)以“濁度比濁計單位”(NTU)測定時，小于50NTU，優選小于35NTU，例如5-15NTU。通過本發明方法獲得的茶粉是只含有茶浸出物的產品，它速溶于冷水，得到的飲品其顏色和滋味經很長時間都特別穩定而且得到品嘗者的贊賞。下面給出的實施例用來說明本發明的方法和固定化單寧酶。這些實施例中使用市售的商標為kikkoman50000U/g的單寧酶，而且在某些實施例中，使用能夠便于并精確評價根據本發明所制備固定化單寧酶卓越穩定性的棓酸甲酯溶液作為典型作用物。在描述這些實施例之前先介紹測定單寧酶酶活性的方法，測定茶中棓酸的方法以及附圖介紹。單寧酶酶活性使用高效液體色譜法(HPLC)測定棓酸甲酯水解后釋放的棓酸來確定單寧酶的活性。為此，將0.5ml酶溶液與1.5ml在50mMpH5乙酸鹽緩沖液中的棓酸甲酯溶液混合。實際操作中，酶樣品在保溫前要稀釋，以便反應結束時棓酸濃度不超過1mM。混合物在30℃下保溫15分鐘，用0.2ml的2MHCl結束反應，具有2％乙酸∶乙腈(78∶22v/v)作為流動相的反相KS250/6/4Nucleosil100-5C18柱中注入10μl混合物，在異構裂化條件下(isocraticconditions)以1ml/min的速率進行洗脫，用分光光度檢測法在278nm下進行評測。測定棓酸用與上述相同的柱通過HPLC測定由單寧酶在茶中產生的棓酸，測定速率為1ml/min，柱使用下列成份0-5分鐘，88％A和12％B；5-16分鐘；75％A和25％B；16-25分鐘88％A和12％B(A＝乙酸，B＝乙腈)。附1棓酸釋放作為在30℃“攪拌罐”型反應器中水解循環次數的函數。圖2棓酸釋放作為“攪拌罐”型反應器中溫度從30℃變化至65℃時水解循環次數的函數。對比實施例將酶固定到Eupergit上的常規方式是讓酶蛋白部份的胺殘基和載體的環氧乙烷基團反應。通過磷酸濃度為1M在與EP676145實施例3顯示的相似條件下引發反應。我們可以觀察到在以下表1顯示的條件下將單寧酶Kikkoman50000/g固定到不同Eupergit載體上是不可能的，這種情況更是當單寧酶被滲析以便得到提純時或者當使用具有大孔徑或無孔Eupergit-C使單寧酶較易進入到載體環氧乙烷基的時候。因此單寧酶不是那種通過其肽部分可容易被共價固定的酶。這可以部份地解釋現有技術中描述的固定化單寧酶具有沒有工業和經濟吸引力的缺點的原因。表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="862">試驗1試驗2實驗3實驗4載體Eupergit-CEupergit-CEupergit250LEupergit-C12排阻限200KD200KD1000KD無孔載體(干)濃度133g/l133g/l133g/l75-125-250g/l(三次試驗)單寧酶(蛋白)濃度10g/l10g/l10g/l4g/l介質1M磷酸鉀PH61M磷酸鉀PH7.51M磷酸鉀PH61M磷酸鉀PH6反應時間70小時48小時48小時48小時反應溫度22℃22℃22℃22℃優先滲透沒有有沒有有單寧酶的固定沒有沒有沒有沒有</table></tables>實施例1在控制條件下用高碘酸鹽氧化單寧酶kikkomann50000U/g。為此，將4.5ml含有22.22g/l單寧酶粉末的0.1MPH5.5醋酸鈉緩沖液和0.5ml含有0.1mM高碘酸鈉的0.1MPH5.5醋酸鈉緩沖液混合。讓混合物在0℃下暗處氧化60分鐘，添加0.5ml的2M乙二醇溶液結束反應，然后在0.1MPH6磷酸鈉緩沖液4℃條件下滲析混合物。另一方面，將20ml含有0.2M己二酰二肼的0.2MPH8磷酸鈉緩沖液和1g干Eupergit-CR混合。混合物在室溫下經輕攪拌保溫16小時，然后用蒸餾水徹底洗滌載體并用0.1MPH6磷酸鈉緩沖液徹底沖洗。然后將1g當量干重量的濕改良Eupergit-C和5.4ml氧化單寧酶溶液混合，混合物在4℃下經輕攪拌保溫16小時，在0.1MPH6磷酸鈉緩沖液中洗滌載體。最后載體具有每g干載體有20mg單寧酶蛋白。實施例2在傳統攪拌罐型反應器中，用150mg當量干重量實施例1的固定化單寧酶處理40ml由20mM在50mMPH5醋酸鈉緩沖液中的棓酸甲酯組成的作用物。然后調整單寧酶用量，使作用物在30分鐘得以水解75％。具體說該反應器包括一個管式玻璃體，玻璃體下部包含一個聯接蠕動泵、孔隙度約40μm的濾器，以便收集水解產物，其頂部包含蠕動泵的出口，以便作用物進入。反應器浸入30℃水浴中。第一步，作用物進入反應器中，約110秒后混合27分又20秒鐘，最后收集50秒的反應介質。這個約30分鐘的循環要連續進行420次，然后用上述HPLC法測定每次循環反應介質中釋放的棓酸的量。示于圖1的結果表明實施例1的固定化單寧酶在420次30℃連續水解循環之后保留著100％活性。實施例31g干Eupergit-C和20ml含有0.175M乙二胺的0.3MPH8磷酸鈉緩沖液混合，然后在室溫下將混合物經輕攪拌保溫16小時，用蒸餾水然后再用0.1MPH6磷酸鈉緩沖液徹底洗滌。得到經乙二胺改良的Eupergit-C。1g當量干重量改良濕Eupergit-C和5.43ml實施例1描述的氧化單寧酶溶液混合，室溫下輕攪拌混合物并保溫16小時，然后在0.1MPH6磷酸鈉緩沖液中洗滌載體。得到每g干載體含有25mg單寧酶蛋白的Eupergit-C。實施例4用148mg當量干重量實施例3的固定化單寧酶在實施例2描述的反應器中于30℃下處理40ml實施例2的作用物。至于35℃-65℃循環時酶的量減至88mg。在30℃下連續進行139次循環，35℃下循環61次，40℃時循環189次，45℃循環42次，在50℃下循環10次，55℃下循環37次，60℃循環8次65℃下循環8次。示于圖2的結果與示于圖1的結果相似，即在實施例3固定化單寧酶在30℃下連續水解139次循環后保留著100％活性。實施例3的固定化單寧酶整個時間都令人驚奇地穩定，但應注意到溫度。事實上，在充分使用酶的條件下最高到60℃酶才真正保持100％的活性。最終在65℃時酶隨時間逐漸喪失活性。作為對比，自由單寧酶在大于40℃溫度時便很快喪失活性(Thomas等人)。實施例5制備茶浸出物，是通過將1kg優質紅茶葉(DarjeelingFop)和15升95℃的去離子水混合10分鐘，并且通過40μ濾器熱濾去除茶葉來制備茶浸出物的。從而得到含有2.29％固形物的浸出物。根據實施例3描述的工藝制備的大量固定化單寧酶，用上述茶浸出物漂洗數次，使制備物飽和并平衡。將15g這種濕固定化單寧酶加入到1升55℃的浸出物中。在55℃下攪拌混合物1小時，然后通過40μ濾器分離浸出物。這樣回收后的固定化單寧酶用同樣的初始浸出物并在同樣條件下陸續重復使用3次。用氫氧化鈉溶液調節浸出物至PH5，然后冷卻至4℃，測定所形成不溶物質的量并和未處理初始浸出物產生的不溶物質量相比較。下列表2顯示得到的結果。可以看到處理物使茶脂的量得以明顯地減少，甚至在重復使用固定化單寧酶之后也是如此。表2<將四份處理過的浸出物合并然后當其冷卻時以10,000轉/分鐘條件離心15分鐘。蒸發掉上清液后冷凍干燥。得到茶粉，當沏泡時它在冷水中具有非常好的溶解性，典型茶浸出物的棕紅色和紅茶的口味特征，即保留著紅茶的天然澀味。飲品的濁度小于30NTU。實施例6使用實施例5的紅茶葉浸出物，這次是將其通過保持55℃且含有25g實施例5濕固定化單寧酶的柱。浸出物以1l/h速度泵入，并且在平衡之后在柱的出口處回收。用氫氧化鈉溶液調節每11等分試樣的PH值至5，然后冷卻至4℃。冷離心之后，去掉上清液，濃縮并冷凍干燥。得到的粉末當低溫的情況下也完全溶解，還具有品嘗者所需要的口味和顏色。飲品濁度小于30NTU。權利要求1通過其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶。2根據權利要求1的固定化單寧酶，固定到載體上的量為每g載體上至少有10mg單寧酶。3根據權利要求1的固定化單寧酶，它的載體是用茶浸出物飽和過的。4根據權利要求1的固定化單寧酶，它的載體具有20-2000nm的微孔。5根據權利要求1的固定化單寧酶，它的載體選自有機載體尤其是蛋白質、聚糖、纖維素、糊精或幾丁質類型的有機載體；合成聚合物載體諸如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯或聚酰胺類型的合成載體；以及無機載體尤其是硅石、玻璃、金屬氧化物或天然礦石類型的無機載體。6茶浸出物的制備方法，在于制備茶葉的水浸出物，并且在20-65℃溫度下用其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶處理浸出物。7根據權利要求6的方法，其中用根據權利要求2-5中的任意一項權利要求所述的固定化單寧酶處理茶浸出物。8根據權利要求6和7中任何一項權利要求所述的方法，在于制備茶葉浸出物，冷卻浸出物，分離茶脂，加熱再溶解茶脂，并且用根據權利要求1-5中任何一項權利要求所述的固定化單寧酶進行處理。9根據權利要求6-8中任何一項權利要求所述的方法，其中用固定化單寧酶處理的茶浸出物是干浸出物。10根據權利要求6-9中任何一項權利要求所述的方法，在于制備茶葉的水浸出物，在含有其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶的罐中，于50-65℃溫度下處理浸出物，單寧酶含在懸浮體中。11根據權利要求6-9中任何一項權利要求所述的方法，在于制備茶葉的水浸出物，并且在含有固定化單寧酶固定床的反應器中于50-65℃溫度下連續處理浸出物。12根據權利要求6-9中任何一項權利要求所述的方法，在于制備茶葉的水浸出物，并且在含有固定化單寧酶流化床的反應器中于50-65℃溫度下連續處理浸出物。全文摘要通過其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶。用于制備茶浸出物的方法，其中制備茶葉的水浸出物，并且用其苷部分共價固定在不溶載體上的單寧酶于20-65℃下處理浸出物，具體說是在懸浮體中含有固定化單寧酶的罐中，或者在含有固定化單寧酶固定床或流化床的反應器中進行。文檔編號A23F3/18GK1155385SQ9611739公開日1997年7月30日申請日期1996年12月6日優先權日1996年12月6日發明者P·尼古拉斯,E·雷伊茨,S·雷蒙德,J·-L·索瓦熱申請人:雀巢制品公司