速溶鳳凰單叢茶超聲波輔助浸提工藝優(yōu)化

邵云飛 傅 力 許明君 魏 珺

SHAO Yun-fei1 FU Li2 XUMing-jun1 WEIJun1

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.韓山師范學(xué)院生物系，廣東 潮州 521041）

(1.College of Food Science and Pharmaceutical Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China;2.Departmentof Biology,Hanshan Normal University,Chaozhou,Guangdong 521041,China)

速溶茶也稱為茶精[1]，是以成品茶為原料，由茶葉中浸提出的茶汁經(jīng)過濾、濃縮、干燥等工序制成的粉末狀或顆粒狀的固體飲料。它飲用方便，相對體積小，易保存運(yùn)輸[2]，含有傳統(tǒng)茶葉中能夠進(jìn)入茶湯的營養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì)。但速溶茶產(chǎn)品香氣低、滋味淡、冷溶性差等問題至今仍沒有得到有效解決[3]。這些問題與速溶茶浸提方式、浸提參數(shù)等影響浸提效果的因素密切相關(guān)。浸提條件不僅影響成品的色、香、味等品質(zhì)，也影響成品的得率[4]，因此高效優(yōu)質(zhì)的提取工藝對速溶茶品質(zhì)的提高很有意義。對速溶茶加工中制備茶湯采用溶劑提取和酶輔助提取法的報(bào)道較多[5,6]，微波提取法和超聲波提取法成為近年來研究的熱點(diǎn)。超聲波輔助提取多被用來提取茶葉中茶多糖、茶氨酸、茶多酚等特定的活性成分[7～9]，尹蓮[10]通過對綠茶超聲波輔助浸提后茶多酚的定性定量檢測發(fā)現(xiàn)，超聲波提取不改變茶多酚的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，并能縮短提取時(shí)間，具有省時(shí)、節(jié)能、提高效率的優(yōu)點(diǎn)。但該研究未涉及到不同浸提方法間差異比較以及對超聲波浸提溫度、次數(shù)、茶水比進(jìn)行篩選等問題。本試驗(yàn)在比較研究茶葉超聲波輔助提取與傳統(tǒng)水提法對茶葉中重要品質(zhì)成分提取率的影響基礎(chǔ)上，對超聲波輔助提取的超聲功率、超聲時(shí)間、溫度、茶水比等因子進(jìn)行了篩選，為超聲波技術(shù)在茶葉深加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

鳳凰叢茶產(chǎn)自廣東省潮州市的鳳凰山區(qū)，茶區(qū)瀕臨東海，海拔上千米，自然環(huán)境有利于茶樹的發(fā)育及形成茶多酚和芳香物質(zhì)。潮州鳳凰茶年產(chǎn)萬余噸，經(jīng)過精選后有大量的碎茶等副產(chǎn)品尚未得到很好的利用，附加值極低。鳳凰單叢茶品質(zhì)絕佳，香味濃郁持久，具有助消化功能。本試驗(yàn)以鳳凰單叢茶碎茶等副產(chǎn)品為原料，采用超聲波提取法對碎茶浸提工藝進(jìn)行研究，以期為速溶鳳凰茶的生產(chǎn)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

鳳凰單叢碎茶：白葉單叢，廣東省潮州市潮安縣鳳凰鎮(zhèn)匯山塘；

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀：AR級，天津市福晨化學(xué)試劑廠；

酒石酸鉀鈉：AR級，天津博迪化工股份有限公司；

堿式乙酸鉛：AR級，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；

水合茚三酮：AR級，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

氯化亞錫：AR級，西隴化工股份有限公司；

茶氨酸、咖啡因標(biāo)準(zhǔn)品：上海金穗生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

傾倒式粉碎機(jī)：DJ-10A型，上海淀久中藥機(jī)械制造有限公司；

紫外可見分光光度計(jì)：TU-1810型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

電熱恒溫水浴鍋：DZKW-S-4型，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；

離心機(jī)：KA-1000型，上海安寧科學(xué)儀器廠；

電子天平：CPA124S型，梅特勒—托利多儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 分析測定方法 游離氨基酸總量的測定參照GB/T 8314——2002茶游離氨基酸測定，繪制游離氨基酸總量標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖1）；茶多酚和咖啡因的含量均參照QB/T 4068——2010食品工業(yè)用茶濃縮液，并繪制得到咖啡因標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖2）。

1.2.2 超聲波輔助提取工藝流程

鳳凰單叢碎茶→干燥→粉碎→過篩→超聲波提取→過濾離心→濾渣二次水浸提→過濾離心→合并二次濾液→定容→分別測定茶多酚、咖啡因及游離氨基酸總量

1.2.3 超聲波輔助提取單因素試驗(yàn)

(1)超聲功率對茶多酚、咖啡因、游離氨基酸總量提取率的影響：準(zhǔn)確稱取粉碎過40目篩的鳳凰單叢茶粉2 g置入200mL 三角瓶中，分別以 350，400，450，500，550，600W 的功率，在茶水比1∶15(m∶V)、超聲溫度70℃、超聲時(shí)間35min的條件下制得提取液，將提取液抽濾，3 500 r/min離心10min。濾渣同條件下再浸提，合并前后2次提取液，冷卻至室溫，吸取10mL定容至100mL，混勻。測定不同超聲功率下提取液的茶多酚、咖啡因及游離氨基酸總量提取率。

(2)茶水比對茶多酚、咖啡因、游離氨基酸總量提取率的影響：超聲功率由1.2.3(1)確定，茶水比分別為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35(m∶V)，其他試驗(yàn)條件及測定指標(biāo)同1.2.3(1)。

(3)超聲溫度對茶多酚、咖啡因、游離氨基酸總量提取率的影響：茶水比由1.2.3(2)確定，設(shè)定超聲溫度分別為30，40，50，60，70，80 ℃，其他試驗(yàn)條件及測定指標(biāo)同 1.2.3(1)。

圖1 游離氨基酸總量標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Standard curve for determination of free amino acids

圖2 咖啡因標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 2 Standard curve for determination of caffeine

(4)超聲時(shí)間對茶多酚、咖啡因、游離氨基酸總量提取率的影響：超聲溫度由1.2.3(3)確定，超聲時(shí)間分別為10，15，20，25，30，35min，其他試驗(yàn)條件及測定指標(biāo)同 1.2.3(1)。

1.2.4 超聲波輔助提取的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn) 設(shè)茶水比(A)、超聲溫度(B)、超聲時(shí)間(C)三因素為自變量，茶多酚、咖啡因、游離氨基酸總量為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平的試驗(yàn),并選定三因素的0水平和波動區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波輔助提取響應(yīng)面試驗(yàn)

表1 響應(yīng)面分析因子與水平表Table1 Factors and levels of response surfacemethodology

根據(jù)超聲波輔助提取的單因素試驗(yàn)得知，超聲功率對提取率的影響不顯著。因此在單因素試驗(yàn)得出的最佳超聲功率（550W）條件下，選擇茶水比(A)、超聲溫度(B)、超聲時(shí)間(C)與茶多酚提取率(Y)進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過Design Expert軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測超聲波提取工藝的最優(yōu)提取條件。試驗(yàn)因素與水平見表1,試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果Table2 Experimental design and extraction of response surfacemethodology

利用Design Expert軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到茶多酚提取率對編碼自變量A、B和C的二次多項(xiàng)回歸方程：

表3 回歸模型方差分析Table3 Analysis of variance for regressionmodel

表3 回歸模型方差分析Table3 Analysis of variance for regressionmodel

決定系數(shù)R2=0.864 4，修正決定系數(shù)R2=0.690 1。

變異來源模型P值自由度 顯著性均方2.91 3.14 1.94 3.85 0.64 4.77 0.065 0.76 9.14 1.10 0.59 1.04 BC AB ABCA C A2 B2 C2 4.96 6.60 4.08 8.10 1.35 10.05 0.11 1.30 15.55 1.87 F值0.023 2 0.037 0 0.083 0 0.024 8 0.283 8 0.015 7 0.749 2 0.291 7 0.005 6 0.293 7殘差失擬項(xiàng)平方和26.23 3.14 1.94 3.85 0.64 4.77 0.065 0.76 9.14 1.10 4.11 3.12 911111111173 4.180.100 5******

由表3的方差分析可以看出該模型P值小于0.05，說明響應(yīng)值對該模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，該模型與試驗(yàn)擬合情況良好，可以用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。根據(jù)回歸分析結(jié)果和回歸方程作出響應(yīng)曲面圖和等高線分析圖(見圖3～5)，可看出茶水比和溫度高于茶水比和時(shí)間、溫度和時(shí)間對茶多酚提取率的影響，茶水比和時(shí)間、溫度和時(shí)間對茶多酚提取率的影響均不顯著。

2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過程序?qū)M合方程的求解與響應(yīng)面模型預(yù)測出超聲波輔助提取速溶鳳凰茶的最佳工藝條件為茶水比 1∶16.91(m∶V)，取 1∶17(m∶V)；超聲溫度 72.94 ℃，取 73 ℃；超聲時(shí)間33.53min，取34min。在此條件下，茶多酚、游離氨基酸總量和咖啡因提取率的預(yù)測值分別為16.42%，0.41%，0.34%。結(jié)合模型預(yù)測的最佳工藝條件，進(jìn)行3組實(shí)驗(yàn)取平均值。結(jié)果茶多酚提取率為16.13%、游離氨基酸總量提取率為0.40%、咖啡因提取率為0.33%。驗(yàn)證結(jié)果與預(yù)測值相差接近，進(jìn)一步證實(shí)了模型與試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

2.3 水提取法對比試驗(yàn)

采用超聲波輔助提取的方法及最優(yōu)參數(shù)，采用水提取法進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，取得平均值。結(jié)果茶多酚提取率為13.25%、游離氨基酸總量提取率為0.42%、咖啡因提取率為0.22%。

圖3 茶水比和超聲溫度對茶多酚提取率的響應(yīng)曲面和等高線圖Figure 3 Response surface plot and contourmap plots for ratio ofwater to tea and ultra sound temperature

圖4 茶水比和超聲時(shí)間對茶多酚提取率的響應(yīng)曲面圖和等高線圖Figure 4 Response surface plot and contourmap plots for ratio ofwater to tea and ultrasound time

3 結(jié)論

運(yùn)用Design Expert軟件處理得到鳳凰速溶茶浸提的回歸方程預(yù)測模型:Y=15.26-0.63A+0.49B+0.69C-0.13AB-0.40AC+1.09BC-0.43A2-1.47B2-0.51C2。確定最佳提取工藝條件為超聲功率550W、料液比為l∶17(m∶V)、超聲溫度為73℃、超聲時(shí)間為34 min，在此條件下茶多酚提取率為16.13%、游離氨基酸總量提取率為0.40%、咖啡因提取率為0.33%。與傳統(tǒng)水提法相比，茶多酚和咖啡因提取率分別提高了21.7%和50%。超聲波輔助提取能夠縮短浸提時(shí)間，具有省時(shí)、節(jié)能、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但提取時(shí)各物質(zhì)的浸出速度不同，因此超聲波輔助提取游離氨基酸總量的提取率下降了5%。本試驗(yàn)只針對茶多酚、咖啡因和游離氨基酸總量在提取過程中的變化和提取率做了研究，未能涉及茶葉中的其他物質(zhì)，諸如兒茶素類、可溶性蛋白及碳水化合物等，對于這一方面，有待于進(jìn)一步的完善。

1 李影.速溶茶生產(chǎn)工藝對其產(chǎn)品風(fēng)味的影響[J].飲料工業(yè),19992(2):15～19.

2 陳庶來.速溶茶加工工藝初探[J].茶葉機(jī)械雜志,1995(2):9～10.

3 閻守和.速溶茶生物化學(xué)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1990.

圖5 超聲溫度和超聲時(shí)間對茶多酚提取率的響應(yīng)曲面圖和等高線圖Figure 5 Response surface plotand contourmap plots for ultrasound temperature and ultrasound time

4 武永福,胡強(qiáng),朱金山.速溶茶浸提工藝研究進(jìn)展[J].中國茶葉,2009(5):15～17.

5 黃書英.蓮葉速溶茶最佳生產(chǎn)工藝探討[J].福建輕紡,2006(1):20～24.

6 王元鳳,魏新林,王登良,等.金花茶葉酶法提取工藝條件的研究[J].無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào),2001(6):582～587.

7 屈平,胡傳榮.超聲波輔助提取苦荊茶中多酚類物質(zhì)的研究[J].食品與機(jī)械,2007(3):15～17.

8 張海燕,范彩玲,高岐.茶葉中茶氨酸超聲波提取方法的研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009(4):472～474.

9 鄭海燕,張建新,劉麗麗,等.超聲波提取綠茶多酚的工藝研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2009(2):261～264.

10 尹蓮.超聲波法提取茶多酚的實(shí)驗(yàn)研究[J].食品工業(yè),1999(3):10～12.