基于響應面法優化茶葉中有效成分的提取工藝

陳雨萌，龍凱花

（西安培華學院，陜西西安710125）

茶葉中含有豐富的有效成分，有些是人體所必需的營養成分。但因茶葉中有效成分含量較低，從茶葉中如何高效提取出有效成分成為近年來的研究重點。

響應面方法（response surface methodology，RSM）[1]是一種有效的統計方法，它是利用實驗數據來建立數學模型解決受多個因素影響的最優組合問題，該方法可以全面，有效地檢查范圍更廣的因素組合。可有效降低成本、優化加工條件，現已廣泛應用于農業、生物、化學及食品等領域。該方法是采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應值之間的函數關系，通過對回歸方程的分析來滿足最優工藝參數。Box-Benhnken設計是響應面法中常用的設計方案，該設計因具有因素水平少、實驗次數少的優點，近年來在食品工業中已得到了較大關注。相比于傳統的數理統計方法，響應面法具有實驗周期短、精密度高等優點，使處方優化更具預測性、科學性和合理性[2]。

1 響應面優化茶葉中茶多酚的提取工藝

茶多酚廣泛分布在茶樹中，各組織含量不同[3]是一種從茶葉中提取的天然抗氧化劑[4]。劉鎮敏[5]采用水溶液浸提法提取茶葉中茶多酚，通過響應面法對提取工藝參數進行優化得出最佳條件的反應溫度81.3℃，液料比為25.6mL/g，反應時間為2.55h，該條件下茶多酚提取率為21.17%。喻俊[6]等人以都勻毛尖為原料，采用超聲波輔助提取都勻毛尖茶多酚，利用分光光度法測定含量，選擇茶水比、提取時間、提取溫度為影響因素，以茶多酚提取率為響應值，進行響應面析。在單因素試驗中確定了最佳提取時間、茶水比、提取溫度。根據結果結合Box-Behnken design中心組合實驗設計原理，以茶水比、提取時間、提取溫度為響應變量，以茶多酚提取率為響應面值，設計三因素三水平17個實驗點的響應面分析實驗。結果表明，三個因素對茶多酚提取率的影響程度最大的為提取時間，其次是提取溫度，最后是茶水比。通過得出的模型，超聲波輔助提取茶多酚的最優條件是茶水比為1：50（g：mL），提取時間為4min，提取溫度為100℃，提取率為30.15%。用優化的提取工藝進行實驗三次重復驗證，平均得率為30.10%，與理論偏差小于0.33%。結果說明優化后的提取工藝能較好的提高都勻毛尖的提取率。

2 響應面法優化茶葉中茶多糖提取工藝

茶多糖是茶葉中僅次于茶多酚的重要生物活性物質，楊宇平[7]等人在安吉白茶中提取茶多糖的工藝上，運用響應面法優化提取工藝。以料液比（A）、超聲時間（B）和提取次數（C）為三個自變量，白茶多糖提取得率（Y）為響應值。使用響應面法對其所得數據進行了多元回歸擬合，得到白茶多糖提取率與三個自變量的二元多項回歸方程。對方程的分析中，根據方程各變量系數的大小得知在其三個因素當中，對提取得率的影響程度最大的是提取次數，其次是料液比和超聲時間。在對響應面法分析時，根據各因素所選取的范圍并結合實際操作考慮后，確定了白茶多糖的最優提取工藝為料液比1∶62（g/mL），超聲時間 94 min，提取次數3次。用優化后的提取工藝進行重復提取三次，驗證了回歸方程的準確度，說明了響應面法優化白茶多糖提取工藝具有實際應用價值。

張秀紅[8]等人以茉莉花茶為供試材料，在單因素實驗的基礎上，利用Box-Benhnken的中心組合設計，選定溫度、水料比和沉淀茶多糖時所用的乙醇濃度3個因素分別選3水平進行中心組合實驗，通過響應面分析實驗，擬合出數學模型。利用該函數關系來優化茶多糖提取條件，最終確定茶多糖的最佳浸提條件為：浸提溫度100℃；水料比為26.8；乙醇濃度為90%。在該條件下茶多糖得量有所提高，且驗證值為7.861 0 mg/g，比單因素最高提取率高25.6%，結果表明響應面法可有效用于茉莉花茶中茶多糖提取方法的優化。

3 響應面法優化不同花色白茶浸提工藝

李磊磊[9]等人以2014年福鼎大白菜品種、春季所制得的白毫銀針、白牡丹和壽眉三種白茶為實驗材料為原料，通過在單因素實驗基礎上采用響應面法優化三種不同花色白茶浸提工藝，建立了不同花色白茶浸提液感官評價與浸提溫度、浸提時間和液料比因子的回歸方程。實驗結果表明，白毫銀針最優浸提工藝參數為浸提溫度為80℃、浸提時間為49 min、液料比為17.50∶1 mL/g。白牡丹最優浸提工藝參數為浸提溫度為90℃、浸提時間為50 min、液料比為17.50∶1 mL/g。壽眉最優浸提工藝參數為浸提溫度為100℃，浸提時間為53 min，液料比為16.00∶1 mL/g。通過響應面法優化浸取工藝，可以有效控制用水量，降低了工藝成本，方法可行。

4 響應面法優化茶葉中黃酮化合物提取工藝

研究表明，黃酮類化合物是重要的抗氧劑，具有抗腫瘤活性、降壓等作用[10-11]。陳根生[12]等人對龍井中黃酮類化合物的提取工藝進行研究，在單因素試驗中，研究不同體積比甲醇溶液、提取溫度、浸提時間對黃酮化合物浸出含量的影響。在此基礎上，利用Design-Expert 7.0軟件和Box-Behnken設計原理設計響應面試驗，并建立數學模型。實驗結果得出的最佳提取工藝條件甲醇體積分數61.68%、提取溫度61.54℃、提取時間82.79 min。優化后的提取液中黃酮化合物的含量有所提高。

利用響應面法優化茶葉中有效成分的提取工藝，可以使有效成分的提取率大大提高，降低了工業成本，具有實際應用價值。響應面法不僅能夠獲得最佳的工藝參數組合，還能有效揭示不同實驗因素之間的交互影響關系，可以為工藝生產提供理論依據，起到較好的指導作用[13]。