茯磚速溶茶噴霧干燥工藝優(yōu)化

曹霞 ，譚玉梅 ，呂都 ，李俊 ，鄒曉，劉永翔 *

1. 貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/農(nóng)業(yè)生物工程研究院，山地植物資源保護(hù)與保護(hù)種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山地生態(tài)與農(nóng)業(yè)生物工程協(xié)同創(chuàng)新中心（貴陽(yáng) 550025）；2. 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所（貴陽(yáng) 550006）；3. 貴州省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（貴陽(yáng) 550006）

茯磚茶（Fuzhuan brick tea）屬于一種后發(fā)酵黑茶，具有獨(dú)特的品質(zhì)和風(fēng)味，已有超過(guò)600年的歷史，產(chǎn)銷(xiāo)量在黑茶市場(chǎng)中占據(jù)著重要地位[1]。茯磚茶制作流程包括黑毛茶制備、毛茶渥堆、半成品拼配、氣蒸、二次渥堆、壓制成型、發(fā)花干燥和成品包裝等[2]。茯磚茶具有消食健胃、降脂降糖等多種功效[3-4]。“發(fā)花”的實(shí)質(zhì)是通過(guò)控制一定的外界條件促使微生物優(yōu)勢(shì)菌的生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生大量金黃色的閉囊殼，俗稱(chēng)“金花”或“黃花”[5]。“金花”菌的數(shù)量和顆粒的飽滿(mǎn)度是決定發(fā)花品質(zhì)的重要參數(shù)之一[6]。

噴霧干燥技術(shù)（spray drying technological）是用霧化器將料液霧化成直徑微小的霧滴，在干燥塔中與熱空氣直接接觸的過(guò)程中迅速蒸發(fā)料液中的水分，料液在極短時(shí)間內(nèi)干燥成粉狀或細(xì)顆粒狀產(chǎn)品后，從干燥塔排出至旋風(fēng)分離器，實(shí)現(xiàn)氣固分離，從而獲得干燥產(chǎn)品的一種干燥技術(shù)[7]。該技術(shù)具有干燥速度快、時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單、控制方便、粉末均一性好等優(yōu)勢(shì)[8-9]，因而廣泛用于奶粉[10]、速溶咖啡[11]、果蔬粉[12-13]等產(chǎn)品的深加工，但對(duì)茯磚茶的深加工報(bào)道還較少。

速溶茶是一種能夠迅速溶解于水的固體飲料茶，因具有沖飲攜帶方便、沖水、不留余渣、農(nóng)藥殘留少、易于調(diào)節(jié)濃淡或容易同其他食品調(diào)配等許多特點(diǎn)[14]，越來(lái)越受到青睞。茯磚茶主要以磚茶的模式進(jìn)行銷(xiāo)售，且攜帶不方便及沖泡時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。噴霧干燥技術(shù)不僅克服物料不能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的特點(diǎn)，有效保留食品的原有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使一些物料便于包裝、使用和運(yùn)輸，同時(shí)也簡(jiǎn)化物料加工，保證健康安全。因此，試驗(yàn)以茯磚茶為原材料，通過(guò)單因素正交試驗(yàn)，以茯磚速溶粉出粉率、堆積密度及感官品質(zhì)狀態(tài)為指標(biāo)，探討進(jìn)風(fēng)溫度、風(fēng)機(jī)功率及物料流速對(duì)茯磚速溶粉的影響，進(jìn)而優(yōu)化其噴霧干燥工藝參數(shù)，以期為茯磚茶深加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

茯磚茶（市售，產(chǎn)自湖南）；蒸餾水；甲醇；Na2CO3；NaOH；HCl，福林酚（Folin-Ciocalteu）；沒(méi)食子酸溶液；海砂；氯化鎂；pH 8.0磷酸鹽緩沖液；磷酸氫二鈉；磷酸二氫鉀；茚三酮溶液。

1.2 主要設(shè)備與儀器

煮茶壺；B-290噴霧干燥機(jī)（瑞士步琦有限公司）；多功能萬(wàn)能粉碎機(jī)；各種規(guī)格的移液槍?zhuān)‥ppendorf）；SS-325型高壓滅菌鍋（日本TomyKogyo公司）；超純水系統(tǒng)（Purelab公司）；常溫冰箱（海爾集團(tuán)）；-20 ℃低溫冰箱（海爾集團(tuán)）；BSS300-WEI電子天平（德國(guó)賽多利斯）；電熱恒溫培養(yǎng)箱等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 噴霧干燥單因素試驗(yàn)

選擇品質(zhì)較好的茯磚茶。稱(chēng)取茶葉200 g，按茶水比1∶20經(jīng)熱水浸提1 h，過(guò)濾茶渣；重復(fù)上述操作2次，將2次濾液混合，待濾液冷卻，分層，取上清液。將澄清的茯磚茶浸提液（水分9.4%、水浸出物36.6%、茶多酚含量10.7%、游離氨基酸含量1.9%、咖啡堿含量2.3%），按照表1設(shè)置不同進(jìn)風(fēng)溫度、物料流速及風(fēng)機(jī)功率，進(jìn)行噴霧干燥，獲得茯磚速溶粉，測(cè)定出粉率，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。

表1 單因素試驗(yàn)因素水平表

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以進(jìn)風(fēng)溫度、物料流速和風(fēng)機(jī)功率3個(gè)因素，以出粉率為指標(biāo)設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，確定茯磚速溶茶噴霧干燥最優(yōu)工藝，正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表2。

表2 茯磚速溶茶噴霧干燥正交試驗(yàn)因素水平表

1.4 外觀特征及理化性質(zhì)檢測(cè)

1.4.1 出粉率的測(cè)定

噴霧干燥出粉率計(jì)算如式（1）。

1.4.2 外觀特征及不同沖泡方式對(duì)茯磚速溶粉溶解性及品質(zhì)的影響

外觀特征（GB/T 18798.4—2013《固態(tài)速溶茶 第4部分：規(guī)格》附錄A感官品質(zhì)檢測(cè)方法）；取0.3 g優(yōu)化后的茯磚速溶茶，加入200 mL 80 ℃，20 ℃和10 ℃蒸餾水沖泡，記錄溶解時(shí)間及感官品質(zhì)狀態(tài)。

1.4.3 理化性質(zhì)

水分測(cè)定，采用GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》；茶多酚測(cè)定，采用GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類(lèi)含量的檢測(cè)方法》；咖啡堿測(cè)定，采用GB/T 8312—2013《茶 咖啡堿測(cè)定》；游離氨基酸測(cè)定，采用GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測(cè)定》。

1.5 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)3次重復(fù)，結(jié)果取平均值。采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)茯磚速溶茶出粉率及品質(zhì)的影響

不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)茯磚速溶茶出粉率及品質(zhì)的影響，分別見(jiàn)圖1。

由圖1可知，茯磚速溶茶隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，并在180 ℃時(shí)達(dá)到最大為17.8%；隨著進(jìn)風(fēng)溫度升高到200 ℃時(shí)，出粉率降低為11.2%；進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)低時(shí)，因?yàn)闊嵝市。诟稍锼?nèi)的霧滴含有的多糖等成分不能充分地干燥，容易黏附在干燥塔內(nèi)壁，造成干粉得率比較低[15]。進(jìn)風(fēng)溫度高于200 ℃時(shí)，出粉率急劇減少，這是由于料液中的糖類(lèi)物質(zhì)會(huì)發(fā)生焦糖化反應(yīng)，產(chǎn)生熱熔掛壁的現(xiàn)象，出粉率降低，且產(chǎn)品出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象而影響品質(zhì)[16]。結(jié)合茯磚速溶茶出粉率，選擇進(jìn)風(fēng)溫度170，180和190℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖1 不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)茯磚速溶茶出粉率的影響

2.1.2 物料流速對(duì)茯磚速溶茶出粉率及品質(zhì)的影響

物料流速?zèng)Q定物料在干燥室分離器、輸送機(jī)中的停留時(shí)間，同時(shí)還影響著物料霧化及液滴大小[17]。不同物料流速對(duì)茯磚速溶粉出粉率的影響分別見(jiàn)圖2。

由圖2可知，物料流速10%～20%時(shí)，茯磚速溶茶出粉率在物料流速20%時(shí)達(dá)到最大為16.23%；物料流速超過(guò)20%時(shí)，茯磚速溶茶出粉率逐漸降低為10.5%；這是因?yàn)槲锪狭魉僭礁撸谙嗤稍锍鲲L(fēng)溫度下，干燥尾氣的相對(duì)濕度越高，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的干燥失重隨之升高。結(jié)合茯磚速溶茶出粉率，物料流速選擇10%，15%和20%進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 不同物料流速對(duì)茯磚速溶茶出粉率的影響

2.1.3 風(fēng)機(jī)功率對(duì)茯磚速溶茶出粉率及品質(zhì)的影響

不同風(fēng)機(jī)功率對(duì)茯磚速溶茶出粉率及品質(zhì)的影響，分別見(jiàn)圖3。

噴霧干燥工作時(shí)，風(fēng)機(jī)功率與形成負(fù)壓有關(guān)，風(fēng)機(jī)功率越高，形成的負(fù)壓越大[15]。由圖3可知，風(fēng)機(jī)功率對(duì)茯磚速溶茶出粉率影響比較顯著；隨著風(fēng)機(jī)功率增高，茯磚速溶茶出粉率先增高后降低，在風(fēng)機(jī)功率為40 m3/h時(shí)出粉率為最大，達(dá)到15.8%。因此，選擇風(fēng)機(jī)功率30，40和50 m3/h進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖3 不同風(fēng)機(jī)功率對(duì)茯磚速溶茶出粉率的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，以進(jìn)風(fēng)溫度、物料流速、風(fēng)機(jī)功率3個(gè)因素，以出粉率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，影響茯磚速溶茶主要出粉率為C＞B＞A，即風(fēng)機(jī)功率＞物料流速＞進(jìn)風(fēng)溫度。茯磚速溶茶噴霧干燥最佳工藝條件為A2B2C2，即進(jìn)風(fēng)溫度180℃、物料流速15%、風(fēng)機(jī)功率40 m3/h，由于該正交試驗(yàn)中未出現(xiàn)最優(yōu)組合，因此對(duì)茯磚速溶茶最優(yōu)組合進(jìn)行3次試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，得到茯磚速溶茶出粉率為17.2%，高于正交試驗(yàn)的各個(gè)組合。在此條件下，所得的茯磚速溶茶成淡黃色，無(wú)結(jié)塊，口感佳，茯磚茶氣味濃郁，堆積密度為1.09 g/mL，含水量為5.19%。

表3 茯磚速溶茶噴霧干燥正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3 茯磚速溶粉外觀特征及理化特性

2.3.1 外觀特征

通過(guò)優(yōu)化的工藝組合干燥得到茯磚速溶茶，其外觀特征見(jiàn)表4。

表4 茯磚速溶茶外觀特征

2.3.2 不同溫度沖泡對(duì)茯磚速溶茶溶解性影響

取0.3 g優(yōu)化后的茯磚速溶茶，加入200 mL 80℃，20 ℃和10 ℃飲用水沖泡，結(jié)果表明，80 ℃熱水沖泡20 s內(nèi)速溶，茶香濃郁，湯色呈棕黃色；20 ℃常溫水沖泡50 s內(nèi)速溶，茶香稍淺，湯色呈黃色；10 ℃冷凍水沖泡45 s內(nèi)速溶，清涼解渴，淡淡的茶香，湯色呈淺黃色。

2.3.3 理化特性

茶多酚在茶湯中呈現(xiàn)苦澀味，是茶葉色香味物質(zhì)形成主要成分之一，也是重要組成部分[18-19]。游離氨基酸是構(gòu)成茶葉品質(zhì)尤其是茶湯滋味的重要化學(xué)成分，能增強(qiáng)茶湯的鮮爽度[20]。咖啡堿又名咖啡因，是構(gòu)成茶葉滋味的重要成分之一，是澀味的主要組成部分，咖啡堿是一種甲基黃嘌呤，是一種生物堿，在茶葉中的含量占2%～5%[21]。高玉萍等[22]試驗(yàn)研究表明不同速溶茶水分總量%～8%、茶多酚總量10%～40%、游離氨基酸總量2%～5%及咖啡堿總量4%～8%；由圖4可知，茯磚茶通過(guò)噴霧干燥技術(shù)制備茯磚速溶茶，營(yíng)養(yǎng)成分含量明顯增高（茶多酚27.6%、游離氨基酸3.4%、咖啡堿8%），符合工藝標(biāo)準(zhǔn)；水分5.19%小于6%，符合茶粉含水率的要求（GB/T 31740.1—2015《茶制品 第1部分：固態(tài)速溶茶》）。

圖4 茯磚茶與茯磚速溶茶理化性質(zhì)比較

3 結(jié)論與討論

隨著人們生活水平的提高及生活節(jié)奏的加快，速溶茶以其衛(wèi)生、方便、快速、定量等特點(diǎn)，順應(yīng)現(xiàn)代人快節(jié)奏生活工作和保健養(yǎng)生的需要。由于茯磚茶呈磚塊，且不方便攜帶，沖泡時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。試驗(yàn)采用噴霧干燥技術(shù)開(kāi)發(fā)茯磚速溶茶，通過(guò)單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化獲得最佳的噴霧干燥工藝參數(shù)：進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃、物料流速15%、風(fēng)機(jī)功率40 m3/h。通過(guò)該試驗(yàn)參數(shù)得的茯磚速溶茶水分為5.19%，出粉率為17.2%，茯磚速溶茶呈淡黃色且均勻細(xì)小，溶解性好，內(nèi)含物比較豐富，茶多酚含量為27.6%、游離氨基酸為3.4%、咖啡堿為8%。茯磚速溶茶可根據(jù)營(yíng)養(yǎng)和口感進(jìn)行不同配比的添加，開(kāi)發(fā)各種速溶飲料。

速溶茶加工的最后一道工序是干燥，對(duì)成品茶的品質(zhì)和外觀色澤起著決定性作用。常見(jiàn)的干燥方式有噴霧干燥和冷凍干燥技術(shù)。張靚等[17]在研究干燥方式對(duì)速溶茶品質(zhì)中表明，冷凍干燥的產(chǎn)品質(zhì)量更好，但是從加工成本來(lái)看，冷凍干燥投入多，能耗成本高的工藝，且生產(chǎn)效率也不及噴霧干燥。因此，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化噴霧干燥技術(shù)參數(shù)，為茯磚茶深加工提供參考。