響應面法優化超聲輔助提取磨鍋茶香料浸膏工藝

席鵬飛，占小林，鄧麗娟，包秀萍，劉煜宇

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南鄭州450001；2.云南瑞升煙草技術（集團）有限公司，云南昆明650106；3.江西中煙工業有限責任公司技術中心，江西南昌330096；4.江西中煙工業有限責任公司南昌卷煙廠，江西南昌330096）

磨鍋茶是云南省騰沖市特產，屬炒青綠茶系列，其嗅香濃郁、口感甘醇回味、湯色黃綠明亮、葉底柔嫩翠綠[1]。超聲波技術在香料提取中可以降低溫度，減少有效成分因高溫劣變的可能。有關報道研究了超聲波技術輔助提取綠茶等茶葉的茶多糖、總黃酮、茶多酚、咖啡因等成分[2-14]，但是對磨鍋茶香料浸膏的超聲波輔助提取及其揮發性致香成分的文獻鮮見報道。本文通過響應面法[15-16]優化確定了磨鍋茶的最佳超聲波輔助提取條件，并用氣相色譜-質譜法對揮發性致香成分進行分析和鑒定，為茶葉類香料開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

磨鍋茶：市售；95%乙醇（食品級）：云南汕滇藥業有限公司；無水硫酸鈉（AR）：廣東汕頭市西隴化工廠；二氯甲烷（AR）：天津市博迪化工有限公司。

1.2 儀器與設備

CTXNW-100L型組合式循環超聲提取裝置：北京市弘祥隆超聲儀器公司；Agilent 6890N/5975氣相色譜-質譜聯用儀：美國安捷倫公司；BUCHIR-3000型旋轉蒸發儀：瑞士BUCHI公司；SHZ-D（Ⅲ）同時蒸餾萃取裝置：昆明助招玻璃儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 提取方法

磨鍋茶粉以乙醇為溶劑，以超聲波功率（400 W～800 W）、乙醇體積分數（50%～90%）、提取時間（30 min～90 min）為3個考察因素，考察超聲波輔助提取的萃取率，通過旋轉蒸發儀減壓蒸餾回收溶劑，濃縮后為浸膏。

1.3.2 響應面法試驗設計

根據有關資料和預備單因素試驗[17-18]，以超聲波功率、乙醇體積分數和提取時間為主要影響因素，以測得磨鍋茶香料浸膏樣品的萃取率為考察指標，利用響應面法的Box-Behnken設計，進行試驗，因素水平見表1。

表1 試驗因素水平編碼Table 1 Factors and levels of the experiment

萃取率計算公式如下。

1.3.3 氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析條件

色譜條件為TR-5MS色譜柱，60 m×0.25 mm×0.25 μm，載氣：氦氣（99.999%），進樣量：1 mL，分流比：15∶1，柱流速：恒流 0.8 mL/min，程序升溫：初始溫度80℃，保持2 min，以3℃/min的速率升至240℃，保持30 min。傳輸線溫度：250℃；進樣口溫度：250℃。

質譜條件為EI能量：70 eV，溶劑延遲：6 min，掃描離子范圍：50 amu～650 amu，定性分析：采用 NIST08 質譜譜庫檢索，定量分析：采用歸一化法。

2 結果與分析

2.1 響應面試驗結果及分析

2.1.1 響應面試驗結果

按照響應面法Box-Behnken的試驗方案進行三因素三水平試驗，結果見表2。試驗方案的15個試驗點中包括 12個析因點（1～12）及 3個中心點（13～15），以磨鍋茶香料浸膏的萃取率Y作為響應面分析的響應值。

表2 試驗設計及結果Table 2 Experimental design and results

2.1.2 響應面試驗結果分析

對表2試驗數據進行多元回歸擬合，得到磨鍋茶香料浸膏萃取率（Y）對超聲波功率（X1）、乙醇體積分數（X2）和提取時間（X3）的二次多項回歸方程為Y=-133.67187+0.19975X1+2.02000X2+1.13583X3+1.10625×10-3X1X2-2.083 33×10-4X1X3-4.166 67×10-4X2X3-1.953 12×10-4X12-0.017 281X22-7.875 00×10-3X32。

該二次回歸方程方差分析結果和回歸方程系數顯著性檢驗結果見表3。

由表3數據可以看出，該模型統計學意義上差異極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著，說明沒有未知因素對試驗結果干擾。模型的決定系數R2為0.982 5，修正決定系數R2為0.951 1，大于0.9，說明該模型與實際情況擬合較好，可用于分析和預測超聲波輔助萃取磨鍋茶的實際情況。

表3 回歸方程模型的方差分析結果Table 3 Variance analysis results of the regression equation model

由表3可知，一次項X1和X2差異極顯著（P＜0.01），X3差異不顯著。說明超聲波功率和乙醇體積分數對磨鍋茶香料浸膏萃取率有極顯著影響，而提取時間影響不顯著。 二次項 X12、X22和 X32均為極顯著水平（P＜0.01）。交互項X1X2差異極顯著（P＜0.01），說明這2個因素交互作用對磨鍋茶香料浸膏萃取率有極顯著影響。

三因素交互作用對磨鍋茶香料浸膏萃取率的響應面分析結果見圖1～圖2。

圖1 超聲波功率和乙醇體積分數對萃取率的響應面分析Fig.1 Response surface analysis on ultrasonic power and ethanol content on the extraction rate

圖2 超聲波功率和乙醇體積分數對萃取率的等高線Fig.2 Contour map of ultrasonic power and ethanol content on the extraction rate

2.1.3 驗證試驗

根據響應面法得出最優條件為超聲波功率682.47 W、乙醇體積分數81.16%和提取時間57.33 min，為了方便操作，將條件根據實際情況調整為超聲波功率700 W、乙醇體積分數80%和提取時間60 min，進行3次驗證試驗，得到磨鍋茶香料浸膏萃取率的平均值為51.85%，與預測值52.21%接近，這說明該模型是較可靠的，響應面法適用于對磨鍋茶香料浸膏的超聲波萃取工藝進行回歸分析和參數優化。

2.2 磨鍋茶香料浸膏樣品的揮發性成分分析

磨鍋茶香料浸膏揮發性成分總離子流圖見圖3。

圖3 磨鍋茶香料浸膏揮發性成分的總離子流圖Fig.3 Gas chromatogram of volatile compositions in the perfume of Moguo tea concrete

GC-MS分離鑒定出的磨鍋茶香料浸膏揮發性成分見表4。

據表4可知，磨鍋茶香料浸膏的揮發性成分共鑒定出54種化合物，所得質譜圖經計算機質譜數據庫檢測與標準圖譜核對，主要的致香成分含量為植醇（25.200 μg/g）、芳樟醇（6.873 μg/g）、新植二烯（3.670 μg/g）、α-松油醇（3.248 μg/g）等。

表4 磨鍋茶香料浸膏揮發性化學成分Table 4 The volatile compositions in the perfume of Moguo tea concrete

續表4 磨鍋茶香料浸膏揮發性化學成分Continue table 4 The volatile compositions in the perfume of Moguo tea concrete

3 結論

磨鍋茶香料浸膏超聲波輔助提取工藝的最佳條件為超聲波功率700 W、乙醇體積分數80%和提取時間60 min，萃取率為51.85%，該方法優化結果可靠。

揮發性成分分析結果表明超聲波提取工藝制備的磨鍋茶香料浸膏中含有大量的致香成分，如植醇、芳樟醇、新植二烯、α-松油醇等，具有顯著的青茶香氣和香味，是一種高品質的香料浸膏。