陳香普洱茶凈油分子蒸餾工藝的響應面法優化

劉煜宇，包秀萍，羅海濤，鄒恩凱，邵燈寅，何力

1. 云南瑞升煙草技術（集團）有限公司（昆明 650106）；2. 江西中煙工業有限責任公司技術中心（南昌 330096）

普洱茶具有滋味醇厚回甘、香氣帶陳香的獨特品質特點。香氣是茶葉最重要的品質之一，茶葉香氣物質具有獨特的風格特征，在香精香料行業上有廣闊的應用前景，其中普洱茶香氣深受消費者喜愛，可以用于開發茶葉精油面膜、茶葉精油香水和食品添加劑等[1-5]。國內外關于普洱茶香氣成分的研究文獻較多，主要是集中于普洱茶香氣成分和礦質元素等檢測分析方法研究[6-14]，普洱茶提取物的抗氧化活性研究[15]，以及優化發酵工藝提高茶葉品質[16-20]，但對開發陳香普洱茶香料凈油的報道鮮見。茶葉香氣成分的精細化提取分離技術，能夠最大限度地保留茶葉致香成分的質量。目前采用的超臨界CO2萃取技術[21-22]得到的茶葉香樹脂氣味濃郁，然而含有較多的脂溶性色素成分，影響產品的外觀和品質。超臨界CO2萃取-分子蒸餾技術[23-24]在高級香料制備方面具有獨特的優勢，所制備的分子蒸餾凈油香氣品質顯著優于普通產品。通過響應面法[25-27]優化，確定普洱茶凈油的最佳分子蒸餾條件，并用氣相色譜-質譜法對揮發性致香成分進行分析和鑒定，分析結果為茶葉類高檔次香料開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

陳香普洱茶原料（云南茶葉市場）；CO2（純度99.5%，昆明梅塞爾公司）；φ（乙醇）=95%（食品級）；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）。

HA220-50-06型超臨界流體萃取裝置（江蘇省南通市華安超臨界萃取有限公司）；KDL-5型分子蒸餾設備（德國UIC公司）；7890A/5975C型氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent公司）；BUCHIR-3000型旋轉蒸發儀（瑞士BUCHI公司）。

1.2 方法

1.2.1 超臨界CO2萃取普洱茶油樹脂的制備

普洱茶原料超臨界條件：萃取壓力30 MPa，萃取溫度45 ℃，CO2流量25 kg/h，萃取時間3.0 h。所得普洱茶油樹脂為棕黑色黏稠液體。萃取率為2.88%，用于下一步的分子蒸餾純化。

1.2.2 分子蒸餾純化制備普洱茶凈油

將超臨界萃取所得的普洱茶油樹脂裝入進料瓶中，在冷阱中注入液氮并運行真空泵，在刮膜速度300 r/min、進料速度1 mL/min、冷卻水溫度5 ℃，進料溫度50 ℃條件下，根據試驗設計設定所需的蒸餾溫度和蒸餾壓力，進行分子蒸餾。收集紅黃色餾出物即為凈油，稱其質量，并按式（1）計算得率。

1.2.3 響應面法試驗設計

在單因素試驗基礎上，以分子蒸餾的蒸餾溫度和蒸餾壓力為主要參數，以普洱茶凈油得率為考察指標，利用響應面法的中心復合設計（CCD），進行兩因素五水平試驗，具體見表1。

表1 試驗因素水平編碼

1.2.4 GC-MS分析條件

色譜條件：TR-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為氦氣（99.999%），進樣量1 mL，分流比15∶1，柱流速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：EI能量70 eV，溶劑延遲6 min，掃描離子范圍50~650 amu，定性分析采用NIST08質譜譜庫檢索，定量方法采用內標法。

2 結果與討論

2.1 響應面試驗結果及分析

2.1.1 響應面試驗結果

按照響應面法中心復合設計（CCD）試驗方案進行兩因素五水平試驗，13個試驗點結果見表2。

2.1.2 響應面試驗結果分析

根據表2數據，得到普洱茶凈油得率（Y）對分子蒸餾溫度（X1）和壓力（X2）的二次多項回歸方程模型：

表2 試驗設計及結果

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。兩因素交互作用對普洱茶凈油得率的響應面分析結果見圖1~圖2。

由表3，圖1和圖2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0.970 2，修正決定系數R2為0.948 9，大于0.9，說明模型能解釋普洱茶凈油得率響應值的變化。該模型與實際情況擬合較好，可用于分析和預測分子蒸餾普洱茶凈油的實際情況。由表3可知，X1和X2交互項差異顯著（p＜0.05），說明2個因素交互作用對普洱茶凈油得率有顯著影響。

圖2 蒸餾溫度和蒸餾壓力對凈油得率的等高線

表3 回歸方程模型的方差分析結果

圖1 蒸餾溫度和蒸餾壓力對凈油得率的響應面分析

2.1.3 驗證試驗

對方程最優條件（蒸餾溫度89.13 ℃，蒸餾壓力181.55 Pa）進行驗證（實際采用蒸餾溫度90 ℃，蒸餾壓力180 Pa），普洱茶凈油得率的平均值為62.82%，與優化后的回歸方程求解得到的預測值64.39%接近，這說明響應面優化模型適用于對普洱茶凈油的分子蒸餾工藝的回歸分析和參數優化。

2.2 普洱茶凈油樣品的揮發性成分分析

GC-MS分離鑒定出的普洱茶凈油揮發性成分見表4。普洱茶凈油的揮發性成分共鑒定出64種化合物，主要的致香成分（相對于茶葉）為棕櫚酸（24.733 μg·g-1）、1, 2, 3-三甲氧基苯（8.008 μg·g-1）、植醇（7.010 μg·g-1）、1, 2, 4-三甲氧基苯（3.457 μg·g-1）、苯乙醛（2.443 μg·g-1）、順式芳樟醇氧化物（1.450 μg·g-1）、苯乙醇（1.314 μg·g-1）、二氫獼猴桃內酯（1.566 μg·g-1）等。其中，棕櫚酸具有泥土氣息和類似于人參的香氣。植醇表現出茶葉清鮮淡然和諧優雅的清香。1, 2, 3-三甲氧基苯和1, 2, 4-三甲氧基苯是普洱茶陳香的核心功能組分。芳樟醇具有鮮爽型花香，苯乙醇具有玫瑰花香氣，它們都增加了普洱茶花香。二氫獼猴桃內酯則對普洱茶木香貢獻較大。

表4 普洱茶凈油揮發性化學成分

3 結論

預測模型分析及失擬檢驗表明試驗所得的得率預測模型與試驗數據擬合度良好，試驗誤差小，同時還說明響應面設計適用于陳香普洱茶凈油分子蒸餾工藝優化。試驗采用綠色工藝，將超臨界CO2萃取得到的棕黑色油樹脂進行分子蒸餾，從而得到紅黃色、狀態好、無溶劑殘留的精制產品，較好保持了普洱茶的茶香風格和陳香特征。揮發性成分分析結果表明分子蒸餾普洱茶凈油中含有大量的致香成分，如棕櫚酸、1,2, 3-三甲氧基苯、植醇、1, 2, 4-三甲氧基苯等，具有顯著的陳香普洱茶香氣和滋味，是一種高檔次的茶香凈油。