響應(yīng)面優(yōu)化桂花烏龍茶飲料工藝探究

朱 堯，夏 雨，張 燕，喬祎瓊，王 曉，張永瑞*

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院茶學(xué)院，河南省豫南茶樹資源綜合開發(fā)重點實驗室，河南信陽 464000； 2.信陽市文新茶葉有限公司，河南信陽 464000）

桂花為木犀科木犀屬植物，既是具有食用價值的十大名花之一，又是一種極好的藥食兩用原料[1-2]。烏龍茶，又名青茶，屬半發(fā)酵茶，透明的琥珀色茶汁為其特色。烏龍茶主要產(chǎn)于我國福建、廣東和臺灣三省，由于產(chǎn)地、茶樹品種以及加工工藝的不同，其花色品種繁多[3]。我國是茶飲料的主要產(chǎn)銷國之一，茶飲料由于開發(fā)的時間較早，占據(jù)了較大的飲料市場[4]。在茶飲料的加工過程中，有許多熱加工工序會導(dǎo)致飲料的香氣熟化，從而影響茶飲料的整體品質(zhì)。旋轉(zhuǎn)錐體柱技術(shù)（Spinning Cone Column，SCC）是利用高效逆流液-氣接觸蒸餾裝置，提取揮發(fā)性成分的一種技術(shù)，因其高效、快速、產(chǎn)物香氣還原性好等特點，在食品、飲料等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。

本次研究原料為桂花和烏龍茶，通過單因素試驗和響應(yīng)面試驗，研制出一款在色澤、風(fēng)味和健康功能上都可以滿足人們需求的桂花烏龍茶飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鐵觀音：福建八馬茶業(yè)有限公司；酒石酸鉀鈉、磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀和硫酸亞鐵：天津市大茂化學(xué)試劑廠；碳酸氫鈉：安徽省肥東銀豐副食品廠；桂花SCC溶液、鐵觀音SCC溶液：杭州浙大百川生物食品技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：余姚市金諾天平儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；紫外分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；離心機(jī)：長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 桂花烏龍茶飲料的加工工藝流程

稱取桂花與鐵觀音→浸提→過濾（硅藻土過濾）→離心→添加SCC溶液→殺菌灌裝→快速冷卻→桂花烏龍茶飲料。

1.3.2 桂花烏龍茶飲料的加工工藝優(yōu)化

（1）單因素試驗。以感官評分為評價指標(biāo)，在浸提溫度為90 ℃、浸提時間為20 min的基礎(chǔ)上，考察茶水比（1∶50、1∶60、1∶75、1∶90和1∶100）；在茶水比為1∶75、浸提時間為20 min的基礎(chǔ)上，考察浸提溫度（60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃和100 ℃）；在茶水比為1∶75、浸提溫度為90 ℃的基礎(chǔ)上，考察浸提時間（10 min、15 min、20 min、25 min和 30 min）；在茶水比為1∶75、浸提時間為20 min、 浸提溫度為90 ℃的基礎(chǔ)上，考察桂花SCC溶液添加量（0 g·L-1、1 g·L-1、2 g·L-1、4 g·L-1、6 g·L-1）；在茶水比為1∶75、浸提時間為20 min、浸提溫度為90 ℃、桂花SCC溶液添加量為2 g·L-1的基礎(chǔ)上，考察鐵觀音SCC溶液添加量（0 g·L-1、1 g·L-1、2 g·L-1、4 g·L-1、6 g·L-1）對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響。

（2）響應(yīng)面試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選取浸提溫度（A）、桂花SCC溶液添加量（B）、鐵觀音SCC溶液添加量（C）為影響因素，感官評分指標(biāo)（Y）為評價指標(biāo)，利用Box-Behnken方法設(shè)計進(jìn)行3因素3水平試驗，試驗因素與水平見表1。

表1 因素與水平設(shè)計表

1.3.3 桂花烏龍茶飲料理化檢測

茶多酚按照《茶飲料》（GB/T 21733—2008）中的“酒石酸亞鐵法”；菌落總數(shù)按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》（GB 4789.2—2016）；大腸菌群按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 大腸菌群計數(shù)》（GB 4789.3—2016）中的“大腸菌群MPN（Most Probable Number）計數(shù)法”。

1.3.4 感官評價

采取線下打分的方式，邀請10位經(jīng)感官培訓(xùn)的專業(yè)人員對試驗成品從湯色（25%）、香氣（25%）、滋味（25%）、澄清度（25%）4個方面進(jìn)行感官審評，并進(jìn)行打分。具體評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 桂花烏龍茶飲料感官審評標(biāo)準(zhǔn)表

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

各數(shù)據(jù)均為3次測定的平均值，采用Origin 2019、SPSS 19.0和Excel 2019統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理作圖和統(tǒng)計學(xué)分析，采用Design-Expert 13進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計和分析，結(jié)果以“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 茶水比對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響

由圖1可知，茶水比能夠直接影響飲料的整體品質(zhì)。隨著茶水比的增加，飲料中所含的茶多酚呈顯著下降趨勢；感官評分呈先升后降的趨勢，在茶水比為1∶75時，感官評分最高為88.5分。因此，選擇1∶75的茶水比既能保證茶葉中的茶多酚充分溶出，又能使飲料整體品質(zhì)最好。

2.1.2 浸提溫度對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響

由圖2可知，隨著浸提溫度的升高，茶多酚的含量也逐漸增加；感官評分呈先升后降的趨勢，在浸提溫度為90 ℃時，感官評分最高為88.7分。升高浸提溫度，茶葉內(nèi)含物物質(zhì)的溶出會逐漸增加，尤其是呈現(xiàn)苦澀味的脂型兒茶素與咖啡堿能夠大量溶出，從而影響飲料的整體品質(zhì)。因此，有必要進(jìn)一步探究浸提溫度對飲料感官評分的影響。

圖1 茶水比對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響圖

圖2 浸提溫度對桂花烏龍茶飲料質(zhì)量的影響圖

2.1.3 浸提時間對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著浸提時間的增加，感官評分呈先升后降的趨勢，差異不顯著；浸提時間過短，茶葉中茶多酚的溶出率低，飲料湯色淺、滋味淡；浸提時間過長，茶葉中茶多酚的溶出率高，飲料湯色深、滋味重。因此，浸提時間為20 min既能保證茶葉中的茶多酚充分溶出，又能使飲料整體品質(zhì)最好。

圖3 浸提時間對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響圖

2.1.4 桂花SCC溶液添加量對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響

由圖4可知，添加桂花SCC溶液對飲料中茶多酚含量沒有顯著影響，主要是影響飲料的感官評分。隨著桂花SCC溶液添加量的增加，飲料的香氣濃度不斷提高，感官評分呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且差異性顯著。因此，感官評分并非隨著飲料香氣濃度的提高而不斷提高，需要進(jìn)一步探究桂花SCC溶液添加量對飲料感官評分的影響。

圖4 桂花SCC溶液添加量對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響圖

2.1.5 鐵觀音SCC溶液添加量對桂花烏龍茶飲料品質(zhì)的影響

由圖5可知，添加鐵觀音SCC溶液對飲料中茶多酚含量沒有顯著影響，主要是影響飲料的感官評分。隨著鐵觀音SCC溶液添加量的增加，飲料的香氣濃度不斷提高，感官評分呈現(xiàn)先增后減的趨勢，且差異性顯著。因此，感官評分并非隨著飲料香氣濃度的提高而不斷提高，需要進(jìn)一步探究鐵觀音SCC溶液添加量對飲料感官評分的影響。

圖5 鐵觀音SCC溶液添加量對桂花烏龍茶飲料 品質(zhì)的影響圖

2.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面模型和顯著性分析

根據(jù)表1的試驗因素與水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗，試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。利用Design-Expert 13軟件進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)分析，得到感官評分Y與自變量A、B、C的多元回歸方程為Y=92.17-0.7A-2.04B+2.91C+0.39AB-0.69AC+0.8175BC-2.64A2-0.1772B2-0.9647C2。

如表4所示，模型P值＜0.0001，失擬項P值＞0.05，因此該模型可以反映各因素對桂花烏龍茶飲料感官品質(zhì)的影響。該回歸模型決定系數(shù)R2=0.9973，校正系數(shù)R2adj=0.9939，說明該模型擬合度較好，進(jìn)一步說明能夠?qū)υ摴鸹觚埐栾嬃系母泄僭u分進(jìn)行很好的預(yù)測。根據(jù)一次項P值大小可以看出，一次項A、B、C對該飲料感官評分的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01）。根據(jù)一次項的F值大小，可以判斷出各試驗因素對桂花烏龍茶飲料感官品質(zhì)影響由大到小依次為鐵觀音溶液SCC添加量（C）＞桂花SCC溶液添加量（B）＞浸提溫度（A），因素AC、BC、A2、C2對桂花烏龍茶飲料感官評分影響極顯著（P＜0.01），因素AB對飲料感官品質(zhì)的影響為顯著水平（P＜0.05）。響應(yīng)面試驗?zāi)Ｐ皖A(yù)測的最佳釀工藝為浸提溫度96 ℃、桂花SCC溶液添加量1 g·L-1、鐵觀音SCC溶液添加量3.8 g·L-1。此時，桂花烏龍茶飲料感官審評得分的理論最大值為 93.16分。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果表

表4 多元回歸方程的方差分析表

2.2.2 回歸模型最優(yōu)試驗組合驗證

用桂花烏龍茶飲料的最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行3次平行試驗。選擇同樣的審評人員與審評方法，得到該飲料感官得分的平均值為92.87分，與預(yù)測值接近，說明模型擬合度較高。

2.3 桂花烏龍茶飲料理化指標(biāo)

用最優(yōu)工藝參數(shù)制成桂花烏龍茶飲料，測得茶多酚含量為（671±5.2）mg·L-1，菌落總數(shù)＜50 CFU·mL-1， 大腸桿菌未檢出，均符合《茶飲料》（GB/T 21733—2008）和飲料衛(wèi)生要求。

3 結(jié)論

本研究以感官評分指標(biāo)，通過單因素試驗和響應(yīng)面試驗優(yōu)化得到桂花烏龍茶飲料的最優(yōu)工藝條件為茶水比1∶75、浸提時間20 min、浸提溫度96 ℃、桂花SCC溶液添加量1 g·L-1及鐵觀音SCC溶液添加量3.8 g·L-1；此條件下，飲料湯色金黃明亮，桂花香清高濃郁，滋味醇厚可口。本研究為烏龍茶飲料的生產(chǎn)提供了理論和實踐基礎(chǔ)，為烏龍茶的深加工利用提供了新的方向。