響應(yīng)面法優(yōu)化速溶藤茶浸提工藝參數(shù)研究

倪 媛 李立祥 余紅軍 薛 晨 李 惠

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶葉生物化學(xué)與生物技術(shù)教育部，農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230036)

響應(yīng)面法優(yōu)化速溶藤茶浸提工藝參數(shù)研究

倪 媛 李立祥*余紅軍 薛 晨 李 惠

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶葉生物化學(xué)與生物技術(shù)教育部，農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230036)

本文以藤茶為試驗(yàn)材料，對比分析了速溶藤茶的浸提工藝參數(shù)。采用單因素試驗(yàn)考察浸提效果，響應(yīng)面設(shè)計(jì)(Response Surface Method,RSM)優(yōu)化茶水比、浸提溫度、浸提時(shí)間和粒度4因素對浸提效率（即總黃酮含量、水浸出物含量和游離氨基酸總量）的影響。在響應(yīng)面設(shè)計(jì)程序中分別定義總黃酮含量、水浸出物含量和游離氨基酸總量為第一、第二和第三指標(biāo)，根據(jù)分析結(jié)果得出最優(yōu)浸提方案為：茶水比1:25、浸提溫度為100℃、浸提時(shí)間為30min、茶葉粒度為20目，總黃酮、水浸出物和游離氨基酸總量一次浸出含量分別達(dá)到31.60%、42.74%和 2.93%。

速溶茶 浸提 藤茶 響應(yīng)面設(shè)計(jì)

藤茶是一種名貴珍稀的類茶植物，學(xué)名顯齒蛇葡萄(Ampelopsis Grassedentata)[1]，自古以來其嫩葉經(jīng)加工揉制、干燥被制成保健茶，可治療感冒發(fā)熱、咽喉腫痛、黃疸型肝炎、瘡癤等疾病[2-4]。近年來化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，藤茶中具有豐富的營養(yǎng)成分，包括17種天然氨基酸，8種人體必需氨基酸和多種特殊氨基酸如γ-氨基丁酸等；礦質(zhì)元素Se、Ca、Mg、Fe、Zn 等；黃酮類、龍涎香醇、楊梅素、β-谷甾醇和楊醇苷等[5-8]。另外，根據(jù)前期高效液相色譜檢測，藤茶咖啡堿含量很低，約為0.02%，對兒童、老年人、孕婦、心臟病人及神經(jīng)衰弱等特殊人群無限制，適合長期飲用。藤茶中最重要的活性成分為黃酮類化合物，含量可達(dá)44%，以二氫楊梅素含量為最高，可達(dá)38%，是目前國內(nèi)外發(fā)現(xiàn)的二氫黃酮類化合物含量最高的植物[9]。藥理實(shí)驗(yàn)表明，二氫楊梅素具有特殊的生物活性，如抗血小板凝集和血栓的形成、祛痰、消炎、止咳、降脂[10]，緩解酒醉反應(yīng)和促進(jìn)醒酒作用，另有研究證實(shí)二氫楊梅素對酒精所致的肝損傷具有保護(hù)作用[3,11]。

基于藤茶的醫(yī)藥保健功能，研制與開發(fā)集方便、營養(yǎng)、保健于一體的保肝解酒功能的速溶藤茶符合社會(huì)發(fā)展和市場需求。本文對速溶藤茶加工的浸提工藝進(jìn)行了研究，旨在為速溶藤茶產(chǎn)品獲得良好風(fēng)味和較高保健功能性成分奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料、儀器與設(shè)備

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

藤茶：鳳陽藤茶發(fā)展有限公司提供，產(chǎn)地：安徽鳳陽，粉碎后過篩，裝袋冷藏(-18℃)備用。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備

JFSO-100粉碎機(jī)，上海嘉定糧油儀器有限公司；AB104-N電子天平，梅特勒-托力多(上海)有限公司；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司；Vis7200可見分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 浸提指標(biāo)測定方法

總黃酮含量測定：三氯化鋁比色法[10]；水浸出物含量測定：GB/T 8305-2002；游離氨基酸：GB/T 8314-2002茚三酮比色法。

1.2.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以藤茶為試驗(yàn)原料，先對茶水比、浸提溫度、浸提時(shí)間和粒度四個(gè)因素以總黃酮含量為指標(biāo)，分別安排了四個(gè)單因素試驗(yàn)，旨在找到每個(gè)因素的較優(yōu)參數(shù)區(qū)間。其中，每個(gè)因素安排的水平數(shù)大于或等于五（詳見表1），每因素每水平試驗(yàn)重復(fù)三次，浸提指標(biāo)數(shù)據(jù)取三次重復(fù)試驗(yàn)的平均值，制圖1。

表1 浸提單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table1 Single Factor Test Design for Extracting

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用Design-Expert7.0軟件中Box-Behnken(BBD)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法，對茶水比、浸提溫度、浸提時(shí)間和粒度四因素（分別以 A、B、C、D 代碼表示）的低、中、高三個(gè)試驗(yàn)水平分別以-1，0，1進(jìn)行因素編碼，具體參見表2。

表2 因素水平編碼表Table2 The Code Table of the Factors and Levels

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素浸提效果分析

由圖1-A總黃酮含量（占干茶百分比）隨茶水比變化曲線和圖1-B總黃酮含量隨浸提溫度變化曲線可以看出，總黃酮含量隨著茶水比的加大和浸提溫度升高而分別增加；在茶水比為1∶25之后增加幅度變小，說明總黃酮提取已逐步接近平衡，盡管仍有增加的趨勢，但結(jié)合實(shí)際，加大溶劑量需加大設(shè)備的容積，大量的溶劑也會(huì)增加濃縮的成本，故在工藝提取中選擇茶水比為1∶25；隨浸提溫度的提高，總黃酮含量曲線在90℃后較為平穩(wěn)。

圖1 藤茶浸提時(shí)總黃酮含量隨不同茶水比(A)、浸提溫度(B)、浸提時(shí)間(C)、粒度(D)的變化曲線Fig.1 The Changes of Total Flavones with Different Ratio of Tea and Water(A),Extraction Temperature(B),Extraction Time(C)and Granularity(D)in Extraction of Ampelopsis Grassedentata

由圖1-C總黃酮含量隨浸提時(shí)間變化曲線可以看出，總黃酮含量隨著浸提時(shí)間的延長先增加后減少，30min為拐點(diǎn)，表明總黃酮已在30min內(nèi)提取完全，過長時(shí)間的高溫可能會(huì)造成黃酮類物質(zhì)的氧化損失，且不可口的酚類物質(zhì)和植物色素等組分會(huì)溶出，影響茶湯的營養(yǎng)性、色澤、口感和香氣。由圖1-D總黃酮含量隨粒度變化曲線可以看出，總黃酮含量隨粒度加大先降低后增加。在藤茶粒度為100目時(shí)，茶葉與水接觸面積大，總黃酮的溶出量較大；隨著藤茶粒度繼續(xù)增大，接觸面積變小而減小，此外粒度在80目至40目時(shí)果膠大量溶出，增加了茶湯的粘稠度，不利于可溶性物質(zhì)溶出，加大后續(xù)加工工藝如過濾的困難性；粒度增大至整葉時(shí)，果膠溶出減少，總黃酮含量增加。藤茶葉片較薄，整葉的總黃酮含量達(dá)到較大水平，稍加粉碎可溶性物質(zhì)即可較完全的溶出。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 設(shè)計(jì)方案和結(jié)果

根據(jù)前期單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，茶水比選擇1∶15、1∶20 和 1∶25 三個(gè)水平； 浸提溫度選擇 90℃、95℃和100℃三個(gè)水平；浸提時(shí)間選擇20、25和30min三個(gè)水平；藤茶粒度選擇20目、16目和整葉三個(gè)水平。以總黃酮含量、水浸出物含量和游離氨基酸總量為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。表3為響應(yīng)面設(shè)計(jì)的方案和結(jié)果。各響應(yīng)值的方差分析見表4～表6，求得響應(yīng)函數(shù)即回歸方程。

從表4、表5和表6的方差分析中可以看出模型P值均小于0.01，說明各響應(yīng)值對該模型是高度顯著的，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；失擬項(xiàng)均為不顯著，說明該回歸方程與試驗(yàn)擬合情況好，可以用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析；決定系數(shù)R2分別0.9575、0.9175、0.8895，表明其應(yīng)變量與全體自變量之間的多元回歸關(guān)系顯著，也說明該回歸方程對試驗(yàn)擬合情況較好，試驗(yàn)誤差小，因此可用該回歸方程對不同提取條件下三個(gè)響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測。方差分析結(jié)果也顯示出方程一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和交互項(xiàng)的顯著性，表明各具體試驗(yàn)因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案和結(jié)果Table3 Experimental Design and Results of the RSM

表4 方差分析表-總黃酮含量Table4 ANOVA for the Total Flavones

表5 方差分析表-水浸出物含量Table5 ANOVA for Water Extraction Content

表6 方差分析表-游離氨基酸總量Table6 ANOVA for the Total Free Amino Acid

由方差分析表4，根據(jù)F值檢驗(yàn)和概率P值可以看出，影響總黃酮含量的主次因素順序分別為：茶水比(A)、粒度(D)、浸提時(shí)間(C)和浸提溫度(B)，其中A、D和C為顯著影響因素，交互項(xiàng)AD、BC、BD都達(dá)到極顯著水平；由表5可以得出，影響水浸出物含量的主次因素順序分別為：A、C、B和D，其中A和C為極顯著影響因素，交互項(xiàng)AD、BC、AB達(dá)到顯著水平；由表6可以得出，影響游離氨基酸總量的主次因素順序分別為：A、B、D和C，其中A和B為極顯著影響因素，交互項(xiàng)AB、AD達(dá)到顯著水平。

藤茶速溶茶浸提試驗(yàn)中，各相應(yīng)值與茶水比(A)、浸提溫度(B)、浸提時(shí)間(C)和粒度(D)四因素之間的響應(yīng)面擬合方程為：

總黃酮=21.17+3.68A-0.015B+0.49C+1.19D-0.089AB-0.36AC-1.71AD+1.29BC-1.07BD-0.22CD-0.061A2+0.32B2+1.49C2+1.61D2

游離氨基酸=2.63+0.18A+0.11B+0.047C+0.047D-0.090AB+0.028AC-0.12AD-0.079BC-0.055BD+0.0010CD-0.026A2-0.076B2+0.0084C2-0.050D2

水浸出物=35.19+2.63A-0.40B+0.94C+0.12D+0.59AB-0.31AC-1.72AD+1.47BC-0.50BD-0.59CD-0.99A2-0.48B2+0.98C2+0.86D2

2.2.2 速溶藤茶浸提工藝條件的確定

依據(jù)Design-expert程序優(yōu)化選項(xiàng)（Optimiza-tion Choices)，定義三個(gè)響應(yīng)值的重要順序?yàn)椋嚎傸S酮含量、水浸出物含量和游離氨基酸總量，根據(jù)程序?qū)M合方程的求解與響應(yīng)面模型預(yù)測出速溶藤茶浸提的最佳工藝條件為：茶水比1∶24.99、浸提溫度100℃、浸提時(shí)間30min、粒度為20目，在此條件下，總黃酮含量、水浸出物含量和游離氨基酸總量的預(yù)測值分別為：31.24%、43.10%和2.89%。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)與結(jié)論

結(jié)合模型預(yù)測的最佳工藝條件，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整茶水比為1∶25，進(jìn)行三組平行驗(yàn)證試驗(yàn)并取平均值。結(jié)果為：總黃酮含量31.60%、水浸出物含量42.74%、游離氨基酸含量2.93%，可得驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測值接近，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型與試驗(yàn)結(jié)果可靠性。

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Study on Optimizing the Extracting Parameters to Instant Tea of Ampelopsis Grassedentata by the Response Surface Method

NI Yuan,LI Li-xiang,YU Hong-jun,XUE Chen,LI Hui
(Key Lab of Tea Biochemistry&Biotechnology,Ministry of Education and Ministry of Agriculture,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

Based on Ampelopsis Grassedentata as an experimental material,the paper comparatively analyzed the extracting parameters of its instant tea.The single factor experiment was used to investigate the extracting results,and the response surface method (RSM)was to optimize four factors(ratio of tea and water,extracting time and temperature,and granularity)by their effects on extracting efficiency(the total flavones,water extraction content and the total free amino acids).In the procedure of response surface design,the total flavones,water extraction content and the total free amino acids were defined as the first,second and third index,respectively,according to the data analysis the optimum extraction conditions were:ratio of tea and water at 1:25,the extraction temperature at 100℃,extraction time at 30 minutes,granularity at 20 mesh size,the first extracting contents of total flavones,the total free amino acids and water extraction reached at 31.60%,42.74%and 2.93%,respectivly.

Instant tea,Extraction,Ampelopsis Grassedentata,Response surface design

2011-02-19

倪媛(1987-)，女，安徽合肥人，碩士研究生，主要從事茶學(xué)與天然產(chǎn)物方向的研究。

*通訊作者：llx@ahau.edu.cn