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. 貴州大學生命科學學院/農業(yè)生物工程研究院，山地植物資源保護與保護種質創(chuàng)新教育部重點實驗室，山地生態(tài)與農業(yè)生物工程協同創(chuàng)新中心（貴陽 550025）；2. 貴州省農業(yè)科學院生物技術研究所（貴陽 550006）；3. 貴州省農業(yè)生物技術重點實驗室（貴陽 550006）

茯磚茶（Fuzhuan brick tea）屬于一種后發(fā)酵黑茶，具有獨特的品質和風味，已有超過600年的歷史，產銷量在黑茶市場中占據著重要地位[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]?！鞍l(fā)花”的實質是通過控制一定的外界條件促使微生物優(yōu)勢菌的生長繁殖，產生大量金黃色的閉囊殼，俗稱“金花”或“黃花”[5]?！敖鸹ā本臄盗亢皖w粒的飽滿度是決定發(fā)花品質的重要參數之一[6]。

噴霧干燥技術（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程中迅速蒸發(fā)料液中的水分，料液在極短時間內干燥成粉狀或細顆粒狀產品后，從干燥塔排出至旋風分離器，實現氣固分離，從而獲得干燥產品的一種干燥技術[7]。該技術具有干燥速度快、時間短、工藝簡單、控制方便、粉末均一性好等優(yōu)勢[8-9]，因而廣泛用于奶粉[10]、速溶咖啡[11]、果蔬粉[12-13]等產品的深加工，但對茯磚茶的深加工報道還較少。

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、農藥殘留少、易于調節(jié)濃淡或容易同其他食品調配等許多特點[14]，越來越受到青睞。茯磚茶主要以磚茶的模式進行銷售，且攜帶不方便及沖泡時間較長等問題。噴霧干燥技術不僅克服物料不能長時間儲存的特點，有效保留食品的原有營養(yǎng)價值，使一些物料便于包裝、使用和運輸，同時也簡化物料加工，保證健康安全。因此，試驗以茯磚茶為原材料，通過單因素正交試驗，以茯磚速溶粉出粉率、堆積密度及感官品質狀態(tài)為指標，探討進風溫度、風機功率及物料流速對茯磚速溶粉的影響，進而優(yōu)化其噴霧干燥工藝參數，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，產自湖南）；蒸餾水；甲醇；Na2CO3；NaOH；HCl，福林酚（Folin-Ciocalteu）；沒食子酸溶液；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 主要設備與儀器

煮茶壺；B-290噴霧干燥機（瑞士步琦有限公司）；多功能萬能粉碎機；各種規(guī)格的移液槍（Eppendorf）；SS-325型高壓滅菌鍋（日本TomyKogyo公司）；超純水系統（Purelab公司）；常溫冰箱（海爾集團）；-20 ℃低溫冰箱（海爾集團）；BSS300-WEI電子天平（德國賽多利斯）；電熱恒溫培養(yǎng)箱等。

1.3 試驗方法

1.3.1 噴霧干燥單因素試驗

選擇品質較好的茯磚茶。稱取茶葉200 g，按茶水比1∶20經熱水浸提1 h，過濾茶渣；重復上述操作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設置不同進風溫度、物料流速及風機功率，進行噴霧干燥，獲得茯磚速溶粉，測定出粉率，每個試驗重復3次。

表1 單因素試驗因素水平表

1.3.2 正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，以進風溫度、物料流速和風機功率3個因素，以出粉率為指標設計三因素三水平正交試驗，確定茯磚速溶茶噴霧干燥最優(yōu)工藝，正交試驗因素水平見表2。

表2 茯磚速溶茶噴霧干燥正交試驗因素水平表

1.4 外觀特征及理化性質檢測

1.4.1 出粉率的測定

噴霧干燥出粉率計算如式（1）。

1.4.2 外觀特征及不同沖泡方式對茯磚速溶粉溶解性及品質的影響

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感官品質檢測方法）；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，記錄溶解時間及感官品質狀態(tài)。

1.4.3 理化性質

水分測定，采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》；茶多酚測定，采用GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》；咖啡堿測定，采用GB/T 8312—2013《茶 咖啡堿測定》；游離氨基酸測定，采用GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》。

1.5 數據處理

每組試驗3次重復，結果取平均值。采用Excel和SPSS軟件進行數據的處理。

2 試驗結果

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 進風溫度對茯磚速溶茶出粉率及品質的影響

不同進風溫度對茯磚速溶茶出粉率及品質的影響，分別見圖1。

由圖1可知，茯磚速溶茶隨著進風溫度的升高呈現出先增加后降低的趨勢，并在180 ℃時達到最大為17.8%；隨著進風溫度升高到200 ℃時，出粉率降低為11.2%；進風溫度過低時，因為熱效率小，在干燥塔內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壁，造成干粉得率比較低[15]。進風溫度高于200 ℃時，出粉率急劇減少，這是由于料液中的糖類物質會發(fā)生焦糖化反應，產生熱熔掛壁的現象，出粉率降低，且產品出現焦糊現象而影響品質[16]。結合茯磚速溶茶出粉率，選擇進風溫度170，180和190℃進行正交試驗。

圖1 不同進風溫度對茯磚速溶茶出粉率的影響

2.1.2 物料流速對茯磚速溶茶出粉率及品質的影響

物料流速決定物料在干燥室分離器、輸送機中的停留時間，同時還影響著物料霧化及液滴大小[17]。不同物料流速對茯磚速溶粉出粉率的影響分別見圖2。

由圖2可知，物料流速10%～20%時，茯磚速溶茶出粉率在物料流速20%時達到最大為16.23%；物料流速超過20%時，茯磚速溶茶出粉率逐漸降低為10.5%；這是因為物料流速越高，在相同干燥出風溫度下，干燥尾氣的相對濕度越高，導致最終產品的干燥失重隨之升高。結合茯磚速溶茶出粉率，物料流速選擇10%，15%和20%進行正交試驗。

圖2 不同物料流速對茯磚速溶茶出粉率的影響

2.1.3 風機功率對茯磚速溶茶出粉率及品質的影響

不同風機功率對茯磚速溶茶出粉率及品質的影響，分別見圖3。

噴霧干燥工作時，風機功率與形成負壓有關，風機功率越高，形成的負壓越大[15]。由圖3可知，風機功率對茯磚速溶茶出粉率影響比較顯著；隨著風機功率增高，茯磚速溶茶出粉率先增高后降低，在風機功率為40 m3/h時出粉率為最大，達到15.8%。因此，選擇風機功率30，40和50 m3/h進行正交試驗。

圖3 不同風機功率對茯磚速溶茶出粉率的影響

2.2 正交試驗結果

根據單因素試驗結果基礎上，以進風溫度、物料流速、風機功率3個因素，以出粉率為評價指標，進行L9(34)正交試驗，正交試驗結果見表3。

由表3可知，影響茯磚速溶茶主要出粉率為C＞B＞A，即風機功率＞物料流速＞進風溫度。茯磚速溶茶噴霧干燥最佳工藝條件為A2B2C2，即進風溫度180℃、物料流速15%、風機功率40 m3/h，由于該正交試驗中未出現最優(yōu)組合，因此對茯磚速溶茶最優(yōu)組合進行3次試驗，結果取平均值，得到茯磚速溶茶出粉率為17.2%，高于正交試驗的各個組合。在此條件下，所得的茯磚速溶茶成淡黃色，無結塊，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結果

2.3 茯磚速溶粉外觀特征及理化特性

2.3.1 外觀特征

通過優(yōu)化的工藝組合干燥得到茯磚速溶茶，其外觀特征見表4。

表4 茯磚速溶茶外觀特征

2.3.2 不同溫度沖泡對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，結果表明，80 ℃熱水沖泡20 s內速溶，茶香濃郁，湯色呈棕黃色；20 ℃常溫水沖泡50 s內速溶，茶香稍淺，湯色呈黃色；10 ℃冷凍水沖泡45 s內速溶，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苦澀味，是茶葉色香味物質形成主要成分之一，也是重要組成部分[18-19]。游離氨基酸是構成茶葉品質尤其是茶湯滋味的重要化學成分，能增強茶湯的鮮爽度[20]?？Х葔A又名咖啡因，是構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，茯磚茶通過噴霧干燥技術制備茯磚速溶茶，營養(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%），符合工藝標準；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比較

3 結論與討論

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，順應現代人快節(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，沖泡時間長等問題。試驗采用噴霧干燥技術開發(fā)茯磚速溶茶，通過單因素試驗及正交試驗優(yōu)化獲得最佳的噴霧干燥工藝參數：進風溫度180 ℃、物料流速15%、風機功率40 m3/h。通過該試驗參數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小，溶解性好，內含物比較豐富，茶多酚含量為27.6%、游離氨基酸為3.4%、咖啡堿為8%。茯磚速溶茶可根據營養(yǎng)和口感進行不同配比的添加，開發(fā)各種速溶飲料。

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