酶輔助提取法制備寒蔥速溶茶的加工工藝

韓篷慧，李范洙，張先，趙鵬

延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院（延吉 133000）

寒蔥（Allium victorialisL.AV）學(xué)名為茖蔥，是百合科蔥屬多年生草本植物。寒蔥具有獨特的風(fēng)味及豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[1]，還含有含硫化合物、黃酮類化合物、甾體和皂苷等多種活性成分[2-5]，具有減緩皮膚衰老[6]、減肥[7]、抗菌消炎[8]、預(yù)防肝損傷[9]等功效。國內(nèi)外關(guān)于寒蔥的研究多為對其生長條件及藥理功能的研究，而對其加工產(chǎn)品的研究微乎其微，除了腌制和生食外基本無其他食用方式，因此開發(fā)新型方便快捷的寒蔥食品尤為重要[10]。

速溶茶是一種能迅速溶解于水的固體茶飲料，其萃取茶葉中的水溶性成分，加工成固態(tài)的產(chǎn)品形式，既可作為食品工業(yè)的配料使用，也可直接作為固體飲料使用[11]，具有健康、快捷、方便、衛(wèi)生等優(yōu)點，可實現(xiàn)即沖即飲，不留渣，方便與牛奶、白糖、香料、果汁等調(diào)制出各種風(fēng)味的飲品，因此在國際上得到快速發(fā)展。但是速溶茶的得率、風(fēng)味和澄清度是制約速溶茶行業(yè)發(fā)展和高品質(zhì)速溶茶開發(fā)的技術(shù)難題，所以出現(xiàn)很多速溶茶提取技術(shù)，其中酶技術(shù)可通過促進茶葉中不利及無效成分的有益轉(zhuǎn)化，改善速溶茶的感官品質(zhì)和穩(wěn)定性，能有效解決速溶茶得率低、冷溶性差、渾濁等問題，并且對于實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化、工業(yè)化、自動化提供幫助[12]。

因此，以寒蔥烘干粉為原料，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為主要參考指標(biāo)，研究酶法制備寒蔥速溶茶的加工工藝，并進一步分析寒蔥速溶茶的品質(zhì)，旨在為寒蔥的精加工提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑

寒蔥粉：新鮮寒蔥葉，摘自黑龍江林口市，無病蟲害、無腐爛變質(zhì)，經(jīng)過挑選、洗凈、晾干、55 ℃烘干，過0.600 mm孔徑（30目）篩，置于4 ℃冰箱中保存。

100000 U/g纖維素酶、100000 U/g木瓜蛋白酶（均為食品級，河南萬邦實業(yè)有限公司）；抗壞血酸（食品級）、異抗壞血酸鈉（食品級）、茚三酮（分析純）、對硝基苯酚（分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、福林酚（均為分析純，源葉生物科技有限公司）；碳酸鈉、硝酸鋁（均為分析純，北京試劑廠）。

1.1.2 儀器與設(shè)備

UV-7504紫外可見分光光度計（上海欣茂儀器有限公司）；MA45C紅外水分快速測定儀（德國賽得利斯）；FD-1A冷凍干燥機（北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司）；SZF-06C噴霧干燥機（浙江托普儀器有限公司）；CM-5色差儀（日本柯尼卡美能達公司）；等。

1.2 方法

1.2.1 寒蔥速溶茶酶輔助提取工藝流程

1.2.2 寒蔥速溶茶酶輔助提取試驗設(shè)計

以寒蔥速溶茶，即寒蔥鮮葉經(jīng)加工后所得的成品中的游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為依據(jù)，通過單因素試驗確定酶輔助提取溫度、酶輔助提取pH、蛋白酶添加量、纖維素酶添加量4個因素的最適范圍，根據(jù)單因素試驗結(jié)果設(shè)計L9(34)正交試驗，探究寒蔥速溶茶最優(yōu)提取條件。試驗因素水平見表1。

表1 寒蔥速溶茶酶輔助提取正交試驗因素水平表

1.2.3 干燥方法的選擇

以最佳提取工藝進行提取，將提取液濃縮后，分別進行冷凍干燥和噴霧干燥處理。噴霧干燥條件為進風(fēng)溫度160 ℃，出風(fēng)溫度60 ℃，按物料的8%添加β-環(huán)狀糊精。通過其色度、得率、活性物質(zhì)及感官評價的對比，確定最佳干燥方式。

1.2.4 理化指標(biāo)的測定方法

水分測定，參考GB 5009.3—2016；灰分測定，參考GB 5009.4—2016；粗纖維測定，中性洗滌法[13]；粗脂肪測定，參照GB/T 14772—2008；蛋白質(zhì)測定，參照GB/T 5009.5—2016；總糖測定，苯酚-硫酸法[14]；游離氨基酸測定，參考GB/T 8314—2013；總酚測定，福林酚試劑法[15]；總黃酮測定，分光光度法[16]；色度，用色差儀測定。

1.2.5 感官評價方法

采用描述性分析方法進行感官評價。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對試驗數(shù)據(jù)進行整理分析，數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示；數(shù)據(jù)使用SPSS 17.0進行顯著性差異分析（ANOVA），顯著水平p＜0.05；試驗均采用GraphPad Prism 8軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 寒蔥粉營養(yǎng)及活性成分分析

由表2可看出：寒蔥中營養(yǎng)物質(zhì)豐富，其中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達38.48%，類似于野生山蒜（鮮鱗莖中3.4 g/100 g）和山韭（鮮莖葉中3.7 g/100 g）中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17-18]，且粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)達21.85%，灰分和總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%；寒蔥中酚類和黃酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.42%和0.27%，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.57%，與韭菜（鮮嫩葉中含量0.778%）相似[19]。由于試驗進行速溶茶的提取，為確保盡可能多地將營養(yǎng)物質(zhì)提取出來，又考慮到寒蔥中成分特點，試驗確定用蛋白酶和纖維素酶進行酶解處理。

表2 寒蔥粉營養(yǎng)及活性成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 寒蔥速溶茶提取工藝研究

2.2.1 酶輔助提取單因素適宜作用范圍的確定

酶輔助提取溫度、pH、蛋白酶添加量和纖維素酶添加量4個因素對寒蔥速溶茶游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)量的影響如圖1所示。設(shè)定提取時間1.5 h、pH 5.5、蛋白酶和纖維素酶的添加量均為0.20%，酶解溫度60 ℃時，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到最高，為18.11%，所以適宜的酶解溫度范圍在55～65 ℃之間。

圖1 酶提取條件對寒蔥速溶茶游離氨基酸含量的影響

提取溫度60 ℃、提取時間1.5 h、蛋白酶和纖維素酶添加量分別為0.20%時，溶液pH為5.0，速溶茶中游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到最高，為16.82%，當(dāng)溶液pH為4.5，5.5和6.0時，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著差異，因此，選取pH 4.5，5.0和5.5進行下一步的正交試驗。

在提取溫度60 ℃、提取時間1.5 h、酶解pH 5.0、纖維素酶添加量0.20%條件下，蛋白酶添加量在0.35%以下時，隨著酶添加量增加，速溶茶游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)也逐漸增加；蛋白酶添加量0.35%時，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到最高，為18.36%。這可能是由于蛋白酶添加量在0.35%以下時，隨著蛋白酶添加量增加，酶與底物接觸機會增加，酶的催化效率也會逐漸升高，在蛋白酶添加量超過0.35%以后，由于蛋白酶添加量過多，底物濃度相對酶的含量達到飽和，導(dǎo)致蛋白酶的作用受到抑制。因此，蛋白酶適宜的添加量范圍為0.30%，0.35%和0.40%。

纖維素酶主要作用于細胞壁中的纖維素，對細胞壁起破壞作用促進內(nèi)含物的釋放[20]。在速溶茶提取過程中，纖維素酶能提高水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而促進氨基酸的溶出[21]。設(shè)定提取溫度60 ℃、提取時間1.5 h、酶解pH 5.0、蛋白酶添加量0.35%，纖維素酶添加量0.20%時，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到最高，為18.51%。添加量低于0.20%時，可能是由于纖維素酶的量不足，底物沒有充分反應(yīng)，細胞壁沒有完全溶解，阻礙蛋白酶與蛋白質(zhì)的反應(yīng)，所以隨著纖維素酶添加量增加，速溶茶游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢。試驗選取纖維素酶添加量0.15%，0.20%和0.25%作為正交試驗的3個水平。

2.2.2 酶輔助提取條件優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇酶解溫度、酶解pH、蛋白酶添加量及纖維素酶添加量為因素進行L9(34)正交試驗，試驗設(shè)計及結(jié)果如表3所示。從極差值可以看出，對茶中游離氨基酸含量影響大小順序為A＞B＞D＞C，根據(jù)k值可知，提高茶中氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最佳組合為A3B3C1D3，與正交試驗處理中氨基酸含量最高的組合A3B2C1D3不吻合，所以進行驗證試驗。

表3 正交試驗設(shè)計及結(jié)果表

驗證試驗結(jié)果（表4）顯示，A3B3C1D3和A3B2C1D3的游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒有顯著差異，同時得率也沒有顯著差異，所以選擇游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和得率稍微高的A3B2C1D3作為最優(yōu)組合，即寒蔥速溶茶最佳提取條件為提取溫度65 ℃、酶解pH環(huán)境5.0、蛋白酶添加量0.30%、纖維素酶添加量0.25%。

表4 驗證試驗結(jié)果 單位：%

2.2.3 寒蔥速溶茶適宜干燥方法的選擇

選擇噴霧干燥和冷凍干燥兩種方法對寒蔥速溶茶提取濃縮液進行干燥，由表5可知，噴霧干燥法處理的寒蔥速溶茶得率和游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于冷凍干燥處理，2種干燥方式處理的茶顏色差異較大，噴霧干燥法得到的寒蔥速溶茶L*值為91.45，顯著大于冷凍干燥的L*值64.29，a*值為-0.34，b*值為11.84，分別顯著小于冷凍干燥的茶a*值9.20和b*值26.53，噴霧干燥的寒蔥速溶茶顏色接近于白色，呈淡黃色，而冷凍干燥的寒蔥速溶茶顏色較暗，呈黃褐色。噴霧干燥的時候添加干燥助劑β-環(huán)狀糊精，因此可能導(dǎo)致2種干燥方法的茶顏色及游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異，得率的差異可能是因為噴霧干燥操作過程中損失較大而導(dǎo)致。對2種干燥方法處理的寒蔥速溶茶進行感官評價，結(jié)果顯示冷凍干燥的茶湯色明亮，寒蔥特有的香氣適宜且柔和，寒蔥辣味適中，無異味，且溶解性好；而噴霧干燥的茶溶解性較差，湯色略顯渾濁，有刺鼻的寒蔥氣味，辣味較大，味道強烈較難接受。這可能是噴霧干燥時添加的β-環(huán)狀糊精起到包絡(luò)各種化合物分子的作用，尤其是包絡(luò)了寒蔥中各種揮發(fā)性氣味，茶溶解的時候釋放出來的緣故。根據(jù)上述指標(biāo)的對比和干燥后的茶直接飲用的角度考慮，確認寒蔥速溶茶的冷凍干燥法優(yōu)于噴霧干燥法，因此后續(xù)的試驗對冷凍干燥樣品進行品質(zhì)分析。

表5 不同干燥方法的寒蔥速溶茶游離氨基酸、得率和色度的對比

2.3 寒蔥速溶茶品質(zhì)分析

2.3.1 寒蔥速溶茶理化指標(biāo)分析

按照上述試驗結(jié)果制備寒蔥速溶茶后，對其品質(zhì)進行分析，速溶茶理化指標(biāo)測定結(jié)果如表6所示。寒蔥速溶茶的水分和灰分分別為3.74%和19.04%，總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.53%，酚類和黃酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.23%和0.60%，游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.52%。寒蔥速溶茶的冷溶性和熱溶性都非常好，其灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合GB/T 31740.1—2015固態(tài)速溶茶中冷溶型綠茶理化指標(biāo)的規(guī)定，但是酚類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯少于國標(biāo)中所要求的茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這主要是原材料的差異所導(dǎo)致。作為原料的寒蔥粉中酚類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅1.42%，且在茶提取過程中由于各種因素的影響，可能沒有充分地提取或一些成分被破壞導(dǎo)致速溶茶中總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。

表6 寒蔥速溶茶理化指標(biāo)

2.3.2 寒蔥速溶茶氨基酸分析

由表7可知：寒蔥速溶茶中共檢測出16種氨基酸，與其原料寒蔥粉的氨基酸種類相一致，但其質(zhì)量分?jǐn)?shù)有差異，茶中16種氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于原料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；含有7種人體必須氨基酸，速溶茶中人體必須氨基酸總量為141.81 mg/g，占氨基酸總量的57.84%，其中Thr、Lys、Leu、Phe和Val質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為20 mg/g以上，Met質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為4.25 mg/g。

表7 寒蔥速溶茶與寒蔥烘干粉中氨基酸種類和含量對比 單位：mg/g

氨基酸不僅具有各種生理功能，還在食品的呈味方面扮演重要角色。寒蔥速溶茶中呈鮮味和酸味的氨基酸有Glu，為18.63 mg/g，占氨基酸總量的7.60%；呈甜味的氨基酸有Ser、Ala、Gly、Thr和Asp，共63.42 mg/g，占總量的25.87%；呈苦味的氨基酸[22]有Ile、Leu、Phe、Val、His和Arg，共112.79 mg/g，占總量的46.00%。雖然寒蔥速溶茶中呈鮮味和酸味的氨基酸較少，呈苦味氨基酸較多，但氨基酸之間的相互作用賦予寒蔥速溶茶的獨特口味。

3 結(jié)論

經(jīng)過單因素試驗和正交試驗確定了寒蔥速溶茶的最佳提取工藝：在料水比1∶40（g/mL）、pH 5.0環(huán)境下各添加0.30%蛋白酶和0.25%纖維素酶，在溫度65℃下提取1.5 h，把提取濃縮液進行冷凍干燥，在此條件下提取率為40.31%。

在最佳工藝條件下制備的寒蔥速溶茶既可為熱溶型速溶茶也可為冷溶型速溶茶，茶湯明亮，有寒蔥獨特香氣；茶的酚類和黃酮類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.23%和0.60%，灰分和水分分別為19.04%和3.74%，灰分和水分符合國標(biāo)中固態(tài)速溶茶理化指標(biāo)的規(guī)定。寒蔥速溶茶的游離氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.52%，共含有16種氨基酸，其中包含7種人體必需氨基酸，占氨基酸總量的57.84%。

寒蔥速溶茶的開發(fā)可為消費者提供健康飲品，同時也有利于寒蔥附加值的提高。