響應(yīng)面優(yōu)化黑茶酒產(chǎn)品工藝

袁子杰，秦洋，楊鳳英，鄧志萍

1.邵陽學(xué)院食品與化學(xué)工程學(xué)院（邵陽 422000）；2.生態(tài)釀酒技術(shù)與應(yīng)用湖南省重點實驗室（邵陽 422000）

安化黑茶屬于后發(fā)酵茶，深受人們喜愛。安化黑茶具有降血壓[1]、抗氧化[2]、降血糖[3-5]、降血脂[6]、防心血管疾病[7]等多種保健作用。茶葉中的茶多酚，是茶葉保健功能和色澤口感的主要成分之一[8]。冠突散囊菌和紅曲霉菌均具有很好的保健功能[9-12]，并且它們的生長習(xí)性相近[13-14]。試驗使用的原料茶就是將冠突散囊菌和紅曲霉菌接種到安化黑茶上，所生產(chǎn)的新型黑茶，具有更好的保健功能。

茶酒制酒工藝可以歸納為三大類：配制法、浸泡法和釀制法[15]。采用浸泡法可以更好地讓茶葉中的營養(yǎng)物質(zhì)融入到酒中，從而使得成品酒具有更好的保健功能[16-19]。但浸泡法制作茶酒浸泡時間過長，導(dǎo)致成分增加。采用真空的輔助技術(shù)，可以在較低的浸泡溫度下，使茶葉中的營養(yǎng)物質(zhì)更快速地融入酒中，從而達(dá)到縮短時間和降低成本的目的[20]。目前真空輔助技術(shù)更多地用在中藥提取和干燥方面，幾乎沒有應(yīng)用在茶酒的制備上。

因此試驗采用真空輔助技術(shù)，以浸泡的方法生產(chǎn)黑茶酒，在不影響原料酒的基礎(chǔ)上，控制浸泡溫度、浸泡時間和浸泡轉(zhuǎn)速，以多酚質(zhì)量濃度為指標(biāo)，以感官評價為輔助指標(biāo)，探究黑茶酒最佳工藝條件，可以更高效、安全地生產(chǎn)黑茶酒。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

安化黑茶（購買于湖南省安化縣）；紅曲霉菌（北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)有限公司）；冠突散囊菌（北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)有限公司）。酒樣，22%vol米香型白酒（廣西天龍泉酒業(yè)有限公司）。新型黑茶（由實驗室制備所得）。

沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（合肥博美生物科技有限責(zé)任公司）；福林酚試劑（分析純，上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司）；Na2CO3（分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司）。

UV-2600紫外-可見分光光度計（龍尼克儀器有限公司）；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海雅榮生化設(shè)備儀器有限公司）；電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程與操作要點

安化黑茶→除雜→酶解→滅菌→引入冠突散囊菌和紅曲霉菌→發(fā)酵→干燥→黑茶

黑茶、22%vol米香型白酒→浸泡（真空處理）→抽濾→黑茶酒→指標(biāo)測定、感官評價

1) 浸泡：樣品在不同的料液比、時間、溫度和轉(zhuǎn)速下真空浸泡，在此過程中需要較為精準(zhǔn)地控制溫度，溫度過高會使得酒樣中酒精揮發(fā)出來，影響原料酒的品質(zhì)。

2) 抽濾：抽濾時過0.3 mm的濾膜，可有效地過濾掉固體成分，保證成品酒的口感。

1.2.2 確定料液比

當(dāng)浸泡溫度為30 ℃、浸泡時間為20 min、浸泡轉(zhuǎn)速為0 r/min時，以料液比1∶250，2∶250，3∶250，4∶250和5∶250（g/mL）進(jìn)行試驗，測定成品酒中多酚質(zhì)量濃度，并進(jìn)行感官評價。確定料液比，在后續(xù)的試驗中以固定的料液比進(jìn)行。

1.2.3 單因素試驗

料液比為4∶250（g/mL），采用真空浸泡的方法，探究不同浸泡時間（20，40，60，80和100 min）、不同浸泡溫度（22，26，30，34和38 ℃）、不同浸泡轉(zhuǎn)速（0，37.5，75，112.5和150 r/min）對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度以及感官評價的影響。每個試驗重復(fù)3次。

1.2.4 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以浸泡溫度（A）、浸泡時間（B）和浸泡轉(zhuǎn)速（C）作為自變量，以黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度為響應(yīng)值，設(shè)計三因素三水平的響應(yīng)面試驗。確定真空輔助浸泡法制備黑茶酒的最佳工藝條件。如表1所示。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗因素水平及編碼表

1.3 多酚質(zhì)量濃度測定

參照GB/T 8313—2018，采用福林酚法檢測多酚質(zhì)量濃度。福林酚試劑氧化茶多酚—OH基團(tuán)并顯藍(lán)色，最大吸收波長λ為765 nm，用沒食子酸作校正標(biāo)準(zhǔn)定量多酚質(zhì)量濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.058 8x+0.001 6（R2=0.998 4）。

1.4 感官評價方法

試驗所得黑茶酒感官評價參照韓珍等[21]的感官評價方法，以外觀（30分）、香氣（20分）、口感（40分）和風(fēng)格（10分）4個方面為標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗結(jié)果與分析

2.1.1 料液比

當(dāng)浸泡溫度為30 ℃、浸泡時間為60 min、浸泡轉(zhuǎn)速為0 r/min時，探究不同料液比對黑茶酒的多酚質(zhì)量濃度以及感官評分的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 不同料液比對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度（a）和感官評分（b）的影響

由圖1（a）可以看出，隨著料液比的增加，黑茶酒中的多酚質(zhì)量濃度也隨之增加，當(dāng)料液比為4∶250（g/mL）時，多酚質(zhì)量濃度增長速度達(dá)到最大，隨后增長速度相較于前面有明顯的下降。結(jié)合圖1（b），當(dāng)料液比為4∶250（g/mL）時，感官評價得分最高。料液比較高時，茶香會掩蓋酒香，感官評分降低，同理料液比較低時，酒香會掩蓋茶香，感官評分沒有4∶250（g/mL）時高。綜合考慮，選取料液比4∶250（g/mL）為后續(xù)試驗的料液比。

2.1.2 浸泡溫度

當(dāng)料液比為4∶250（g/mL）、浸泡時間為20 min、浸泡轉(zhuǎn)速為0 r/min時，探究不同浸泡溫度對黑茶酒的多酚質(zhì)量濃度以及感官評分的影響。結(jié)果見圖2。

由圖2（a）可以看出，隨著浸泡溫度的增加，黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度隨之上升，浸泡溫度繼續(xù)升高，在真空環(huán)境下，會達(dá)到原料酒的沸點，影響酒的品質(zhì)。結(jié)合圖2（b），當(dāng)浸泡溫度低于34 ℃時，感官評分不高，這是因為這個浸泡溫度不能使茶中的物質(zhì)更好地溶于酒中；當(dāng)浸泡溫度高于34 ℃時，茶香過重，掩蓋了酒的味道，導(dǎo)致感官評分下降。因此結(jié)合圖2（b），選擇浸泡溫度30~38 ℃進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗。

圖2 不同浸泡溫度對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度（a）和感官評分（b）的影響

2.1.3 浸泡轉(zhuǎn)速

當(dāng)料液比為4∶250（g/mL）、浸泡時間為20 min、浸泡溫度為30 ℃時，探究不同轉(zhuǎn)速對黑茶酒多酚質(zhì)量濃度以及感官評分的影響。結(jié)果見圖3。

由圖3（a）可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的增加，黑茶酒中的多酚質(zhì)量濃度也隨著增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速為150 r/min時，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大，多酚增長速度下降；結(jié)合圖3（b）的感官評分可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速為112.5 r/min時，感官評分最高。轉(zhuǎn)速高于或者低于112.5 r/min均會出現(xiàn)茶香掩蓋酒香或者酒香掩蓋茶香的情況，導(dǎo)致感官評價不如112.5 r/min。因此結(jié)合圖3（b），選擇轉(zhuǎn)速75~150 r/min進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗。

圖3 不同浸泡轉(zhuǎn)速對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度（a）和感官評價（b）的影響

2.1.4 浸泡時間

當(dāng)料液比為4∶250（g/mL）、浸泡溫度為30 ℃、轉(zhuǎn)速為0 r/min時，探究不同時間對黑茶酒的多酚質(zhì)量濃度以及感官評分的影響。結(jié)果見圖4。

圖4 不同時間對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度（a）和感官評價（b）的影響

由圖4（a）可以看出，隨著時間的增加，黑茶酒的多酚質(zhì)量濃度也隨著增加，在80 min時增長速度達(dá)到最大，隨后增長速度開始明顯下降；結(jié)合圖4（b）可以看出，在80 min時感官評分最高。當(dāng)時間低于80 min時，由于浸泡時間不足，茶葉中的物質(zhì)沒有更好地融入酒中，導(dǎo)致茶酒的感官評價沒有80 min高；當(dāng)時間高于80 min時，茶葉中的物質(zhì)融入量超過達(dá)到一定值，酒的味道更多地被茶香掩蓋，導(dǎo)致感官評價得分降低。因此結(jié)合圖4（b），選擇時間60~100 min進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，按照表1進(jìn)行響應(yīng)面試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

2.2.2 響應(yīng)面回歸模型的建立與分析

運用Design-Expert 8.0.5軟件，以A（浸泡溫度）、B（浸泡時間）和C（浸泡轉(zhuǎn)速）為因素，以（Y）多酚質(zhì)量濃度為響應(yīng)值進(jìn)行回歸擬合，得到二次多項回歸方程：

由表3可知：該模型F值為54.57，p值＜0.000 1，表示該回歸模型差異極顯著；失擬項p值0.064 3＞0.05，不顯著，表明回歸模型可以接受；模型決定系數(shù)R2=0.985 9，矯正系數(shù)Radj2=0.967 9，說明該回歸模型與試驗數(shù)據(jù)擬合程度高，可以用于黑茶酒的工藝優(yōu)化預(yù)測和分析。模型中A、B對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度的影響極顯著；C、BC、B2、C2對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度影響顯著。根據(jù)F值和p值，各因素對于黑茶酒多酚質(zhì)量濃度的影響程度為A（浸泡溫度）＞B（浸泡時間）＞C（浸泡轉(zhuǎn)速）。

表3 回歸模型的方差分析

2.2.3 響應(yīng)面試驗交互作用分析

根據(jù)響應(yīng)面試驗設(shè)計原理，三維曲線彎曲程度越大，表明兩因素交互作用對多酚質(zhì)量濃度的影響越顯著。等高線圖為三維曲線在底部的投影，若表現(xiàn)為圓形，則表示兩因素間對多酚質(zhì)量濃度的影響不顯著；若表現(xiàn)為橢圓，則表明兩因素間對多酚質(zhì)量濃度的交互影響顯著。各因素及其交互作用對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度的影響見圖5。

圖5 各因素交互作用對黑茶酒中多酚質(zhì)量濃度影響的響應(yīng)面圖

根據(jù)圖5（a，b）可以看出，當(dāng)浸泡時間不變時，多酚質(zhì)量濃度隨著浸泡溫度的增加而增加。當(dāng)浸泡溫度不變時，多酚質(zhì)量濃度隨著時間的增加而增加。浸泡溫度和浸泡時間兩因素的交互作用不顯著。浸泡溫度對于多酚質(zhì)量濃度的影響相較于浸泡時間更加顯著。根據(jù)圖5（c，d）可以看出，當(dāng)浸泡轉(zhuǎn)速不變時，多酚質(zhì)量濃度隨著浸泡溫度的增加而增加。當(dāng)浸泡溫度不變時，多酚質(zhì)量濃度隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。浸泡溫度和浸泡轉(zhuǎn)速之間的交互作用顯著，浸泡溫度對于多酚質(zhì)量濃度的影響相較于浸泡轉(zhuǎn)速更加顯著。根據(jù)圖5（e，f）可以看出，當(dāng)浸泡轉(zhuǎn)速不變時，多酚質(zhì)量濃度隨著浸泡時間的增加而增加。當(dāng)浸泡時間不變時，多酚質(zhì)量濃度隨著浸泡轉(zhuǎn)速的增加而增加，浸泡轉(zhuǎn)速和浸泡時間兩因素的交互作用不顯著，時間對于多酚質(zhì)量濃度的影響相較于轉(zhuǎn)速更加顯著。

2.2.4 響應(yīng)面驗證試驗

根據(jù)響應(yīng)面軟件分析出最佳工藝條件：浸泡溫度38 ℃、浸泡時間100 min、浸泡轉(zhuǎn)速118 r/min，模型預(yù)測多酚質(zhì)量濃度為61.733 μg/mL。在實際試驗中，根據(jù)響應(yīng)面得出的最佳工藝條件得出的實際結(jié)果為61.26 μg/mL，感官評分為94分，與預(yù)測結(jié)果基本吻合，因此采用響應(yīng)面法優(yōu)化黑茶酒工藝得到的工藝條件準(zhǔn)確可靠，可以用于實際操作。

3 結(jié)論

試驗以將冠突散囊菌和紅曲霉菌引入到安華黑毛茶上所生產(chǎn)的黑茶為原料，采用真空輔助技術(shù)生產(chǎn)黑茶酒，以浸泡時間、浸泡溫度和浸泡轉(zhuǎn)速為因素，設(shè)置3個因素水平，采用響應(yīng)面法對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果顯示，最佳工藝條件為料液比4∶250（g/mL）、浸泡溫度38 ℃、浸泡時間100 min、浸泡轉(zhuǎn)速118 r/min，黑茶酒中的多酚質(zhì)量濃度為61.26 μg/mL，感官評分為94分。試驗采用真空輔助技術(shù)生產(chǎn)黑茶酒擁有高效、快捷、經(jīng)濟(jì)的特點，可以為生產(chǎn)黑茶酒提供一定的理論依據(jù)。