香茅草固態(tài)速溶茶的研制及風(fēng)味分析

黃思，楊丞琳，劉麗萍，趙存朝

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650201；2.昆明生物制造研究院有限公司，云南 昆明 650201；3.云南省高原特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)研究院，云南 昆明 650201；4.云南省特色資源食品生物制造工程研究中心，云南 昆明 650201）

香茅草又名包茅、茅香、大風(fēng)茅、檸檬草等，是一種多年生草本植物[1]，屬于禾本科香茅屬。香茅草廣泛分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)，在我國較集中分布于云南、廣東、廣西、海南、四川、浙江等地[2]。香茅草味甘性溫[3]，有疏風(fēng)通絡(luò)[4]、溫中止痛、醒腦[5]、止瀉、降壓利尿的功效[6]。我國云南少數(shù)民族地區(qū)，除了把香茅草作為一種食物調(diào)料，還把香茅葉片經(jīng)烘干、扭折等操作步驟制成特殊的香茶，形成地區(qū)獨(dú)特的民族茶品[7]；在非洲地區(qū)，居民也用香茅草熬煮湯汁治療感冒引起的發(fā)熱；在巴西、阿根廷等南美洲國家，已經(jīng)以香茅為原料開發(fā)出了清熱解毒保健茶[8-10]?；谙忝┎莺徒疸y花含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分、具有保健功能的特點(diǎn)，以云南產(chǎn)地的香茅草和金銀花為原料，對(duì)香茅草、金銀花進(jìn)行調(diào)配，以金銀花的甘甜味中和香茅草的辛辣味，研制出一種風(fēng)味獨(dú)特營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的香茅草茶固體飲料，促進(jìn)香茅草和金銀花資源的開發(fā)和利用。速溶茶[11-15]具有使用方便和清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，但“香低、色暗、味差”的品質(zhì)特點(diǎn)是其只能做調(diào)配料的問題關(guān)鍵，亟待通過明晰茶葉風(fēng)味品質(zhì)浸出和轉(zhuǎn)化機(jī)制，進(jìn)而建立現(xiàn)代高品質(zhì)速溶茶加工技術(shù)體系。香茅草固體飲料的開發(fā)，豐富了高品質(zhì)速溶茶種類，以期為速溶茶產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香茅草：采摘于云南西雙版納；金銀花：市售；葡萄糖：昆明豐源食品有限公司；氫氧化鈉：天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；堿性酒石酸銅甲液、乙液：北京華科盛精細(xì)化工廠產(chǎn)品貿(mào)易有限公司；次甲基藍(lán)：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

離心機(jī)（L720R-3）：浙江塞德儀器設(shè)備有限公司；噴霧干燥機(jī)（SP-1500）：上海順儀實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；電子天平（WT2002）：杭州萬特衡器有限公司；無菌操作臺(tái)（SW-CJ-IF）：上海鼎科科學(xué)儀器有限公司；立式高壓滅菌鍋（GMSX-280）：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)（DHG-9140A）、生化培養(yǎng)箱（LRH-150F）：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；箱式電阻爐（SX-4-10T）：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；電子鼻（PEN3）：德國AIRSENSE 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

配料：稱取香茅草、金銀花按7∶3 的質(zhì)量比混合，加水混合浸提，原輔料與水的料液比為1∶15（g/mL），調(diào)配后測(cè)混合液的可溶性固形物含量。

提取：第2 次浸提采用1∶10（g/mL）的料液比。

FH患者左主干、左前降支、左回旋支和右冠狀動(dòng)脈病變的發(fā)生率均高于非FH患者，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。FH患者以雙支病變?yōu)橹?67.57%)，非FH患者以單支病變?yōu)橹?87.23%)，構(gòu)成比分析顯示FH患者和非FH患者在血管病變數(shù)目上的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見表5。

離心：4 000 r/min 離心20 min。

噴霧干燥：在進(jìn)出口溫度分別為175、80 ℃，進(jìn)料速度為70 mL/h 的條件下進(jìn)行噴霧干燥。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

選取香茅草添加量（600、650、700、750、800 g）、金銀花添加量（200、250、300、350、400 g）、料液比[1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/mL）]、進(jìn)風(fēng)口溫度（165、170、175、180、185 ℃）為單因素，以感官評(píng)分為指標(biāo)，考察各因素對(duì)香茅草速溶茶品質(zhì)的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)合中心組合（Box-Behnken）的試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以香茅草固態(tài)速溶茶粉的感官評(píng)分為響應(yīng)值，選取感官評(píng)分影響較為顯著的香茅草添加量、金銀花的添加量、料液比和進(jìn)風(fēng)口溫度確定香茅草固態(tài)速溶茶的最佳工藝。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平Table 1 Levels and factors of response surface design

1.3.5 感官評(píng)分

由10 位食品專業(yè)的同學(xué)組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)香茅草固態(tài)速溶茶進(jìn)行感官品評(píng)。評(píng)價(jià)指標(biāo)包括色澤、氣味、組織狀態(tài)、口感4 個(gè)方面，其中氣味、口感各占25 分，色澤、組織狀態(tài)分別占20、30 分，滿分100 分，最后得分取算術(shù)平均值。香茅草固態(tài)速溶茶感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 香茅草固態(tài)速溶茶感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria for lemongrass instant tea

1.3.6 理化及微生物檢測(cè)

1）溶解時(shí)間的測(cè)定：取常溫礦泉水250 mL，記錄1 g 香茅草固態(tài)速溶茶從加入水中開始到速溶茶全部溶解所需要的時(shí)間。

2）得粉率的測(cè)定公式如下。

X=（A/B）×100

式中：X為得粉率，%；A為噴霧干燥后收集的粉末質(zhì)量，g；B為噴霧干燥前料液的總固形物含量，g。

3）水分含量的測(cè)定：參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》[17]；灰分含量的測(cè)定：參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》[18]；還原糖含量的測(cè)定：參照GB 5009.7—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中還原糖的測(cè)定》[19]；微生物檢測(cè)：采用平板菌落計(jì)數(shù)法，參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》[20]和GB 4789.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》[21]。

1.3.7 電子鼻檢測(cè)

參考李澤林等[16]的方法并略作修改，先將噴霧干燥得到的樣品過一次60 目篩，配比后加水溶解，分別配成0.24%、0.48%的香茅草固態(tài)速溶茶，于60 ℃水浴鍋中平衡50 min 后開始檢測(cè)。電子鼻預(yù)熱30 min，啟動(dòng)自動(dòng)清洗傳感器，清洗2 min，采用10 個(gè)傳感器對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，吸取20 mL 的樣液置于待測(cè)容器瓶中，密封靜置20 min 后，以300 mL/min 的流速對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)處理軟件Design-Expert V 8.0.6.1 軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，采用電子鼻Winmuster 軟件進(jìn)行相應(yīng)主成分分析（principal component analysis，PCA）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

單因素試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 各因素對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of each single factor on the sensory score

如圖1a所示，香茅草固態(tài)速溶茶的感官評(píng)分隨著香茅草添加量增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，香茅草的添加量為700 g 時(shí)，感官評(píng)分最高。以香茅草添加量700 g 為分界線，當(dāng)香茅草添加量小于700 g 時(shí)，香茅草的風(fēng)味較淡，金銀花口感突出；而香茅草添加量過大，則使氣味辛辣，掩蓋了金銀花的口感，影響感官評(píng)分，故選擇香茅草添加量650～750 g 進(jìn)行后續(xù)響應(yīng)面試驗(yàn)。由圖1b 可知，當(dāng)金銀花添加量小于350 g 時(shí)，成品的組織狀態(tài)呈較好的均勻粉末狀且無顆粒感，但金銀花的風(fēng)味較淡；當(dāng)金銀花添加量大于350 g 時(shí)，感官評(píng)分呈下降狀態(tài)，是由于金銀花濃濃的芳香味過于突出，故金銀花添加量的最佳選擇為350 g。由圖1c 可知，當(dāng)料液比為1∶5～1∶15（g/mL）時(shí)，溶液濃度高，不利于噴霧干燥且進(jìn)料困難，還造成噴出的霧滴中的水分難以完全蒸發(fā)，黏附在噴霧干燥機(jī)四周引起粘壁現(xiàn)象，集粉少[22]；當(dāng)溶劑體積進(jìn)一步增大時(shí)，感官評(píng)分呈下降狀態(tài)，可能是由于料液比過大，降低了香茅草固態(tài)速溶茶應(yīng)有的氣味，故料液比的最佳選擇為1∶15（g/mL）。由圖1d 可知，當(dāng)進(jìn)風(fēng)口溫度小于175 ℃時(shí)，溶解性低。進(jìn)風(fēng)口溫度升高時(shí)，感官評(píng)分也有所增加，但進(jìn)風(fēng)口溫度過高時(shí)，噴霧干燥效果不好，故進(jìn)風(fēng)口溫度的最佳選擇為175 ℃。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

按照單因素試驗(yàn)結(jié)果，選用四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化香茅草固態(tài)速溶茶的配方。利用Design-Expert V 8.0.6.1 軟件進(jìn)行分析，以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，選取香茅草添加量（A）、金銀花添加量（B）、料液比（C）、進(jìn)風(fēng)口溫度（D）4 個(gè)因素，采用響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)香茅草固態(tài)速溶茶的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface test

2.3 模型建立及顯著性檢驗(yàn)

對(duì)表3 進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到香茅草固態(tài)速溶茶感官評(píng)分（Y）、香茅草添加量（A）、金銀花添加量（B）、料液比（C）、進(jìn)風(fēng)口溫度（D）的二次方程模型：Y=91.56-0.40A-0.84B+1.33C+0.63D-1.45AB-1.18AC+2.78AD-1.40BC-0.23BD+1.52CD-6.70A2-5.46B2-4.12C2-5.41D2，回歸模型的方差分析結(jié)果見表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of the regression model

由表4 可知，感官評(píng)分回歸模型顯著性檢驗(yàn)P＜0.01，說明二次多元回歸模型極顯著，感官評(píng)分回歸模型失擬性檢驗(yàn)P>0.05，說明香茅草固態(tài)速溶茶的感官評(píng)分二次回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)失擬項(xiàng)不顯著，表明此模型可用于試驗(yàn)擬合?；貧w診斷中決定系數(shù)R2=0.965 0，信噪比=17.568，表明模型的擬合度和可信度均很高，可用于香茅草固態(tài)速溶茶的感官評(píng)價(jià)。綜上所述，回歸模型擬合程度良好，試驗(yàn)誤差小，能夠準(zhǔn)確地分析和預(yù)測(cè)香茅草固態(tài)速溶茶的感官評(píng)分，具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。由回歸系數(shù)顯著性表明，在所取因素水平范圍內(nèi)，4 個(gè)因素對(duì)香茅草固態(tài)速溶茶感官評(píng)分的影響順序?yàn)榱弦罕龋–）＞金銀花添加量（B）＞進(jìn)風(fēng)口溫度（D）＞香茅草添加量（A）。

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

響應(yīng)面等高線可直觀反映兩因素之間相互作用的強(qiáng)弱，等高線呈橢圓形或馬鞍形時(shí)說明兩個(gè)因素之間的交互作用顯著，3D 圖中曲面的傾斜度越高，坡度越陡，說明對(duì)感官評(píng)分的影響程度更大[23-24]，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Experiment results of response surface optimization

從圖2 能夠看出，在交互項(xiàng)AB中，香茅草添加量和金銀花添加量?jī)蓚€(gè)因素的等高線圖接近橢圓，表明兩者交互作用顯著，與方差分析結(jié)果相符；3D 圖中曲面比較陡峭，隨香茅草添加量和金銀花添加量的增加，感官評(píng)分先呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到一定添加量時(shí)又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。交互項(xiàng)AD、BC、CD與交互項(xiàng)AB作用顯著，而交互項(xiàng)AC香茅草添加量和料液比兩個(gè)因素的等高線圖呈圓形，表明兩者交互作用不顯著，與方差分析結(jié)果相符；3D 圖中曲面比較陡峭，隨香茅草添加量和料液比中液體體積的增加，感官評(píng)分先呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到一定添加量時(shí)又呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。交互項(xiàng)BD與交互項(xiàng)AC同樣作用不顯著。

通過響應(yīng)面法優(yōu)化香茅草固態(tài)速溶茶加工工藝參數(shù)，并根據(jù)設(shè)備情況進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，對(duì)香茅草固態(tài)速溶茶最佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，響應(yīng)面理論預(yù)測(cè)值為香茅草添加量699 g、金銀花添加量295 g、料液比1∶15（g/mL）、進(jìn)風(fēng)口溫度179 ℃，香茅草固態(tài)速溶茶的感官評(píng)分為91.763 7。綜合考慮實(shí)際情況，在上述條件下進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到香茅草固態(tài)速溶茶最優(yōu)工藝配方為香茅草添加量700 g、金銀花的添加量300 g、料液比1∶15（g/mL）、進(jìn)風(fēng)口溫度為175 ℃，香茅草固態(tài)速溶茶感官評(píng)分為92.6，接近理論預(yù)測(cè)值。

2.5 理化及微生物檢測(cè)結(jié)果

香茅草固態(tài)速溶茶的溶解時(shí)間、得粉率、水分、灰分、總糖含量及微生物指標(biāo)見表5。

表5 理化及微生物檢測(cè)結(jié)果Table 5 Physicochemical and microbiological test results

通過最優(yōu)配方得到的香茅草固態(tài)速溶茶，其感官指標(biāo)、理化指標(biāo)的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31740.1—2005《茶制品第1 部分：固態(tài)速溶茶》，各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)測(cè)定后均符合該國家標(biāo)準(zhǔn)。而在微生物檢測(cè)中，香茅草固態(tài)速溶茶的菌落總數(shù)為（263±20）CFU/g，大腸桿菌未檢出，符合國家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.6 電子鼻結(jié)果分析

香茅草固態(tài)茶電子鼻分析見圖3。

圖3 電子鼻分析Fig.3 Electronic nose analysis

由圖3a、b 可知，香茅草固態(tài)茶均對(duì)無機(jī)硫化物W1W、有機(jī)硫類物質(zhì)W2W、氮氧化合物類物質(zhì)W5S、甲烷等短鏈烷烴W1S、醇醚醛酮類W2S 傳感器的響應(yīng)值較高，對(duì)氫氣具有選擇性。而W1W 對(duì)第一主成分的貢獻(xiàn)最大，其次貢獻(xiàn)較大的依次是W2W 和W5S；W1S、W2S 和W6S，其中W5S 對(duì)第二主成分有很大的貢獻(xiàn)。可見兩種香茅草固態(tài)速溶茶的揮發(fā)性氣味成分上是一致的，濃度為0.24%的香茅草固態(tài)速溶茶的響應(yīng)值均要明顯低于0.48%，尤其是7 號(hào)、2 號(hào)、9 號(hào)等這些傳感器。

由圖3c 可知，美拉德反應(yīng)前后的樣品第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為99.78%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為0.15%，兩個(gè)主成分的總貢獻(xiàn)率為99.93%，遠(yuǎn)大于80%，說明該模型能夠充分反映樣品的整體信息，且差異主要在第一主成分上。由圖3d 可知，兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率同樣達(dá)到99%以上，可見兩種香茅草茶可被明確地區(qū)分開來。綜上所述，無論P(yáng)CA 分析還是LDA 分析，都能夠很好地將反應(yīng)前后的香氣區(qū)分開，證明不同濃度的香茅草固態(tài)速溶茶的揮發(fā)性香氣有一定區(qū)別。

3 結(jié)論

本研究以香茅草為主要原料，以感官評(píng)分為參考研發(fā)香茅草固態(tài)速溶茶，結(jié)果表明各因素對(duì)感官得分的影響依次為料液比＞金銀花添加量＞進(jìn)風(fēng)口溫度＞香茅草添加量，通過回歸模型驗(yàn)證并考慮到實(shí)際操作性，得到最優(yōu)配方：香茅草添加量700 g、金銀花添加量300 g、料液比1∶15（g/mL）、進(jìn)風(fēng)口溫度175 ℃。此條件所得香茅草固態(tài)速溶茶風(fēng)味最佳，組織狀態(tài)穩(wěn)定，感官評(píng)分最高。此配方下產(chǎn)品各項(xiàng)理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果依次為水分含量（8.82±0.16）%，總糖含量（42.10±1.47）%，溶解時(shí)間為（10±5）s，得粉率為（23.70±0.94）%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。電子鼻結(jié)果表明，不同濃度的茶樣品均對(duì)W1W、W2S 和W5S 傳感器敏感，表明兩者風(fēng)味物質(zhì)主要是硫化物、氮氧化合物和醇類等揮發(fā)性物質(zhì)。