响应面法优化速溶藤茶浸提工艺参数研究

倪 媛 李立祥 余红军 薛 晨 李 惠

(安徽农业大学茶叶生物化学与生物技术教育部，农业部重点实验室，安徽合肥 230036)

响应面法优化速溶藤茶浸提工艺参数研究

倪 媛 李立祥*余红军 薛 晨 李 惠

(安徽农业大学茶叶生物化学与生物技术教育部，农业部重点实验室，安徽合肥 230036)

本文以藤茶为试验材料，对比分析了速溶藤茶的浸提工艺参数。采用单因素试验考察浸提效果，响应面设计(Response Surface Method,RSM)优化茶水比、浸提温度、浸提时间和粒度4因素对浸提效率（即总黄酮含量、水浸出物含量和游离氨基酸总量）的影响。在响应面设计程序中分别定义总黄酮含量、水浸出物含量和游离氨基酸总量为第一、第二和第三指标，根据分析结果得出最优浸提方案为：茶水比1:25、浸提温度为100℃、浸提时间为30min、茶叶粒度为20目，总黄酮、水浸出物和游离氨基酸总量一次浸出含量分别达到31.60%、42.74%和 2.93%。

速溶茶 浸提 藤茶 响应面设计

藤茶是一种名贵珍稀的类茶植物，学名显齿蛇葡萄(Ampelopsis Grassedentata)[1]，自古以来其嫩叶经加工揉制、干燥被制成保健茶，可治疗感冒发热、咽喉肿痛、黄疸型肝炎、疮疖等疾病[2-4]。近年来化学分析发现，藤茶中具有丰富的营养成分，包括17种天然氨基酸，8种人体必需氨基酸和多种特殊氨基酸如γ-氨基丁酸等；矿质元素Se、Ca、Mg、Fe、Zn 等；黄酮类、龙涎香醇、杨梅素、β-谷甾醇和杨醇苷等[5-8]。另外，根据前期高效液相色谱检测，藤茶咖啡碱含量很低，约为0.02%，对儿童、老年人、孕妇、心脏病人及神经衰弱等特殊人群无限制，适合长期饮用。藤茶中最重要的活性成分为黄酮类化合物，含量可达44%，以二氢杨梅素含量为最高，可达38%，是目前国内外发现的二氢黄酮类化合物含量最高的植物[9]。药理实验表明，二氢杨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]，缓解酒醉反应和促进醒酒作用，另有研究证实二氢杨梅素对酒精所致的肝损伤具有保护作用[3,11]。

基于藤茶的医药保健功能，研制与开发集方便、营养、保健于一体的保肝解酒功能的速溶藤茶符合社会发展和市场需求。本文对速溶藤茶加工的浸提工艺进行了研究，旨在为速溶藤茶产品获得良好风味和较高保健功能性成分奠定基础。

1 材料和方法

1.1 实验材料、仪器与设备

1.1.1 实验材料

藤茶：凤阳藤茶发展有限公司提供，产地：安徽凤阳，粉碎后过筛，装袋冷藏(-18℃)备用。

1.1.2 主要仪器与设备

JFSO-100粉碎机，上海嘉定粮油仪器有限公司；AB104-N电子天平，梅特勒-托力多(上海)有限公司；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；HH-6数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；Vis7200可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 浸提指标测定方法

总黄酮含量测定：三氯化铝比色法[10]；水浸出物含量测定：GB/T 8305-2002；游离氨基酸：GB/T 8314-2002茚三酮比色法。

1.2.2 单因素试验设计

以藤茶为试验原料，先对茶水比、浸提温度、浸提时间和粒度四个因素以总黄酮含量为指标，分别安排了四个单因素试验，旨在找到每个因素的较优参数区间。其中，每个因素安排的水平数大于或等于五（详见表1），每因素每水平试验重复三次，浸提指标数据取三次重复试验的平均值，制图1。

表1 浸提单因素试验设计Table1 Single Factor Test Design for Extracting

1.2.3 响应面试验设计

根据前期单因素试验结果，采用Design-Expert7.0软件中Box-Behnken(BBD)设计试验方法，对茶水比、浸提温度、浸提时间和粒度四因素（分别以 A、B、C、D 代码表示）的低、中、高三个试验水平分别以-1，0，1进行因素编码，具体参见表2。

表2 因素水平编码表Table2 The Code Table of the Factors and Levels

2 结果与分析

2.1 单因素浸提效果分析

由图1-A总黄酮含量（占干茶百分比）随茶水比变化曲线和图1-B总黄酮含量随浸提温度变化曲线可以看出，总黄酮含量随着茶水比的加大和浸提温度升高而分别增加；在茶水比为1∶25之后增加幅度变小，说明总黄酮提取已逐步接近平衡，尽管仍有增加的趋势，但结合实际，加大溶剂量需加大设备的容积，大量的溶剂也会增加浓缩的成本，故在工艺提取中选择茶水比为1∶25；随浸提温度的提高，总黄酮含量曲线在90℃后较为平稳。

图1 藤茶浸提时总黄酮含量随不同茶水比(A)、浸提温度(B)、浸提时间(C)、粒度(D)的变化曲线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

由图1-C总黄酮含量随浸提时间变化曲线可以看出，总黄酮含量随着浸提时间的延长先增加后减少，30min为拐点，表明总黄酮已在30min内提取完全，过长时间的高温可能会造成黄酮类物质的氧化损失，且不可口的酚类物质和植物色素等组分会溶出，影响茶汤的营养性、色泽、口感和香气。由图1-D总黄酮含量随粒度变化曲线可以看出，总黄酮含量随粒度加大先降低后增加。在藤茶粒度为100目时，茶叶与水接触面积大，总黄酮的溶出量较大；随着藤茶粒度继续增大，接触面积变小而减小，此外粒度在80目至40目时果胶大量溶出，增加了茶汤的粘稠度，不利于可溶性物质溶出，加大后续加工工艺如过滤的困难性；粒度增大至整叶时，果胶溶出减少，总黄酮含量增加。藤茶叶片较薄，整叶的总黄酮含量达到较大水平，稍加粉碎可溶性物质即可较完全的溶出。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 设计方案和结果

根据前期单因素实验结果，茶水比选择1∶15、1∶20 和 1∶25 三个水平； 浸提温度选择 90℃、95℃和100℃三个水平；浸提时间选择20、25和30min三个水平；藤茶粒度选择20目、16目和整叶三个水平。以总黄酮含量、水浸出物含量和游离氨基酸总量为指标，进行响应面试验。表3为响应面设计的方案和结果。各响应值的方差分析见表4～表6，求得响应函数即回归方程。

从表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，说明各响应值对该模型是高度显著的，具有统计学意义；失拟项均为不显著，说明该回归方程与试验拟合情况好，可以用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析；决定系数R2分别0.9575、0.9175、0.8895，表明其应变量与全体自变量之间的多元回归关系显著，也说明该回归方程对试验拟合情况较好，试验误差小，因此可用该回归方程对不同提取条件下三个响应值进行预测。方差分析结果也显示出方程一次项、二次项和交互项的显著性，表明各具体试验因素对响应值的影响不是简单的线性关系。

表3 响应面试验方案和结果Table3 Experimental Design and Results of the RSM

表4 方差分析表-总黄酮含量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-游离氨基酸总量Table6 ANOVA for the Total Free Amino Acid

由方差分析表4，根据F值检验和概率P值可以看出，影响总黄酮含量的主次因素顺序分别为：茶水比(A)、粒度(D)、浸提时间(C)和浸提温度(B)，其中A、D和C为显著影响因素，交互项AD、BC、BD都达到极显著水平；由表5可以得出，影响水浸出物含量的主次因素顺序分别为：A、C、B和D，其中A和C为极显著影响因素，交互项AD、BC、AB达到显著水平；由表6可以得出，影响游离氨基酸总量的主次因素顺序分别为：A、B、D和C，其中A和B为极显著影响因素，交互项AB、AD达到显著水平。

藤茶速溶茶浸提试验中，各相应值与茶水比(A)、浸提温度(B)、浸提时间(C)和粒度(D)四因素之间的响应面拟合方程为：

总黄酮=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

游离氨基酸=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 速溶藤茶浸提工艺条件的确定

依据Design-expert程序优化选项（Optimiza-tion Choices)，定义三个响应值的重要顺序为：总黄酮含量、水浸出物含量和游离氨基酸总量，根据程序对拟合方程的求解与响应面模型预测出速溶藤茶浸提的最佳工艺条件为：茶水比1∶24.99、浸提温度100℃、浸提时间30min、粒度为20目，在此条件下，总黄酮含量、水浸出物含量和游离氨基酸总量的预测值分别为：31.24%、43.10%和2.89%。

3 验证试验与结论

结合模型预测的最佳工艺条件，根据实际情况调整茶水比为1∶25，进行三组平行验证试验并取平均值。结果为：总黄酮含量31.60%、水浸出物含量42.74%、游离氨基酸含量2.93%，可得验证试验结果与预测值接近，进一步验证了模型与试验结果可靠性。

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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，硕士研究生，主要从事茶学与天然产物方向的研究。

*通讯作者：llx@ahau.edu.cn