速溶凤凰单丛茶超声波辅助浸提工艺优化

邵云飞 傅 力 许明君 魏 珺

SHAO Yun-fei1 FU Li2 XUMing-jun1 WEIJun1

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.韩山师范学院生物系，广东 潮州 521041）

(1.College of Food Science and Pharmaceutical Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi,Xinjiang 830052,China;2.Departmentof Biology,Hanshan Normal University,Chaozhou,Guangdong 521041,China)

速溶茶也称为茶精[1]，是以成品茶为原料，由茶叶中浸提出的茶汁经过滤、浓缩、干燥等工序制成的粉末状或颗粒状的固体饮料。它饮用方便，相对体积小，易保存运输[2]，含有传统茶叶中能够进入茶汤的营养成分和风味物质。但速溶茶产品香气低、滋味淡、冷溶性差等问题至今仍没有得到有效解决[3]。这些问题与速溶茶浸提方式、浸提参数等影响浸提效果的因素密切相关。浸提条件不仅影响成品的色、香、味等品质，也影响成品的得率[4]，因此高效优质的提取工艺对速溶茶品质的提高很有意义。对速溶茶加工中制备茶汤采用溶剂提取和酶辅助提取法的报道较多[5,6]，微波提取法和超声波提取法成为近年来研究的热点。超声波辅助提取多被用来提取茶叶中茶多糖、茶氨酸、茶多酚等特定的活性成分[7～9]，尹莲[10]通过对绿茶超声波辅助浸提后茶多酚的定性定量检测发现，超声波提取不改变茶多酚的性质和结构，并能缩短提取时间，具有省时、节能、提高效率的优点。但该研究未涉及到不同浸提方法间差异比较以及对超声波浸提温度、次数、茶水比进行筛选等问题。本试验在比较研究茶叶超声波辅助提取与传统水提法对茶叶中重要品质成分提取率的影响基础上，对超声波辅助提取的超声功率、超声时间、温度、茶水比等因子进行了筛选，为超声波技术在茶叶深加工中的应用提供理论依据。

凤凰丛茶产自广东省潮州市的凤凰山区，茶区濒临东海，海拔上千米，自然环境有利于茶树的发育及形成茶多酚和芳香物质。潮州凤凰茶年产万余吨，经过精选后有大量的碎茶等副产品尚未得到很好的利用，附加值极低。凤凰单丛茶品质绝佳，香味浓郁持久，具有助消化功能。本试验以凤凰单丛茶碎茶等副产品为原料，采用超声波提取法对碎茶浸提工艺进行研究，以期为速溶凤凰茶的生产奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

凤凰单丛碎茶：白叶单丛，广东省潮州市潮安县凤凰镇汇山塘；

磷酸氢二钠、磷酸二氢钾：AR级，天津市福晨化学试剂厂；

酒石酸钾钠：AR级，天津博迪化工股份有限公司；

碱式乙酸铅：AR级，天津市致远化学试剂有限公司；

水合茚三酮：AR级，国药集团化学试剂有限公司；

氯化亚锡：AR级，西陇化工股份有限公司；

茶氨酸、咖啡因标准品：上海金穗生物科技有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

倾倒式粉碎机：DJ-10A型，上海淀久中药机械制造有限公司；

紫外可见分光光度计：TU-1810型，北京普析通用仪器有限责任公司；

电热恒温水浴锅：DZKW-S-4型，北京市永光明医疗仪器厂；

离心机：KA-1000型，上海安宁科学仪器厂；

电子天平：CPA124S型，梅特勒—托利多仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 分析测定方法 游离氨基酸总量的测定参照GB/T 8314——2002茶游离氨基酸测定，绘制游离氨基酸总量标准曲线（见图1）；茶多酚和咖啡因的含量均参照QB/T 4068——2010食品工业用茶浓缩液，并绘制得到咖啡因标准曲线（见图2）。

1.2.2 超声波辅助提取工艺流程

凤凰单丛碎茶→干燥→粉碎→过筛→超声波提取→过滤离心→滤渣二次水浸提→过滤离心→合并二次滤液→定容→分别测定茶多酚、咖啡因及游离氨基酸总量

1.2.3 超声波辅助提取单因素试验

(1)超声功率对茶多酚、咖啡因、游离氨基酸总量提取率的影响：准确称取粉碎过40目筛的凤凰单丛茶粉2 g置入200mL 三角瓶中，分别以 350，400，450，500，550，600W 的功率，在茶水比1∶15(m∶V)、超声温度70℃、超声时间35min的条件下制得提取液，将提取液抽滤，3 500 r/min离心10min。滤渣同条件下再浸提，合并前后2次提取液，冷却至室温，吸取10mL定容至100mL，混匀。测定不同超声功率下提取液的茶多酚、咖啡因及游离氨基酸总量提取率。

(2)茶水比对茶多酚、咖啡因、游离氨基酸总量提取率的影响：超声功率由1.2.3(1)确定，茶水比分别为1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35(m∶V)，其他试验条件及测定指标同1.2.3(1)。

(3)超声温度对茶多酚、咖啡因、游离氨基酸总量提取率的影响：茶水比由1.2.3(2)确定，设定超声温度分别为30，40，50，60，70，80 ℃，其他试验条件及测定指标同 1.2.3(1)。

图1 游离氨基酸总量标准曲线Figure 1 Standard curve for determination of free amino acids

图2 咖啡因标准曲线Figure 2 Standard curve for determination of caffeine

(4)超声时间对茶多酚、咖啡因、游离氨基酸总量提取率的影响：超声温度由1.2.3(3)确定，超声时间分别为10，15，20，25，30，35min，其他试验条件及测定指标同 1.2.3(1)。

1.2.4 超声波辅助提取的响应面优化试验 设茶水比(A)、超声温度(B)、超声时间(C)三因素为自变量，茶多酚、咖啡因、游离氨基酸总量为响应值，设计三因素三水平的试验,并选定三因素的0水平和波动区。

2 结果与分析

2.1 超声波辅助提取响应面试验

表1 响应面分析因子与水平表Table1 Factors and levels of response surfacemethodology

根据超声波辅助提取的单因素试验得知，超声功率对提取率的影响不显著。因此在单因素试验得出的最佳超声功率（550W）条件下，选择茶水比(A)、超声温度(B)、超声时间(C)与茶多酚提取率(Y)进行响应面试验设计，通过Design Expert软件对试验数据进行回归分析，预测超声波提取工艺的最优提取条件。试验因素与水平见表1,试验方案及结果见表2。

表2 响应面试验方案与试验结果Table2 Experimental design and extraction of response surfacemethodology

利用Design Expert软件对表2数据进行二次多元回归拟合，得到茶多酚提取率对编码自变量A、B和C的二次多项回归方程：

表3 回归模型方差分析Table3 Analysis of variance for regressionmodel

表3 回归模型方差分析Table3 Analysis of variance for regressionmodel

决定系数R2=0.864 4，修正决定系数R2=0.690 1。

变异来源模型P值自由度 显著性均方2.91 3.14 1.94 3.85 0.64 4.77 0.065 0.76 9.14 1.10 0.59 1.04 BC AB ABCA C A2 B2 C2 4.96 6.60 4.08 8.10 1.35 10.05 0.11 1.30 15.55 1.87 F值0.023 2 0.037 0 0.083 0 0.024 8 0.283 8 0.015 7 0.749 2 0.291 7 0.005 6 0.293 7残差失拟项平方和26.23 3.14 1.94 3.85 0.64 4.77 0.065 0.76 9.14 1.10 4.11 3.12 911111111173 4.180.100 5******

由表3的方差分析可以看出该模型P值小于0.05，说明响应值对该模型显著，失拟项不显著，该模型与试验拟合情况良好，可以用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析和预测。根据回归分析结果和回归方程作出响应曲面图和等高线分析图(见图3～5)，可看出茶水比和温度高于茶水比和时间、温度和时间对茶多酚提取率的影响，茶水比和时间、温度和时间对茶多酚提取率的影响均不显著。

2.2 验证实验

通过程序对拟合方程的求解与响应面模型预测出超声波辅助提取速溶凤凰茶的最佳工艺条件为茶水比 1∶16.91(m∶V)，取 1∶17(m∶V)；超声温度 72.94 ℃，取 73 ℃；超声时间33.53min，取34min。在此条件下，茶多酚、游离氨基酸总量和咖啡因提取率的预测值分别为16.42%，0.41%，0.34%。结合模型预测的最佳工艺条件，进行3组实验取平均值。结果茶多酚提取率为16.13%、游离氨基酸总量提取率为0.40%、咖啡因提取率为0.33%。验证结果与预测值相差接近，进一步证实了模型与试验结果的可靠性。

2.3 水提取法对比试验

采用超声波辅助提取的方法及最优参数，采用水提取法进行3组平行试验，取得平均值。结果茶多酚提取率为13.25%、游离氨基酸总量提取率为0.42%、咖啡因提取率为0.22%。

图3 茶水比和超声温度对茶多酚提取率的响应曲面和等高线图Figure 3 Response surface plot and contourmap plots for ratio ofwater to tea and ultra sound temperature

图4 茶水比和超声时间对茶多酚提取率的响应曲面图和等高线图Figure 4 Response surface plot and contourmap plots for ratio ofwater to tea and ultrasound time

3 结论

运用Design Expert软件处理得到凤凰速溶茶浸提的回归方程预测模型:Y=15.26-0.63A+0.49B+0.69C-0.13AB-0.40AC+1.09BC-0.43A2-1.47B2-0.51C2。确定最佳提取工艺条件为超声功率550W、料液比为l∶17(m∶V)、超声温度为73℃、超声时间为34 min，在此条件下茶多酚提取率为16.13%、游离氨基酸总量提取率为0.40%、咖啡因提取率为0.33%。与传统水提法相比，茶多酚和咖啡因提取率分别提高了21.7%和50%。超声波辅助提取能够缩短浸提时间，具有省时、节能、效率高的优点，但提取时各物质的浸出速度不同，因此超声波辅助提取游离氨基酸总量的提取率下降了5%。本试验只针对茶多酚、咖啡因和游离氨基酸总量在提取过程中的变化和提取率做了研究，未能涉及茶叶中的其他物质，诸如儿茶素类、可溶性蛋白及碳水化合物等，对于这一方面，有待于进一步的完善。

1 李影.速溶茶生产工艺对其产品风味的影响[J].饮料工业,19992(2):15～19.

2 陈庶来.速溶茶加工工艺初探[J].茶叶机械杂志,1995(2):9～10.

3 阎守和.速溶茶生物化学[M].北京:北京大学出版社,1990.

图5 超声温度和超声时间对茶多酚提取率的响应曲面图和等高线图Figure 5 Response surface plotand contourmap plots for ultrasound temperature and ultrasound time

4 武永福,胡强,朱金山.速溶茶浸提工艺研究进展[J].中国茶叶,2009(5):15～17.

5 黄书英.莲叶速溶茶最佳生产工艺探讨[J].福建轻纺,2006(1):20～24.

6 王元凤,魏新林,王登良,等.金花茶叶酶法提取工艺条件的研究[J].无锡轻工大学学报,2001(6):582～587.

7 屈平,胡传荣.超声波辅助提取苦荆茶中多酚类物质的研究[J].食品与机械,2007(3):15～17.

8 张海燕,范彩玲,高岐.茶叶中茶氨酸超声波提取方法的研究[J].河南农业大学学报,2009(4):472～474.

9 郑海燕,张建新,刘丽丽,等.超声波提取绿茶多酚的工艺研究[J].西北农业学报,2009(2):261～264.

10 尹莲.超声波法提取茶多酚的实验研究[J].食品工业,1999(3):10～12.