超声波－热水联合浸提六堡茶工艺研究

谭少波 刘诗诗 黄敏周 郑子仪 王小云

（广西壮族自治区茶叶科学研究所，广西 桂林 541004）

六堡茶是广西特色名茶，因具有“红、浓、醇、陈”独特品质风味，具有减肥降脂［1］、调节糖脂代谢［2］、调节免疫功能［3］、抗氧化［4］、保护肝脏活性［5］、调节药物导致的血脂代谢异常［6］、调节代谢综合征［7］、调节肠道微生物［8］等保健养生功效，具有“越陈越香”的黑茶收藏价值而得到消费者的青睐。近年来，随着六堡茶品质形成机理研究的深入，逐渐形成精准化加工，产品品质可控化和多样化大幅度提升，消费市场逐步由国内的南方城市和马来西亚、新加坡等东南亚国家、地区扩大到国内的北方城市及欧美市场，发展前景广阔。茶膏是萃取茶叶精华的一种固体速溶茶，雏形始于唐代，形成于宋代，创制于清代，繁荣于当代，因具有茶叶功能属性和品质特征，且便捷、美观、时尚，深受消费者特别是年轻消费者的青睐，是茶叶高值化产品开发一个重要方向［9］，其加工工艺为是原料→浸提→浓缩→干燥。浸提是茶膏加工的关键工艺，直接影响到茶膏的得率和品质。近年文献中，对茶叶有效成分浸提有较多研究，夏涛等［10］对微波、超声波对炒青绿茶主要化学成分浸提效果的研究，表明微波和超声波浸提法与传统高温浸提方式相比，浸提效率更高，对茶汤色泽和香气影响更小；袁媛等［11］以铁观音、武夷岩茶、贵州红茶、云南白茶、白毫银针、龙井茶为原料，研究不同浸提温度对茶叶茶氨酸溶出率的影响，得出6种茶叶均在100℃的恒温水浴浸提中达到茶氨酸溶出量最大值；陈峰等［12］以绿茶为原料研究响应面法优化浸提绿茶茶多酚工艺，表明以甲醇浓度66%、茶粉与甲醇的料液比1∶25、浸提时间10 min、浸提1 次、提取温度70℃为最佳提取工艺参数，茶多酚提取量达到26.20 mg/g；朱德文等［13］研究茶叶微波超声波耦合动态逆流浸提工艺，提出的最佳浸提工艺参数为：浸提时间6 min（微波）+6 min（超声波），料液比1∶20，浸提功率1.0 kW（微波）+1.0 kW（超声波），茶多酚、氨基酸、咖啡碱的浸出率均高于常规的水浸提，而浸提时间是常规浸提的1/5；董红霞［14］研究了超声波对绿茶主要化学成分浸提效果的影响，表明与高温浸提工艺相比，超声波浸提效率高，对茶汤香气与色泽影响更小，但抑制茶汤中果胶与蛋白质等分子较大物质的浸出。超声波、微波浸提技术与沸水浸提、溶剂抽提法相比，茶叶生物活性成分浸提率得以大幅提高，但在茶膏浸提上研究较少，在六堡茶茶膏研究及应用上几乎是空白。为推进六堡茶茶膏的研究与开发，借鉴其茶叶成分及茶类茶膏浸提工艺，本研究在单因素试验的基础上，采用响应面法优化六堡茶茶膏浸提工艺，经试验表明，六堡茶浸提分两次浸提，第一次采用超声波辅助浸提，第二次采用热水浸提的联合浸提工艺，可保证浸提率、香气、滋味物质和品质。本研究旨在为开发六堡茶茶膏高值化产品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

一级六堡茶（广西公盛农业开发有限公司提供），GZ-1024超声波振动棒（深圳市重子声学科技有限公司），NSJ-0.05提取浓缩机（温州浩工机械设备有限公司），真空低干燥机（梅州永利机械设备有限公司），DHG-9140电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 六堡茶茶膏加工方法

取六堡茶为原料，分别进行两次浸提，第一次浸提以获得茶香和滋味为浸提目标，在获取一定的浸提率的基础上最大限度保证浸提液香气、滋味物质和品质；第二次浸提以获得浸提率为目标，浸提出茶叶中可溶性大分子物质，提高茶膏浓稠度，利于茶膏后期转化。将两次浸提液混合，在提取浓缩机中真空低温至含水量20%以下，取出浓缩液置于真空低干燥机中以40～45 ℃进行干燥至水分含量10%以下得到茶粉，将茶粉压模定型后得出茶膏。

1.2.2 第一次浸提试验

浸提温度确定试验：固定液料比为20∶1、浸提时间为15 min，在超声波仪（1.0 kW）辅助条件下，选择浸提温度为50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃进行单因素试验，取浸提液进行感官审评和测定浸膏得率，研究浸提温度对浸出率的影响，确定浸提温度。

浸提液料比确定试验：固定浸提温度为80 ℃、浸提时间为15 min，在超声波仪（1.0 kW）辅助条件下，选择液料比为12∶1、16∶1、20∶1、24∶1、28∶1进行单因素试验，取浸提液进行感官审评和测定浸膏得率，研究浸提液料比对浸出率的影响，确定浸提液料比。

浸提时间确定试验：固定浸提温度为80 ℃、液料比为20∶1，在超声波仪（1.0 kW）辅助条件下，选择浸提时间为10 min、15 min、20 min、30 min、40 min进行单因素试验，取浸提液进行感官审评和测定浸膏得率，研究浸提时间对浸出率的影响，确定浸提时间。

1.2.3 第二次浸提试验

浸提温度确定试验：固定液料比为20∶1、浸提时间为40 min，选择浸提温度为60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃进行单因素试验，测定浸膏得率，研究浸提温度对浸出率的影响，确定浸提温度。

浸提液料比确定试验：固定浸提温度为100 ℃、浸提时间为40 min，选择液料比为12∶1、16∶1、20∶1、24∶1、28∶1进行单因素试验，测定浸膏得率，研究浸提液料比对浸出率的影响，确定浸提液料比。

浸提时间确定试验：固定浸提温度为100 ℃、液料比为20∶1，选择浸提时间为20 min、30 min、40 min、50 min、60 min进行单因素试验，测定浸膏得率，研究浸提时间对浸出率的影响，确定浸提时间。

1.2.4 响应面法优化试验

根据单因素试验结果和两次浸提的目标，将第二次浸提工艺固定为浸提温度为100 ℃、液料比为20∶1，选择浸提时间为40 min，采用Design Expert 8.0.6软件，根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理，选取第一次浸提时间（A）、浸提温度（B）、浸提液料比（C）3个对茶叶有效成分有显著影响的因素为自变量，所得六堡茶茶膏综合得分为响应值，进行三因素三水平的响应面分析试验。响应面试验因素见表1。

表1 响应面试验因素

1.3 数据处理

1.3.1 六堡茶浸提液感官审评

六堡茶浸提液感官审评的评分标准见表2，由5名专家组成审评小组，参考速溶普洱茶审评标准，分别对六堡茶浸提液的香气和滋味两个指标进行评分（每项指标均为100分），计算平均得分：感官评分=香气评分×40%+滋味评分×60%

表2 六堡茶浸提液感官审评的评分标准

1.3.2 六堡茶茶膏综合评分权重系数的确定

本研究的目的主要是在得到最大浸出率前提下又兼顾茶膏品质，试验以浸出率、感官审评得分为权重进行综合评分，各记50%。

综合评分=各茶样中浸出率/该组样品中浸出率最高得率×50%+各茶样中感官审评得分×50%

1.3.3 浸出率的测定

定量量取六堡茶浸提液，置已干燥至恒重的蒸发皿中，水浴蒸干后，置105 ℃干燥箱中干燥至恒重，取出置于干燥器内冷却30 min精密称定质量，计算浸出率。

浸出率%=可溶性固形物质的质量/所用茶叶质量×100%

2 结果与分析

2.1 六堡茶第一次浸提试验结果

2.1.1 浸提温度对六堡茶第一次浸提效果的影响

不同浸提温度对六堡茶第一次浸提浸出率的影响如图1所示。从图1可知，随着浸提温度的提高，六堡茶浸出率不断提高，浸提温度到80℃上升趋势趋于平稳，六堡茶浸出率最高的是浸提温度90℃处理，比浸提温度80℃处理高0.2%，两者差异不显著。不同浸提温度对六堡茶第一次浸提感观评分的影响如图2所示。从图2可知，感观评分以浸提温度80℃处理浸提液得分最高，评分为93.0分；其次是浸提温度90℃处理浸提液，评分为88.3分，低于最高得分4.7分，两者差异显著。综合浸出率和感观评分分析，最佳的浸提温度为80℃。

图1 不同浸提温度对六堡茶第一次浸提浸出率的影响

图2 不同浸提温度对六堡茶第一次浸提感观评分的影响

2.1.2 浸提液料比对六堡茶第一次浸提效果的影响

不同浸提液料比对六堡茶第一次浸提浸出率的影响如图3所示。由图3可知，从液料比对浸出率的影响分析，随着液料比的提高，浸出率不断提高，当液料比在20∶1区间时出现拐点。各液料比处理六堡茶浸出率高低排名为：（28∶1）＞（24∶1）＞（20∶1）＞（16∶1）＞（12∶1），液料比（28∶1）处理六堡茶浸出率为14.58%，液料比（24∶1）处理六堡茶浸出率为14.56%，液料比（20∶1）处理六堡茶浸出率为14.55%，三者相差不显著。不同浸提液料比对六堡茶第一次浸提感观评分的影响如图4所示。由图4可知，从感观评分分析，随着液料比的增加，浸提液审评得分相应提高，在液料比到20∶1时出现拐点，之后出现下降趋势，浸提液感观评分最高的液料比为（20∶1）的处理，得分为92.2分，其次是液料比为（24∶1）的处理，得分为90.1分，两者感观评分差异显著。综合浸出率和感观评分分析，浸提液料比最佳比例为20∶1。

图3 不同浸提液料比对六堡茶第一次浸提浸出率的影响

图4 不同浸提液料比对六堡茶第一次浸提感观评分的影响

2.1.3 浸提时间对六堡茶第一次浸提效果的影响

不同浸提时间对六堡茶第一次浸提浸出率的影响如图5所示。从图5可知，随着浸提时间的增加，六堡茶浸出率呈上升趋势，40 min处理浸出率最高，为14.63%，其次是30 min处理，浸出率为14.58%，第三是20 min处理，浸出率为14.57%，第四是15 min处理，浸出率为14.54%，四者浸出率差异不显著。不同浸提时间对六堡茶第一次浸提感观评分的影响如图6所示。从图6可知，从浸提液感观评分上分析，不同时间处理浸提液感观评分从高到低排序为：15 min＞10 min＞20 min＞30 min＞40 min，感观评分最高的时间处理为15 min，得分92.2分，其次是时间处理10 min，得分为90.1分，两者差异显著。综合浸出率和感观评分分析，浸提最佳时间为15 min。

图5 不同浸提时间对六堡茶第一次浸提浸出率的影响

图6 不同浸提时间对六堡茶第一次浸提感观评分的影响

2.2 六堡茶第二次浸提试验结果

2.2.1 浸提温度对六堡茶第二次浸提浸出率的影响

不同浸提温度对六堡茶第二次浸提浸出率的影响如图7所示。从图7可知，随着浸提温度的提高，六堡茶浸出率不断提高，浸提温度达到100℃时，浸出率最高，为21.73%，其次是90℃处理，为20.90%，60℃处理浸出率最低，为18.61%，浸出率最高与最低的两个处理，六堡茶浸出率相差3.12%，差异显著，六堡茶第二次浸提最佳的温度处理为100℃。

图7 不同浸提温度对六堡茶第二次浸提浸出率的影响

2.2.2 不同浸提液料比对六堡茶第二次浸提浸出率的影响

不同浸提液料比对六堡茶第二次浸提浸出率的影响如图8所示。从图8可知，随着液料比的提高，浸出率不断上升，当液料比在20∶1时出现拐点，之后上升趋于平稳。六堡茶浸出率最高的处理为液料比（28∶1）处理，为21.74%，其次是液料比（24∶1）处理，为21.73%，第三是液料比（20∶1）处理，为21.71%，三者相差不显著。液料比（20∶1）处理与液料比（16∶1）处理的六堡茶浸出率相差1.51%，相差显著。综合六堡茶茶膏后期浓缩、干燥工艺考虑和生产成本因素，选取液料比（20∶1）处理为第二次浸提最佳六堡茶浸提液料比。

图8 不同浸提液料比对六堡茶第二次浸提浸出率的影响

2.2.3 不同浸提时间对六堡茶第二次浸提浸出率的影响

不同浸提时间对六堡茶第二次浸提浸出率的影响如图9所示。从图9可知，随着浸提时间的增加，浸出率曲线呈上升趋势，当40 min时出现拐点，之后上升趋势趋于平稳。六堡茶浸出率最高处理为60 min，为21.754%，其次是50 min处理，为21.753%，第三是40 min处理，为21.744%，三者相差不显著。40 min处理与30 min处理的六堡茶浸出率相差0.9%，相差显著。综合六堡茶茶膏后期浓缩、干燥工艺考虑和生产成本因素，选取40 min处理为第二次浸提最佳六堡茶浸提时间。

图9 不同浸提时间对六堡茶第二次浸提浸出率的影响

2.3 响应面优化浸提工艺结果与分析

2.3.1 响应面试验结果

根据第一次浸提、第二次浸提单因素试验结果，固定第二次浸提工艺为浸提温度100℃、液料比20∶1、浸提时间40 min，选取第一次浸提时间（A）、浸提温度（B）、浸提液料比（C）为自变量，以六堡茶茶膏综合得分为响应值，进行3次平行试验，响应面试验设计方案与试验结果见表3。

表3 响应面试验设计方案与试验结果

续表

2.3.2 回归模型及方差分析

应用Design Expert 8.0.6软件对表3中综合评分数据进行二次响应面回归分析，得到回归方程 模型：Y（综合评分）= 92.76+0.97*A+3.40*B+0.78*C-0.52*A * B+0.025* A * C-0.13* B * C-1.8*A2-3.74* B2-1.04* C2。响应面回归模型的方差分析及显著性检验结果见表4。从表4可知，F=48.98，相应的P值＜ 0.0001，表明该模型极显著，具有意义；二次多元回归方程拟失项P=0.3273，表现为不显著水平，表明该模型模拟三因素三水平的分析可行。相关性系数R2=0.9844，校正决定系数AdjR2=0.9643，说明该模型与实际试验拟合程度较好，因此拟合的模型可用于六堡茶茶膏浸提工艺的分析和预测。模型中A、B、C、A2、B2、C2对六堡茶浸提综合得分的影响显著或极显著，说明回归方程非线性关系。从表4中F值的大小可以得出，各因素对六堡茶茶膏综合得分的影响排序是：B（浸提温度）＞A（取浸提时间）＞C（浸提液料比）。

表4 回归模型方差分析结果

续表

2.3.3 响应面的互交作用及分析

基于上面回归方程，绘制响应面的互交作用图如图10所示，分析浸提温度、浸提时间和浸提液料比对六堡茶茶膏综合得分的交互作用。比较图10中a、c、e可知：浸提温度和浸提时间对六堡茶茶膏综合得分的互作效应较强，表现为曲面较陡；而浸提温度和浸提液料比对六堡茶茶膏综合得分的互作效应次之；浸提时间和浸提液料比对六堡茶茶膏综合得分的交互效应最弱，表现为曲面较为平滑。随着某个因素的变化，等高线的变化越频繁，表明该因素对响应值影响越大，综合b、d、f得出：对六堡茶茶膏综合得分的影响因子大小依次为：B（浸提温度）＞A（浸提时间）＞C（浸提液料比）。

图10 响应面的互交作用图

2.4 六堡茶浸提工艺条件的确定与模型验证

本试验兼顾实际生产的可操作性，根据单因素试验及响应面试验，确定六堡茶浸提最佳工艺为：浸提温度85℃、浸提时间16 min、浸提液料比21∶1。在此条件下进行试验，所加工的六堡茶茶膏品质为：外形红褐色、润，汤色红亮，香气纯正，滋味醇厚、回味甘爽，综合得分92.1分，与验证试验中预测六堡茶茶膏综合得分值93.7分接近，说明该模型实际情况拟合较好，再次验证模型的有效性，具有使用价值。

3 结果与讨论

从温度对浸出率的影响分析，随着浸提温度的提高，六堡茶浸出率不断提高，与吕春秀［15］研究结果相同，原因可能是由扩散原理知，茶叶在浸提时，随着温度的提高，茶叶中茶多酚、氨基酸、咖啡碱浸出速率也相应加快，从而提高浸出得率。感观评分结论与许静静等［16］研究结果有差异，原因可能是与绿茶相比，六堡茶的原料相对较粗老，六堡茶经发酵、陈化后，存在一些低沸点异杂香气，而一定温度的浸提液，既能挥发低沸点异杂香气，又能尽量浸提出高沸点的香气，六堡茶浸提温度相比绿茶来说要高，但过高的温度，会导致多酚类物质发生氧化聚合、Vc氧化速率加快等反应，香气过多挥发，产生茶膏滋味鲜爽度下降、香气降低的结果，适当的浸提温度方能保证浸出率和浸出液品质。

液料比对六堡茶浸提液品质有一定的影响，茶叶浸提液浓度越高，茶叶可溶性物质能够充分浸提出来，可减少香气成分的挥发损失，减少多酚类物质的氧化，提高茶叶浸提液品质。液料比越高，浸出率越大，浸出物质越多，但液料比过大，茶叶浸提浓度并非最高，若液料比过小，溶液中不能将茶叶可溶性物质充分浸提出来，滋味物质也不够，影响得率与品质。

浸提时间对六堡茶浸出率有密切的关系，浸提时间越长，浸出率越大，但随着浸提时间的增长，茶汤中的香气挥发损失越多，同时香气物质在长时间高温条件下易发生氧化、聚合等反应，产生一些热敏性物质变化，香气的鲜灵度下降，产生“熟味”，同时，浸提时间过长，会导致多酚类物质发生氧化聚合、Vc氧化反应过度，降低茶膏品质。

经过第一次浸提后，六堡茶中的大部分香气物质和茶多酚等滋味物质已浸出，第二次采取长时间高温浸提工艺，可促进糖类、纤维素等大分子物质进一步溶于水中，有效提高浸提得膏率，提高浸提液中的功能性物质成分。

综上所述，六堡茶浸提较佳浸提工艺参数为：第一次超声波辅助浸提温度85℃、浸提时间16 min、浸提液料比21∶1，第二次热水浸提温度100℃、浸提时间40 min、浸提液料比20∶1。在此工艺条件下，六堡茶茶膏综合得分92.1分，与验证试验中预测六堡茶茶膏综合得分值93.7分接近，可作为六堡茶浸提与开发利用的参考。