赶黄草叶茶制备工艺及其对风味、功效成分溶出的影响

2022-03-04 04:53王星月杨潇然张紫涵贾利蓉段飞霞
中国食品学报 2022年2期
关键词:槲皮素草叶茶汤

王星月, 杨潇然, 张紫涵, 贾利蓉,2, 高 鸿,2, 段飞霞,2*

(1 四川大学轻工科学与工程学院 成都610056 2 四川大学 食品科学与技术四川省高校重点实验室 成都610056)

赶黄草(Penthorum chinense Purch)是虎耳草科扯根菜属扯根菜的干燥地上部分[1],主要分布于我国四川、华东、华北、贵州等地,在四川省古蔺县已实现规模化种植, 为当地重要的经济作物,其茎、 叶于2020年6月被批准为新食品原料使用。赶黄草茎、叶富含槲皮素、乔松素等黄酮类物质,具有预防肝脂肪变性,改善肝纤维化,解酒等生理活性[2-5],也可入药发挥其利胆退黄、保肝抗炎、抗病毒等治疗作用[6]。

食药两用植物是我国改善亚健康人群健康状态的珍贵、丰富的资源宝藏。代用茶是食药两用植物资源市场占比最大、最常见的产品形式。赶黄草茎、叶味苦,传统茶叶制备工艺可起到脱苦、增香、矫味的作用, 可尝试用于赶黄草代用茶产品的制备,以改善口感,提高饮用依从性,促进产品推广和改善健康作用的发挥。

本文通过响应面试验, 结合模糊数学感官评价法,得到赶黄草叶茶的最佳制备工艺。 基于此,采用氨基酸组成分析仪、 高效液相色谱技术(HPLC)、顶空固相微萃取(HS-SPME)结合气质联用(GC-MS)等技术,研究赶黄草中的主要苦味物质基础,以及制备工艺对赶黄草风味、功效性成分溶出的影响,为赶黄草叶茶产品的开发、质量标准的建立及风味改善机制的揭示等提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1) 材料 赶黄草鲜叶,采自四川省泸州市古蔺县;盐酸黄连素水合物(97%),上海麦克林生化联合有限公司;槲皮素、乔松素、没食子酸(色谱纯级):北京Solarbio 公司;乙腈、甲醇(色谱纯级),成都科龙化工试剂厂。

2) 仪器与设备 A300 氨基酸分析仪, 德国Membrapure 公司;766-0A 远红外恒温干燥箱,上海成顺仪器仪表;Aglient 1260 Infinity II 高效液相色谱, 美国Aglient 公司;FD-1A-50 冷冻干燥机,北京博医康实验仪器;RE-201D 旋转蒸发仪,上海力辰科技;HS-20 顶空自动进样器、GCMS-2010 SE 气相质谱联用仪,日本Shimadzu 公司。

1.2 赶黄草叶茶制备工艺流程

叶茶制备工艺流程如图1 所示:1)筛选:筛选形态完整的赶黄草新鲜叶片;2) 冷冻萎凋:-18 ℃冷冻萎凋24 h;3)解冻;4)烘青:热风干燥软化叶片,降低含水量;5)揉捻:室温下揉捻成条状。6)初烘:远红外干燥箱初烘、摊凉;7)复烘:热风干燥。

图1 赶黄草叶茶制备工艺流程图Fig.1 Process flow of PCP leaf tea

1.3 赶黄草叶茶制备工艺参数优化

1.3.1 单因素实验 以烘青温度(50,60,70,80,90 ℃)、烘青水分(55%,60%,65%,70%,75%)、揉捻时间(5,10,15,20,25 min)、初烘 温度(65,85,105,125,145 ℃)、 初烘 水分 (20%,30%,40%,50%,60%)为影响因素,以叶茶感官综合评分作为评价指标(S)进行单因素实验。

1.3.2 响应面试验设计 基于单因素实验结果,根据Box-Behnken 试验设计原理, 选取烘青水分(A)、初烘温度(B)和揉捻时间(C)为影响因素,设计响应面试验。 用-1,0,1 表示低、中、高3 水平,以模糊数学感官综合评分(Y)为响应值,试验因素与水平设计见表1。

表1 赶黄草叶茶试验因素及水平Table 1 Factors and levels of PCP leaf tea

1.4 感官评定

1.4.1 感官评定人员的筛选与评定标准 感官评定小组由40 位成员组成(男20 名,女20 名),按照苦味阈值检验结果对评定人员进行筛选[7],对叶茶(料液比1∶100)的外形、香气、苦味、汤色、叶底等5 个指标评分,评价标准如表2 所示。叶茶感官综合评分(S)由各项感官特性的加权平均计算得到,如式(1)所示。

表2 叶茶感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria of PCP leaf tea

式中,N1——评价 “好”, 得4 分的人数;N2——评价 “较好”, 得3 分的人数;N3——评价“一般”,得1 分的人数。

1.4.2 模糊数学模型的建立[8-10]确定赶黄草叶茶感官评定因素集U=(外形u1,香气u2,苦味u3,汤色u4,叶底u5);评语集V=(好,较好,一般),对应分值分别为好4 分,较好3 分,一般1 分。 感官指标得分的离散程度反映工艺参数对赶黄草叶茶该项指标的影响及品评人对该指标的重视程度;选取标准差作为离散程度的指标, 通过标准差归一化处理确定各感官指标权重,得到权重集X。 统计40 位品评员的感官评分,按式(2)计算得到各样品(i)的模糊关系矩阵Ri及模糊关系评价集Yi(Yi=X·Ri),建立模糊矩阵[9]。 Ri=(Ri外形,Ri香气,Ri苦味,Ri汤色,Ri叶底)/40,由Y=X·R,计算得到Yi:

其 中,Yin=(x1∧r1n)∨(x2∧r2n)∨(x2∧r3n)∨(x3∧r4n)∨(x4∧r5n),Yin为权重集X 与模糊矩阵Ri第n 列比较,∧取最小值,∨取最大值,得Yi=(Yi1,Yi2,Yi3),归一化后取Yi的峰值为响应面中每个样品模糊数学感官综合评分。

1.5 紫外分光光度法测定总黄酮含量

制备0.4 mg/mL 芦丁标准液,采用硝酸铝显色法[11],绘制标准曲线。 取0.1 g 冻干粉用70%的乙醇溶液定容至25 mL,摇匀后于波长510 nm 下显色。

1.6 HPLC 测定槲皮素、没食子酸和乔松素含量

分别制备0.4 mg/mL 的槲皮素、没食子酸和乔松素标准溶液,绘制标准曲线[12]。 用100 mL 50%甲醇将100 mg 冻干粉超声溶解30 min,离心后过0.22 μm 滤膜,取上清液。色谱柱:InertSustain C18(5 μm×4.6 mm×250 mm); 流动相:0.1%磷酸(A)、乙腈(B);速率:1.0 mL/min;洗脱梯度:0~30 min,5% A~25% B;30~55 min,25% A~45% B;55~58 min,45% A~5% B;柱温:35 ℃;进样量:20 μL[13]。

1.7 游离氨基酸测定

全自动氨基酸分析仪:用10 mL 超纯水将0.1 g 冻干粉超声溶解,过0.22 μm 滤膜后备用,样品制备后12 h 内完成分析[14]。 色谱柱:Column Kit Lithium 柱;流速:0.18 mL/min;柱温:40 ℃,检测器:DAD,双波长检测:570 nm+440 nm。

1.8 HS-SPME/GC-MS 测定挥发性成分

1) HS-SPME 条件 在20 mL 顶空瓶中加入1 g 冻干粉、5 mL 蒸馏水和10 μL 的3-辛醇溶液,迅速密封;将其置于75 ℃水浴15 min,萃取吸附15 min 后,在250 ℃下解析10 min[15]。

2) GC 条件 色谱柱:HP-5 MS 石英毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气:氦气(纯度≥99.999%);柱流量:1 mL/min(恒流模式)。 升温程序如表3 所示。

表3 升温程序Table 3 Heating program

3) MS 条件 EI;离子源:230 ℃;离子化:80 eV;四级杆:150 ℃;全扫描式;扫描范围:30~400 m/z;接口:250 ℃,柱温:40 ℃,进样口:250 ℃。

4) 定性和定量 将GC-MS 分析后的结果与NIST08.LIB 谱库进行检索比对, 以匹配指数大于90%为物质鉴定标准, 香气成分含量按式 (3)计算,每次检测均加入10 μL 的3-辛醇(C8H18O)溶液(20 μg/mL);气味活度值(Odor activity values,OAV)按公式(4)计算。

1.9 数据处理与统计分析

试验均重复3 次, 表格或图片中数据均为平均值,采用Origin 8.0,Excel 和SPSS 20.0 软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

叶茶制备单因素实验中烘青温度、初烘水分、烘青水分、 初烘温度和揉捻时间对赶黄草叶茶外形、香气、汤色、苦味和叶底感官评分的影响及权重值和标准差如图2 所示, 其离散程度从大到小依次为:苦味>香气>外形>汤色>叶底。根据式(1),设定不同感官指标的权重值为:苦味0.35,香气0.25,外形0.20,汤色0.15,叶底0.10,用于后续模糊数学感官综合评分[10]的计算。

图2 赶黄草叶茶单因素实验结果Fig.2 Single factor experimental results of PCP leaf tea

当烘青水分在55%~65%、 初烘温度在105~145 ℃,揉捻时间在10~20 min 范围时,苦味得分为3.7~4.3,其它各因素得分均在3.5 以上。烘青温度在50~70 ℃内,香气为3.8,其它各因素得分均为4 以上,说明烘青温度对感官指标影响不大;当初烘水分为50%时,香气为3.6,其它各因素得分均在4 以上,显著高于其它水分值得分。 据此,确定烘青水分、 初烘温度和揉捻时间为响应面试验需优化的条件,确定初烘水分控制为50%,烘青温度60 ℃。

2.2 赶黄草叶茶制备最优工艺

响应面试验中, 赶黄草叶茶各样本的模糊数学感官综合评分结果如表4 所示, 对于编号为i的样品得到拟合方程如下:

表4 赶黄草叶茶感官综合评分的试验设计结果Table 4 Experimental design results of sensory comprehensive score of PCP leaf tea

Yi=-7.77856 +0.22852A +0.025353B -0 . 00930398C +0.000038AB +0.00015AC +0 . 0002125BC-0.00196826A2-0.000123016B2-0.00104902C2

对回归方程进行方差分析和显著性检验,如表5 所示。 回归项中P<0.05, 说明所选择模型显著;失拟项P=0.034<0.05 差异显著,确定系数R2=0.8950, 调整确定系数R2adj=0.8006 表明该模型能够有效解释响应值变化。 二次项A2、B2、C2为极显著项(P<0.01),一次项A、B、C,交互项AB、BC、AC 为不显著项(P>0.05),并由F 值可看出,三因素对赶黄草叶茶模糊数学感官综合评分影响的大小顺序为初烘温度(B)>烘青水分(A)>揉捻时间(C)。

表5 赶黄草叶茶感官综合评分的响应面分析Table 5 Response surface analysis of sensory comprehensive score of PCP leaf tea

烘青水分、 初烘温度和揉捻时间对模糊数学感官综合评分的影响如如图3 所示。 其两两交互作用对模糊数学感官综合评分影响不显著, 初烘温度对模糊数学感官综合评分的影响最为显著[16],与方差分析结果一致。 最佳工艺条件为:烘青水分59.53%, 揉捻时间11.94 min, 初烘温度123.78 ℃,模糊数学感官综合评分预测值为0.54。鉴于实践的方便性, 将最优工艺条件调整为烘青水分60%,揉捻时间12 min,初烘温度为124 ℃。验证样品的模糊数学感官综合评分为0.47±0.02,接近预测值。结果表明,该预测模型可用于赶黄草叶茶优化[17]。

图3 赶黄草叶茶的感官综合评分的响应面图Fig.3 Response surface diagram of the sensory comprehensive score of the PCP leaf tea

2.3 叶茶制备工艺对赶黄草茶汤中游离氨基酸含量的影响

游离氨基酸是重要的呈味物质[18],可表现酸、甜、苦、鲜等多种风味[19];也是许多风味物质的前体[20-21];氨基酸在高温下还会与糖类物质进行美拉德反应,生成更复杂的风味成分[22]。 滋味活度值(Taste activity values, TAV) 大于1 的成分具有味觉活性[18]。

赶黄草叶及叶茶的泡饮物中均检测出13 种游离氨基酸, 如表6 所示。 其中8 种为苦味氨基酸,包括异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、色氨酸、赖氨酸和精氨酸,在叶中其TAV 值均小于1,而TVA 总值为2.53,表明单一氨基酸对苦味贡献有限,叶茶中总溶出率降低了49.01%。 3种为鲜味氨基酸,包括天冬氨酸、天冬酰胺和谷氨酸, 其中天冬氨酸和谷氨酸在叶和叶茶中的TAV值>1,均为鲜味贡献成分,叶茶中天冬氨含量降低了33.4%,谷氨酸含量降低了71.5%。 2 种为甜味氨基酸为苏氨酸和丙氨酸; 丙氨酸在叶中的TAV值>1,为叶的甜味贡献成分,叶茶中丙氨酸含量降低了62.5%,TAV 值<1。

表6 赶黄草叶及其茶中游离氨基酸含量Table 6 Content of free amino acids in PCP leaf and tea

2.4 叶茶制备工艺对茶汤中没食子酸、黄酮溶出量的影响

没食子酸(阈值>0.14 mg/g 干重)为具有苦味和收敛感的典型物质。在赶黄草叶原料中,没食子酸含量为13.99 mg/g 干重,如图4 所示。 其TAV值>1,为赶黄草叶中主要苦味物质。 制茶后,没食子酸含量降低为4.32 mg/g 干重(P<0.001),与赶黄草叶茶茶汤苦味明显降低的感官品质变化相符。在杀青过程中,酚类物质发生氧化、热解、异构化或与其它物质聚合等反应[24],茶汤中没食子酸溶出率下降, 可能是制茶过程赶黄草叶茶苦味降低的重要原因。

黄酮类槲皮素、 乔松素为赶黄草的主要功效成分,没有明显苦味[25],其中槲皮素糖苷类化合物如槲皮素-3-O-α-L-吡喃阿拉伯糖苷、槲皮素-3-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芦丁等具有涩味[25]。 叶原料茶汤及叶茶茶汤中总黄酮、 槲皮素和乔松素的含量如图4 所示。叶原料茶汤中,总黄酮、槲皮素、乔松素含量为38.147,0.427,0.142 mg/g 干重;叶茶茶汤中, 上述3 种成分含量分别为36.654,0.461,0.184 mg/g 干重, 与叶原料相比无显著差异, 说明文中所述赶黄草茶制备工艺对赶黄草叶主要功效成分溶出无明显影响。

图4 赶黄草叶及叶茶中总黄酮、槲皮素、乔松素及没食子酸含量Fig.4 The total flavonoids, quercetin, pinocembrin and gallic acid in PCP leaf and tea

2.5 特征性挥发成分

挥发性成分通过低的感官阈值来产生高度敏感的气味,是决定代用茶品质的重要因素[15]。 赶黄草叶原料及叶茶茶汤的挥发性成分及含量如表7所示。 叶原料茶汤共检测到化合物27 种,主要挥发性成分为醛类、酮类和酯类,其中醛类为首次发现,其它结果与冯长根等[26]的研究一致。 赶黄草叶茶茶汤中共检测出挥发性成分35 种,其主要挥发性成分为醛类、酮类、酯类和醇类。

表7 GC-MS/MS 香气成分分析表Table 7 GC-MS/MS analysis of aroma components

(续表7)

根据各挥发性成分的阈值和香气属性, 计算其OAV 值,OAV 值>1 即为有贡献的挥发性成分;OAV 值>10 为有重要贡献的挥发性成分[18,23-25],其结果如表8 所示。 赶黄草叶原料茶汤中,OAV>10值的挥发性成分为2-己醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、反-2-,顺-6-壬二烯醛、癸醛、甲基庚烯酮、壬醛、月桂醛和苯乙酮,OAV 值介于1~10 之间的为苯甲醛。其中,反-2-,顺-6-壬二烯醛含量为5.91 μg/g,OAV 值高达7 385.50,为赶黄草青草味的主要贡献成分;月桂醛含量为2.85 μg/g,OAV 值高达5 247.01,呈橙油味,然而感官评价中未闻到橙油香气, 可能被青草味掩盖; 苯乙酮含量为2.19 μg/g,OAV 值为33.76, 呈花香; 壬醛含量为0.35 μg/g,OAV 值为23.35,呈清香。 综上,赶黄草叶原料茶汤以青草味、清香、花香为主体香气特征。

表8 挥发性成分OAV 值和香气描述Table 8 OAV value and aroma description of volatile components

赶黄草叶茶茶汤中,OAV 值>10 的挥发性成分包括:(E,E)-2,4-庚二烯醛、反-2-,顺-6-壬二烯醛、癸醛、甲基庚烯酮、苯乙醛、苯乙酮、壬醛、β-环柠檬醛、反式-2-壬醛、月桂醛;OAV 值介于1~10 之间的包括:橙花叔醇、苯甲醛。 反-2-,顺-6-壬二烯醛和反式-2-壬醛浓度分别为3.10 μg/g 和2.32 μg/g,均呈青草味,其OAV 值之和为5 029.01,反-2-,顺-6-壬二烯醛为赶黄草青草味的主要贡献成分;月桂醛含量为1.24 μg/g,OAV 值为3 586.48,呈橙油味,然而感官评价中未闻到橙油香气,可能被青草味掩盖;β-环柠檬醛含量为4.31 μg/g,其OAV 值为862.53,呈清香;苯乙醛和苯乙酮含量分别为0.87 μg/g 和1.99 μg/g, 均呈花香,其OAV 值之和127.27。 上述研究结果表明,赶黄草叶在制茶后, 青草味变淡, 清香和花香香气增加。

3 结论

本文以赶黄草叶为原料, 采用响应面法优化得到赶黄草叶茶最佳工艺条件为:烘青水分60%,揉捻时间12 min,初烘温度124 ℃;没食子酸为赶黄草叶中主要苦味成分, 采用该法制备赶黄草叶茶,可降低游离苦味氨基酸与没食子酸溶出总量,有效降低赶黄草叶泡饮茶汤的苦味; 青草味、清香、花香为赶黄草叶主体香气特征,制茶工艺降低了青草味增加了清香和花香。 该工艺在提高赶黄草叶茶感官品质的同时,对总黄酮、槲皮素和乔松素等功效成分的溶出无显著影响。

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