沛县黄皮牛蒡茶加工工艺对多酚含量的影响研究

董玉玮，李 超，冯星星，胡传银，秦琰琪

（1. 徐州工程学院 食品与生物工程学院，江苏徐州 221018；2. 徐州天马敬安食品有限公司，江苏徐州 221747；3. 沛县农业农村局，江苏 徐州 221600）

牛蒡（Arctium lappaL.） 又称东洋人参、蒡翁菜、恶实、属桔梗（Campanulales），菊科（Asteraceae Bercht. & J. Presl），牛蒡属（Arctium），为二年生的草本直根类的植物[1]。欧洲、北美等地[2]曾是牛蒡的原产地，在我国，牛蒡主要种植在江苏、安徽、山东、黑龙江等地。沛县黄皮牛蒡是江苏省徐州市沛县特产，2019 年被评为国家农产品地理标志产品，富含纤维素、蛋白质等营养成分，以及多酚、黄酮、多糖、菊糖等功能性成分[3-4]，具有防癌抗癌、降血糖血脂、保护肝脏及延缓衰老等辅助功效[5-6]。其中，牛蒡多酚类化合物具有清除自由基、抗氧化抑菌等作用。

新鲜的牛蒡根如果不及时食用或者加工处理，其组织极易发生纤维化，而变空心。为了克服牛蒡根保质期短、运输成本较高的缺点，需要对牛蒡根进行加工或干燥处理[7]。牛蒡茶是以牛蒡根为原料，先通过切片，再以高温烘烤制成的绿色茶品。牛蒡茶中保留着对人体具有营养价值和保健功效的黄酮、菊糖、膳食纤维等成分[8]。传统的牛蒡茶的制取工艺比较简单，把品相较好的牛蒡根茎洗净切片，并置于太阳下分摊晾晒，通过晾晒去除水分而后形成初步茶片后再使用铁锅翻炒，最终得到表面金黄的牛蒡茶片。传统的牛蒡茶制取工艺的影响因素较多，且易被环境卫生等问题所影响，使得牛蒡茶的品质千差万别，以至于影响其口感、色泽及香气。现阶段牛蒡茶加工工艺主要有热风烘干、微波干燥、高温烘烤，主要原理是在高温作用下使原料快速失水，同时达到提升品质、易于保存的目的。但是，原料中的部分活性物质的含量会受加工工艺的影响而发生变化。陈玮琦等人[9]通过不同干燥方式对苹果幼果中的干酚类物质及其抗氧化性的影响发现，经过真空冻干处理后的样品酚类物质含量最高，抗氧化能力最强。

牛蒡茶中的多酚等物质易受到烘烤温度、时间等因素作用，导致其含量发生变化，进而对牛蒡茶的保健效果产生影响。以沛县黄皮牛蒡根为原料，探讨沛县黄皮牛蒡茶加工工艺中切片厚度、加热温度、加热时间等因素对多酚含量的影响，采用响应面软件优化加工工艺，将为牛蒡茶的工业化生产提供好的数据和技术，具有广阔的应用前景。

1 材料与方法

1.1 试验材料、试剂和仪器

1.1.1 试验材料和试剂

沛县黄皮牛蒡，徐州天马敬安食品有限公司提供。

试剂：铁氰化钾、水杨酸、三氯乙酸、NaCl、95%乙醇、EDTA-Na2、维C、柠檬酸等，均为分析纯，南京晚晴化玻仪器有限公司提供。

1.1.2 试验仪器

HH-1 型电热恒温水浴锅，苏州威尔实验用品有限公司产品；202-0A 型电热恒温干燥箱、M-Q1 型多功能切片机、JYT-2 型分光光度计，宜邦科析仪器有限公司产品；HC-1016 型离心机，浙江中友实业有限公司产品；JYT-2 型托盘天平，昆山巨天仪器设备有限公司产品。

1.2 方法

1.2.1 牛蒡茶加工工艺的单因素试验

将新鲜、粗细均匀的牛蒡洗净、去皮，作为单因素试验的样品，考查烘烤温度、烘烤时间和切片厚度对多酚含量的影响，每个因素做3 个平行试验。

（1） 烘烤温度的选择。制备牛蒡茶，将切片厚度控制在4 mm，加热时间控制在3.5 h。将5 组牛蒡分别在60，65，70，75，80 ℃下加热。冷却后包装，待测。

（2） 烘烤时间的选择。制备牛蒡茶，将切片厚度控制在4 mm，加热温度控制在70 ℃。将5 组牛蒡加热2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h；冷却后包装，待测。

（3） 切片厚度的选择。制备牛蒡茶，将加热温度控制在70 ℃，加热时间控制在3.5 h。将5 组牛蒡切片，厚度分别为2，3，4，5，6 mm。冷却后包装，待测。

1.2.2 响应面试验设计

使用Design Expert 8.06 试验设计软件，将调味剂对饮料口感的影响做进一步的优化。通过响应面试验，设计三因素三水平的试验方案。

试验的因素与水平设计见表1。

表1 试验的因素与水平设计

1.2.3 多酚的提取

将牛蒡切片干燥粉碎，40 目过筛，粉碎后按料液比1∶10 加入65%的乙醇溶液，于70 ℃下加热浸取90 min；过滤溶液除去滤渣，得多酚提取液；吸取待测液1 mL 加入10 mL 容量瓶，加入福林试剂0.1 mL 和质量分数为10%的碳酸钠溶液0.2 mL，再用蒸馏水定容。置于45 ℃水浴5 min 后于波长765 nm处测得吸光度，代入没食子酸标准品制作的标准曲线，计算多酚含量。

1.2.4 多酚提取率的计算

采用普鲁士蓝法对提取物中的没食子酸含量进行测定。精密称取没食子酸对照品25 mg，加入丙酮-水（1∶1） 配成质量浓度为50 mg/mL 的对照品溶液。吸取对照品溶液0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于25 mL 量瓶中，依次加入浓度为0.100 mol/L 的三氯化铁溶液0.5 mL，浓度为0.008 mol/L 的铁氰化钾溶液0.5 mL 和浓度为0.10 mol/L 的盐酸溶液0.5 mL，定容，于波长695 nm 处测定吸光度，得标准曲线Y=0.146 9X-0.009 1，R2=0.997。样品测定：将样品取代标准品，测定方法同标曲制作。

1.3 数据分析

所有的数据都用平均值±标准差（±s） 来表示，Origin 9.0 软件绘图。采用Design Expert 8.05b软件对加工工艺的单因素试验数据进行优化处理。

2 结果与分析

2.1 烘烤温度的确定

将牛蒡茶在不同烘烤温度下进行多酚的提取。

多酚提取量与加热温度的关系见图1。

图1 多酚提取量与加热温度的关系

由图1 可知，多酚的提取率随着加热温度的升高呈先增大后减小的趋势。在加热温度为60~75 ℃时，多酚的提取率随着加热温度的升高而增大；在加热温度为75~80 ℃时，多酚的提取率随着温度的升高而减小；在加热温度为70 ℃时，多酚的提取率达到最高，为534.3 μg/g。张艳明等人[10]在研究菊芋牛蒡茶的制备工艺对干燥缩水率及营养成分的影响时发现，物料在低温下干燥，营养成分损失少。试验研究发现，烘烤温度过高或过低，不利于多酚类化合物的形成，影响牛蒡茶的品质。

2.2 烘烤时间的确定

牛蒡茶在不同烘烤时间下进行多酚的提取。

多酚提取量与加热时间的关系见图2。

图2 多酚提取量与加热时间的关系

由图2 可知，多酚提取量随着加热时间的延长呈先增大后减小的趋势。在加热时间为2.5~3.5 h时，多酚提取量随着时间的延长而增大；在加热时间为4.0~4.5 h 时，多酚提取量随着时间的延长而减小；在加热时间为3.5 h 时，多酚提取量达到最高，为544.3 μg/g。杜家钰等人[11]研究表明，在相对时间里，随着加热时间的延长，麸皮的质量评价逐渐升高，加热时间超过相对时间后，麸皮质量评价呈现下降趋势。试验研究发现，延长加热时间有助于多酚类物质溶出，提取量增加，加热时间过长，可能导致多酚类物质不稳定，提取量降低。

2.3 切片厚度的确定

牛蒡茶在不同切片厚度下进行多酚的提取。

多酚提取量与切片厚度的关系见图3。

图3 多酚提取量与切片厚度的关系

由图3 可知，多酚提取量随着切片厚度的增加呈先增大后减小的趋势。当切片厚度为2~4 mm 时，多酚提取量随着厚度的增加而增大；在切片厚度为4~6 mm 时，多酚的提取量随着厚度的增加而减小；在切片厚度为4 mm 时，多酚提取量达到最高，为584.3 μg/g。时秋月[12]研究发现，随着切片厚度的增加，怀山药制品中的多糖得率呈开口向下的抛物线的趋势，切片过程中厚度过大或干燥时间越长都会导致多糖发生氧化分解，从而使得干制品中的多糖得率受到影响。试验研究发现，切片过薄，吸收的热能可使表面的水分迅速蒸发，因为持续暴露在高温环境中，使得牛蒡温度持续升高，从而多酚易被破坏；当切片过厚时，牛蒡表面水分在持续蒸发后继续吸收热能，而牛蒡中心不好吸收热能，中心的水分不好蒸发，加热时间延长会导致外部料温度过高，也会对多酚产生破坏。

2.4 响应面试验设计结果

根据响应面试验，制定详细的分析方案。

响应面试验设计与结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果

2.5 回归模型的建立和检验

将表2 中的数据进行整理分析，对加热温度（X1）、加热时间（X2） 和切片厚度（X3） 3 个单因素进行回归拟合，得出多酚提取量（Y） 回归方程：

回归模型方差分析见表3。

表3 回归模型方差分析

经响应面软件分析，预测模型标准偏差为4.23，平均值492.47，变异系数0.86，预测残差平方和1 594.56，此模型的拟合程度较好，决定系数R2为0.995 3，失拟项p＜0.05，为极显著水平，说明该方程与实际情况相符，具有可靠性。失拟项p＞0.05，不显著。加热温度、加热时间和切片厚度的p值都小于0.05，说明对多酚提取率都有显著影响。

2.6 两因素间交互效应分析

通过响应面试验预测模型，加热温度（X1）、加热时间（X2）、切片厚度（X3） 3 个因素，在确定3 个因素中1 个因素不变的情况下，对其他2 个因素的交互作用对于SDF 提取量的影响进行分析。

响应面分析图和等高线图见图4。

图4 响应面分析图和等高线图

三维图可以明显地表示出两两因素之间的交互作用对测定值的影响大小，如果三维图中的曲面越陡，则说明2 个因素对测定值的影响越大，这2 个因素间的交互作用对测定值的结果影响就越显著；相反，如果三维图中的曲面越平缓，就说明这2 个因素间的交互作用对测定值的结果影响就不显著。等高线图则表示两两因素间的交互作用强度，当等高线中的图形越趋于椭圆时，说明这2 个因素之间的交互作用就越强；反之，如果图形越形似圆形，则说明2 个因素之间的交互作用越弱。

由图4 可知，图中的3 个因素之间两两交互作用的影响显著效果，X1X2的交互作用p＞0.05，对多酚提取量不影响显著；X1X3与X2X3的交互作用p＜0.05，对多酚提取量影响显著。

2.7 加工工艺最优分析和结果验证

回归模型确定的最佳牛蒡茶制备工艺为加热温度74.7 ℃，加热时间3.8 h，切片厚度2.7 mm，预测得到的多酚提取量最高为550.22 μg/g。对此优化条件进行验证，根据实际调整为烘烤时间4 h，烘烤温度75 ℃，切片厚度3 mm 时，提取的多酚平均提取率为551.20 μg/g，和预期结果基本相符，证明了此回归方程具有准确性和实用性，可用于优化牛蒡茶制作工艺。

3 结论

研究了沛县黄皮牛蒡茶制取工艺对多酚含量的影响，从加热时间、加热温度、切片厚度中选择具有显著影响因素，经响应面优化，最终确定最佳牛蒡茶制备工艺为加热时间4 h，加热温度75 ℃，切片厚度3 mm，实际提取的牛蒡多酚平均含量为551.20 μg/g。