超声波加速陈化对湘柑茶品质的影响

李 想，潘兆平，付复华*，刘承鑫，王 琛，何 双

（1 湖南省农业科学院农产品加工研究所 长沙 410125 2 湖南大学隆平分院 长沙 410125 3 果蔬贮藏加工与质量安全湖南省重点实验室 长沙 410125 4 洞庭实验室 长沙 410125 5 桂林理工大学化学与生物工程学院 广西桂林 541000）

柑普茶是将陈皮与云南普洱熟茶结合，在普洱茶基础上经过挖果、填茶、干燥等工艺制作而成一种微生物发酵茶[1]。它兼具水果和普洱茶的优点，不仅具有陈皮的香醇口感和柚类特有果香，还具有普洱茶消炎杀菌、减肥降脂等功效[2-3]，深受消费者喜爱。湖南是柑橘种植大省，为了提高湖南柑橘资源与茶资源的综合利用能力，戚贺亭等[4]和Qi 等[5]研究了湖南19 种柑橘的理化指标和加工适应性，最后选择加工特性总分最高的金盆柚与云南普洱茶制成一种“湘式”柑普茶-湘柑茶。

无论是普洱茶还是陈皮，均有“愈陈愈好”“越陈越香”“陈久者良”之说[6-7]，因此只有贮藏超过3 年的湘柑茶才被视为合格。湘柑茶的自然陈化周期长，可能导致资金流转不通、资源占用多且成本增加的问题。研究加速陈化可以缩短产品周期，降低成本，减少浪费，提高资源利用度。目前加速陈化的方法有物理法、化学法和生物法。其中物理法，如超声催陈、超高压催陈、辐照催陈和微波催陈等[8]，具有简便、稳定、清洁、高效、经济等优点而被广泛使用。

超声波的作用与声空化有关，包括气泡的生成和内爆破裂，引发极高的温度和压力，诱导某些化学反应并加快其反应速率[9-12]。超声波在物理法加速陈化中，由于方便快捷、安全高等优点而应用较多。Ma 等[13]利用超声波技术处理镇江醋，发现超声处理的变化与自然陈化相似。超声波加速陈化对柑普茶陈化过程有较好的促进作用，如郑敏[14]以橙皮苷为研究对象，发现超声波处理能增加其含量，达到加速陈化的目的。将超声波加速陈化应用在湘柑茶中，还未见报道。本课题研究超声加速陈化湘柑茶的最佳工艺，以及加速陈化对湘柑茶的主要化学成分与挥发性物质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金盆柚：（Citrus junos Sieb.ex Tanaka'yuzu'）选择果皮未着色、生理未成熟、果实直径4～4.5 cm 的金盆柚，湖南省岳阳县惠泰云有限公司。

普洱熟茶：润元昌勐海茶厂。

没食子酸、芦丁、橙皮苷（均为标准品），成都曼思特生物科技有限公司；福林酚，合肥博美生物科技有限公司；乙醇、碳酸钠、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、环己酮、氯化钠、甲醇（均为分析纯），国药集团化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

Avanti J-26 XP 型高效离心机，美国贝克曼库尔特有限公司；KQ-700DE 型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；T6 新世纪型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；Acquity 超高效液相色谱仪，美国Waters 公司；6890N-5973 型气相色谱质谱仪（NIST08 谱库），美国安捷伦公司；二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷萃取头（DVB/PDMS，50/30 μm，65 μm），德国默克公司。

1.3 方法

1.3.1 湘柑茶的制备及样品处理 湘柑茶制备工艺流程[5]：金盆柚清洗→顶部开口→取肉→洗皮→晾干→填茶→杀青→干燥→成品包装。

操作要点：1）晾干：日晒至柑皮表面无水珠；2）填茶：普洱茶填入柑皮五分之四，普洱茶含水量＜10%；3）杀青：85 ℃杀青30 min；4）干燥：白天日晒，夜晚45 ℃轻烘，持续7 d。

样品处理：将湘柑茶除去包装，用真空包装袋抽真空包装，后进行超声处理，超声介质为水。处理好的湘柑茶经液氮急速冷冻后再机械粉碎，过45 目筛，真空包装后于4 ℃贮藏待测。

1.3.2 超声加速陈化优化试验 总黄酮作为陈皮和普洱茶中含量最高、最稳定的重要活性成分，含量会随着贮藏时间的延长而增加，可为湘柑茶“陈久者良”的说法提供科学理论依据[15-16]，因此本试验以总黄酮含量作为陈化衡量指标。

1.3.2.1 单因素实验 分别设置不同的超声功率、超声时间、超声介质温度，各因素固定值为超声功率70 W，超声时间35 min，超声介质为水（40℃）。保持2 个因素不变，每次改变1 个因素，测定总黄酮的含量。

表1 OFAT 单因素实验水平表Table 1 Factors and levels used in OFAT experiments

1.3.2.2 正交试验 在单因素实验结果的基础上，以总黄酮含量为评价指标，选择A 超声功率、B 超声时间、C 超声温度3 个因素进行三因素三水平的L9（34）正交试验设计，以确定最佳超声条件组合。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 主要化学成分的测定 总酚的测定参照《中华人民共和国国家标准 茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》（GB/T 8313-2018）；

总黄酮的测定参照《食品中的总黄酮测定 分光光度法》（SZDB/Z 349-2019）；

橙皮苷的测定采用UPLC 法[4]，UPLC 条件：Waters Acquity UPLC BEH Ci 键合色谱柱（180 mm×2.1 mm×1.7 pirn）；流动相：甲醇（流动相A），水（流动相B）；洗脱条件：采用梯度洗脱，0～3 min，40%～45%流动相A；3～7 min，45%～40%流动相 A；7～50 min，40%流动相 A。流速 0.15 mL/min；进样量2 μL；柱温30 ℃；检测波长283 nm；橙皮苷标准曲线方程为：y=13283x+8021.7，R2=0.9999。

1.3.3.2 挥发性成分测定

1）HS-GC-MS 检测条件 参照文献[17]。取3.00 g 样品移入20 mL 顶空进样瓶中，加入6 mL饱和氯化钠溶液和20 μL 的内标物环己酮（0.1894 g/mL，乙醇稀释）后，立即用聚四氟乙烯隔垫密封，60 ℃水浴5 min，顶空萃取30 min，插入老化好的萃取头，于250 ℃的气相色谱进样器中无分裂解吸5.5 min。

2）质谱条件[18]电子轰击离子源；电子能量70 eV；传输线温度275 ℃；离子源温度230 ℃；母离子m/z 285；激活电压1.5 V；质量扫描范围m/z 35～550。

通过质谱与标准NIST 08 文库的保留指数比较，采用内标法计算挥发性化合物含量[19]。

1.3.3.3 感官评价 沸水醒茶10 s 后倒掉，按茶/水：1 g/50 mL 的比例用煮茶器煮茶20 min 后进行感官评价。组成20 人评定小组（男女各10 人），对汤色（20 分），香气（30 分），滋味（30 分）和接受度（20 分）进行评定[4]，具体评价标准见表2。

表2 湘柑茶感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria of Xianggan teas

1.4 数据统计

采用IBM SPSS Statistics 23 软件对数据进行ANOVA 方差分析（P＜0.05 表示有统计学差异），采用Origin 2021 软件作图；所有试验平行3次，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 超声条件优化

2.1.1 超声功率的筛选 超声功率对湘柑茶总黄酮的影响如图1 所示。由图1 可知，随着超声功率的增加，总黄酮的含量呈先增加后减少的趋势，当超声功率为70W 时，总黄酮达到了最高为（3.945±0.073）g/100 g。其原因可能是超声功率的增加会使样品中的酚类物质转化为黄酮类物质，而超声功率过高，加剧产生的空化效应导致了黄酮类物质的环链键断开，造成黄酮类物质的损失分解[20-22]。因此，最适超声功率为70 W。

图1 超声功率对总黄酮的影响Fig.1 Effect of ultrasonic power on total flavonoids

2.1.2 超声时间的筛选 超声时间对湘柑茶总黄酮含量的影响如图2 所示，随着超声时间的增加，总黄酮的含量呈增加趋势，并在65 min 时总黄酮的含量最高，之后随着时间的增加样品总黄酮含量降低。超声作用时间过长，会使样品中的黄酮结构遭到破坏，影响黄酮稳定性。因此，选择的超声时间为65 min。

图2 超声时间对总黄酮的影响Fig.2 Effect of ultrasonic time on total flavonoids

2.1.3 初始温度的筛选 试验分别在20，30，40，50，60 ℃条件下进行，由图3 可知，湘柑茶在初始超声温度为30 ℃时总黄酮的含量最高，大于30℃温度下样品总黄酮的量开始降低，可能是过高的温度会使黄酮结构破坏分解，因此试验中选择超声初始温度为30 ℃。

图3 超声温度对总黄酮的影响Fig.3 Effect of ultrasonic temperature on total flavonoids

2.1.4 正交试验结果 在单因素试验的基础上，以总黄酮的含量为指标，选择超声功率（A）、超声时间（B）、超声温度（C）为考察因素进行三因素三水平的正交试验，试验设计及结果见表3，方差分析结果见表4。

表3 超声加速陈化条件优化正交试验设计与结果Table 3 Design and results of optimizing orthogonal test of ultrasonic acceleration of aging conditions

表4 正交试验结果方差分析Table 4 ANOVA analysis of orthogonal test results

由表3 可知，8 号试验组合（A2B1C2）总黄酮含量最高，为（3.516±0.03）g/100 g，根据极差分析可知，影响总黄酮含量的因素主次顺序为C＞A＞B，即超声温度＞超声功率＞超声时间；最优超声加速陈化工艺组合为A2B1C2，即超声功率为70 W、超声时间55 min、超声温度30 ℃。由表4 可知，超声温度对总黄酮含量影响显著（P＜0.05），方差分析结果与极差分析结果一致。在最优条件下进行3次平行验证试验，总黄酮含量平均为（4.011±0.10）g/100 g，高于试验组。因此，确认最优超声加速陈化工艺组合为A2B1C2，即超声功率为70 W、超声时间55 min、超声温度30 ℃。

2.2 主要化学成分研究

在最优超声条件下对湘柑茶进行加速陈化试验，得到主要化学成分含量如图4 所示。由图可见超声处理的湘柑茶总多酚含量仅仅增加了4.48%，其结果与龚淑英等[23]在常温下贮藏，初始含水量为7%贮藏45 d、含水量12%贮藏90 d 的普洱茶总多酚含量增加量相似。他们认为总多酚在贮藏过程中含量较稳定、变化不明显，但在普洱茶在贮藏初期中，多酚含量有一个缓慢上升的过程。经过超声处理的湘柑茶中总黄酮和橙皮苷均有显著性增加（P＜0.05），其中总黄酮含量增加了22.63%，橙皮苷增加了11.11%，与刘素娟[24]研究变化趋势相似，随着贮藏时间的增加，陈皮的总黄酮和橙皮苷均呈增加趋势，在刘的研究中，陈皮贮藏12 个月时，总黄酮含量增加了25%左右、橙皮苷含量增加了约9%。结果表明，超声处理能加速湘柑茶陈化，本试验加速效果与普通陈化1 年左右相当。

图4 不同处理湘柑茶主要化学成分的变化Fig.4 Changes of main chemical components of Xianggan tea in different treatments

2.3 挥发性成分

挥发性成分是湘柑茶陈化品质的一个重要标准。试验对比了未经处理和最优超声加速陈化条件处理的湘柑茶香气成分的变化。结果表明，未处理和超声的湘柑茶中均有53 种挥发性成分，D-柠檬烯、反式-β-金合欢烯、γ-松油烯在二者之间均有较高含量，超声之后的湘柑茶中D-柠檬烯含量降低，反式-β-金合欢烯和γ-松油烯含量则有所增加。在超声陈化过程中，发现有14 种香气成分消失，14 种物质生成。新生成了4-萜烯醇、4-甲基-1-（1-甲基乙基）-二氢衍生物-双环[3.1.0]己烷、1-甲基-4-（1-甲基乙基）苯和11 种烯类，消失的挥发性成分有邻甲氨基苯甲酸甲酯、邻-异丙基苯、1-甲基-3-[（1-甲基亚乙基）环丙基]-苯和11种烯类。

α-松油醇是具有海桐花香的醇类，经过超声处理，其含量显著增加（P＜0.05），与鲍晓华[25]发现其在普洱茶贮藏过程中含量会上升结果一致，对湘柑茶的陈香有较好的协调作用，新生成的萜烯醇类-4-萜烯醇则能调和湘柑茶陈香风味[26]。3-甲基-4-异丙基苯酚在超声处理下也呈增加趋势，与研究报道的酚类香气在贮藏中会增加相一致[27]，有利于湘柑茶陈香风味的形成。醚类物质在超声作用下略微降低，烷类物质有一种新物质的生成；邻甲氨基苯甲酸甲酯为柑皮特有的香精油成分，随着贮藏时间的延长，湘柑茶中柑皮油包层的香精油会逐渐减少至消失，超声后的湘柑茶邻甲氨基苯甲酸甲酯消失符合这一规律[28]。

烯烃类成分中，柠檬烯是碳氢化合物中最为丰富的香气成分，呈刺激性柠檬味，由表5 可知，经过超声处理的湘柑茶D-柠檬烯降低，可使湘柑茶香味更香醇优雅，与易伦朝等[29]研究结果相似，无论是自然陈化还是人工陈化，D-柠檬烯均呈降低趋势；在超声处理下湘柑茶新生成了（+）-3-蒈烯，有研究表明贮藏1 年的普洱茶中（+）3-蒈烯含量较高，不同品种普洱茶中（+）3-蒈烯在第3 年后含量均会降低[25]，表明超声处理有一定的陈化效果。在超声处理下新生成的（Z）-β-罗勒烯、α-愈创木烯均为湘柑茶陈化香气中的代表性物质[25，30]。1，2，3-甲氧基苯是普洱茶中陈香含量最丰富的香气成分，对陈香味起重要作用[31-32]，在试验中其含量增加，说明超声处理有利于湘柑茶产生陈香香气。

表5 不同处理湘柑茶挥发性成分的变化Table 5 Changes of volatile components of Xianggan tea in different treatments

表6 不同处理湘柑茶主要气味活性化合物的OAV 值Table 6 OAV values of main odorant active compounds in Xianggan tea in different treatments

综上所述，超声处理有加速陈化的效果，可使湘柑茶风味更接近自然陈化，香味更醇厚优雅。

2.4 感官评价

对于湘柑茶来说，陈化是其向着香、醇、浓、甘方向转变的重要步骤，陈化可使茶滋味更加醇和温润、汤亮香高。本试验对超声加速陈化处理的湘柑茶的汤色、香气、滋味和接受度进行评定，发现经过超声处理的湘柑茶与未处理的在感官特征中存在一定差异，其中，经过超声处理的湘柑茶各特征分值均高于未处理的，汤色、香气、滋味和接受度的变异系数依次为1.06%，1.96%，4.96%和4.35%，这说明对感官评价差异影响最大的是滋味和接受度。从表7 的分值中可以看出，超声处理的湘柑茶柑橘香、茶香比未超声处理的更浓郁协调；超声产生的茶多酚氧化产物、降解产物和衍生物等使湘柑茶汤色更深、更明亮通透；湘柑茶在贮藏一段时间后，感官表现为苦涩味减少，滑顺、浓醇感增加，可能是茶黄素减少使样品的带刺激性涩味减少，符合湘柑茶超声后在滋味上较未超声处理的更醇厚、细腻的结果[25]；因此，超声处理的湘柑茶在接受度上优于未处理的。

表7 不同处理湘柑茶感官评价表Table 7 Sensory evaluation table of Xianggan tea with different treatments

综上所述，超声处理后的湘柑茶感官品质优于未超声处理的，因此超声处理不仅可以加速陈化，还可以提高品质。

2.5 主成分分析

主成分分析（Principal component analysis，PCA）[34]是将湘柑茶的主要化学成分、感官评价和20 种关键香气化合物（OAV＞1，表6）共27 个指标进行分析，得到图5。PCA 分析结果共提取到6 个主成分，第1 个主成分贡献率为73.17%，第2 个主成分贡献率为16.07%，前3 个主成分的特征值均大于1，累计方差贡献率达到了95.85%。由图5可知，未超声处理的湘柑茶位于第二、三象限，超声处理的则位于第一、四象限，不同处理的湘柑茶样品可以得到很好的区分，说明其综合品质具有显著差异。在双重信息图中，D-柠檬烯、反式茴香醚、（＋）-α-蒎烯等烯类香气物质与未处理的湘柑茶具有一致性。香气、总多酚和一部分烯类、醇类等成分构成了超声加速陈化后湘柑茶的重要指标。

图5 主成分分析双重信息图Fig.5 Dual infographic of principal component analysis

综上所述，超声处理后影响湘柑茶品质的主要成分与陈化相关成分相一致，说明超声处理具有加速陈化作用，且能进一步提升湘柑茶品质。

3 结论

对“湘柑茶”这一湘式柑普茶进行超声加速陈化试验，同时结合主成分分析研究最优超声条件处理后的湘柑茶主要化学成分、挥发性成分以及感官评价的变化。结果表明，湘柑茶超声陈化最优条件为超声功率70 W、超声时间55 min、超声温度30 ℃；超声处理后湘柑茶的总黄酮与橙皮苷含量显著增加，符合陈化规律，与前人研究相比，达到了1 年左右的陈化效果；在超声陈化过程中，有14 种香气成分消失，14 种物质生成，α-松油醇、3-甲基-4-异丙基苯酚、（Z）-β-罗勒烯等主要陈化风味增加，邻甲氨基苯甲酸甲酯、D-柠檬烯等新鲜湘柑茶特有风味含量下降；超声处理的湘柑茶香气、汤色、滋味、接受度均优于未处理的，且较未超声处理湘柑茶的汤色更深、滋味更醇厚、优雅细腻；主成分分析结果显示共提取到6 个主成分，前3个主成分的特征值均大于1，累计方差贡献率达到了95.85%，超声处理后影响湘柑茶品质的主要成分与陈化相关成分相一致。由此可知，超声处理具有加速陈化作用，且能进一步提升湘柑茶品质。