基于多指标优化参精茶制备工艺及抗氧化活性研究

魏 飞,罗 舒, 宋 怡,贺黎铭,李 芳,陶 林,罗 霞*

(1.成都大学食品与生物工程学院,成都 610041;2.四川省中医药科学院菌类药材研究所/菌类药材系统研究与开发实验室/中药材品质及创新中药研究四川省重点实验室,成都 610041)

源自云南“火塘烤茶”,并结合当下大众生活环境和生活方式兴起的品茶新形式——围炉煮茶,在广州、上海、成都等城市迅速蹿红,多家茶馆相继推出这种新的饮茶形式,在这一背景下,采用类似茶叶冲泡方式的药食同源代用茶[1-2],同时具有便携、即冲即饮、成本低等诸多优势,或可为茶饮形式带来创新。

人参,五加科植物的干燥根茎,味甘、微苦,补脾益肺、生津养血,中医誉其为“扶正固本,滋阴补生”之极品,自开展药食同源中药试点工作起,人参便不仅限于之前只作为药品和保健品使用,而是陆续被用于食品开发中,目前已有人参饮料、酒类、糖果类及其他类食品[3]。黄精,为百合科植物滇黄精的干燥根茎,味甘,性平,具有补气养阴、益肾润肺的功效,同属于药食同源中药,在食品、化妆品和医疗保健品等领域应用较广[4]。桑叶,桑科植物桑树的叶子,味淡、微苦,性寒,可清肺润燥、疏散风热。桑叶作为一种传统药食同源中药材,在食品开发行业中也有广泛的应用,目前已有以桑叶为原料开发的茶[5-6]、饮料[7-9]、挂面[10]等功能性食品[11]。

本研究以人参、黄精、桑叶为主要原料,在中医理论指导下,开发一款代用茶——参精茶,以感官评价、总多糖含量及可溶性固形物含量为考察指标,结合模糊数学法[12]对感官评价结果进行分析,通过正交试验得出参精茶最佳制备工艺,再评估其体外抗氧化效果[13]。本工作以期促进人参、黄精、桑叶的开发利用,为药食同源中药代用茶产品开发提供借鉴指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

人参、黄精、桑叶(四川省中药饮片责任公司);玉米纤维茶包袋(杭州宏雅茶具有限公司);无纺布茶包袋(广州美厨智能家居科技股份有限公司);蒽酮、DPPH、抗坏血酸、焦性没食子酸、Tris HCI、七水合硫酸亚铁(分析纯,阿拉丁试剂有限公司);硫酸(分析纯,重庆川东化工集团有限公司);无水葡萄糖、盐酸(分析纯,成都市科隆化学品有限公司);无水草酸(分析纯,上海麦克林生化科技有限公司);无水乙醇(分析纯,成都长联化工试剂有限公司);水杨酸(分析纯,上海易恩化学技术有限公司);过氧化氢(分析纯,成都金山化学试剂有限公司)。

1.2 仪器与设备

电子恒温水浴锅(北京中兴伟业仪器有限公司);WFZ UV-2802SH型紫外可见分光光度计[尤尼柯(上海)仪器有限公司];TopPette手动单道可调移液枪[大龙兴创实验仪器(北京)股份公司];Uniwersal TA全自动折光仪(青岛聚创环保集团有限公司);全波长酶标仪(赛默飞世尔科技有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 参精茶制备工艺单因素实验 参考莫韩御等的研究[14-19],选择固定其他因素、考察其中一种因素的方法对各个因素进行筛选。对桑叶目数(20、40、60、80目)、人参目数(20、40、60、80目)、黄精粒度(细颗粒、粗颗粒、块状)、包装材料(无纺布、玉米纤维、尼龙、纱布)、冲泡时间(1h、2h、3h、4h)、冲泡次数(1次、2次、3次、4次)、料液比(1:10、1:20、1:30、1:40)等开展单因素实验(处方固定克数:人参1g、黄精2.5g、桑叶5g),通过模糊数学感官评价、总多糖含量及可溶性固形物含量分别得出各因素下的最适范围;在此基础上开展正交试验,设计L18(63)正交试验表,优化参精茶的制备工艺。

1.3.2 感官模糊综合评价 表1为参精茶感官评价标准,以参精茶的汤色(U1)、滋味(U2)、香气(U3)为评价指标,感官评价因素集为U={U1,U2,U3}。采用用户调查法[20]抽取10人对参精茶汤色、滋味、香气占比高低进行评分,总分为1,单项相加之和除以总评分人数,得到各因素的权重X,据表2得出权重集X={0.22,0.49,0.29}。按照优、良、中、差4个等级对每个因素进行评定,评语集V={V1,V2,V3,V4},各等级与相应得分对应,V1=99～90分,V2=89～80分,V3=79～70分,V4=70分及以下。由10位具有专业资格的审评人员,按照看汤色、尝滋味、闻香气的顺序进行审评。评定后将结果归一化处理,得到模糊关系矩阵R,采用模糊数学法进行分析。

表1 感官评价标准

表2 参精茶指标权重占比调查

表3 正交试验设计

1.3.3 理化指标测定方法 总多糖含量的测定:硫酸蒽酮法。参照中国药典方法并略作调整,取无水葡萄糖适量,加水制成0.12mg/mL的溶液。精密量取对照品溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL,分别置10mL试管中,各加水至1mL,加入硫酸蒽酮溶液3mL,立即摇匀,室温放置15min后,置冰浴中冷却15min,取出,以相应试剂为空白,在625nm的波长处测定吸光度,以吸光度为纵坐标、葡萄糖浓度为横坐标,绘制标准曲线。取试样溶液20mL,置水浴上蒸干,残渣用5mL水溶解,缓慢滴加75mL乙醇,摇匀,放置12h,离心,取上清液定容至100mL。精密量取试样溶液,置10mL具塞试管中,后续操作方法同上。从标准曲线上读出试样溶液中含葡萄糖的重量(图1)。

图1 葡萄糖标准曲线

可溶性固形物含量的测定:折光仪法。将阿贝折光仪与调节好温度的超级恒温器连接,使通过折光仪的水流温度为20℃,用新制的蒸馏水校正。取样品1～2滴,滴于阿贝折光仪下面的棱镜上,迅速闭合棱镜,静置数秒,待样品达20℃时,测定其折光率。每个样品测定3次,取平均值。根据折光率与可溶性固形物含量换算表读出样品的含量值。

1.3.4 参精茶体外抗氧化功能测定 DPPH自由基清除能力的测定:参考Vit等[21]、于海燕等[22]的方法,取2mL不同浓度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL)的参精茶样品于试管中,分别加入0.1mmol/L的DPPH溶液2mL,充分混合后避光反应30min,VC作阳性对照,在517nm处测定吸光度A。超纯水取代样品作空白对照,测定吸光度A0,无水乙醇代替DPPH反应液,测定吸光度A1。

DPPH自由基清除率(%)=[1-(A-A1)÷A0]×100

超氧阴离子自由基清除能力的测定:参照刘若涵等[23]、叶淑才等[24]、蔡锦源等[25]的方法,取1mL不同浓度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4mg/mL)的样品溶液于试管中,加入3.0mL 50mmol/L的Tris-HCl(pH 8.2)缓冲溶液,30℃下反应20min。冷却至室温,加入0.4mL 25mmol/L的邻苯三酚溶液,充分混匀后,在25℃水浴下反应5分钟,加入1mL 10mol/L盐酸终止反应。VC作阳性对照,320nm处测吸光度A。超纯水取代样品作空白对照,测定吸光度A0,超纯水代替邻苯三酚与盐酸,测定吸光度A1。

超氧阴离子自由基清除率(%)=[1-(A-A1)÷A0]×100

羟自由基清除能力的测定:参考朱杰帆等[26]的方法,取1mL不同浓度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL)的样品溶液于试管中,分别加入6.0mmol/L FeSO4溶液1mL、6.0mmol/L水杨酸乙醇溶液1mL、8.8mmol/L过氧化氢溶液1mL,充分震荡,在37℃水浴下避光反应20min,VC作阳性对照,在510nm处测吸光度A。超纯水取代样品作空白对照,测吸光度A0,超纯水代替H2O2,测吸光度A1。

羟基自由基清除率(%)=[1-(A-A1)÷A0]×100

1.3.5 数据分析 采用SPSSpro、Origin和Excel软件对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 参精茶制备工艺单因素实验结果

2.1.1 桑叶粉碎目数 固定人参20目、黄精为小颗粒、料液比1:30、无纺布袋包装、单次冲泡时间2h、冲泡1次。不同桑叶目数下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图2。20目桑叶的多糖含量最高,但随着粉碎目数的增大,多糖含量逐渐降低;感官得分在20目时也达到了最高,此时茶汤清澈透亮,香气浓厚,入口甘甜,当目数逐渐增大时,感官分总体呈下降趋势;可溶性固形物在20目时含量最高,40～80目时含量相对较低,总体变化较小,曲线较平缓,综合三个指标,选取20、40、60目3个水平进行后续正交试验。

图2 不同桑叶目数对茶汤品质的影响

2.1.2 人参粉碎目数 固定桑叶20目、黄精为小颗粒、料液比1:30、无纺布袋包装、单次冲泡时间2h、冲泡1次。不同人参目数下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图3。随着粉碎目数增大,40目时茶汤的多糖含量达到最佳值,60～80目的多糖含量逐渐降低;感官得分在20～60目时呈缓步下降趋势,当目数为80目时,又有一定程度的上升,但得分仍低于20目,此时茶汤汤色均匀、带有桑叶的独特草木清香,回味稍涩;80目时可溶性固形物含量降低,可能是药材粉碎过细影响了糖类等物质的溶出,综合3个指标,选取20、40、60目3个水平进行后续正交试验。

图3 不同人参目数对参精茶品质的影响

2.1.3 黄精切制粒度 以细颗粒(0.3cm)、粗颗粒(1cm)、块状(2cm)作为黄精的切制粒度,固定人参20目、桑叶20目、料液比1:30、无纺布袋包装、单次冲泡时间2h、冲泡1次。不同黄精粒度下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图4。不同黄精粒度对汤色有着显著影响,当黄精制备成细颗粒时,多糖含量明显高于粗颗粒和饮片,但粗颗粒的多糖含量又低于饮片;感官得分在细颗粒时达到最高,此时茶汤呈棕黄色,汤色较为清澈,入口微甜,回味微涩,香气明显,总体感官较好;不同粒度的可溶性固形物含量值基本持平,无明显变化,因此,选取细颗粒、粗颗粒、饮片3个水平进行后续正交试验。

图4 不同黄精粒度对茶汤品质的影响

2.1.4 包装材料 固定人参20目、桑叶20目、黄精为小颗粒、单次冲泡时间2h、冲泡1次、料液比1:30。不同包装材料下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图5。不同茶包袋材质对袋中物质的溶出速率有很大影响,文中选用市面上较为常见的4种茶包,由图5可知,当茶包袋为尼龙和纱布材质时,茶汤多糖含量多糖含量最高,这可能是由于这两种材质孔径较多,有利于多糖的溶出;感官得分总体呈下降趋势,无纺布相较于其他几种材质,孔隙大小合适,渗透性较强,能避免尼龙和纱布孔径过大导致药材泄露、茶汤浑浊的情况,因此感官得分较高;可溶性固形物含量排名依次为玉米纤维>尼龙>无纺布>纱布,玉米纤维固形物含量最高,纱布的感官得分和固形物含量均低,考虑到3个指标占比情况,选取无纺布、尼龙、玉米纤维3个水平进行后续正交试验。

图5 不同包装材料对茶汤品质的影响

2.1.5 冲泡时间 固定人参20目、桑叶20目、黄精为小颗粒、无纺布材质茶包袋、冲泡1次、料液比1:30。不同冲泡时间下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图6。随着冲泡时间的增加,多糖含量呈梯度增加,当冲泡时间为3h时,多糖溶出率最好,时间延长到4h,含量显著降低;感官得分在2h时最高,可能是1h时药材的有效成分还未完全溶出,而超过2h时,有效成分已经很难溶出;不同冲泡时间对可溶性固形物含量影响相对较小,综合3个指标,选取2h、3h、4h 3个水平进行后续正交试验。

图6 不同冲泡时间对参精茶品质的影响

2.1.6 冲泡次数 固定人参20目、桑叶20目、黄精为小颗粒、无纺布材质茶包袋、单次冲泡时间2h、料液比1:30。不同冲泡次数下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图7。不同冲泡次数对多糖含量和感官得分影响较大,当冲泡次数增加,多糖含量呈梯度下降;感官得分随冲泡次数增加而变高,原因可能是冲泡次数越多,汤色越浅,涩味被冲淡,更好入口;可溶性固形物含量随次数增加而上升,次数为4次时,固形物含量最高,综合3个指标,选取冲泡次数1次、2次、3次3个水平进行后续正交试验。

图7 不同冲泡次数对参精茶品质的影响

2.1.7 料液比 固定人参20目、桑叶20目、黄精为小颗粒、无纺布材质茶包袋、单次冲泡时间2h、冲泡1次。不同料液比下感官得分、多糖及可溶性固形物含量见图8。水量对3个指标均有显著影响,当料液比1:10时多糖含量最高,随着加水量增加,多糖含量显著降低;感官得分随水量增加而变高,料液比1:40时得分最高,此时茶汤呈亮黄色,汤色均匀,滋味甘甜、香气明显;可溶性固形物含量1:10时最高,含量随水量的增加缓慢降低,综合来看,选取1:10、1:20、1:30 3个水平进行后续正交试验。

图8 不同料液比对参精茶品质的影响

2.2 正交试验结果

根据单因素实验结果,以桑叶目数、人参目数、包装材料、冲泡时间、冲泡次数、料液比6个因素各设3个水平,按照正交表安排试验,以模糊数学感官评价、总多糖含量及可溶性固形物含量作为考察指标,得出最佳制备工艺。参照安紫薇等[27]和龚敏阳等[28]的方法,综合评价得分按照感官评价50%、总多糖含量25%、可溶性固形物含量25%的比例计算,即综合评分=(50/最大感官得分值)×感官得分值+(25/最大总多糖含量值)×总多糖含量值+(25/最大可溶性固形物含量值)×可溶性固形物含量值。

由10位评价员对18组样品进行评分,结果见表5。参考吴静娜等[29]和付晓萍等[30]的方法,在10人对参精茶的评价结果中,样品1汤色有0人认为差, 4人认为中, 4人认为良, 2人认为优, 则得到A汤色=〔0.2 0.4 0.4 0〕, 同理得到A滋味=〔0.4 0.4 0 0.2〕, A香气=〔0.6 0.3 0.1 0〕,将上述3个因素的评价结果写成一个矩阵为:

同理可得:R2-R18的矩阵。

同理可得:

Y2={0.12 0.087 0.676 0.117}

Y3={0.022 0.289 0.022 0.051}

Y4={0.339 0.309 0.352 0}

Y5={0.604 0.237 0.11 0.049}

Y6={0.565 0.298 0.066 0.071}

Y7={0.546 0.425 0.029 0}

Y8={0.259 0.445 0.296 0}

Y9={0.382 0.371 0.198 0.049}

Y10={0.504 0.32 0.127 0.049}

Y11={0.217 0.627 0.156 0}

Y12={0.355 0.42 0.225 0}

Y13={0.627 0.295 0.078 0}

Y14={0.3 0.475 0.225 0}

Y15={0.168 0.454 0.378 0}

Y16={0.309 0.422 0.269 0}

Y17={0.173 0.258 0.569 0}

Y18={0.231 0.48 0.289 0}

模糊综合评价总分T=Yi×K,(i=1-18),根据吴静娜等[29]的方法,设感官等级差为65分,中为75分,良为85分,优为95分,即分数集K={95,85,75,65},经计算可得出每个样品的总分。则T1=Y1×K={0.414,0.371,0.117,0.098}×{95,85,75,65}=86.01,同理T2=77.1,T3=31.62,T4=84.87,T5=88.96,T6=88.57,T7=84.63,T8=84。63,T9=85.86,T10=87.79,T11=85.61,T12=86.3,T13=90.49,T14=85.75,T15=82.9,T16=85.4,T17=81.04,T18=84.42。正交试验结果和方差分析结果见表4～表6。

表4 正交试验感官评价结果

表5 正交试验结果

表6 方差分析结果

由表5可知,对参精茶的影响顺序依次为 F(料液比)﹥B(黄精粒度)﹥E(冲泡次数)>D(冲泡时间)>C(包装材料)>A(桑叶目数),最优组合为A2B3C3D1E1F1,即桑叶40目,人参20目,黄精块状,玉米纤维茶包袋,1:10料液比冲泡1次,单次最佳冲泡时间1h。

2.3 参精茶体外抗氧化功能测定结果

2.3.1 参精茶对DPPH自由基清除能力 由图9可知,参精茶茶汤浓度差影响DPPH自由基的清除能力,浓度为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL时,对DPPH的清除率分别为79.24%、80.51%、83.44%、77.32%、84.97%、92.23%、94.14%。以VC作阳性对照,当VC保持和样品浓度相同时,对DPPH的清除率分别为99.11%、93.38%、97.07%、99.11%、93.76%、99.49%、99.62%,对DPPH的清除率较高。当茶汤浓度达到1.0mg/mL时,对DPPH的清除率达到94.14%,接近VC水平,表明参精茶对DPPH具有良好的清除能力。

图9 茶汤的DPPH自由基清除率

2.3.2 参精茶对超氧阴离子自由基清除能力 由图10可知,当茶汤浓度为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4mg/mL时,对超氧阴离子的清除率呈缓步上升趋势。以VC作阳性对照,当VC保持和样品浓度相同时,对超氧阴离子的清除率也呈梯度上升。当茶汤浓度达到0.2mg/mL时,清除率达到86.96%,最接近VC水平,表明参精茶对超氧阴离子自由基也具有良好的清除能力。

图10 茶汤的超氧阴离子自由基清除率

2.3.3 参精茶对羟自由基清除能力 由图11可知,当茶汤浓度为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL时,对羟自由基的清除率分别为27.57%、28.77%、28.11%、29.31%、27.73%、27.3%。以VC作阳性对照,当VC保持和样品浓度相同时,对羟自由基的清除率分别为33.5%、42.96%、70.8%、97.99%、98.31%、100.65%、99.35%,清除率随浓度增加而增大。当茶汤浓度达到0.05mg/mL时,对羟自由基的清除率达到27.57%,表明参精茶对羟自由基的清除能力较弱。

图11 茶汤的羟自由基清除率

3 结论

以人参、黄精、桑叶为原料制备参精茶,通过单因素实验考察原料粉碎或切制粒度、单次冲泡时间、冲泡次数、包装材料和料液比等因素,以总多糖含量及可溶性固形物含量为指标,并结合模糊数学感官评价法共同考察参精茶品质,得到各因素的最优水平;在此基础上通过正交试验对各因素进行优化,得到参精茶最佳制备工艺:桑叶40目,人参20目,黄精饮片,玉米纤维茶包袋,1:10料液比冲泡1次,单次最佳冲泡时间1h。此条件下参精茶茶汤清澈透亮、回甘且有明显草木清香,茶汤对DPPH自由基和超氧阴离子自由基表现出良好的清除能力,对羟基自由基表现出一定的清除能力,表明参精茶具备一定的抗氧化效果。

中药在新冠病毒的预防和治疗中发挥了不可替代的作用,其优势主要在于“治未病”,人参、黄精、桑叶同属于药食同源中药,都具备一定的预防保健作用。本研究针对咳喘气虚人群,在中医特色理论指导下制备参精茶,一方面可丰富代用茶的种类和功效,在后疫情时代,用于治未病,强身健体。另一方面,虽然围炉煮茶在现阶段热度较高,但很多茶馆存在定价过高和消费时间长等缺陷,消费者往往在尝鲜之后就不再踏足。在这种情况下,不少博主自购茶壶、烤网等工具,自制“平替版”围炉煮茶,成本较低,且不限场地,受到一众好评。参精茶的冲泡方式,以及原料本身具有的一些功效,在这一大背景下,或可成为饮茶方式的一种创新,值得开发和应用。