響應(yīng)面優(yōu)化都勻毛尖茶多酚的提取工藝

喻 俊，李亞波

(1 貴州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 都勻 558000；2 黔南民族師范學(xué)院，貴州 都勻 558000)

都勻毛尖為我國十大名茶之一，又名“毛尖茶”“魚鉤茶”“雀舌茶”[1]。主產(chǎn)于貴州省黔南州，其具有“三綠三黃”的特點(diǎn)，即干茶、湯色、葉底均綠中顯黃[2]。茶多酚廣泛分布在茶樹中，各組織含量不同。一般茶葉中茶多酚的含量為18%～36%[3]。在醫(yī)學(xué)上，茶多酚具有抗氧化、抗動(dòng)脈粥樣硬化、防癌抗癌、抗菌防病毒、抗輻射、解毒、減肥、護(hù)膚等方面的藥理和保健作用[4-5]。茶葉中茶多酚的含量除與茶樹品種、采摘季節(jié)、原料老嫩及提取和純化方法有關(guān)外，提取工藝也是一個(gè)重要的影響因素。作為我國十大名茶的都勻毛尖，其茶多酚的提取工藝多沿用一些口碑相傳的經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)研究尚未見報(bào)道，缺乏科學(xué)的理論依據(jù)。超聲波提取具有能耗低、費(fèi)時(shí)短、提取率高等優(yōu)點(diǎn)[6]，本研究采用超聲波輔助提取都勻毛尖茶多酚，響應(yīng)面優(yōu)化法優(yōu)化提取工藝，旨在為都勻毛尖茶茶多酚產(chǎn)品開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與試劑

中檔都勻毛尖，當(dāng)年春茶，產(chǎn)地都勻螺絲殼茶山。75 ℃烘干，粉碎后過100目篩，備用。

碳酸鈉(Na2CO3)、Folin-Ciocalteu試劑、沒食子酸、等均為國產(chǎn)分析純級(jí)；

1.2 儀 器

KQ118超聲波清洗器，天津奧特賽恩斯儀器有限公司；TU-1901雙光束紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器公司；BT124s電子天平，Sartorius Germany；HH-5型恒溫水浴，金壇友聯(lián)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)

參照龍成梅等[7]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，不同提取茶水比：在85 ℃條件下，分別以1：20、1：40、1：60、1：80、1：100(g：mL)的茶水比，超聲提取茶葉4 min。

不同提取時(shí)間：取3 g茶葉粉末，注入100 mL純凈水，在85 ℃下，分別超聲2、3、4、5、6、7、8 min。

不同提取溫度：取3 g茶葉粉末，分別在60、70、80、90、100 ℃條件下，注入100 mL純凈水，超聲提取4 min。

1.3.2 茶多酚測(cè)定

采用Folin-Ciocalteu方法[8]。稱取50 mg沒食子酸，蒸餾水溶解并定容至50 mL，即得1000 μg/mL沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，取0、0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液于具塞試管中，加入3 mL Folin-Ciocalteu試劑，重復(fù)搖勻。靜止5 min，加入6 mL 7.5% Na2CO3溶液，蒸餾水定容至25 mL，搖勻。避光2 h，760 nm波長測(cè)定吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為y=74.471x+0.786(R2=0.9993)。取 1 mL茶湯稀釋，按照繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法測(cè)定，重復(fù)3次。

1.3.3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

以茶多酚提取率為響應(yīng)值，采用Box-Behnken design對(duì)超聲波輔助提取進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化[9]。以茶水比(A)、提取時(shí)間(B)、提取溫度(C)為考察因素，各因素設(shè)置3水平，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的水平及編碼見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素及水平安排表

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析作圖

采用Excel 2013和Origin 8.0分析軟件對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較分析，Design-Expert 8.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)及分析。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，以平均值表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 茶水比對(duì)茶多酚提取率的影響

由圖1可以看出，在茶水比為1：20～1：100(g：mL)范圍內(nèi)，隨著茶水比的增大，茶多酚的提取率隨著茶水比的增大先增大后減小。當(dāng)茶水比達(dá)到1：60(g：mL)，茶多酚的提取率最高，為27.4%。這可能是由于茶水比較大時(shí)，不利于茶多酚的溶出，而隨著茶水比的減小可以增大茶多酚與溶劑間的濃度差，而有利于茶多酚的提取，當(dāng)茶水比過小時(shí)，雖有利于茶多酚溶出，同時(shí)也稀釋了其濃度，提取率反而下降。因此選擇1：60(g：mL)的茶水比較理想。

圖1 茶水比對(duì)茶多酚提取率的影響

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)茶多酚提取率的影響

如圖2所示，在1～8 min內(nèi)茶多酚的提取率隨時(shí)間的增加先增加后趨于不變。當(dāng)時(shí)間為5 min時(shí)，茶多酚的提取率最高，為28.5%。在6～8 min內(nèi)，茶多酚的提取率基本趨于不變。超聲波輔助提取可加速茶多酚的溶出，在前5 min內(nèi)，茶多酚已基本溶出，隨后隨著時(shí)間的增長，茶多酚提取率基本不變。因此最佳提取時(shí)間為5 min。

圖2 提取時(shí)間對(duì)茶多酚提取率的影響

2.1.3 提取溫度對(duì)茶多酚提取率的影響

從圖3可以知，在60～100 ℃范圍內(nèi)，茶多酚的提取率隨提取溫度的升高先升高后趨于不變，當(dāng)提取溫度為90 ℃時(shí)，茶多酚的提取率最高，為29.6%，隨后提取溫度的升高，提取率趨于不變，因此最佳提取溫度為90 ℃。

圖3 提取時(shí)間對(duì)茶多酚提取率的影響

2.2 提取條件的優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合Box-Behnken design中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以茶水比、提取時(shí)間、提取溫度為響應(yīng)變量，以茶多酚提取率為響應(yīng)面值，設(shè)計(jì)三因素三水平17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。采用 Design Expert 8.0軟件對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得擬合方程：

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

茶多酚提取率(%)=30.10+0.73A+0.75B+0.81C-1.75AB-0.27AC+0.27BC-1.45A2-0.88B2-1.60C2

表3 回歸方程模型顯著性分析表

2.2.2 響應(yīng)面分析

圖4為響應(yīng)面優(yōu)化后得到的響應(yīng)面圖。響應(yīng)面分析圖可以反應(yīng)兩兩因素交互作用的是否顯著。由圖4可知，茶水比與提取時(shí)間、茶水比與提取溫度、提取時(shí)間與提取溫度兩兩因素交互作用極顯著。在本實(shí)驗(yàn)中，提取溫度是影響都勻毛尖茶多酚提取率的最重要的因素，次之為提取時(shí)間，茶水比影響最小。

圖4 響應(yīng)面圖

2.2.3 提取工藝條件的驗(yàn)證

通過得出的模型，超聲波輔助提取茶多酚的最優(yōu)條件為：茶水比為 1：50(g：mL)，提取時(shí)間為4 min，提取溫度為100 ℃，提取率為30.15%。

為了驗(yàn)證模型的可靠性，需在最優(yōu)條件下提取都勻毛尖茶多酚，實(shí)驗(yàn)重復(fù) 3 次驗(yàn)證，平均得率為30.10%，與理論值偏差小于0.33%。說明回歸模型可靠，能較好的都勻毛尖茶多酚提取率。

3 結(jié) 論

本研究利用單因素實(shí)驗(yàn)及響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定了超聲波輔助提取都勻毛尖茶多酚最佳工藝條件，即茶水比為 1：50(g：mL)，提取時(shí)間為4 min，提取溫度為100 ℃，該最佳條件下茶多酚的提取率為30.15%，驗(yàn)證值為30.10%，表明該模型合理可靠，能較好的預(yù)測(cè)超聲波輔助提取都勻毛尖茶多酚提取率?？蔀槎紕蛎獠瓒喾雍罄m(xù)提取、研究與開發(fā)利用提供理論依據(jù)。