牛蒡茶加工工藝優(yōu)化及其多糖體外抗氧化活性

董玉瑋，薛 赟，+，張文靜，苗敬芝，劉 飛，李 偉，孟 冬

(1.徐州工程學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，江蘇徐州221018;2.徐州康匯百年食品有限公司，江蘇徐州221743)

牛蒡(Arctium lappa L.)又名東洋牛鞭菜，屬桔梗目、菊科二年生草本植物，主要分布于中國(guó)、朝鮮、日本、俄羅斯等國(guó)家。牛蒡既可以作為烹飪食材，其果、葉、根也可以入藥［1］，尤其牛蒡根含有多糖、牛蒡甙和木脂素等活性物質(zhì)［2］，精氨酸、天冬氨酸、膳食纖維、礦物質(zhì)元素及維生素C、B6等含量都較高［3］，具有降血糖［4］、降膽固醇［5］、抗氧化［6］、抗炎［7］和抗癌［8］等作用。

牛蒡根由于纖維素含量高，采用烹飪、常規(guī)焙烤加工［9］，口感粗糙、苦澀。牛蒡茶是以牛蒡根為原料，經(jīng)切片、高溫烘烤制成的綠色茶品，既很好地保留了牛蒡根的營(yíng)養(yǎng)保健作用，又極大改善了口感，攜帶方便，因此備受消費(fèi)者歡迎［9］。傳統(tǒng)工藝加工牛蒡茶以曬干和高溫烘烤為主［10］，生產(chǎn)的牛蒡茶產(chǎn)品品質(zhì)不高，存在香氣不足、茶湯缺少黃色光澤、滋味清淡、茶片外形不美等缺點(diǎn)，容易失去部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要體現(xiàn)在糖類、多酚類、氨基酸及芳香物質(zhì)較少，不利于牛蒡營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作用的發(fā)揮。其中糖類屬于滋味物質(zhì)，包括單糖、寡糖以及纖維素、半纖維素、淀粉等多糖及其酶解物，賦予牛蒡茶甘甜味。如果選擇工藝條件不當(dāng)，會(huì)破壞糖類尤其多糖類物質(zhì)結(jié)構(gòu)，影響牛蒡茶口感，降低其營(yíng)養(yǎng)與保健價(jià)值。牛蒡茶現(xiàn)代制備工藝以微波真空干燥方式為典型代表，較傳統(tǒng)工藝縮短了加工時(shí)間，降低了勞動(dòng)力成本，提高了生產(chǎn)效率，從而在一定程度上提升了牛蒡茶產(chǎn)品質(zhì)量。目前對(duì)微波真空干燥工藝報(bào)道較少，更缺乏其工藝條件對(duì)牛蒡茶成分影響的研究。

基于上述問(wèn)題，本文采用微波干燥工藝生產(chǎn)牛蒡茶，通過(guò)優(yōu)化真空度、干燥溫度、切片厚度等條件，以減少牛蒡茶多糖的損失，研究了多糖的單糖組成及其抗氧化活性，以期為牛蒡茶的深加工提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮牛蒡 徐州康匯百年食品有限公司提供，品種名:柳川理想;維生素C、單糖標(biāo)準(zhǔn)品(鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、巖藻糖、半乳糖等)、乙腈(色譜純)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;1，1－二苯基－2－三硝基苯肼(1，1－diphenyl－2－picrylhydrazyl，DPPH)、2，2＇－聯(lián)氮基雙(3－乙基苯并噻唑啉－6－磺酸)二銨鹽(2，2＇－azino－bis(3－ethylbenzothiazoline－6－sulfonic acid)diammonium salt，ABTS)美國(guó)Sigma公司;其他試劑 均為國(guó)產(chǎn)分析純，南京晚晴化玻儀器有限公司。

FA21040電子天平 北京精密儀器公司;FSD－101A電動(dòng)粉碎機(jī) 上海博訊有限公司;QSYNXQ200牛蒡切片機(jī) 青島起順運(yùn)食品機(jī)械有限公司;CT－C－Ⅱ牛蒡烘干機(jī) 常州市凱全干燥設(shè)備有限公司;AIPHAL/2I型真空冷凍干燥機(jī) 德國(guó)Marin Christ公司;LRWZ－P－9型微波真空干燥機(jī) 南京磊潤(rùn)微波設(shè)備有限公司;DL－5低速大容量離心機(jī) 上海安亭儀器廠;TU－1810APC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;Nicolet iS5傅里葉變換紅外光譜儀 上海力晶科學(xué)儀器有限公司;1260液相色譜儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司;E－1010(HITACHI)離子濺射鍍膜儀 日立高新技術(shù)公司;TESCAN MIRA3場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 泰思肯(中國(guó))有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 牛蒡茶制備工藝 選擇質(zhì)量好、粗細(xì)均勻的牛蒡，洗凈泥土后去皮，用牛蒡切片機(jī)將牛蒡切成2～6 mm的切片。切片浸泡在含有0.1%檸檬酸和0.02%二氧化氯的殺菌護(hù)色液中10 min，瀝干水分后，于65～85℃牛蒡烘干機(jī)中預(yù)熱至含水率30%以下，再次放入真空微波干燥儀中，真空度0.05～0.08 MPa，溫度55～75℃，繼續(xù)干燥至含水率8%以下。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 將殺菌護(hù)色后的牛蒡切片放入牛蒡烘干機(jī)中，選取不同預(yù)熱溫度進(jìn)行試驗(yàn)。將預(yù)熱至含水率30%以下的牛蒡切片放入真空微波干燥儀中，選取預(yù)熱溫度、真空度、干燥溫度和切片厚度四個(gè)單因素進(jìn)行試驗(yàn)。分析五個(gè)單因素水平對(duì)牛蒡茶中多糖含量的影響。每組試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。

1.2.2.1 預(yù)熱溫度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 牛蒡切片厚度3 mm，于65、70、75、80、85℃牛蒡烘干機(jī)預(yù)熱至含水量30%以下，取出后，放入真空微波干燥儀中，真空度0.07 MPa，微波干燥溫度65℃，繼續(xù)干燥至含水率8%以下，冷卻后得牛蒡茶。

1.2.2.2 真空度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 預(yù)熱溫度75℃，牛蒡切片厚度3 mm，微波干燥溫度65℃，微波 干 燥 真 空 度 分 別 為0.05、0.06、0.07、0.08、0.09 MPa，干燥至含水率8%以下，冷卻后得牛蒡茶。

1.2.2.3 干燥溫度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 預(yù)熱溫度75℃，牛蒡切片厚度3 mm，真空度0.07 MPa，分別在55、60、65、70、75℃微波干燥，干燥至含水率8%以下，冷卻后得牛蒡茶。

1.2.2.4 切片厚度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 預(yù)熱溫度75℃，牛蒡切片厚度分別為2、3、4、5、6 mm，微波干燥溫度65℃，真空度0.07 MPa，干燥至含水率8%以下，冷卻后得牛蒡茶。

1.2.3 牛蒡茶制備工藝響應(yīng)面優(yōu)化 根據(jù)Box－Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用Design－Expert 8.06試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件，對(duì)牛蒡茶制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)3因素3水平的試驗(yàn)方法，響應(yīng)面試驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Factors and levels of the experiment

1.2.4 分析描述試驗(yàn) 邀請(qǐng)經(jīng)過(guò)專門(mén)培訓(xùn)，掌握牛蒡茶產(chǎn)品特性，熟悉分析描述詞的食品專業(yè)10位學(xué)生作為評(píng)價(jià)小組成員，對(duì)樣品質(zhì)量進(jìn)行描述評(píng)價(jià)。牛蒡茶質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)內(nèi)容主要包括組織、色澤、氣味、口味等4個(gè)方面。組織:質(zhì)地干脆，形態(tài)勻稱，不含雜質(zhì);色澤:鮮亮，呈金黃色，均勻一致，不發(fā)暗，沒(méi)有雜色;氣味:清香，沒(méi)有酸臭味、霉味、苦味等異味;口感:淡而微甜、潤(rùn)滑、可口，無(wú)澀味、酸味，無(wú)砂感。

1.2.5 多糖的提取 提取多糖使用水提醇沉法:稱制備好的牛蒡茶30 g粉碎后放于燒杯中，加入300 mL水混勻，60℃水浴3 h，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至原體積1/5(轉(zhuǎn)速為60 r/min，浴溫60℃，時(shí)間30 min)。濃縮液加入5倍體積95%乙醇，溶解過(guò)夜。4 000 r/min離心10 min，過(guò)濾取沉淀為粗多糖。采用相同方法提取牛蒡根粗多糖。

1.2.6 多糖含量的檢測(cè) 采用苯酚－硫酸法測(cè)定多糖含量［11］。準(zhǔn)確稱取干燥至恒重的無(wú)水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品0.50 g，配成濃度為0.1 mg/mL的葡萄糖對(duì)照品貯備液，分別準(zhǔn)確吸取0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL置于10 mL比色管中，加蒸餾水補(bǔ)至1.0 mL，各加入5%苯酚溶液1.0 mL，混勻后快速加入5.0 mL濃硫酸，混勻，冷卻10 min，50℃水浴20 min，室溫冷卻，在490 nm波長(zhǎng)下測(cè)定葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，得標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0439x－0.0041，R2=0.9996，在0～100μg/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。粗多糖加入100 mL水溶解得多糖溶液，在具塞試管中加入2 mL多糖溶液，1 mL濃度為6%的苯酚溶液和5 mL的濃硫酸，靜置30 min后，在490 nm波長(zhǎng)處測(cè)多糖的吸光值，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算多糖濃度C0(μg/mL)，按照式(1)計(jì)算得到1 g原料總多糖含量。

式中:C0為多糖濃度，μg/mL;V為粗多糖提取液體積，mL;K為稀釋倍數(shù);W為原料干重，g。

1.2.7 粗多糖的純化

1.2.7.1 脫蛋白、透析 采用Sevag法對(duì)粗多糖進(jìn)行脫蛋白處理［12］。按氯仿－正丁醇體積比4∶1配制Sevag試劑，粗多糖溶液置于分液漏斗中，加入1/5溶液體積的Sevag試劑，振蕩20 min，4000 r/min離心10 min得上清液，繼續(xù)重復(fù)上次操作，直至氯仿層與正丁醇層之間沒(méi)有乳白色變性蛋白質(zhì)析出為止，合并上清液，倒入截流相對(duì)分子質(zhì)量為6000～8000的半透膜袋中，蒸餾水透析48 h，期間每2 h更換一次水。

1.2.7.2 脫色 取透析后的多糖配制成5 mg/mL的溶液50 mL，加入30%H2O21 mL，50℃保溫脫色3 h，直至色值不再降低，濃縮后真空凍干得多糖純品。

1.2.8 牛蒡茶電鏡檢測(cè) 將牛蒡茶切片，厚度約2 mm，觀察面向上，用導(dǎo)電膠粘在掃描電鏡樣品臺(tái)上。用離子濺射鍍膜儀在樣品表面鍍上一層10.0～15.0 mm的金屬膜(金)。使用TESCAN MIRA3場(chǎng)發(fā)射掃描對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行觀察與記錄。

1.2.9 含水率測(cè)定 含水率采用GB 5009.3－2016食品中水分的測(cè)定的方法，按式(2)計(jì)算干基含水率。

式中:mt為物料t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的質(zhì)量，g;ms為絕干物料質(zhì)量，g。

1.2.10 復(fù)水比測(cè)定 將制備好的牛蒡茶稱重，浸泡在40倍80℃蒸餾水中復(fù)水40 min，取出后用濾紙吸干表面水分［13］，按式(3)計(jì)算復(fù)水比。

式中:mr為樣品復(fù)水后質(zhì)量，g;mg為樣品復(fù)水前質(zhì)量，g。

1.2.11 紅外光譜分析 將純化后的多糖，與KBr粉末混合，置于瑪瑙研缽中，研磨均勻，經(jīng)壓片機(jī)壓片后，紅外光譜上機(jī)掃描，波數(shù)4000～400 cm－1，分辨率位8 cm－1，掃描次數(shù)64。采用Omnic 8.2分析軟件采集紅外光譜圖。

1.2.12 單糖組成分析 單糖組成采用高效液相色譜法確定［14］。

1.2.1 2.1 酸水解 稱取純化后的牛蒡根和牛蒡茶多糖凍干樣品各2 mg，分別加入2 mol/L三氟乙酸溶液0.5 mL，在120℃條件下水解120 min。氮吹儀吹干。標(biāo)準(zhǔn)品處理:配制10 mg/mL單糖標(biāo)準(zhǔn)品，放置于－20℃。用時(shí)取出融化，在密封的玻璃管中加入上述單糖標(biāo)準(zhǔn)品各5μL，混勻。再加入2 mol/L三氟乙酸溶液0.5 mL，在120℃條件下水解120 min?？諝獗么蹈伞?/p>

1.2.1 2.2 PMP衍生化 向水解干燥后得到的單糖樣品中加入溶于無(wú)水甲醇的0.5 mol/L的1－苯基－3－甲基－5－吡唑啉酮(1－phenyl－3－methyl－5－pyrazolone，PMP)試劑和0.3 mol/L的NaOH溶液各0.5 mL，充分混勻后，水浴70℃反應(yīng)30 min。冷卻至室溫，加入0.3 mol/L HCl溶液0.5 mL，充分混勻。加入0.5 mL氯仿，充分振蕩萃取，5000 r/min離心5 min去除氯仿層，共萃取3次。0.22μm濾膜過(guò)濾后，待上機(jī)。

1.2.1 2.3 高效液相色譜分析 色譜柱:SHISEIDO C18柱(4.6 mm×250 mm，5μm)，流動(dòng)相為0.1 mol/L pH7.0磷酸鹽緩沖液－乙腈82∶18(V/V);流速為1.0 mL/min;柱溫為25℃;進(jìn)樣量10μL，波長(zhǎng)為245 nm。采用外標(biāo)法對(duì)多糖樣品的高效液相色譜圖中各單糖的峰面積進(jìn)行積分測(cè)定單糖組成及相對(duì)含量，并計(jì)算質(zhì)量百分比。

1.2.13 多糖抗氧化活性測(cè)定

1.2.1 3.1 清除DPPH·能力的測(cè)定 參考Wu等［15］的方法，依次向1 mL 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg/mL的多糖樣品溶液中，分別加入1 mL 0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液混勻，避光反應(yīng)30 min，空白對(duì)照用無(wú)水乙醇代替多糖溶液，陰性對(duì)照用無(wú)水乙醇代替DPPH乙醇溶液，陽(yáng)性對(duì)照用L(+)－抗壞血酸(VC)代替多糖溶液，于517 nm波長(zhǎng)測(cè)定吸光度值，采用式(4)計(jì)算清除率。

式中:A1為多糖樣品的吸光度，A0為空白對(duì)照樣吸光度，A2為陰性對(duì)照樣吸光度。

1.2.1 3.2 清除ABTS+·能力的測(cè)定 參考He等［16］的方法，取7 mmol/L ABTS溶液25 mL和140 mmol/L過(guò)硫酸鉀溶液440μL，混合后室溫避光條件下反應(yīng)12 h，用0.1 mol/L p H7.4 PBS稀釋，使其在734 nm處的吸光度為0.70±0.02，得ABTS工作液。依次向100μL 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg/mL的多糖樣品溶液中，分別加入4 mL ABTS工作液，混勻，室溫下避光反應(yīng)10 min，空白對(duì)照用蒸餾水代替多糖溶液，陰性對(duì)照用蒸餾水代替ABTS工作液，陽(yáng)性對(duì)照用L(+)－抗壞血酸(VC)代替多糖溶液，于734 nm波長(zhǎng)測(cè)定吸光度。采用式(5)計(jì)算清除率。

式中:A1為多糖樣品的吸光度，A0為空白對(duì)照樣吸光度，A2為陰性對(duì)照樣吸光度。

1.2.1 3.3 清除·OH能力的測(cè)定 參考Machova等［17］的方法，依次向1 mL 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg/mL的多糖樣品溶液中，分別加入7 mmol/L FeSO4溶液1 mL，6 mmol/L H2O2溶液1 mL，20 mmol/L水楊酸－乙醇溶液0.35 mL，37℃水浴中避光反應(yīng)30 min，空白對(duì)照用蒸餾水代替多糖溶液，陰性對(duì)照用蒸餾水代替H2O2溶液，陽(yáng)性對(duì)照用L(+)－抗壞血酸(VC)代替多糖溶液，于510 nm波長(zhǎng)測(cè)定吸光度。采用式(6)計(jì)算清除率。

式中:A1為多糖樣品的吸光度，A0為空白對(duì)照樣吸光度，A2為陰性對(duì)照樣吸光度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Design－Expert 8.0.6進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用Origin 9.0軟件處理數(shù)據(jù)并作圖，所有數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 預(yù)熱溫度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 由圖1可知，牛蒡茶多糖含量在預(yù)熱溫度65～85℃范圍內(nèi)上下波動(dòng)，變化幅度較小，預(yù)熱溫度對(duì)多糖含量無(wú)明顯影響，最終預(yù)熱溫度選擇75℃。其主要原因是由于預(yù)熱溫度不高，對(duì)牛蒡茶中多糖含量影響較小。羅凡等［18］在油茶籽壓榨前采用低溫處理，較好地防止了多糖含量的降低，說(shuō)明在前期工藝處理時(shí)不宜采用高溫，這與傳統(tǒng)牛蒡茶加工工藝采用100℃以上高溫處理有較大區(qū)別［10］。

圖1 預(yù)熱溫度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響Fig.1 Effect of preheating temperature on polysaccharide content in burdock tea

2.1.2 真空度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 由圖2可知，牛蒡茶多糖含量在真空度0.05～0.09 MPa范圍內(nèi)先增加后減少，在真空度為0.07 MPa時(shí)多糖含量達(dá)到最高，為49.3 mg/g。真空條件能夠降低水的沸點(diǎn)，干燥時(shí)水分更容易達(dá)到蒸發(fā)的溫度，從而縮短了干燥時(shí)間。郭正南［19］研究了黃秋葵微波干燥真空度與產(chǎn)品多糖含量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的真空度可使多糖的含量達(dá)到最大值，因此恰當(dāng)選擇真空度范圍有利于穩(wěn)定牛蒡茶多糖的含量。

圖2 真空度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響Fig.2 Effect of vacuum degree on polysaccharide content in burdock tea

2.1.3 干燥溫度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 由圖3可知，牛蒡茶多糖含量在干燥溫度55～75℃范圍內(nèi)先增加后減少，在干燥溫度為65℃時(shí)多糖含量達(dá)到最高，為46.3 mg/g。干燥溫度在55℃以上，容易導(dǎo)致多糖水解酶活性降低，有利于多糖含量穩(wěn)定［20］，但是隨著加熱溫度持續(xù)增加，也會(huì)破壞多糖結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其含量降低。傳統(tǒng)牛蒡茶加工工藝普遍采用高溫加熱，在一定程度上縮短了加工時(shí)間、降低了勞動(dòng)力成本、提高了生產(chǎn)效率，但高失水速率使牛蒡內(nèi)的水分快速由內(nèi)向外散發(fā)，因水分內(nèi)外差異大，容易形成外干內(nèi)濕、外焦內(nèi)生等現(xiàn)象，導(dǎo)致牛蒡茶色澤偏深、外形干枯等品質(zhì)劣變，并且高溫加熱也會(huì)促進(jìn)糖類、氨基酸過(guò)早向香氣物質(zhì)轉(zhuǎn)化［21］，口感變差，降低了產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)。因此合理控制加熱溫度是提升牛蒡茶品質(zhì)的關(guān)鍵。

2.1.4 切片厚度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響 由圖4可知，牛蒡茶多糖含量在切片厚度2～6 mm范圍內(nèi)先增加后減少，在切片厚度為3 mm時(shí)多糖含量達(dá)到最高，為49.8 mg/g。汪小娉等［22］、黃艷斌［23］等研究了微波真空干燥南瓜片、檸檬片，都發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)那衅穸饶軌蝻@著影響樣品干燥效果及其品質(zhì)。切片太薄，微波能更容易穿透物料，會(huì)導(dǎo)致牛蒡茶切片內(nèi)外溫度都比較高，多糖損失較多;切片太厚，則干燥達(dá)到牛蒡茶含水率8%以下的時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，也不利于多糖含量的穩(wěn)定。

圖3 干燥溫度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響Fig.3 Effect of drying temperature on polysaccharide content in burdock tea

圖4 切片厚度對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響Fig.4 Effect of slice thickness on polysaccharide content in burdock tea

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)制定詳細(xì)的分析方案，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 回歸方程的建立和方差分析

對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合分析，可以得到牛蒡茶多糖含量(Y)關(guān)于真空度(X1)、干燥溫度(X2)和切片厚度(X3)三個(gè)因素的回歸方程見(jiàn)式(7)。

方差分析及可靠性分析見(jiàn)表3。

回歸模型P＜0.01，達(dá)到了極顯著水平;失擬項(xiàng)P值大于0.05，不顯著，試驗(yàn)無(wú)失擬因素存在，能充分反映實(shí)際情況;決定系數(shù)R2為0.9708，說(shuō)明實(shí)際結(jié)果與模型預(yù)測(cè)結(jié)果的一致性良好;，試驗(yàn)結(jié)果有93.33%受試驗(yàn)因素影響。該模型擬合程度好，可以用該模型對(duì)牛蒡茶加工工藝進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。由回歸方程和方差分析可知，模型中對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響為極顯著(P＜0.01)，X1、X3對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響為顯著(P＜0.05)。各因素對(duì)牛蒡茶多糖含量的影響依次為X2＞X3＞X1，即干燥溫度＞切片厚度＞真空度。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of response surface

表3 回歸模型方差分析Table 3 Regression model analysis of variance

2.4 兩因素間的交互效應(yīng)分析

圖5表示各影響因素兩兩作用對(duì)牛蒡茶多糖含量的交互影響。在所選范圍內(nèi)各影響因素的相互作用存在極大值，既是響應(yīng)面的最高點(diǎn)，同時(shí)也是等值線最小橢圓的中心點(diǎn)。由表3可知，真空度與干燥溫度兩兩交互作用顯著(P＜0.05)，真空度與切片厚度、干燥溫度與切片厚度兩兩交互作用不顯著(P＞0.05)。真空度、干燥溫度單獨(dú)及其交互作用都會(huì)對(duì)多糖含量產(chǎn)生顯著影響，其本質(zhì)是調(diào)整牛蒡體內(nèi)水分。水分參與各種生理過(guò)程和生化反應(yīng)，如糖類物質(zhì)的氧化還原、加水和脫水反應(yīng)，都會(huì)不時(shí)地改變水分濃度［24］。真空下的低溫效應(yīng)，促進(jìn)了糖類物質(zhì)的積累，形成牛蒡茶滋味甘厚或醇厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖5 響應(yīng)面分析圖和等高線圖Fig.5 Response surface analysis and contour map

2.5 優(yōu)化后的最佳條件及結(jié)果

回歸模型確定的最佳制備工藝為真空度0.07 MPa、干燥溫度66.15℃、切片厚度3.18 mm，預(yù)測(cè)得到的多糖含量最高為50.44 mg/g。對(duì)此優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證，考慮實(shí)際操作，選擇液固比真空度0.07 MPa、干燥溫度66℃、切片厚度3 mm條件下進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提取的多糖平均含量值為51.08 mg/g，預(yù)期結(jié)果基本相符，回歸模型的預(yù)測(cè)性能較好，可用于優(yōu)化牛蒡茶制備工藝。此時(shí)牛蒡茶含水率為7.85%，復(fù)水比5.46 g/g。含水率低且復(fù)水比較高，表明牛蒡茶干品復(fù)水后越接近新鮮狀態(tài)，反映其品質(zhì)較好。

2.6 最佳工藝制備的牛蒡茶電鏡結(jié)果

采用未優(yōu)化工藝制備牛蒡茶:預(yù)熱溫度75℃，真空度0.06 MPa，干燥溫度80℃，切片厚度5 mm，制備后的牛蒡茶和最佳工藝條件下制備的牛蒡茶掃描電鏡照片見(jiàn)圖6。

圖6 優(yōu)化工藝前后牛蒡茶切片放大5000倍的電鏡照片F(xiàn)ig.6 The electron micrograph of burdock tea with 5000 times magnification

從圖6可以看出，未優(yōu)化工藝制備的牛蒡茶微觀組織外形皺褶明顯，雜亂粗糙，存在坍塌現(xiàn)象;最佳工藝條件制備的牛蒡茶外形緊致勻整，未出現(xiàn)碳化或坍塌現(xiàn)象。主要原因是由于采用了相對(duì)溫和的脫水條件，使得組織形態(tài)沒(méi)有受到高溫和強(qiáng)脫水力的破壞［25］，立體微觀結(jié)構(gòu)完整，很好地維持了牛蒡茶組織形態(tài)，穩(wěn)定了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2.7 分析描述評(píng)價(jià)結(jié)果

最佳工藝下制備的牛蒡茶，茶片大小均勻，無(wú)雜質(zhì)，茶湯呈淺金黃色，澄清透明，具有牛蒡特有的清香味，口感細(xì)膩甘醇，無(wú)澀味。

2.8 牛蒡茶多糖紅外光譜檢測(cè)結(jié)果

從圖7可知，牛蒡茶多糖具有典型的多糖特征吸收峰，3405 cm－1處有強(qiáng)的—OH伸縮振動(dòng)吸收峰，1633 cm－1處為酰胺基的振動(dòng)吸收峰，2932、1403、1263、668 cm－1處有—CH3、—CH2、—CH等的—CH變角振動(dòng)吸收峰，1384 cm－1為—OH變角振動(dòng)吸收峰，1218 cm－1處有—COOH中—OH變角振動(dòng)吸收峰，1129 cm－1有吡喃糖環(huán)醚鍵中的C—O伸縮振動(dòng)，1032 cm－1處的則是醇羥基的變角振動(dòng)吸收峰，935 cm－1處為吡喃型糖環(huán)特征吸收峰，873 cm－1處存在β－型糖苷鍵的振動(dòng)吸收峰，818 cm－1處是甘露糖的振動(dòng)吸收峰。綜合后可推斷，牛蒡茶多糖是吡喃型多糖類化合物。

圖7 牛蒡茶多糖紅外光譜檢測(cè)圖Fig.7 Infrared spectra of burdock polysaccharide

2.9 單糖組成分析

每種單糖標(biāo)準(zhǔn)曲線方程如下。甘露醇:y=73.88x－125.36，R2=0.9999;核糖:y=41.64x－70，R2=0.9998;鼠李糖:y=30.02x－38.75，R2=0.9998;葡萄糖醛酸:y=53.80x－26.29，R2=0.9999;半乳糖醛酸:y=53.47x－53.06，R2=0.9999;葡 萄 糖:y=52.35x－105.99，R2=0.9999;半乳糖:y=72.06x－179.86，R2=0.9998;木糖:y=45.86x－110.67，R2=0.9998;阿拉伯糖:y=60.39x－140.36，R2=0.9998;巖藻糖:y=25.52x－88.90，R2=0.9973。牛蒡茶及原料牛蒡根多糖單糖組分檢測(cè)見(jiàn)圖8、圖9。

圖8 牛蒡茶多糖的PMP柱前衍生高效液相色譜Fig.8 PMP pre－column derivatization by high performance liquid chromatography(HPLC)of burdock tea polysaccharide

結(jié)合圖8和圖9檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算并比較每100 g牛蒡茶和牛蒡根的單糖組分含量，見(jiàn)圖10。

圖9 牛蒡根多糖的PMP柱前衍生高效液相色譜Fig.9 PMP pre－column derivatization by HPLCof burdock polysaccharide

圖10 牛蒡根和牛蒡茶多糖中單糖組分含量比較Fig.10 Comparison of monosaccharide components in burdock root and burdock tea polysaccharide

圖10 顯示，原料牛蒡根與成品牛蒡茶所含單糖種類相同。Juliane［7］、鄭一美等［26］分析了牛蒡多糖中單糖主要由甘露糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖等組成，與本研究結(jié)果一致。牛蒡茶與牛蒡根相比，總多糖和葡萄糖、甘露糖、鼠李糖等大多數(shù)單糖組分含量都有明顯提高，其中總多糖含量提高了1.6倍，占比最高的葡萄糖含量提高了約135倍，甘露糖提高了7倍，說(shuō)明微波真空干燥工藝的真空度、干燥溫度等條件影響了牛蒡中糖苷酶等酶的活性，在一定程度上促進(jìn)了糖類物質(zhì)的產(chǎn)生，較好的防止了多糖分解，提高了牛蒡茶的保健價(jià)值，這在部分綠茶中已有類似報(bào)道［27］。

2.10 體外抗氧化活性分析

2.1 0.1 清除DPPH·的能力 由圖11可知，牛蒡茶多糖在1～5 mg/mL范圍內(nèi)，對(duì)DPPH·清除效果呈現(xiàn)量效關(guān)系，當(dāng)牛蒡茶多糖質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，清除率已經(jīng)達(dá)到74.05%。經(jīng)計(jì)算得牛蒡茶多糖清除DPPH·的IC50為1.115 mg/mL，VC的IC50為0.017 mg/mL，因此牛蒡茶多糖有一定的清除DPPH·的能力，但是弱于VC。研究表明，牛蒡多糖在濃度為1.0 mg/mL時(shí)，清除DPPH·能力可達(dá)44%～60%［28－29］，對(duì)比本研究，牛蒡茶多糖清除DPPH·能力弱于牛蒡多糖。

2.1 0.2 清除ABTS+·的能力 由圖12可知，牛蒡茶多糖在1～5 mg/mL范圍內(nèi)，對(duì)ABTS+·清除效果呈現(xiàn)量效關(guān)系，當(dāng)牛蒡茶多糖質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，清除率已經(jīng)達(dá)到69.24%。經(jīng)計(jì)算得牛蒡茶多糖清除ABTS+·的IC50為1.556 mg/mL，VC的IC50為0.257 mg/mL，因此牛蒡茶多糖有一定清除ABTS+·的能力，但是弱于VC。

圖11 牛蒡茶多糖和VC對(duì)DPPH·的清除效果Fig.11 Scavenging effect of burdock tea polysaccharide and vitamin Con DPPH·

圖12 牛蒡茶多糖和VC對(duì)ABTS+·的清除效果Fig.12 Scavenging effect of burdock tea polysaccharide and vitamin Con ABTS+·

2.1 0.3 清除·OH的能力 由圖13可知，牛蒡茶多糖在1～5 mg/mL范圍內(nèi)，對(duì)·OH清除效果呈現(xiàn)量效關(guān)系，當(dāng)牛蒡茶多糖質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，清除率已經(jīng)達(dá)到71.25%。經(jīng)計(jì)算得牛蒡茶多糖清除·OH的IC50為1.047 mg/mL，VC的IC50為0.012 mg/mL，因此牛蒡茶多糖有一定清除·OH的能力，但是弱于VC。研究表明，牛蒡多糖在濃度為1.0 mg/mL時(shí)，清除·OH能力達(dá)30%［28］，其IC50為2.54 mg/mL［11］，對(duì)比本研究，牛蒡茶多糖清除·OH能力強(qiáng)于牛蒡多糖。

圖13 牛蒡茶多糖和VC對(duì)·OH的清除效果Fig.13 Scavenging effect of burdock tea polysaccharide and vitamin C on·OH

綜上所述，本研究采用微波真空干燥結(jié)合變溫工藝，經(jīng)優(yōu)化制備的牛蒡茶，具有色澤金黃、口感清爽甘甜、多糖含量較高的特點(diǎn)。變溫工藝在針形茶制茶中已有報(bào)道，研究認(rèn)為控制理?xiàng)l溫度和時(shí)間是提升針形茶品質(zhì)的關(guān)鍵，采用先高后低或先高后低再高的變溫理?xiàng)l方式有利于茶葉品質(zhì)的形成［30］。本工藝前期采用75℃預(yù)熱處理，目的是去除大部分水分，使牛蒡茶由脆硬變得柔軟，提高生產(chǎn)效率;后期調(diào)低干燥溫度至66℃，低失水速率有利于水分緩慢由內(nèi)向外散發(fā)，適度激發(fā)、利用了內(nèi)源酶活性，既有利于多糖的形成、積累和轉(zhuǎn)化，又有利于牛蒡茶片固形，不會(huì)出現(xiàn)焦糊、褐變等現(xiàn)象。

3 結(jié)論

通過(guò)響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化牛蒡茶制備工藝，得出最佳方案為75℃預(yù)熱，真空度0.07 MPa，干燥溫度66℃，切片厚度3 mm，在此條件下，多糖含量的最大值為51.08 mg/g。電鏡檢測(cè)牛蒡茶結(jié)構(gòu)完整，含水率7.85%，復(fù)水比5.46 g/g，具有新鮮牛蒡特有的香味和口感。紅外光譜掃描結(jié)果表明，牛蒡茶多糖具有多糖類的特征吸收峰，單糖間連接方式以β－糖苷鍵為主。高效液相色譜檢測(cè)多糖的單糖組成為葡萄糖、甘露糖、鼠李糖、核糖、半乳糖等，其中葡萄糖含量較原料牛蒡根提高了約135倍。牛蒡茶多糖對(duì)DPPH·、ABTS+·和·OH具有清除能力，清除率都能達(dá)到65%以上，說(shuō)明多糖具有較好的體外抗氧化活性。