陳香普洱茶凈油分子蒸餾工藝的響應面法優(yōu)化

劉煜宇，包秀萍，羅海濤，鄒恩凱，邵燈寅，何力

1. 云南瑞升煙草技術（集團）有限公司（昆明 650106）；2. 江西中煙工業(yè)有限責任公司技術中心（南昌 330096）

普洱茶具有滋味醇厚回甘、香氣帶陳香的獨特品質特點。香氣是茶葉最重要的品質之一，茶葉香氣物質具有獨特的風格特征，在香精香料行業(yè)上有廣闊的應用前景，其中普洱茶香氣深受消費者喜愛，可以用于開發(fā)茶葉精油面膜、茶葉精油香水和食品添加劑等[1-5]。國內外關于普洱茶香氣成分的研究文獻較多，主要是集中于普洱茶香氣成分和礦質元素等檢測分析方法研究[6-14]，普洱茶提取物的抗氧化活性研究[15]，以及優(yōu)化發(fā)酵工藝提高茶葉品質[16-20]，但對開發(fā)陳香普洱茶香料凈油的報道鮮見。茶葉香氣成分的精細化提取分離技術，能夠最大限度地保留茶葉致香成分的質量。目前采用的超臨界CO2萃取技術[21-22]得到的茶葉香樹脂氣味濃郁，然而含有較多的脂溶性色素成分，影響產品的外觀和品質。超臨界CO2萃取-分子蒸餾技術[23-24]在高級香料制備方面具有獨特的優(yōu)勢，所制備的分子蒸餾凈油香氣品質顯著優(yōu)于普通產品。通過響應面法[25-27]優(yōu)化，確定普洱茶凈油的最佳分子蒸餾條件，并用氣相色譜-質譜法對揮發(fā)性致香成分進行分析和鑒定，分析結果為茶葉類高檔次香料開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

陳香普洱茶原料（云南茶葉市場）；CO2（純度99.5%，昆明梅塞爾公司）；φ（乙醇）=95%（食品級）；無水硫酸鈉（AR，廣東汕頭市西隴化工廠）；二氯甲烷（AR，天津市博迪化工有限公司）。

HA220-50-06型超臨界流體萃取裝置（江蘇省南通市華安超臨界萃取有限公司）；KDL-5型分子蒸餾設備（德國UIC公司）；7890A/5975C型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；BUCHIR-3000型旋轉蒸發(fā)儀（瑞士BUCHI公司）。

1.2 方法

1.2.1 超臨界CO2萃取普洱茶油樹脂的制備

普洱茶原料超臨界條件：萃取壓力30 MPa，萃取溫度45 ℃，CO2流量25 kg/h，萃取時間3.0 h。所得普洱茶油樹脂為棕黑色黏稠液體。萃取率為2.88%，用于下一步的分子蒸餾純化。

1.2.2 分子蒸餾純化制備普洱茶凈油

將超臨界萃取所得的普洱茶油樹脂裝入進料瓶中，在冷阱中注入液氮并運行真空泵，在刮膜速度300 r/min、進料速度1 mL/min、冷卻水溫度5 ℃，進料溫度50 ℃條件下，根據(jù)試驗設計設定所需的蒸餾溫度和蒸餾壓力，進行分子蒸餾。收集紅黃色餾出物即為凈油，稱其質量，并按式（1）計算得率。

1.2.3 響應面法試驗設計

在單因素試驗基礎上，以分子蒸餾的蒸餾溫度和蒸餾壓力為主要參數(shù)，以普洱茶凈油得率為考察指標，利用響應面法的中心復合設計（CCD），進行兩因素五水平試驗，具體見表1。

表1 試驗因素水平編碼

1.2.4 GC-MS分析條件

色譜條件：TR-5MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為氦氣（99.999%），進樣量1 mL，分流比15∶1，柱流速0.8 mL/min。程序升溫：初始溫度80 ℃，保持2 min，以3 ℃/min的速率升至240 ℃，保持30 min。傳輸線溫度250 ℃；進樣口溫度250 ℃。

質譜條件：EI能量70 eV，溶劑延遲6 min，掃描離子范圍50~650 amu，定性分析采用NIST08質譜譜庫檢索，定量方法采用內標法。

2 結果與討論

2.1 響應面試驗結果及分析

2.1.1 響應面試驗結果

按照響應面法中心復合設計（CCD）試驗方案進行兩因素五水平試驗，13個試驗點結果見表2。

2.1.2 響應面試驗結果分析

根據(jù)表2數(shù)據(jù)，得到普洱茶凈油得率（Y）對分子蒸餾溫度（X1）和壓力（X2）的二次多項回歸方程模型：

表2 試驗設計及結果

該二次回歸方程方差分析結果和回歸方程系數(shù)顯著性檢驗結果見表3。兩因素交互作用對普洱茶凈油得率的響應面分析結果見圖1~圖2。

由表3，圖1和圖2可以看出，該模型統(tǒng)計學意義上差異極顯著（p＜0.01），失擬項不顯著，說明沒有未知因素對試驗結果干擾。模型的決定系數(shù)R2為0.970 2，修正決定系數(shù)R2為0.948 9，大于0.9，說明模型能解釋普洱茶凈油得率響應值的變化。該模型與實際情況擬合較好，可用于分析和預測分子蒸餾普洱茶凈油的實際情況。由表3可知，X1和X2交互項差異顯著（p＜0.05），說明2個因素交互作用對普洱茶凈油得率有顯著影響。

圖2 蒸餾溫度和蒸餾壓力對凈油得率的等高線

表3 回歸方程模型的方差分析結果

圖1 蒸餾溫度和蒸餾壓力對凈油得率的響應面分析

2.1.3 驗證試驗

對方程最優(yōu)條件（蒸餾溫度89.13 ℃，蒸餾壓力181.55 Pa）進行驗證（實際采用蒸餾溫度90 ℃，蒸餾壓力180 Pa），普洱茶凈油得率的平均值為62.82%，與優(yōu)化后的回歸方程求解得到的預測值64.39%接近，這說明響應面優(yōu)化模型適用于對普洱茶凈油的分子蒸餾工藝的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

2.2 普洱茶凈油樣品的揮發(fā)性成分分析

GC-MS分離鑒定出的普洱茶凈油揮發(fā)性成分見表4。普洱茶凈油的揮發(fā)性成分共鑒定出64種化合物，主要的致香成分（相對于茶葉）為棕櫚酸（24.733 μg·g-1）、1, 2, 3-三甲氧基苯（8.008 μg·g-1）、植醇（7.010 μg·g-1）、1, 2, 4-三甲氧基苯（3.457 μg·g-1）、苯乙醛（2.443 μg·g-1）、順式芳樟醇氧化物（1.450 μg·g-1）、苯乙醇（1.314 μg·g-1）、二氫獼猴桃內酯（1.566 μg·g-1）等。其中，棕櫚酸具有泥土氣息和類似于人參的香氣。植醇表現(xiàn)出茶葉清鮮淡然和諧優(yōu)雅的清香。1, 2, 3-三甲氧基苯和1, 2, 4-三甲氧基苯是普洱茶陳香的核心功能組分。芳樟醇具有鮮爽型花香，苯乙醇具有玫瑰花香氣，它們都增加了普洱茶花香。二氫獼猴桃內酯則對普洱茶木香貢獻較大。

表4 普洱茶凈油揮發(fā)性化學成分

3 結論

預測模型分析及失擬檢驗表明試驗所得的得率預測模型與試驗數(shù)據(jù)擬合度良好，試驗誤差小，同時還說明響應面設計適用于陳香普洱茶凈油分子蒸餾工藝優(yōu)化。試驗采用綠色工藝，將超臨界CO2萃取得到的棕黑色油樹脂進行分子蒸餾，從而得到紅黃色、狀態(tài)好、無溶劑殘留的精制產品，較好保持了普洱茶的茶香風格和陳香特征。揮發(fā)性成分分析結果表明分子蒸餾普洱茶凈油中含有大量的致香成分，如棕櫚酸、1,2, 3-三甲氧基苯、植醇、1, 2, 4-三甲氧基苯等，具有顯著的陳香普洱茶香氣和滋味，是一種高檔次的茶香凈油。