响应面优化都匀毛尖茶多酚的提取工艺

喻 俊，李亚波

(1 贵州经贸职业技术学院，贵州 都匀 558000；2 黔南民族师范学院，贵州 都匀 558000)

都匀毛尖为我国十大名茶之一，又名“毛尖茶”“鱼钩茶”“雀舌茶”[1]。主产于贵州省黔南州，其具有“三绿三黄”的特点，即干茶、汤色、叶底均绿中显黄[2]。茶多酚广泛分布在茶树中，各组织含量不同。一般茶叶中茶多酚的含量为18%～36%[3]。在医学上，茶多酚具有抗氧化、抗动脉粥样硬化、防癌抗癌、抗菌防病毒、抗辐射、解毒、减肥、护肤等方面的药理和保健作用[4-5]。茶叶中茶多酚的含量除与茶树品种、采摘季节、原料老嫩及提取和纯化方法有关外，提取工艺也是一个重要的影响因素。作为我国十大名茶的都匀毛尖，其茶多酚的提取工艺多沿用一些口碑相传的经验，相关研究尚未见报道，缺乏科学的理论依据。超声波提取具有能耗低、费时短、提取率高等优点[6]，本研究采用超声波辅助提取都匀毛尖茶多酚，响应面优化法优化提取工艺，旨在为都匀毛尖茶茶多酚产品开发利用提供理论依据。

1 实 验

1.1 材料与试剂

中档都匀毛尖，当年春茶，产地都匀螺丝壳茶山。75 ℃烘干，粉碎后过100目筛，备用。

碳酸钠(Na2CO3)、Folin-Ciocalteu试剂、没食子酸、等均为国产分析纯级；

1.2 仪 器

KQ118超声波清洗器，天津奥特赛恩斯仪器有限公司；TU-1901双光束紫外分光光度计，北京普析通用仪器公司；BT124s电子天平，Sartorius Germany；HH-5型恒温水浴，金坛友联。

1.3 实验方法

1.3.1 单因素实验

参照龙成梅等[7]实验设计方法，不同提取茶水比：在85 ℃条件下，分别以1：20、1：40、1：60、1：80、1：100(g：mL)的茶水比，超声提取茶叶4 min。

不同提取时间：取3 g茶叶粉末，注入100 mL纯净水，在85 ℃下，分别超声2、3、4、5、6、7、8 min。

不同提取温度：取3 g茶叶粉末，分别在60、70、80、90、100 ℃条件下，注入100 mL纯净水，超声提取4 min。

1.3.2 茶多酚测定

采用Folin-Ciocalteu方法[8]。称取50 mg没食子酸，蒸馏水溶解并定容至50 mL，即得1000 μg/mL没食子酸标准溶液，取0、0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5 mL标准溶液于具塞试管中，加入3 mL Folin-Ciocalteu试剂，重复摇匀。静止5 min，加入6 mL 7.5% Na2CO3溶液，蒸馏水定容至25 mL，摇匀。避光2 h，760 nm波长测定吸光值，绘制标准曲线，得回归方程为y=74.471x+0.786(R2=0.9993)。取 1 mL茶汤稀释，按照绘制标准曲线的方法测定，重复3次。

1.3.3 响应面设计优化实验

以茶多酚提取率为响应值，采用Box-Behnken design对超声波辅助提取进行响应面优化[9]。以茶水比(A)、提取时间(B)、提取温度(C)为考察因素，各因素设置3水平，实验设计中的水平及编码见表1。

表1 实验因素及水平安排表

1.4 数据统计及分析作图

采用Excel 2013和Origin 8.0分析软件对单因素实验进行比较分析，Design-Expert 8.0数据处理软件进行响应面设计及分析。所有实验均重复3次，以平均值表示。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 茶水比对茶多酚提取率的影响

由图1可以看出，在茶水比为1：20～1：100(g：mL)范围内，随着茶水比的增大，茶多酚的提取率随着茶水比的增大先增大后减小。当茶水比达到1：60(g：mL)，茶多酚的提取率最高，为27.4%。这可能是由于茶水比较大时，不利于茶多酚的溶出，而随着茶水比的减小可以增大茶多酚与溶剂间的浓度差，而有利于茶多酚的提取，当茶水比过小时，虽有利于茶多酚溶出，同时也稀释了其浓度，提取率反而下降。因此选择1：60(g：mL)的茶水比较理想。

图1 茶水比对茶多酚提取率的影响

2.1.2 提取时间对茶多酚提取率的影响

如图2所示，在1～8 min内茶多酚的提取率随时间的增加先增加后趋于不变。当时间为5 min时，茶多酚的提取率最高，为28.5%。在6～8 min内，茶多酚的提取率基本趋于不变。超声波辅助提取可加速茶多酚的溶出，在前5 min内，茶多酚已基本溶出，随后随着时间的增长，茶多酚提取率基本不变。因此最佳提取时间为5 min。

图2 提取时间对茶多酚提取率的影响

2.1.3 提取温度对茶多酚提取率的影响

从图3可以知，在60～100 ℃范围内，茶多酚的提取率随提取温度的升高先升高后趋于不变，当提取温度为90 ℃时，茶多酚的提取率最高，为29.6%，随后提取温度的升高，提取率趋于不变，因此最佳提取温度为90 ℃。

图3 提取时间对茶多酚提取率的影响

2.2 提取条件的优化

2.2.1 响应面实验结果

根据单因素实验结果，结合Box-Behnken design中心组合实验设计原理，以茶水比、提取时间、提取温度为响应变量，以茶多酚提取率为响应面值，设计三因素三水平17个实验点的响应面分析实验。实验结果见表2。采用 Design Expert 8.0软件对表2的数据进行处理，得拟合方程：

表2 响应面实验设计及结果

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 回归方程模型显著性分析表

2.2.2 响应面分析

图4为响应面优化后得到的响应面图。响应面分析图可以反应两两因素交互作用的是否显著。由图4可知，茶水比与提取时间、茶水比与提取温度、提取时间与提取温度两两因素交互作用极显著。在本实验中，提取温度是影响都匀毛尖茶多酚提取率的最重要的因素，次之为提取时间，茶水比影响最小。

图4 响应面图

2.2.3 提取工艺条件的验证

通过得出的模型，超声波辅助提取茶多酚的最优条件为：茶水比为 1：50(g：mL)，提取时间为4 min，提取温度为100 ℃，提取率为30.15%。

为了验证模型的可靠性，需在最优条件下提取都匀毛尖茶多酚，实验重复 3 次验证，平均得率为30.10%，与理论值偏差小于0.33%。说明回归模型可靠，能较好的都匀毛尖茶多酚提取率。

3 结 论

本研究利用单因素实验及响应面实验结果，确定了超声波辅助提取都匀毛尖茶多酚最佳工艺条件，即茶水比为 1：50(g：mL)，提取时间为4 min，提取温度为100 ℃，该最佳条件下茶多酚的提取率为30.15%，验证值为30.10%，表明该模型合理可靠，能较好的预测超声波辅助提取都匀毛尖茶多酚提取率。可为都匀毛尖茶多酚后续提取、研究与开发利用提供理论依据。