茯砖速溶茶喷雾干燥工艺优化

曹霞 ，谭玉梅 ，吕都 ，李俊 ，邹晓，刘永翔 *

1. 贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院，山地植物资源保护与保护种质创新教育部重点实验室，山地生态与农业生物工程协同创新中心（贵阳 550025）；2. 贵州省农业科学院生物技术研究所（贵阳 550006）；3. 贵州省农业生物技术重点实验室（贵阳 550006）

茯砖茶（Fuzhuan brick tea）属于一种后发酵黑茶，具有独特的品质和风味，已有超过600年的历史，产销量在黑茶市场中占据着重要地位[1]。茯砖茶制作流程包括黑毛茶制备、毛茶渥堆、半成品拼配、气蒸、二次渥堆、压制成型、发花干燥和成品包装等[2]。茯砖茶具有消食健胃、降脂降糖等多种功效[3-4]。“发花”的实质是通过控制一定的外界条件促使微生物优势菌的生长繁殖，产生大量金黄色的闭囊壳，俗称“金花”或“黄花”[5]。“金花”菌的数量和颗粒的饱满度是决定发花品质的重要参数之一[6]。

喷雾干燥技术（spray drying technological）是用雾化器将料液雾化成直径微小的雾滴，在干燥塔中与热空气直接接触的过程中迅速蒸发料液中的水分，料液在极短时间内干燥成粉状或细颗粒状产品后，从干燥塔排出至旋风分离器，实现气固分离，从而获得干燥产品的一种干燥技术[7]。该技术具有干燥速度快、时间短、工艺简单、控制方便、粉末均一性好等优势[8-9]，因而广泛用于奶粉[10]、速溶咖啡[11]、果蔬粉[12-13]等产品的深加工，但对茯砖茶的深加工报道还较少。

速溶茶是一种能够迅速溶解于水的固体饮料茶，因具有冲饮携带方便、冲水、不留余渣、农药残留少、易于调节浓淡或容易同其他食品调配等许多特点[14]，越来越受到青睐。茯砖茶主要以砖茶的模式进行销售，且携带不方便及冲泡时间较长等问题。喷雾干燥技术不仅克服物料不能长时间储存的特点，有效保留食品的原有营养价值，使一些物料便于包装、使用和运输，同时也简化物料加工，保证健康安全。因此，试验以茯砖茶为原材料，通过单因素正交试验，以茯砖速溶粉出粉率、堆积密度及感官品质状态为指标，探讨进风温度、风机功率及物料流速对茯砖速溶粉的影响，进而优化其喷雾干燥工艺参数，以期为茯砖茶深加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

茯砖茶（市售，产自湖南）；蒸馏水；甲醇；Na2CO3；NaOH；HCl，福林酚（Folin-Ciocalteu）；没食子酸溶液；海砂；氯化镁；pH 8.0磷酸盐缓冲液；磷酸氢二钠；磷酸二氢钾；茚三酮溶液。

1.2 主要设备与仪器

煮茶壶；B-290喷雾干燥机（瑞士步琦有限公司）；多功能万能粉碎机；各种规格的移液枪（Eppendorf）；SS-325型高压灭菌锅（日本TomyKogyo公司）；超纯水系统（Purelab公司）；常温冰箱（海尔集团）；-20 ℃低温冰箱（海尔集团）；BSS300-WEI电子天平（德国赛多利斯）；电热恒温培养箱等。

1.3 试验方法

1.3.1 喷雾干燥单因素试验

选择品质较好的茯砖茶。称取茶叶200 g，按茶水比1∶20经热水浸提1 h，过滤茶渣；重复上述操作2次，将2次滤液混合，待滤液冷却，分层，取上清液。将澄清的茯砖茶浸提液（水分9.4%、水浸出物36.6%、茶多酚含量10.7%、游离氨基酸含量1.9%、咖啡碱含量2.3%），按照表1设置不同进风温度、物料流速及风机功率，进行喷雾干燥，获得茯砖速溶粉，测定出粉率，每个试验重复3次。

表1 单因素试验因素水平表

1.3.2 正交试验设计

在单因素试验基础上，以进风温度、物料流速和风机功率3个因素，以出粉率为指标设计三因素三水平正交试验，确定茯砖速溶茶喷雾干燥最优工艺，正交试验因素水平见表2。

表2 茯砖速溶茶喷雾干燥正交试验因素水平表

1.4 外观特征及理化性质检测

1.4.1 出粉率的测定

喷雾干燥出粉率计算如式（1）。

1.4.2 外观特征及不同冲泡方式对茯砖速溶粉溶解性及品质的影响

外观特征（GB/T 18798.4—2013《固态速溶茶 第4部分：规格》附录A感官品质检测方法）；取0.3 g优化后的茯砖速溶茶，加入200 mL 80 ℃，20 ℃和10 ℃蒸馏水冲泡，记录溶解时间及感官品质状态。

1.4.3 理化性质

水分测定，采用GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；茶多酚测定，采用GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》；咖啡碱测定，采用GB/T 8312—2013《茶 咖啡碱测定》；游离氨基酸测定，采用GB/T 8314—2013《茶 游离氨基酸总量的测定》。

1.5 数据处理

每组试验3次重复，结果取平均值。采用Excel和SPSS软件进行数据的处理。

2 试验结果

2.1 单因素试验结果

2.1.1 进风温度对茯砖速溶茶出粉率及品质的影响

不同进风温度对茯砖速溶茶出粉率及品质的影响，分别见图1。

由图1可知，茯砖速溶茶随着进风温度的升高呈现出先增加后降低的趋势，并在180 ℃时达到最大为17.8%；随着进风温度升高到200 ℃时，出粉率降低为11.2%；进风温度过低时，因为热效率小，在干燥塔内的雾滴含有的多糖等成分不能充分地干燥，容易黏附在干燥塔内壁，造成干粉得率比较低[15]。进风温度高于200 ℃时，出粉率急剧减少，这是由于料液中的糖类物质会发生焦糖化反应，产生热熔挂壁的现象，出粉率降低，且产品出现焦糊现象而影响品质[16]。结合茯砖速溶茶出粉率，选择进风温度170，180和190℃进行正交试验。

图1 不同进风温度对茯砖速溶茶出粉率的影响

2.1.2 物料流速对茯砖速溶茶出粉率及品质的影响

物料流速决定物料在干燥室分离器、输送机中的停留时间，同时还影响着物料雾化及液滴大小[17]。不同物料流速对茯砖速溶粉出粉率的影响分别见图2。

由图2可知，物料流速10%～20%时，茯砖速溶茶出粉率在物料流速20%时达到最大为16.23%；物料流速超过20%时，茯砖速溶茶出粉率逐渐降低为10.5%；这是因为物料流速越高，在相同干燥出风温度下，干燥尾气的相对湿度越高，导致最终产品的干燥失重随之升高。结合茯砖速溶茶出粉率，物料流速选择10%，15%和20%进行正交试验。

图2 不同物料流速对茯砖速溶茶出粉率的影响

2.1.3 风机功率对茯砖速溶茶出粉率及品质的影响

不同风机功率对茯砖速溶茶出粉率及品质的影响，分别见图3。

喷雾干燥工作时，风机功率与形成负压有关，风机功率越高，形成的负压越大[15]。由图3可知，风机功率对茯砖速溶茶出粉率影响比较显著；随着风机功率增高，茯砖速溶茶出粉率先增高后降低，在风机功率为40 m3/h时出粉率为最大，达到15.8%。因此，选择风机功率30，40和50 m3/h进行正交试验。

图3 不同风机功率对茯砖速溶茶出粉率的影响

2.2 正交试验结果

根据单因素试验结果基础上，以进风温度、物料流速、风机功率3个因素，以出粉率为评价指标，进行L9(34)正交试验，正交试验结果见表3。

由表3可知，影响茯砖速溶茶主要出粉率为C＞B＞A，即风机功率＞物料流速＞进风温度。茯砖速溶茶喷雾干燥最佳工艺条件为A2B2C2，即进风温度180℃、物料流速15%、风机功率40 m3/h，由于该正交试验中未出现最优组合，因此对茯砖速溶茶最优组合进行3次试验，结果取平均值，得到茯砖速溶茶出粉率为17.2%，高于正交试验的各个组合。在此条件下，所得的茯砖速溶茶成淡黄色，无结块，口感佳，茯砖茶气味浓郁，堆积密度为1.09 g/mL，含水量为5.19%。

表3 茯砖速溶茶喷雾干燥正交试验结果

2.3 茯砖速溶粉外观特征及理化特性

2.3.1 外观特征

通过优化的工艺组合干燥得到茯砖速溶茶，其外观特征见表4。

表4 茯砖速溶茶外观特征

2.3.2 不同温度冲泡对茯砖速溶茶溶解性影响

取0.3 g优化后的茯砖速溶茶，加入200 mL 80℃，20 ℃和10 ℃饮用水冲泡，结果表明，80 ℃热水冲泡20 s内速溶，茶香浓郁，汤色呈棕黄色；20 ℃常温水冲泡50 s内速溶，茶香稍浅，汤色呈黄色；10 ℃冷冻水冲泡45 s内速溶，清凉解渴，淡淡的茶香，汤色呈浅黄色。

2.3.3 理化特性

茶多酚在茶汤中呈现苦涩味，是茶叶色香味物质形成主要成分之一，也是重要组成部分[18-19]。游离氨基酸是构成茶叶品质尤其是茶汤滋味的重要化学成分，能增强茶汤的鲜爽度[20]。咖啡碱又名咖啡因，是构成茶叶滋味的重要成分之一，是涩味的主要组成部分，咖啡碱是一种甲基黄嘌呤，是一种生物碱，在茶叶中的含量占2%～5%[21]。高玉萍等[22]试验研究表明不同速溶茶水分总量%～8%、茶多酚总量10%～40%、游离氨基酸总量2%～5%及咖啡碱总量4%～8%；由图4可知，茯砖茶通过喷雾干燥技术制备茯砖速溶茶，营养成分含量明显增高（茶多酚27.6%、游离氨基酸3.4%、咖啡碱8%），符合工艺标准；水分5.19%小于6%，符合茶粉含水率的要求（GB/T 31740.1—2015《茶制品 第1部分：固态速溶茶》）。

图4 茯砖茶与茯砖速溶茶理化性质比较

3 结论与讨论

随着人们生活水平的提高及生活节奏的加快，速溶茶以其卫生、方便、快速、定量等特点，顺应现代人快节奏生活工作和保健养生的需要。由于茯砖茶呈砖块，且不方便携带，冲泡时间长等问题。试验采用喷雾干燥技术开发茯砖速溶茶，通过单因素试验及正交试验优化获得最佳的喷雾干燥工艺参数：进风温度180 ℃、物料流速15%、风机功率40 m3/h。通过该试验参数得的茯砖速溶茶水分为5.19%，出粉率为17.2%，茯砖速溶茶呈淡黄色且均匀细小，溶解性好，内含物比较丰富，茶多酚含量为27.6%、游离氨基酸为3.4%、咖啡碱为8%。茯砖速溶茶可根据营养和口感进行不同配比的添加，开发各种速溶饮料。

速溶茶加工的最后一道工序是干燥，对成品茶的品质和外观色泽起着决定性作用。常见的干燥方式有喷雾干燥和冷冻干燥技术。张靓等[17]在研究干燥方式对速溶茶品质中表明，冷冻干燥的产品质量更好，但是从加工成本来看，冷冻干燥投入多，能耗成本高的工艺，且生产效率也不及喷雾干燥。因此，通过试验优化喷雾干燥技术参数，为茯砖茶深加工提供参考。