响应面法优化超声辅助提取磨锅茶香料浸膏工艺

席鹏飞，占小林，邓丽娟，包秀萍，刘煜宇

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州450001；2.云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明650106；3.江西中烟工业有限责任公司技术中心，江西南昌330096；4.江西中烟工业有限责任公司南昌卷烟厂，江西南昌330096）

磨锅茶是云南省腾冲市特产，属炒青绿茶系列，其嗅香浓郁、口感甘醇回味、汤色黄绿明亮、叶底柔嫩翠绿[1]。超声波技术在香料提取中可以降低温度，减少有效成分因高温劣变的可能。有关报道研究了超声波技术辅助提取绿茶等茶叶的茶多糖、总黄酮、茶多酚、咖啡因等成分[2-14]，但是对磨锅茶香料浸膏的超声波辅助提取及其挥发性致香成分的文献鲜见报道。本文通过响应面法[15-16]优化确定了磨锅茶的最佳超声波辅助提取条件，并用气相色谱-质谱法对挥发性致香成分进行分析和鉴定，为茶叶类香料开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

磨锅茶：市售；95%乙醇（食品级）：云南汕滇药业有限公司；无水硫酸钠（AR）：广东汕头市西陇化工厂；二氯甲烷（AR）：天津市博迪化工有限公司。

1.2 仪器与设备

CTXNW-100L型组合式循环超声提取装置：北京市弘祥隆超声仪器公司；Agilent 6890N/5975气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦公司；BUCHIR-3000型旋转蒸发仪：瑞士BUCHI公司；SHZ-D（Ⅲ）同时蒸馏萃取装置：昆明助招玻璃仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 提取方法

磨锅茶粉以乙醇为溶剂，以超声波功率（400 W～800 W）、乙醇体积分数（50%～90%）、提取时间（30 min～90 min）为3个考察因素，考察超声波辅助提取的萃取率，通过旋转蒸发仪减压蒸馏回收溶剂，浓缩后为浸膏。

1.3.2 响应面法试验设计

根据有关资料和预备单因素试验[17-18]，以超声波功率、乙醇体积分数和提取时间为主要影响因素，以测得磨锅茶香料浸膏样品的萃取率为考察指标，利用响应面法的Box-Behnken设计，进行试验，因素水平见表1。

表1 试验因素水平编码Table 1 Factors and levels of the experiment

萃取率计算公式如下。

1.3.3 气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析条件

色谱条件为TR-5MS色谱柱，60 m×0.25 mm×0.25 μm，载气：氦气（99.999%），进样量：1 mL，分流比：15∶1，柱流速：恒流 0.8 mL/min，程序升温：初始温度80℃，保持2 min，以3℃/min的速率升至240℃，保持30 min。传输线温度：250℃；进样口温度：250℃。

质谱条件为EI能量：70 eV，溶剂延迟：6 min，扫描离子范围：50 amu～650 amu，定性分析：采用 NIST08 质谱谱库检索，定量分析：采用归一化法。

2 结果与分析

2.1 响应面试验结果及分析

2.1.1 响应面试验结果

按照响应面法Box-Behnken的试验方案进行三因素三水平试验，结果见表2。试验方案的15个试验点中包括 12个析因点（1～12）及 3个中心点（13～15），以磨锅茶香料浸膏的萃取率Y作为响应面分析的响应值。

表2 试验设计及结果Table 2 Experimental design and results

2.1.2 响应面试验结果分析

对表2试验数据进行多元回归拟合，得到磨锅茶香料浸膏萃取率（Y）对超声波功率（X1）、乙醇体积分数（X2）和提取时间（X3）的二次多项回归方程为Y=-133.67187+0.19975X1+2.02000X2+1.13583X3+1.10625×10-3X1X2-2.083 33×10-4X1X3-4.166 67×10-4X2X3-1.953 12×10-4X12-0.017 281X22-7.875 00×10-3X32。

该二次回归方程方差分析结果和回归方程系数显著性检验结果见表3。

由表3数据可以看出，该模型统计学意义上差异极显著（P＜0.01），失拟项不显著，说明没有未知因素对试验结果干扰。模型的决定系数R2为0.982 5，修正决定系数R2为0.951 1，大于0.9，说明该模型与实际情况拟合较好，可用于分析和预测超声波辅助萃取磨锅茶的实际情况。

表3 回归方程模型的方差分析结果Table 3 Variance analysis results of the regression equation model

由表3可知，一次项X1和X2差异极显著（P＜0.01），X3差异不显著。说明超声波功率和乙醇体积分数对磨锅茶香料浸膏萃取率有极显著影响，而提取时间影响不显著。 二次项 X12、X22和 X32均为极显著水平（P＜0.01）。交互项X1X2差异极显著（P＜0.01），说明这2个因素交互作用对磨锅茶香料浸膏萃取率有极显著影响。

三因素交互作用对磨锅茶香料浸膏萃取率的响应面分析结果见图1～图2。

图1 超声波功率和乙醇体积分数对萃取率的响应面分析Fig.1 Response surface analysis on ultrasonic power and ethanol content on the extraction rate

图2 超声波功率和乙醇体积分数对萃取率的等高线Fig.2 Contour map of ultrasonic power and ethanol content on the extraction rate

2.1.3 验证试验

根据响应面法得出最优条件为超声波功率682.47 W、乙醇体积分数81.16%和提取时间57.33 min，为了方便操作，将条件根据实际情况调整为超声波功率700 W、乙醇体积分数80%和提取时间60 min，进行3次验证试验，得到磨锅茶香料浸膏萃取率的平均值为51.85%，与预测值52.21%接近，这说明该模型是较可靠的，响应面法适用于对磨锅茶香料浸膏的超声波萃取工艺进行回归分析和参数优化。

2.2 磨锅茶香料浸膏样品的挥发性成分分析

磨锅茶香料浸膏挥发性成分总离子流图见图3。

图3 磨锅茶香料浸膏挥发性成分的总离子流图Fig.3 Gas chromatogram of volatile compositions in the perfume of Moguo tea concrete

GC-MS分离鉴定出的磨锅茶香料浸膏挥发性成分见表4。

据表4可知，磨锅茶香料浸膏的挥发性成分共鉴定出54种化合物，所得质谱图经计算机质谱数据库检测与标准图谱核对，主要的致香成分含量为植醇（25.200 μg/g）、芳樟醇（6.873 μg/g）、新植二烯（3.670 μg/g）、α-松油醇（3.248 μg/g）等。

表4 磨锅茶香料浸膏挥发性化学成分Table 4 The volatile compositions in the perfume of Moguo tea concrete

续表4 磨锅茶香料浸膏挥发性化学成分Continue table 4 The volatile compositions in the perfume of Moguo tea concrete

3 结论

磨锅茶香料浸膏超声波辅助提取工艺的最佳条件为超声波功率700 W、乙醇体积分数80%和提取时间60 min，萃取率为51.85%，该方法优化结果可靠。

挥发性成分分析结果表明超声波提取工艺制备的磨锅茶香料浸膏中含有大量的致香成分，如植醇、芳樟醇、新植二烯、α-松油醇等，具有显著的青茶香气和香味，是一种高品质的香料浸膏。