酶辅助提取法制备寒葱速溶茶的加工工艺

韩篷慧，李范洙，张先，赵鹏

延边大学农学院（延吉 133000）

寒葱（Allium victorialisL.AV）学名为茖葱，是百合科葱属多年生草本植物。寒葱具有独特的风味及丰富的营养物质[1]，还含有含硫化合物、黄酮类化合物、甾体和皂苷等多种活性成分[2-5]，具有减缓皮肤衰老[6]、减肥[7]、抗菌消炎[8]、预防肝损伤[9]等功效。国内外关于寒葱的研究多为对其生长条件及药理功能的研究，而对其加工产品的研究微乎其微，除了腌制和生食外基本无其他食用方式，因此开发新型方便快捷的寒葱食品尤为重要[10]。

速溶茶是一种能迅速溶解于水的固体茶饮料，其萃取茶叶中的水溶性成分，加工成固态的产品形式，既可作为食品工业的配料使用，也可直接作为固体饮料使用[11]，具有健康、快捷、方便、卫生等优点，可实现即冲即饮，不留渣，方便与牛奶、白糖、香料、果汁等调制出各种风味的饮品，因此在国际上得到快速发展。但是速溶茶的得率、风味和澄清度是制约速溶茶行业发展和高品质速溶茶开发的技术难题，所以出现很多速溶茶提取技术，其中酶技术可通过促进茶叶中不利及无效成分的有益转化，改善速溶茶的感官品质和稳定性，能有效解决速溶茶得率低、冷溶性差、浑浊等问题，并且对于实现生产的连续化、工业化、自动化提供帮助[12]。

因此，以寒葱烘干粉为原料，游离氨基酸质量分数为主要参考指标，研究酶法制备寒葱速溶茶的加工工艺，并进一步分析寒葱速溶茶的品质，旨在为寒葱的精加工提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂

寒葱粉：新鲜寒葱叶，摘自黑龙江林口市，无病虫害、无腐烂变质，经过挑选、洗净、晾干、55 ℃烘干，过0.600 mm孔径（30目）筛，置于4 ℃冰箱中保存。

100000 U/g纤维素酶、100000 U/g木瓜蛋白酶（均为食品级，河南万邦实业有限公司）；抗坏血酸（食品级）、异抗坏血酸钠（食品级）、茚三酮（分析纯）、对硝基苯酚（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；芦丁标准品、福林酚（均为分析纯，源叶生物科技有限公司）；碳酸钠、硝酸铝（均为分析纯，北京试剂厂）。

1.1.2 仪器与设备

UV-7504紫外可见分光光度计（上海欣茂仪器有限公司）；MA45C红外水分快速测定仪（德国赛得利斯）；FD-1A冷冻干燥机（北京博医康实验仪器有限公司）；SZF-06C喷雾干燥机（浙江托普仪器有限公司）；CM-5色差仪（日本柯尼卡美能达公司）；等。

1.2 方法

1.2.1 寒葱速溶茶酶辅助提取工艺流程

1.2.2 寒葱速溶茶酶辅助提取试验设计

以寒葱速溶茶，即寒葱鲜叶经加工后所得的成品中的游离氨基酸质量分数为依据，通过单因素试验确定酶辅助提取温度、酶辅助提取pH、蛋白酶添加量、纤维素酶添加量4个因素的最适范围，根据单因素试验结果设计L9(34)正交试验，探究寒葱速溶茶最优提取条件。试验因素水平见表1。

表1 寒葱速溶茶酶辅助提取正交试验因素水平表

1.2.3 干燥方法的选择

以最佳提取工艺进行提取，将提取液浓缩后，分别进行冷冻干燥和喷雾干燥处理。喷雾干燥条件为进风温度160 ℃，出风温度60 ℃，按物料的8%添加β-环状糊精。通过其色度、得率、活性物质及感官评价的对比，确定最佳干燥方式。

1.2.4 理化指标的测定方法

水分测定，参考GB 5009.3—2016；灰分测定，参考GB 5009.4—2016；粗纤维测定，中性洗涤法[13]；粗脂肪测定，参照GB/T 14772—2008；蛋白质测定，参照GB/T 5009.5—2016；总糖测定，苯酚-硫酸法[14]；游离氨基酸测定，参考GB/T 8314—2013；总酚测定，福林酚试剂法[15]；总黄酮测定，分光光度法[16]；色度，用色差仪测定。

1.2.5 感官评价方法

采用描述性分析方法进行感官评价。

1.3 数据处理

采用Excel对试验数据进行整理分析，数据用“平均值±标准差”表示；数据使用SPSS 17.0进行显著性差异分析（ANOVA），显著水平p＜0.05；试验均采用GraphPad Prism 8软件作图。

2 结果与分析

2.1 寒葱粉营养及活性成分分析

由表2可看出：寒葱中营养物质丰富，其中蛋白质质量分数达38.48%，类似于野生山蒜（鲜鳞茎中3.4 g/100 g）和山韭（鲜茎叶中3.7 g/100 g）中的质量分数[17-18]，且粗纤维质量分数达21.85%，灰分和总糖质量分数约10%；寒葱中酚类和黄酮类物质质量分数分别为1.42%和0.27%，游离氨基酸质量分数为7.57%，与韭菜（鲜嫩叶中含量0.778%）相似[19]。由于试验进行速溶茶的提取，为确保尽可能多地将营养物质提取出来，又考虑到寒葱中成分特点，试验确定用蛋白酶和纤维素酶进行酶解处理。

表2 寒葱粉营养及活性成分质量分数

2.2 寒葱速溶茶提取工艺研究

2.2.1 酶辅助提取单因素适宜作用范围的确定

酶辅助提取温度、pH、蛋白酶添加量和纤维素酶添加量4个因素对寒葱速溶茶游离氨基酸质量分数量的影响如图1所示。设定提取时间1.5 h、pH 5.5、蛋白酶和纤维素酶的添加量均为0.20%，酶解温度60 ℃时，游离氨基酸质量分数达到最高，为18.11%，所以适宜的酶解温度范围在55～65 ℃之间。

图1 酶提取条件对寒葱速溶茶游离氨基酸含量的影响

提取温度60 ℃、提取时间1.5 h、蛋白酶和纤维素酶添加量分别为0.20%时，溶液pH为5.0，速溶茶中游离氨基酸质量分数达到最高，为16.82%，当溶液pH为4.5，5.5和6.0时，游离氨基酸质量分数没有显著差异，因此，选取pH 4.5，5.0和5.5进行下一步的正交试验。

在提取温度60 ℃、提取时间1.5 h、酶解pH 5.0、纤维素酶添加量0.20%条件下，蛋白酶添加量在0.35%以下时，随着酶添加量增加，速溶茶游离氨基酸质量分数也逐渐增加；蛋白酶添加量0.35%时，游离氨基酸质量分数达到最高，为18.36%。这可能是由于蛋白酶添加量在0.35%以下时，随着蛋白酶添加量增加，酶与底物接触机会增加，酶的催化效率也会逐渐升高，在蛋白酶添加量超过0.35%以后，由于蛋白酶添加量过多，底物浓度相对酶的含量达到饱和，导致蛋白酶的作用受到抑制。因此，蛋白酶适宜的添加量范围为0.30%，0.35%和0.40%。

纤维素酶主要作用于细胞壁中的纤维素，对细胞壁起破坏作用促进内含物的释放[20]。在速溶茶提取过程中，纤维素酶能提高水浸出物质量分数，从而促进氨基酸的溶出[21]。设定提取温度60 ℃、提取时间1.5 h、酶解pH 5.0、蛋白酶添加量0.35%，纤维素酶添加量0.20%时，游离氨基酸质量分数达到最高，为18.51%。添加量低于0.20%时，可能是由于纤维素酶的量不足，底物没有充分反应，细胞壁没有完全溶解，阻碍蛋白酶与蛋白质的反应，所以随着纤维素酶添加量增加，速溶茶游离氨基酸质量分数呈上升趋势。试验选取纤维素酶添加量0.15%，0.20%和0.25%作为正交试验的3个水平。

2.2.2 酶辅助提取条件优化

根据单因素试验结果，选择酶解温度、酶解pH、蛋白酶添加量及纤维素酶添加量为因素进行L9(34)正交试验，试验设计及结果如表3所示。从极差值可以看出，对茶中游离氨基酸含量影响大小顺序为A＞B＞D＞C，根据k值可知，提高茶中氨基酸质量分数的最佳组合为A3B3C1D3，与正交试验处理中氨基酸含量最高的组合A3B2C1D3不吻合，所以进行验证试验。

表3 正交试验设计及结果表

验证试验结果（表4）显示，A3B3C1D3和A3B2C1D3的游离氨基酸质量分数没有显著差异，同时得率也没有显著差异，所以选择游离氨基酸质量分数和得率稍微高的A3B2C1D3作为最优组合，即寒葱速溶茶最佳提取条件为提取温度65 ℃、酶解pH环境5.0、蛋白酶添加量0.30%、纤维素酶添加量0.25%。

表4 验证试验结果 单位：%

2.2.3 寒葱速溶茶适宜干燥方法的选择

选择喷雾干燥和冷冻干燥两种方法对寒葱速溶茶提取浓缩液进行干燥，由表5可知，喷雾干燥法处理的寒葱速溶茶得率和游离氨基酸质量分数显著低于冷冻干燥处理，2种干燥方式处理的茶颜色差异较大，喷雾干燥法得到的寒葱速溶茶L*值为91.45，显著大于冷冻干燥的L*值64.29，a*值为-0.34，b*值为11.84，分别显著小于冷冻干燥的茶a*值9.20和b*值26.53，喷雾干燥的寒葱速溶茶颜色接近于白色，呈淡黄色，而冷冻干燥的寒葱速溶茶颜色较暗，呈黄褐色。喷雾干燥的时候添加干燥助剂β-环状糊精，因此可能导致2种干燥方法的茶颜色及游离氨基酸质量分数的差异，得率的差异可能是因为喷雾干燥操作过程中损失较大而导致。对2种干燥方法处理的寒葱速溶茶进行感官评价，结果显示冷冻干燥的茶汤色明亮，寒葱特有的香气适宜且柔和，寒葱辣味适中，无异味，且溶解性好；而喷雾干燥的茶溶解性较差，汤色略显浑浊，有刺鼻的寒葱气味，辣味较大，味道强烈较难接受。这可能是喷雾干燥时添加的β-环状糊精起到包络各种化合物分子的作用，尤其是包络了寒葱中各种挥发性气味，茶溶解的时候释放出来的缘故。根据上述指标的对比和干燥后的茶直接饮用的角度考虑，确认寒葱速溶茶的冷冻干燥法优于喷雾干燥法，因此后续的试验对冷冻干燥样品进行品质分析。

表5 不同干燥方法的寒葱速溶茶游离氨基酸、得率和色度的对比

2.3 寒葱速溶茶品质分析

2.3.1 寒葱速溶茶理化指标分析

按照上述试验结果制备寒葱速溶茶后，对其品质进行分析，速溶茶理化指标测定结果如表6所示。寒葱速溶茶的水分和灰分分别为3.74%和19.04%，总糖质量分数为39.53%，酚类和黄酮类物质质量分数分别为1.23%和0.60%，游离氨基酸质量分数为21.52%。寒葱速溶茶的冷溶性和热溶性都非常好，其灰分质量分数符合GB/T 31740.1—2015固态速溶茶中冷溶型绿茶理化指标的规定，但是酚类物质质量分数明显少于国标中所要求的茶多酚质量分数，这主要是原材料的差异所导致。作为原料的寒葱粉中酚类物质质量分数仅1.42%，且在茶提取过程中由于各种因素的影响，可能没有充分地提取或一些成分被破坏导致速溶茶中总酚质量分数低。

表6 寒葱速溶茶理化指标

2.3.2 寒葱速溶茶氨基酸分析

由表7可知：寒葱速溶茶中共检测出16种氨基酸，与其原料寒葱粉的氨基酸种类相一致，但其质量分数有差异，茶中16种氨基酸的质量分数均显著高于原料中的质量分数；含有7种人体必须氨基酸，速溶茶中人体必须氨基酸总量为141.81 mg/g，占氨基酸总量的57.84%，其中Thr、Lys、Leu、Phe和Val质量分数均为20 mg/g以上，Met质量分数最低，为4.25 mg/g。

表7 寒葱速溶茶与寒葱烘干粉中氨基酸种类和含量对比 单位：mg/g

氨基酸不仅具有各种生理功能，还在食品的呈味方面扮演重要角色。寒葱速溶茶中呈鲜味和酸味的氨基酸有Glu，为18.63 mg/g，占氨基酸总量的7.60%；呈甜味的氨基酸有Ser、Ala、Gly、Thr和Asp，共63.42 mg/g，占总量的25.87%；呈苦味的氨基酸[22]有Ile、Leu、Phe、Val、His和Arg，共112.79 mg/g，占总量的46.00%。虽然寒葱速溶茶中呈鲜味和酸味的氨基酸较少，呈苦味氨基酸较多，但氨基酸之间的相互作用赋予寒葱速溶茶的独特口味。

3 结论

经过单因素试验和正交试验确定了寒葱速溶茶的最佳提取工艺：在料水比1∶40（g/mL）、pH 5.0环境下各添加0.30%蛋白酶和0.25%纤维素酶，在温度65℃下提取1.5 h，把提取浓缩液进行冷冻干燥，在此条件下提取率为40.31%。

在最佳工艺条件下制备的寒葱速溶茶既可为热溶型速溶茶也可为冷溶型速溶茶，茶汤明亮，有寒葱独特香气；茶的酚类和黄酮类物质质量分数分别为1.23%和0.60%，灰分和水分分别为19.04%和3.74%，灰分和水分符合国标中固态速溶茶理化指标的规定。寒葱速溶茶的游离氨基酸质量分数为21.52%，共含有16种氨基酸，其中包含7种人体必需氨基酸，占氨基酸总量的57.84%。

寒葱速溶茶的开发可为消费者提供健康饮品，同时也有利于寒葱附加值的提高。