西洋参袋泡茶的研制及冲泡工艺优化

于梓芃，王文亮，单成钢，弓志青，宋莎莎，贾凤娟*

（1.山东省农业科学院农产品加工与营养研究所，山东济南 250100；2.山东省农产品精深加工技术重点实验室，山东济南 250100；3.农业部新食品资源加工重点实验室，山东济南 250100；4.山东省农业科学院经济作物研究所，山东济南 250100）

西洋参（Panax quiquefoliumL.）原产北美，主要分布于加拿大的东南部和美国的东部，是五加科、人参属多年生草本植物。西洋参味苦、微甘，性凉，是一种“清凉”参，具有滋阴补气、保肝利尿、清虚火的功效[1]，其中含有一种成分叫人参皂苷，这种成分可提高人体免疫力、抗肿瘤[2]。另外，西洋参在心血管系统、代谢、抗氧化和减慢衰老等方面具有药理活性[3]。西洋参除具有潜在抗癌作用外，在癌症治疗中常被作为辅助药物来缓解因化疗引起的毒副作用[4]。西洋参中有药理作用的成分很多，且作用效果较好，但一般市场所用西洋参多为主根，支根多被当作废渣处理[5]，相关开发研究相对较少[6]。但西洋参支根中具有药理活性的有效成分含量较高，以皂苷为例，大约是主根的2 倍[7]，现已在高级补品、饮料、化妆品等领域中被利用[8]。以西洋参支根为主要原料设计并研制西洋参支根袋泡茶，能提高西洋参支根的附加值，也有利于西洋参支根产品市场的扩大，解决西洋参支根资源浪费问题。

袋泡茶是最近新出现的一种新的茶产品类型，冲泡快速、用量标准、便于携带[9]。且具有不受原料产地、季节性限制等特点，深受消费者喜爱，具有广阔的市场前景[10]。再加上西洋参具有较好的医疗保健效果[11]，近几年市场的需求量不断增加，现以西洋参支根与黄芪、枸杞、洛神花复配成补气益经袋泡茶，口味新颖独特，温和适口。结合黄芪保护心血管、调节免疫、抗肿瘤、抗氧化应激、改善代谢等作用[12]；枸杞抗衰老、提高免疫力、促进睡眠、降糖降脂等功效[13]；洛神花保肝护肝的作用[14]，配得此袋泡茶具有提高免疫、补血益气、补养三阴、保肝护肝的作用，研制成益气养生的袋泡茶，通常具有治疗气虚体质的慢性疲劳综合症的功效[15]。本实验通过研制袋泡茶中各原料的用量，得出最优配比，再通过对冲泡条件、装袋材料的研究，得出最佳冲泡条件以及最优的装袋材料，从而使西洋参的活性成分最大限度地浸出，使其药理作用发挥到最大，提高西洋参支根利用率，扩大西洋参副产物开发范围。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西洋参支根，山东省农业科学院中草药团队提供；枸杞、洛神花、黄芪，济南漱玉平民大药房；DPPH 自由基，分析纯，广东翁江化学试剂有限公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

紫外可见分光光度计，UV-6100，上海元析仪器有限公司；数显恒温水浴锅，HH-S6，江苏金怡仪器科技有限公司；超声波清洗机，SB26-12DTD，宁波新芝生物科技股份有限公司；粉碎机，ZN-20L，北京兴时利和科技发展有限公司；封口机，FS-200，温州市正雄包装机械有限公司；电热鼓风干燥箱，GZX-9240MBE，上海博迅实业有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程及操作要点

（1）工艺流程

原料→清洗→烘干→粉碎→过筛→称量→复配→装袋→封口

（2）操作要点

西洋参原料预处理：选择无霉变、无虫害的干西洋参支根为原料，清洗，摆盘，吸去表面水分，放入烘箱40～50 ℃烘干1～2 h[16]。干燥后用粉碎机破碎，过筛，取＜10目过筛物作为原料，装袋备用。

其它原料预处理：枸杞、洛神花、黄芪干燥，洛神花处理成小块，备用。

复配加工：将分选出的西洋参支根原料、配方所需的其他原料进行称量，按照配比标准进行复配，按质量要求配好后放入小袋，用带式封口机进行封口。

1.3.2 西洋参袋泡茶配方优化

单因素试验设计：在水温90 ℃，用水量140 mL，泡茶时间10 min 的条件下制得样品溶液。袋泡茶配比按照：西洋参用量（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g），黄芪用量（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g），枸杞用量（0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 g），洛神花用量（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g）分别进行单因素试验，确定每种材料最佳适用量。

正交优化试验设计：在单因素试验的基础上，考察西洋参、黄芪、枸杞、洛神花添加量4 个因素间的交叉影响，以感官评分为指标，设计L9(34)正交试验（见表1），优化西洋参袋泡茶配方。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Univariate test factors and levels

1.3.3 袋装材料的选择

取最优配比下的西洋参复合材料分别装于纸浆袋、玉米纤维袋、无纺布袋、尼龙网布袋中制成西洋参袋泡茶。将其置于玻璃杯中加入140 mL、90 ℃的热水进行观察对比，以水浸出物含量及汤色为指标[17]。

1.3.4 西洋参袋泡茶冲泡工艺研究

单因素试验：取最佳配比下袋泡茶样品，考察冲泡水温（60、70、80、90、100 ℃）、冲泡时间（0、5、10、15、20 min）、加水量（80、100、120、140、160 mL）对茶汤感官及其体外抗氧化性的影响[18]。

响应面试验设计：根据单因素试验，选取冲泡水温、冲泡时间、加水量作为自变量，以茶汤的DPPH 清除率作为响应值，设计三因素三水平响应面试验如表2 所示。

表2 响应面试验因素与水平Table 2 Factors and levels of response surface test

1.4 测定指标与方法

1.4.1 感官评价

邀请10 名食品专业评审员组成感官评价小组，品尝不同处理制得的茶汤，并从汤色、香气、滋味3 方面进行感官评分，评分标准见表3[19-20]。

表3 茶汤的感官评价表Table 3 Sensory evaluation table of tea soup

1.4.2 体外抗氧化性检测

分别取待测样品2 mL 置于试管中，试管1 加入浓度为20 μg/mL 的DPPH 的无水乙醇溶液2 mL，试管2 加入无水乙醇2 mL，震荡摇匀，室温下避光反应30 min，在517 nm 条件下，测其吸光值，分别记为A1、A2；另外量取20 μg/mL DPPH 的无水乙醇溶液2 mL，与2 mL 无水乙醇震荡摇匀，做空白对照，测定其吸光值，记为Ao[21]。试验平行测定3 次。计算样品对DPPH 的清除率（K），计算公式见式（1）。

1.4.3 水浸出物含量检测

参照GB/T 8305—2013，做适当修改。取配好已知质量的西洋参袋泡茶于杯中，以80 ℃、140mL热水浸泡7min后，用约80 mL 的80 ℃蒸馏水洗涤原料渣数次，将原料渣移入烘皿内，然后移入120±2 ℃的恒温干燥箱内，皿盖打开斜至皿边，烘干1 h，加盖取出，冷却1 h 后再烘1 h，立即移入干燥器内冷却至室温，称量[22]。计算出原料可溶性固形物中水浸出物含量，计算公式见式（2）。

式中，m0为试样质量，g；m1为干燥后的原料渣质量，g；ω为试样干物质含量（干草类干物质含量默认为1），%。

1.5 数据处理

每组数据均由3 次平行实验后取平均值。使用Design expert 8.0 软件进行实验设计，SPSS 25.0 软件对实验结果进行分析检验，Excel 2016 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 配方工艺优化

2.1.1 单因素试验结果

（1）西洋参添加量对袋泡茶感官品质的影响

如图1 所示，随着西洋参添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，当西洋参添加量为0.6 g 时，感官评分最大，为90 分。当添加量高于0.6 g 时，由于西洋参添加量增大而引起茶汤的苦味增加，感官评分下降。因此西洋参添加量选取0.5、0.6、0.7 g 进行下一步试验。

图1 西洋参添加量对袋泡茶感官评价的影响Fig.1 Effect of American ginseng addition on sensory evaluation of tea bags

（2）黄芪添加量对袋泡茶感官品质的影响

如图2 所示，随着黄芪添加量的增加，袋泡茶的感官评分整体呈先上升后下降的趋势，当黄芪添加量为0.3 g时，感官评分最大，为90 分；当添加量高于0.3 g 时，由于黄芪添加量增大而引起茶汤的苦味、涩味增加，使感官评分下降。因此黄芪添加量选取0.2、0.3、0.4 g 进行下一步试验。

图2 黄芪添加量对袋泡茶感官评价的影响Fig.2 Effect of A. membranaceus addition on sensory evaluation of tea bags

（3）枸杞添加量对袋泡茶感官品质的影响

如图3 所示，随着枸杞添加量的增加，感官评分先增大后减小。当枸杞添加量为1.0 g 时，感官评分最大，为87 分；当添加量高于1.0 g 时，由于枸杞添加量增大而引起茶汤的甜味增加，掩盖住其它味道，使得感官评分下降。因此枸杞添加量选取0.9、1.0、1.1 g 进行下一步试验。

图3 枸杞添加量对袋泡茶感官评价的影响Fig.3 Effect of Chinese wolfberry addition on sensory evaluation of tea bags

（4）洛神花添加量对袋泡茶感官品质的影响

如图4 所示，随着洛神花添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，当洛神花添加量为0.3 g 时，感官评分最大，为90 分；当添加量高于0.3 g 时，由于洛神花添加量增大而引起茶汤的酸味、涩味增加，口味变劣，使其感官评分下降。因此洛神花添加量选取0.2、0.3、0.4 g进行下一步试验。

图4 洛神花添加量对袋泡茶感官评价的影响Fig.4 Effect of Luoshen flower addition on sensory evaluation of tea bags

2.1.2 正交试验结果

由表4 可知，各因素对西洋参袋泡茶感官评价的影响大小为A＞B＞C＞D，即西洋参添加量＞黄芪添加量＞枸杞添加量＞洛神花添加量，从而得出西洋参袋泡茶的最佳配方组合为A1B1C3D2，即西洋参添加量0.5 g、黄芪添加量0.2 g、枸杞添加量1.1 g、洛神花添加量0.3 g。对最佳配方组合进行验证试验，感官评定结果为90 分，优于其他实验组。

表4 袋泡茶配方优化正交试验结果Table 4 The results of formulation optimization orthogonal test of tea bags

2.2 袋装材料的选择

由图5 可知，在统一的处理条件下，尼龙袋的水浸出物含量最大，其次是无纺布袋、玉米纤维袋和纸浆袋的。由于纸浆材料的致密性好，透水能力相对较弱[23]，故阻碍了有效成分从袋中的迁出，冲泡时水浸出率较低，浸出效果最差。尼龙袋是经过国家安全检验的无毒、无细菌、耐热的高质感食品级滤材[24]，孔径相对较大，水与袋泡茶能充分融合，故茶袋中的浸出物能迅速浸出，因此最终选择尼龙袋为西洋参袋泡茶的袋装材料。

图5 不同袋装材料对水浸出物含量的影响Fig.5 Influence of different bag materials on the content of water extract

2.3 袋泡茶冲泡工艺研究

2.3.1 冲泡水温对茶汤DPPH 清除率的影响

如图6 所示，当冲泡水温为90 ℃时，DPPH 清除率最大，为99.81%；当冲泡水温低于90 ℃时，冲泡水温越高，DPPH 清除率越大，体外抗氧化性越强；当温度大于90 ℃时，DPPH 清除率下降。当温度达到100 ℃时，DPPH清除率下降到94.41%。可能是高温对茶汤中的茶多酚等抗氧化物质有所破坏。因此冲泡水温选取80、90、100 ℃进行下一步试验。

图6 冲泡水温对袋泡茶茶汤DPPH 清除率的影响Fig.6 Effect of brewing temperature on DPPH clearance rate of tea soup of tea bags

2.3.2 冲泡时间对茶汤DPPH 清除率的影响

如图7（见下页）所示，随着冲泡时间的延长，DPPH清除率呈现先上升后下降的趋势。当冲泡后立即检测时，DPPH 清除率最低，当冲泡时间为10 min 时，DPPH清除率最大，为89.91%；当冲泡时间大于10 min 时，随着冲泡时间的延长，DPPH 清除率降低，体外抗氧化性降低。长时间的高温浸泡造成茶汤中茶多酚氧化聚合，从而使茶汤泛黄；茶汤中的香味也被焖熟，茶汤质量大大降低[25]。因此冲泡时间选取8、10、12 min 进行下一步试验。

图7 冲泡时间对袋泡茶茶汤DPPH 清除率的影响Fig.7 Effect of brewing time on DPPH clearance rate of tea soup of tea bags

2.3.3 加水量对茶汤DPPH 清除率的影响

根据2.1.2 得到的最佳配方，在每袋茶装量均为2.1 g的条件下，研究加水量对茶汤DPPH 清除率的影响。如图8 所示。由图知，随着加水量的增加，DPPH 清除率呈现先上升后下降的趋势，当加水量为120 mL 时，DPPH 清除率最大为85.77%；当加水量大于120 mL 时，随着加水量的增加，DPPH 清除率降低，体外抗氧化性降低。因此加水量选取110、120、130 mL 进行下一步试验。

图8 加水量对袋泡茶茶汤DPPH 清除率的影响Fig.8 Effect of water addition on DPPH clearance rate of tea soup of tea bags

2.3.4 响应面优化试验结果分析

冲泡条件的响应面优化试验结果分析如表5 所示。运用Design Expert 8.0.6.0 软件进行二次多元回归拟合，得到二次多元回归方程：Y=92.90+0.11A+1.92B-0.89C+0.73AB+0.82AC+1.05BC-2.14A2-3.01B2-1.99C2。

表5 响应面试验结果Table 5 Response surface test results

由表6 方差分析可知，回归模型P＜0.01，说明方程模型极显著，失拟项不显著（P＞0.05），决定系数R2为0.961 0，显示出该模型拟合性良好，能够用该模型对实验进行分析预测。在该模型的A、B、C 三个因素中，一次项B 达到极显著水平，C 达到显著水平，交互项BC 达到显著水平，AB、AC 均不显著，二次项A2、B2、C2均达到极显著水平。由F值可以看出，各因素对袋泡茶茶汤体外抗氧化影响的大小顺序为B＞C＞A，即冲泡时间＞加水量＞冲泡水温。

表6 显著性检验分析表Table 6 Significance test analysis table

如图9a 所示，冲泡时间与加水量对茶汤体外抗氧化性的交互作用较显著。抗氧化性随加水量的变化幅度小于冲泡时间，说明冲泡时间对茶汤体外抗氧化性的影响更为明显。如图9b 所示，冲泡时间与冲泡水温对茶汤体外抗氧化性的交互作用显著。茶汤体外抗氧化程度随冲泡时间的变化幅度大于冲泡水温，说明冲泡时间对茶汤体外抗氧化程度的影响更显著。如图9c 所示，在一定范围内，随着冲泡水温与加水量的增加，抗氧化能力逐渐增大，当达到一定点后，继而呈现下降的趋势，并且加水量对抗氧化能力的影响比加水量更明显。

图9 冲泡时间、冲泡温度与加水量对体外抗氧化性影响的响应曲面图Fig.9 Response surface of brewing time,brewing temperature and water addition to the effects of in vitro antioxidants

2.3.5 回归模型验证

经过Design-expert 8.0 软件自动分析得到西洋参袋泡茶最佳制备工艺为冲泡水温93 ℃、冲泡时间10 min、加水量120 mL，对优化后的工艺进行验证试验，得到DPPH 清除率为94.35%。

3 结论及展望

西洋参中富含多种具有药理作用的生物活性成分，有较高的药用价值，但目前有关西洋参袋泡茶的研究报道不多，其根本原因是由于西洋参的口感过于苦涩，草药味大[26]，直接饮用难以接受。另外，市面大部分西洋参加工产品使用了西洋参主根，对支根的利用较少。本研究以西洋参、枸杞、洛神花、黄芪为主要原料，通过单因素试验分析了上述各配料添加量对西洋参袋泡茶感官评分的影响，后通过正交试验对各配料添加量进行交叉组合优化，结合水浸出率对袋装材料进行优化，最终获得最佳袋装材料为尼龙网布袋，最佳配方及添加量为西洋参0.5 g、黄芪0.2 g、枸杞1.1 g、洛神花0.3 g。

综合西洋参袋泡茶茶汤对DPPH 自由基的清除能力，通过响应面优化试验设计，得到最佳制备工艺下的西洋参袋泡茶经120 mL、93 ℃热水冲泡10 min、冲泡1次后制备茶汤的清除自由基能力最高，具有较好的体外抗氧化性。此制备工艺下的西洋参袋泡茶茶汤呈珊瑚红色、色泽透亮、酸甜适中，带有西洋参滋味、洛神花酸甜味和枸杞甘甜味，具有补气益经、利水消肿、益气固表、保肝护肝、生津益血的功效，既保留了各原料的营养品质和功能，还大大改善了其感官，且携带方便，易于保存，既扩大了西洋参副产品开发范围，又节约了西洋参支根资源，提高了西洋参支根附加值，有利于西洋参支根产品市场的扩大，具有较好的应用前景。下一步将继续对西洋参支根做进一步的研究，为西洋参支根行业的发展提供技术支持。