基于抗氧化活性对贵州毛峰冲泡条件优化

2022-07-14张圣煜陈春旭

安徽科技学院学报 2022年2期

张齐，张圣煜，陈春旭

(安徽科技学院食品工程学院，安徽凤阳 233100)

贵州毛峰产于贵州湄潭县,又名湄潭毛峰[1],其品质特点是:前苗完整婀娜,覆银色茸毛,光彩青翠,茶香芬芳,汤色清澈翠绿,风味醇厚,叶底碧绿鲜嫩。毛峰中具有很多酚类抗氧化性物质如茶多酚[2-3],茶多酚可以清除人体中的自由基,起到抗氧化作用,还有延缓衰老的功效。相关研究表明[4],在不同冲泡条件(温度、时间、液料比以及水质等)下,茶汤的口感以及茶叶中主要的抗氧化活性物质的浸出都有不同的结果;绿茶在液料比50∶1、温度85 ℃、冲泡时间5 min的条件下，有较好的口感和较高的营养价值。

不同的冲泡方式对绿茶茶汤的抗氧化活性会产生影响[5-7],但目前关于冲泡条件对贵州毛峰茶汤抗氧化性特性影响的研究较少。因此,研究文以贵州毛峰茶汤对DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率和二价铁离子螯合能力为实验参数,通过单因素实验和响应面优化方案探究冲泡条件对贵州毛峰茶汤抗氧化特性的影响,为茶叶资源的综合利用提供思路和参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

贵州毛峰(湄潭毛峰)产于贵州湄潭县;1,1-二苯-2-苦基肼(DPPH)，硫酸亚铁(分析纯)，水杨酸，H2O2(分析纯)，二氯化铁(分析纯)，菲罗嗪钠盐(上海泰坦科技股份有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素实验设计

1.2.1.1 冲泡液料比对茶汤抗氧化活性的影响称取茶叶1 g于茶杯中,注入温度为85 ℃、体积分别为40、50、60、70、80 mL的纯净水,冲泡时间为5 min,过滤得茶汤。根据抗氧化活性检测方法,测出不同液料比对茶汤抗氧化活性的影响,得出最优液料比。每组单因素实验样本进行3次平行实验,最终结果取平均数。

1.2.1.2 冲泡温度对茶汤抗氧化活性的影响称取茶叶1 g于茶杯中,分别注入温度为75、80、85、90、95 ℃纯净水50 mL,冲泡时间为5 min,过滤得茶汤。根据抗氧化活性检测方法,测定温度对茶叶抗氧化活性的影响,确定最佳冲泡温度。每组单因素实验样本3次平行实验,最终结果取3组数据平均数。

1.2.1.3 冲泡时间对茶汤抗氧化活性的影响称取茶叶1 g于茶杯中,注入50 mL 85 ℃纯净水,冲泡时间分别为4、5、6、7、8 min,过滤得茶汤。根据抗氧化活性检测方法,测出时间对茶汤抗氧化活性的影响,得出最优冲泡时间。每组单因素实验样本进行3次平行实验,最终结果取3组数据平均数。

1.2.1.4 不同种类的水对茶汤抗氧化活性的影响称取茶叶1 g于茶杯中,注入50 mL 85 ℃蒸馏水、“纯悦”纯净水、“农夫山泉”矿泉水、“百岁山”矿泉水、实验室自来水,冲泡时间为5 min,过滤得茶汤。根据抗氧化活性检测方法,测出不同类型的水对茶汤抗氧化活性的影响,实验结果按照DPPH自由基清除率大小进行排序,得出最优冲泡水的类型。每组单因素实验样本进行3次平行实验,最终结果取3组数据平均数。

1.2.2 响应面实验方案设计在单因素实验的基础上,设计三因素三水平的响应面优化实验,实验条件见表1。DPPH自由基清除率作为实验的响应值,运用Design-Expert.V8.0.6响应面分析软件,得出最优冲泡条件。

表1 响应面试验因素水平表

1.2.3 抗氧化活性检测方法采用DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率、二价铁离子螯合能力作为实验指标，检测方法如下。

1.2.3.1 DPPH自由基清除率的检测方法[8-9]DPPH溶解在95%乙醇中，制备0.05 mg/mL的DPPH自由基溶液,现配现用。根据预实验结果,分别取不同条件冲泡的茶汤2.0 mL,加入2.5 mL的DPPH自由基溶液,充分反应,无光条件静置30 min。在波长517 nm 处,测定茶汤的吸光度为A1;在相同条件下,将样品溶液替换成等体积蒸馏水与DPPH溶液反应作为实验样品,记录吸光度为A;分别取不同条件冲泡的茶汤2.0 mL,加入2.5 mL蒸馏水替代实验试剂反应,测量的吸光度记录为A2。计算公式如下:

DPPH自由基清除率(%)=(A0-A1+A2)/A0×100%

1.2.3.2 羟基自由基清除率检测方法分别取不同冲泡条件的茶汤2.0 mL,依次加入9 mmol/L FeSO4、9 mmol/L水杨酸、9 mmol/L H2O2各1.0 mL,在37 ℃下静置30 min。在波长510 nm下[10-11],测定样品吸光度记录为A1。在相同条件下,将样品溶液替换成等体积蒸馏水与实验试剂反应作为实验样品,测定的吸光度记录为A;分别取不同冲泡条件下的茶汤2.0 mL，加入3.0 mL蒸馏水,测定吸光度(A2)。计算公式如下:

羟基自由基清除率(%)=(A0-A1+A2)/A0×100%

1.2.3.3 二价铁离子螯合能力检测方法分别取不同冲泡条件的茶汤2.0 mL,加入0.1 mL、2 mmol/L FeCl2溶液,摇匀,再加入0.2、2.7 mL 5 mmol/L菲罗嗪溶液,充分接触后,在27 ℃条件下反应10 min。在波长562 nm下,以蒸馏水作为参照,测定的吸光度记录为A1。在相同条件下,将样品溶液替换成去蒸馏水与实验试剂反应作为实验样品,测定的吸光度记录为A0。分别取不同条件下冲泡的茶汤2.0 mL,加入3.0 mL蒸馏水替代实验试剂反应,测定的吸光度记录为A2。计算公式如下:

CA=(A0-A1+A2)/A0×100%

2 结果与分析

2.1 单因素结果与分析

2.1.1 不同液料比对茶汤抗氧化活性的影响由图1可知,液料比对二价铁离子螯合能力的影响显著,对DPPH自由基清除率影响较小,对羟基自由基清除率的影响最小。且三者的活性指标都与液料比呈负相关,随液料比的增加而逐渐减少。这是因为随液料比的增加,茶汤中的抗氧化物质浓度降低,本实验结果与陈建烟等[12]研究结果一致。

羟基自由基在液料比为40∶1时清除率最高(69.82%),在80∶1时清除率最低(67.03%)。羟基自由基与另2种自由基清除率相比,差异不显著。DPPH自由基在液料比为40∶1时清除率达到最高,为71.29%,在80∶1的液料比条件下清除率最低,为63.06%,其总体趋势与羟基自由基清除率大致相同,只是清除率大小略有差异。二价铁离子螯合能力在液料比为40∶1时螯合力最大,为75.71%,在80∶1的液料比条件下清除率最低,为54.88%,在3种抗氧化活性指标中,其规律性最强,极差最大。综上,本实验选择的最佳冲泡液料比为40∶1。

2.1.2 不同温度对茶汤抗氧化活性的影响由图2可知,温度对茶汤抗氧化活性影响显著。茶汤的羟基自由基清除率、DPPH自由基清除率、二价铁离子螯合能力3种抗氧化活性指标在75～85 ℃条件下，都随着温度的升高而增加,羟基自由基在75 ℃时清除率最低,为70.27%,在85 ℃清除率最高,为75.43%;DPPH自由基清除率在75 ℃具有最低的清除率，为67.77%,在85 ℃具有最高的清除率，为73.55%;二价铁离子在75 ℃下螯合能力最低，为67.41%,在85 ℃条件下具有最高的螯合能力,为73.69%。在85～95 ℃下羟基自由基清除率、DPPH自由基清除率、二价铁离子螯合能力3种抗氧化活性指标随着温度的升高而降低。在95 ℃下,羟基自由基清除率下降明显,数值为70.54%;DPPH自由基清除率下降程度在3个指标中最小,数值为71.83%,二价铁离子螯合能力下降趋势呈直线,数值为69.97%。3种指标的趋势与米智等[13]测定茶多酚得率的结果相同,说明贵州毛峰茶汤中起抗氧化作用的主要物质可能是茶多酚。

在以温度为变量的条件下,对三者变化趋势的原因分析如下:一是与茶叶的加工方式有关,因为在高温的条件下冲泡,茶叶叶片容易打开,增加叶片与水的接触面积,使更多的抗氧化物质进入茶汤。二是温度的升高加快了物质分子的运动,加速了抗氧化物质的溶出并进入茶汤。若温度持续上升,高温则可能会破坏茶叶中的抗氧化物质[5],导致其抗氧化活性降低。综上,本实验得出的最佳冲泡温度为85 ℃。

图1 液料比对毛峰茶汤抗氧化活性的影响

图2 温度对毛峰茶汤抗氧化活性的影响

2.1.3 冲泡时间对茶汤抗氧化活性的影响由图3可知，冲泡时间对茶汤抗氧化活性也有一定的影响。其中,羟基自由基清除率在4～6 min时出现下降的状态,在4 min时清除率为69.50%,在6 min时清除率为67.93%,下降了1.57%,在7 min时略微提升到68.23%,在8 min时清除率又下降到了67.80%;DPPH自由基清除率在4～6 min时一直上升,在4 min时清除率为69.57%,在6 min时清除率为71.50%,而在6～8 min内逐渐下降,在8 min时清除率为69.32%;二价铁离子螯合能力在4～7 min时逐渐上升,从4 min的66.95%上升到7 min的69.11%,在7～8 min时又呈现下降趋势,在8 min时螯合能力为63.91%。

由上述结果可知,在一定时间范围内,茶汤的抗氧化活性是随着时间的增加而逐渐增大,但是超过一定的时间茶汤的抗氧化活性又逐渐降低,其原因可能是随着时间的增加,茶汤浓度上升,茶叶内外抗氧化物的浓度差下降,使茶叶中抗氧化物质浸出的速率小于氧化的速率,所以抗氧化活性逐渐下降[14]。综上,本实验得出的最佳冲泡时间为6 min。

图3 时间对毛峰茶汤抗氧化活性的影响

图4 不同类型的水对毛峰茶汤抗氧化活性的影响

2.1.4 不同类型的水对茶汤抗氧化活性的影响由图4可知,不同类型的水对茶汤抗氧化活性影响十分显著,且对3种抗氧化指标有着不同的影响。在测定的条件下,用“纯悦”纯净水冲泡羟基自由基的清除率最低(65.52%),用自来水冲泡羟基自由基有最高的清除率(75.03%);用蒸馏水冲泡DPPH自由基清除率最高为(78.52%),用自来水冲泡DPPH自由基清除率最低(39.22%);二价铁离子螯合能力用蒸馏水冲泡时最低(60.54%),用“百岁山”矿泉水冲泡时其螯合能力最高(82.19%)。

由于水中影响因素过多,同时羟基自由基清除率、DPPH自由基清除率、二价铁离子螯合能力3种抗氧化活性指标的作用机理又不尽相同[15],所以会导致3种抗氧化活性指标的趋势有所差异。结合前人研究水质对茶汤品质的影响[16]可以发现:冲泡用水中的内容物越少,茶汤中各项指标就越好,可能是由于冲泡用水中内容物越多,与茶中抗氧化物质反应的可能性越大,使茶汤中抗氧化物质的浓度和浸出速率变低[17]。综上,本实验得出的最佳冲泡水质为蒸馏水。

2.2 响应面实验结果与分析

2.2.1 响应面模型建立响应面优化实验条件和结果见表2,根据软件Design-Expert V8.0.6处理结果,得出实验数据的回归方程:Y=74.25+1.72A+2.12B-2.83C-0.79AB-0.73AC-0.95BC-2.12A2-1.75B2-2.32C2。

表2 响应面实验条件及结果

在回归模型中A温度、B时间、C液料比对DPPH自由基清除率的影响都是极显著(P<0.000 1),F值大小反应了3种因素的影响程度,由表3可知C>B>A,即对DPPH自由基清除率影响最大的因素是液料比,其次是时间,温度对其影响程度最小。同理,从交互作用角度分析,BC>AB>AC,即在交互作用中,时间与液料比的交互作用对响应值的影响最大。

表3 响应面实验条件结果的方差分析

2.2.2 响应面交互作用由图5可知,等高线图像呈椭圆形,曲面图像坡度大,说明温度和时间的交互作用显著。从响应面图中可以看出，随着温度和时间的增加,DPPH清除率先上升后下降,且温度和时间的弯曲程度差异不大,说明温度和时间对清除率的影响差异性不大。在冲泡液料比为40∶1恒定时,冲泡温度87 ℃、冲泡时间6.65 min下有最大的DPPH自由基清除率。

由图6可知,等高线图像呈、椭圆形,且曲面图像坡度较大。说明温度和液料比的共同作用对实验结果产生一定的影响。从响应面曲面图中可以得知，随着液料比和温度的逐渐上升,DPPH清除率先上升后下降,且液料比曲线的弯曲程度大于温度的曲线,说明液料比对清除率的影响大于温度。在冲泡时间为6 min时,冲泡温度87 ℃、冲泡液料比40∶1下有最大的DPPH自由基清除率。

图5 温度和时间共同作用对DPPH自由基清除率影响的响应面图和等高线图

图6 温度和液料比共同作用对DPPH自由基清除率影响的响应面图和等高线图

由图7可知,等高线图像呈椭圆形,曲面图像坡度大,说明时间和液料比的共同作用对实验结果产生一定的影响。从响应面曲面图中可以看出随着时间和液料比的逐渐上升,DPPH清除率先上升后下降,且液料比曲线的弯曲程度大于时间的曲线,说明液料比对清除率的影响大于时间。在冲泡温度85 ℃恒定时,冲泡时间6.65 min、液料比40∶1下DPPH自由基清除率存在最大值。

图7 时间和液料比共同作用对DPPH自由基清除率影响的响应面图和等高线图

2.2.3 最佳配方与验证通过软件Design-Expert V8.0.6的运算，推出贵州毛峰最优的冲泡条件。在液料比41.72∶1、温度87.06 ℃、冲泡时间6.74 min下，DPPH有最高的清除率(76.55%)。为了实验操作的简便性，对上述预测条件进行优化液料比为40∶1，温度为87 ℃，冲泡时间为6.75 min，对优化后的实验条件进行验证，在该条件下进行3次平行实验，取平均值，得出DPPH自由基清除率为77.23%。与预测值相近，说明该模型对于冲泡条件有很高的拟合程度，可以对贵州毛峰的冲泡条件进行优化。