超声辅助制备瓜蒌茶饮的最佳工艺研究

彭 钢，郑术琳，张凯文，王梓萌，胡海骏

瓜蒌皮是一种葫芦科植物栝蒌的果皮，具有非常高的药用价值和食用价值，干燥后的瓜蒌皮已被列入中华人民共和国药典，因此瓜蒌作为常用药材在我国被广泛种植［1］.瓜蒌皮作为一种常见的清热药，在医药学领域应用十分普遍.随着人民生活质量水平的日益提高，人们越来越注重食物的搭配，期望通过食品达到健康养生的目的.因此，常见的瓜蒌吸引了许多医药领域和食品领域科研者的关注［2］.楚冬海等［3］结合国内、外的各种研究，通过多种提取分离方法，测定出瓜蒌果皮中含有的近百种化合物，主要包括萜类、苷类、黄酮类、甾醇类、生物碱、蛋白质、微量元素等活性物质，为药物开发提供了重要的理论依据.瓜蒌皮的黄酮类化合物具有体外抗氧化的作用，吴艳娜等［4］采用DPPH 对瓜蒌皮的抗氧化活性进行研究，发现制成食品的瓜蒌皮的抗氧化活性依然非常高.目前，普通的瓜蒌饮片主要通过煎煮的方式进行，在一定程度上无法使瓜蒌皮中的营养物质完全提取出来，而通过超声技术提取瓜蒌皮中的营养物质，可以达到事半功倍的效果［5］.

各种各样的饮料吸引着不同年龄段的消费者，除了日常生活中常见的果汁饮料、碳酸饮料等，还涌现出多种功能性饮料［6-7］.据药典记载，瓜蒌皮具有祛痰止咳、宽胸散结、润大肠等功效［8］.越来越多的药理研究也表明，瓜蒌皮可以用于治疗心、脑等方面的疾病［9-10］.结合瓜蒌皮的特性及消费者最易接受的食用方式，选用绿茶与瓜蒌皮相结合，生产一种清凉可口的瓜蒌茶饮，结合超声辅助提取技术，最大程度上保留瓜蒌皮的各种营养成分，后期以柠檬酸、复合稳定剂进行调配，生产出一款具有营养保健功能的瓜蒌茶饮，期望为后续瓜蒌食品的开发提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

瓜蒌皮（安徽亳州瓜蒌生产基地）；绿茶、白砂糖（安徽省滁州市凤阳联华超市）；复合稳定剂食品级添加剂（河南万邦化工科技有限公司）；硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、氢氧化钠、95%乙醇（上海麦克林）.

1.2 仪器和设备

电磁炉（广东美的生活电器制造有限公司）；BNPUN0-32 手持折光仪（温州标诺仪器有限公司）；LINGSUM 凌生粉碎机（永康市红太阳机电有限公司）；NDJ-5S 旋转粘度计（博纳科技有限公司）；KDN-04A 全自动凯氏定氮仪（玖蓝科学仪器有限公司）；华欧布氏漏斗（华欧实业集团）；WT1000 电子分析天平（万特衡器电器有限公司）；DGL-100Gl 立式高温高压灭菌锅（力辰仪器有限公司）；索氏提取装置（安徽科技学院食品实验室提供）.

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程（图1）

图1 工艺流程

1.3.2 具体步骤

①选取新鲜、无病虫害的瓜蒌，取皮，清水洗净，切成碎块，烘干粉碎；挑选洁净的绿茶烘干.

②在100 mL 的蒸馏水中加入瓜蒌粉2 000 mg、绿茶400 mg，混匀后在超声功率125 W、温度60 ℃条件下提取15 min.

③提取好的混合液通过布氏漏斗在真空泵的作用下进行过滤，分离残渣.

④过滤好的瓜蒌茶汁静置，利用白砂糖和复合稳定剂进行感官调配，在121 ℃的高压灭菌锅中灭菌30 min，高压封盖，冷却得到产品.

1.4 单因素实验方法

1.4.1 瓜蒌皮添加量对瓜蒌茶饮品质的影响

根据工艺流程，绿茶添加量为400 mg，白砂糖添加量为2 250 mg，复合稳定剂添加量为200 mg，研磨粉碎的瓜蒌皮分别以500 mg、1 000 mg、1 500 mg、2 000 mg、2 500 mg 的瓜蒌粉进行添加，通过制备的5 组产品进行感官评定，探求瓜蒌茶饮最佳的瓜蒌皮添加量.

1.4.2 绿茶添加量对瓜蒌茶饮品质的影响

根据工艺流程，瓜蒌皮添加量为2 000 mg，白砂糖添加量为2 250 mg，复合稳定剂添加量为200 mg，分别加入100 mg、200 mg、300 mg、400 mg、500 mg 的绿茶叶粉制作5 组产品，通过对成品的感官评价确定绿茶添加量对产品品质的影响.

1.4.3 复合稳定剂添加量对瓜蒌茶饮品质的影响

根据工艺流程，瓜蒌皮添加量为2 000 mg，绿茶添加量为400 mg，白砂糖添加量为2 250 mg，单因素实验采用100 mg、200 mg、300 mg、400 mg、500 mg 复合稳定剂的用量.为了提高瓜蒌茶饮贮藏期间的稳定性，提升产品品质，在后期调配过程中选用复合稳定剂进行稳定贮藏，得到5 组产品，通过感官评价确定复合稳定剂的最佳添加量.

1.4.4 白砂糖添加量对瓜蒌茶饮品质的影响

根据工艺流程，瓜蒌皮添加量为2 000 mg，绿茶添加量为400 mg，复合稳定剂添加量为200 mg，白砂糖添加量分别为0 mg、1 000 mg、2 000 mg、3 000 mg、4 000 mg 进行制作，得到5组产品并进行感官评价，确定白砂糖的用量对产品品质的影响.

1.5 响应面实验设计

根据单因素变量实验的结果，把瓜蒌皮添加量、绿茶添加量、复合稳定剂添加量、白砂糖添加量四种因素的使用量作为变量进行实验分析，根据Box-Beknhen 响应面进行优化，由感官评价评分确定瓜蒌茶饮的最佳配方.瓜蒌皮添加量为A，绿茶添加量为B，复合稳定剂添加量为C，白砂糖添加量为D，将这四个单因素作为特征值，通过感官评价设计响应面实验（表1）.

表1 响应面实验设计

根据响应面试实验得到的数据，采用软件进行二次多项式回归和方差分析.

1.6 感官评价

结合饮料食品市场要求及消费者接受能力，对瓜蒌茶饮设计感官评价指标，通过市场调研及项目小组随机抽调100 名消费者组成评价小组，每组实验的瓜蒌茶饮随机分发给100 名消费者，要求该100 名消费者男女分布较均匀，无特殊嗜好要求，学习过感官评价的相关知识，并且遵守评价的相关标准，对产品的形、色、香、味、组织和杂质进行综合评价，评分细则见表2.

1.7 瓜蒌茶饮的品质分析

1.7.1 瓜蒌茶饮的黏度测定

通过旋转黏度计进行检测，将感官评价良好的瓜蒌茶饮倒入烧杯中，转子完全浸没后旋转测得瓜蒌茶饮的黏度参数.

1.7.2 瓜蒌茶饮的色泽测定

通过色差仪测定瓜蒌茶饮的差值亮度L*、红绿值a*和黄绿值b*，计算公式为：

2 结果分析

2.1 瓜蒌皮添加量对产品品质的影响

感官评价为评分指标得出图2，分析发现，瓜蒌皮添加量为20 mg/mL 制作的茶饮，大众的接受度比较高.结合单因素实验结果，确定15~25 mg/mL 的瓜蒌皮添加量为后续的响应面实验分析，进一步精确了实验工艺参数.

2.2 绿茶添加量对产品品质的影响

通过单因素实验分析制得图3，感官评分在4 mg/mL 左右绿茶添加量是最佳的，结合分析结果，确定3~5 mg/mL 的绿茶添加量为响应面实验分析参数.

图3 绿茶添加量对产品品质的影响

2.3 复合稳定剂添加量对产品品质的影响

可以提高瓜蒌茶饮的贮藏稳定性，提升产品品质. 复合稳定剂用琼脂、阿拉伯胶、CMC-Na 以1∶1∶0.6 的比例混合［6］制得复合稳定剂.稳定剂的添加量对于瓜蒌茶饮的口感影响较大，稳定剂添加量过高，饮料黏稠度上升，影响茶饮体验感；添加量过低，贮藏期间易发生沉淀现象.通过单因素实验绘制图4，由图可知，2 mg/mL 左右的参数结果最佳.

图4 复合稳定剂添加量对产品品质的影响

2.4 白砂糖添加量对产品品质的影响

瓜蒌茶饮在制作过程中，白砂糖的后期调配是中和瓜蒌皮汁苦感的必要因素.通过对白砂糖添加量进行感官评价分析制得图5，发现大众消费者对白砂糖含量在20 mg/mL 左右的接受度较高.

图5 白砂糖添加量对产品品质的影响

2.5 Box-Beknhen 优化结果分析

通过单因素实验结果可知，瓜蒌皮添加量15~25 mg/mL、绿茶添加量3~5 mg/mL、白砂糖添加量20~25 mg/mL、复合稳定剂添加量1~3 mg/mL 时，瓜蒌茶饮的感官评价分值较高，且这四种因素对产品感官评价影响较大.针对单因素实验结果进行配方优化，通过响应面实验分析保证结果的准确性，表3 为依据单因素实验结果设计的响应面实验，表4 为响应面分析实验后的感官评价结果.

表3 响应面实验表

表4 响应面分析实验后感官评价结果

2.6 响应面分析的最佳参数

在单因素实验结果及响应面实验分析下进行实验，设定瓜蒌皮添加量（A）、绿茶添加量（B）、复合稳定剂添加量（C）、白砂糖添加量（D）作为特征值，感官评价分值作为响应值（Y），进行响应面优化结果分析，以确定瓜蒌茶饮的最佳工艺.

使用响应面对实验数据进行多元回归拟合分析，得出感官评价评分（Y）对瓜蒌皮添加量、绿茶添加量、复合稳定剂添加量、白砂糖添加量的二次回归方程模型为：Y=+93.60+1.33A-0.583 3B-0.166 7C+0.083 3D-1.001AB-1.00AC-1.00AD+2.501BC-0.250 0BD-3.001CD-5.26A2-5.13B2-4.76C2-4.

29 个响应值运用软件回归分析，得到方差分析结果如表5 所示.由表5 可知，F=5.91，表明模型显著；P<0.050 0，表示模型显著；失拟项P>0.100 0 表示模型不显著，相关系数R2=0.855 2，校正决定系数R2=0.710 4，失拟项P=0.188 9>0.100 0，表示不显著，说明该模型可行，且拟合程度良好，该模型分析响应值的变化可以用来预测瓜蒌茶饮的最佳工艺配方.从表5 中可以看出，模型表现为显著，有的模型如A2、B2表现极为显著，各因素对瓜蒌茶饮的感官评价影响分别表现为A>B>C>D，说明瓜蒌皮添加量对瓜蒌茶饮具有重要影响.

表5 瓜蒌茶饮的响应面分析结果

图6、图7 是通过对瓜蒌茶饮各因素响应面分析拟合所得的二次多元回归方程绘制而成.图6 是瓜蒌茶饮的等高线图，图7 是瓜蒌茶饮的曲面图，通常响应面曲面越陡峭，瓜蒌茶饮各因素所对应的响应值越显著，各因素之间的交互作用越强.

图6 Box-Beknhen 分析的瓜蒌茶饮等高线

图7 Box-Beknhen 分析的瓜蒌茶饮的响应面曲图

由图6 可知，复合稳定剂添加量与白砂糖添加量、绿茶添加量与复合稳定剂添加量、瓜蒌皮添加量与白砂糖添加量的等高线拟合图呈椭圆形且较明显，因此，相互影响较显著.图7 所示复合稳定剂添加量与白砂糖添加量、绿茶添加量与复合稳定剂添加量、瓜蒌皮添加量与白砂糖添加量、复合稳定剂添加量与瓜蒌皮添加量、绿茶添加量与白砂糖添加量、瓜蒌皮添加量与绿茶添加量的响应面曲面都呈现出陡峭的趋势，响应曲面形成一个顶点或山峰，说明各因素对感官评分影响的显著性关系较强.

2.7 整合分析实验结果

综合上述实验结果，瓜蒌茶饮的最佳工艺参数为瓜蒌皮添加量20 mg/mL、绿茶添加量4 mg/mL、白砂糖添加量22.5 mg/mL、复合稳定剂添加量2 mg/mL，此方法下感官评分高达93.723 分.

3 讨论

随着瓜蒌种植产量的提高，仅用于药材已不能满足瓜蒌生产的需求，进一步扩大瓜蒌用途，亟待深入研究.瓜蒌皮作为医药已被广泛应用，而作为食品原料开发却很少见.瓜蒌皮是瓜蒌茶饮的重要成分，瓜蒌皮营养价值高但味甘、苦，大多数消费者难以接受，因此瓜蒌皮的含量对饮料口感具有重要影响.而中国是茶的故乡，茶文化在中国已有千年历史，人们喜爱喝茶，尤其是绿茶［11-12］.绿茶具有促进消化、增强记忆力、保养皮肤、消除疲劳等功效，是非常好的保健饮品.

通过本实验研究发现，瓜蒌茶饮最佳加工工艺参数为：100 mL 瓜蒌皮茶饮中瓜蒌皮2 000 mg、绿茶400 mg、白砂糖2 250 mg，在超声功率125 W、60 ℃提取15 min，复合稳定剂的添加量为200 mg，在此加工条件下制备的瓜蒌茶饮口感甘甜、风味清新且稳定性较高.在最佳工艺参数下对制得的饮料进行品质分析，通过色差仪对瓜蒌茶饮进行颜色分析，整体色差偏黄，符合市场要求.由NDJ-5S 旋转粘度计对瓜蒌茶饮的黏度进行测定其值为10~25 mPa·s.瓜蒌茶饮的生产过程符合国家标准，无致病菌检出，符合食品安全要求.市场潜力大，瓜蒌茶饮的工艺制作为其提供了理论和技术支持，可对日后的生产加工发挥一定的指导意义.