超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的工艺配方优化研究.pdf

保鲜与加工Storage and Process2023，23（0）：00-00加工研究超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的工艺配方优化研究张会均1,2，欧阳晚秋1,*，唐春红1,2,*（1.重庆工商大学环境与资源学院，重庆400067；2.重庆市特色农产品加工储运工程技术研究中心，重庆400067）摘要：采用单因素试验和正交试验对超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的工艺配方进行优化。结果表明，牡丹花茶饮料最佳制备工艺条件为：料水比1 20（g/mL），超声波浸提功率180 W，浸提时间30 min，浸提温度70。牡丹花茶饮料最优配方为：超声波浸提原液稀释比1 11（V/V），酸味剂（苹果酸 柠檬酸 醋酸体积比为1 1 1）添加量0.1%，木糖醇添加量7%，天然植物萃取物添加量0.15%，按照该配方制备的牡丹花茶饮料风味独特、品质稳定。关键词：牡丹花茶饮料；超声波；浸提；正交试验Technology and Formulation Optimization of Peony Tea BeveragePrepared by Ultrasonic-Assisted ExtractionZHANG Hui-jun1,2,OUYANG Wan-qiu1,*,TANG Chun-hong1,2,*（1.College of Environmental Resources,Chongqing Technology and Business University,Chongqing 400067,China;2.Chongqing Engineering Research Center for Processing,Storage and Transportation of CharacterizedAgro-Products，Chongqing 400067,China）Abstract:The technology and formula of peony tea beverage prepared under ultrasonic-assisted extraction were optimized by single factor experiments and orthogonal test.The results showed that the optimum preparation conditions ofpeony tea beverage were determined as follows:material to water ratio of 1 20(g/mL),ultrasonic extraction power of180 W,extraction time of 30 min,extraction temperature of 70.The optimal formula of peony tea beverage was determined as follows:ultrasonic extract solution dilution ratio of 1 11(V/V),acidulant(malic acid citric acid acetic acid(V/V/V)at a ratio of 1 1 1)addition of 0.1%,xylitol addition of 7%,natural plant extract addition of 0.15%.Accordingto this formula,the prepared peony tea beverage presented unique flavor and stable qualities.Key words:peony tea beverage;ultrasonic;extraction;orthogonal test中图分类号：TS275.2DOI：10.3969/j.issn.1009-6221.2023.06.008文献标识码：A基金项目：鲁渝协作联合攻关项目（cstc2020jscx-lyggx0001）；重庆市教委项目（Kj1500621）；重庆市特色农产品加工储运工程技术研究中心项目（CQCM-2016-07）；CTBU科研基金联合资助项目（670101379）作者简介：张会均（1978），女，汉族，博士，研究方向：有机固体废弃物处理与资源化技术。*通信作者：欧阳晚秋，硕士，研究方向：固废资源化利用。唐春红，博士，教授，研究方向：食品绿色制造技术，食品天然防腐剂研究与应用，农副产品深加工及综合利用。加工研究2023，23（6）：54-59保鲜与加工Storage and Process54投稿平台：2023年第6期张会均，等：超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的工艺配方优化研究牡丹花栽培历史悠久，茶多酚类物质等功能性成分含量高。牡丹花味苦、性平，具有和血、生血、凉血的功效，其花瓣、种子、根、茎和叶均可药用或食用，是一种应用价值极高的新食品资源1。牡丹花茶饮料功能性较强，具有广阔的市场空间2。超声波的空化效应和机械效应在提高有效成分浸出率，改善茶汤色泽，保留香气和滋味方面有积极意义，与传统水煮浸提相比较，具有明显优势。宋传奎等3优化了茶多酚超声波辅助提取工艺，绿茶茶多酚提取率最高可达21.78%，与传统乙醇浸提法相比，提取时间缩短，且得率提高。李帑洛等4优化了超声辅助乙醇浸提苦荞茶的工艺，在最佳工艺条件下，苦荞茶中总黄酮得率提高至1.32%。Das等5研究发现，在超声辅助下，浸提次数和温度明显少于和低于常规浸提；Xia等6和Tao等7研究发现，超声波辅助提取组的各有效成分含量均高于常规水提取组，且其对浸提液色泽及口感有促进作用。焦凯琳等8利用超声波辅助酶法生产的速溶桑叶绿茶产品得率较高，所得茶汤澄清、鲜亮、呈黄绿色、矿物质种类多且含量高。研究发现，与传统提取技术和现有的单频超声辅助提取技术相比，双频交变超声提取可提高产品得率9。超声波浸提效率高、溶剂消耗少、能耗低，但易过热。为减少浸提物中热不稳定成分分解，需对浸提时间、设备功率等工艺条件进行优化。因此，本文以超声波浸提法制备牡丹花茶饮料，探索其最佳生产工艺条件及配方，以期为饮料生产的创新节能工艺提供参考。1材料与方法1.1材料与设备1.1.1材料与试剂天然植物萃取物（F1-PE），实验室自主研发；芸香叶苷（纯度98%），成都西亚化工股份有限公司；矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（纯度98%），成都普菲德生物技术有限公司；乙醇、氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、甲醇、福林酚、碳酸钠、没食子酸、盐酸，均为分析纯，成都市科龙化工试剂；木糖醇、醋酸、苹果酸、柠檬酸，均为食品级，浙江华康药业股份有限公司；营养琼脂培养基（BR），北京奥博星生物技术有限责任公司。牡丹花、玫瑰花、甘草等原料，市售。1.1.2仪器与设备SHZ-D循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪器厂；G8023YSL-V1微波炉，佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司；UV240紫外可见分光光度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HL-90超声波提取设备，九江市庐山区志远不锈钢设备厂；802离心机，金坛市大地自动化仪器厂，DHG电热恒温鼓风干燥箱、LTF-8D电热恒温三孔水槽，上海龙跃仪器设备有限公司；PAL数显折射计，广州市爱宕科学仪器有限公司，GHP-9080隔水式恒温培养箱，上海齐欣科学仪器有限公司；YXQ-LB-30SII立式压力蒸汽灭菌锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；2500Y型粉碎机，浙江武义海纳电器有限公司。1.2方法1.2.1工艺流程原料选择与处理干燥混合打粉超声波浸提热提取过滤调配添加天然植物萃取物灭菌防腐灌装封口1.2.2操作要点原料选择与处理：选择牡丹花、玫瑰花、甘草等7种原料，剔除杂质、霉烂及虫蛀等部分。按照牡丹花20 g、玫瑰花10 g、荷花10 g、银杏叶7 g、甘草3 g、酸枣仁3 g、丁香0.4 g的比例称量混匀，微波30 s干燥杀菌，粉碎成粉后待用。超声波浸提：将处理好的试材与水混合，搅拌均匀后置于超声波设备中进行提取。调配：将浸提后的混合物与水按一定比例混合搅拌均匀，煮沸、冷却、过滤，取上清液；加入木糖醇、酸味剂（苹果酸柠檬酸醋酸（V/V/V）=1 1 1）进行调配。杀菌灌装：在调配好的溶液中添加F1-PE（浸提液的0.15%（体积分数）进行灭菌防腐，灌装，得到牡丹花茶饮料成品。1.2.3超声波浸提工艺单因素试验设计分别考察料水比（g/mL）、超声波浸提功率、浸提时间、浸提温度对牡丹花茶浸提液中茶多酚含量的影响。1.2.3.1料水比的筛选在料水比分别为1 10、1 15、1 20、1 25、1 30（g/mL），超声波浸提功率 240 W，浸提温度 30，浸提时间30 min的条件下制备浸提液，测定浸提液中茶多酚含量。1.2.3.2超声波浸提功率的筛选在超声波浸提功率分别为 180、240、300、360、420 W，料水比1 20（g/mL），浸提温度30，浸提时间30 min的条件下制备浸提液，测定浸提液中茶多酚含量。1.2.3.3浸提时间的筛选在浸提时间分别为10、20、30、40、50 min，料水比55保鲜与加工Storage and Process联系邮箱：2023年第6期1 20（g/mL），超声波浸提功率240 W，浸提温度30 的条件下制备浸提液，测定浸提液中茶多酚含量。1.2.3.4浸提温度的筛选在浸提温度分别为20、30、40、50、60、70，料水比1 20（g/mL），超声波浸提功率240 W，浸提时间30 min的条件下制备浸提液，测定浸提液中茶多酚含量。1.2.4超声波浸提工艺正交试验设计在单因素试验结果基础上，以料水比、超声波浸提功率、浸提温度、浸提时间为主要影响因素，以浸提液中茶多酚含量为评价指标进行L9(34)正交试验（表1），确定牡丹花茶饮料最佳超声波浸提工艺参数。1.2.5牡丹花茶饮料配方优化正交试验设计在前期预试验基础上，以牡丹花茶原液稀释比（牡丹花茶浸提液与水的体积比）、酸味剂和木糖醇添加量（均为体积分数）为主要影响因素，以感官评分为考察指标，进行L9(34)正交试验，优化牡丹花茶饮料配方。正交试验因素及水平见表2。1.2.6测定项目与方法茶多酚含量：参照GB/T 8313201810中的方法测定；菌落总数：参照 GB 4789.2201611的方法测定；大肠菌群：参照GB 4789.3201612中的平板计数法测定；霉菌：参照GB 4789.15201613中的方法测定。1.2.7牡丹花茶饮料感官评价方法由10名有经验的评茶师组成感官评价小组对牡丹花茶饮料进行感官评价，评分项目包括汤色、香气、滋味（甜度和酸度）和口感，具体评分标准、方法和各因素权重14见表3。1.2.8数据处理采用SPSS软件对数据进行统计分析，Origin 9.1软件作图。2结果与分析2.1超声波浸提单因素试验结果2.1.1料水比的确定如图1所示，随着水添加量的增加，牡丹花茶浸提液中茶多酚含量呈现先升高后降低的趋势。其原因可能是随着浸提溶剂的增加，超声波更难作用于物料，茶多酚溶出速度减慢，从而使原料中茶多酚的浸提量有所减少15。当料水比为1 20（g/mL）时，浸提液中表1超声波浸提工艺优化正交试验因素水平表Table 1Factors and levels table of orthogonal test for ultrasonicextraction process optimization水平123因素A料水比（g/mL）1 151 201 25B超声波浸提功率/W180240300C浸提时间/min203040D浸提温度/506070水平123因素A原液稀释比（V/V）1 141 111 8B酸味剂添加量/%0.100.150.20C木糖醇添加量/%567表2牡丹花茶饮料配方优化正交试验因素水平表Table 2Factors and levels table of orthogonal test for peony teabeverage formulation optimization表3牡丹花茶饮料感官评分表Table 3Sensory rating scale of peony tea beverage项目汤色香气甜度酸度口感液态茶水评语杏黄，明亮，清澈浅杏黄，明亮，稍深或稍浅浅杏黄或褐色较深，稍浑浊浅淡，近无色或褐色，较浑浊有茶香清香无异味甜度适中稍偏甜较甜过甜酸度适中稍偏酸较酸过酸酸甜可口，无苦涩味口感较好，无苦涩味口感较差，带有苦涩味口感差，苦涩味重评分/分909980897079596989996979909980897079596990998089707959699099808970795969权重/%1515202030图1料水比对牡丹花茶超声波浸提液茶多酚含量的影响Fig.1Effects of material-liquid ratios on tea polyphenolscontents in ultrasonic extract of peony tea料水比（g/mL）1 101 151 201 251 3056投稿平台：2023年第6期张会均，等：超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的工艺配方优化研究茶多酚含量达到最大值（3.56%），故选取1 20（g/mL）作为最佳浸提料水比。2.1.2超声波浸提功率的确定如图2所示，随着超声波浸提功率的增大，牡丹花茶浸提液中茶多酚含量呈现先升高后降低的趋势。当超声波浸提功率为240 W时，浸提液中茶多酚含量达到最大值（3.56%）。这可能与大功率的超声波使部分茶多酚遭到破坏有关16，因此选择240 W作为超声波最佳浸提功率。2.1.3浸提时间的确定如图3所示，随着浸提时间的延长，牡丹花茶浸提液中茶多酚含量呈现先升高后降低的趋势。浸提初期，原料细胞内茶多酚呈过饱和状态，随着浸提时间的延长，细胞内茶多酚逐渐向非饱和状态过渡，而浸提介质中茶多酚含量却逐渐增大17。当超声波浸提时间为30 min时，浸提液中茶多酚含量达到最大值（3.56%），继续延长浸提时间，由于浸提过程中茶多酚长时间处于高温下易造成部分氧化，使茶多酚含量略有下降。因此选择30 min为最佳浸提时间。2.1.4浸提温度的确定如图4所示，在试验温度范围内，随着温度的升高，牡丹花茶浸提液中茶多酚含量在60 时为最大值（3.81%），60 后浸提液中茶多酚含量降低，可能是酚类物质在高温下被氧化的结果。因此，选择60 为最佳浸提温度。2.2超声波浸提工艺优化正交试验结果从表4可以看出，各因素对浸提液茶多酚含量影响的大小排序为DABC，即浸提温度料水比超声波浸提功率浸提时间；正交试验优化得到超声波浸提最优工艺参数为A2B1C2D3，即料水比1 20（g/mL），超声波浸提功率180 W，浸提温度70，浸提时间30 min。在此工艺条件下浸提液中茶多酚含量为表中最高值（4.43%）。2.3牡丹花茶饮料配方优化正交试验结果从表5可知，各因素对牡丹花茶饮料感官评价得分影响的大小排序为CBA，即木糖醇添加量酸味剂添加量原液稀释比；通过k值得到最优组合为A2B1C3，对该组合进行试验验证，制得的饮料感官评图2浸提功率对牡丹花茶超声波浸提液茶多酚含量的影响Fig.2Effects of ultrasonic power on tea polyphenols contents inultrasonic extract of peony tea图3浸提时间对牡丹花茶超声波浸提液茶多酚含量的影响Fig.3Effects of extraction time on tea polyphenols contents inultrasonic extract of peony tea图4浸提温度对牡丹花茶超声波浸提液茶多酚含量的影响Fig.4Effects of extraction temperatures on tea polyphenolscontents in ultrasonic extract of peony tea表4超声波浸提工艺优化正交试验结果Table 4Orthogonal test results of ultrasonic extraction processoptimization序号123456789K1K2K3k1k2k3R因素A1112223339.8411.6111.523.283.873.840.59B12312312311.2910.5211.163.763.513.720.26C12323131210.6211.2311.123.543.743.710.20D12331223110.1610.6812.133.393.564.040.65茶多酚含量/%2.983.103.764.433.483.703.883.943.7057保鲜与加工Storage and Process联系邮箱：2023年第6期价得分为86.1分，高于正交试验表中所有组合，故确定牡丹花茶饮料最佳配方为：原液稀释比为1 11（V/V），酸味剂添加量0.1%，木糖醇添加量7%。采用该配方制备的牡丹花茶饮料酸甜适中，口感最佳。2.4饮料菌落总数和大肠菌群的测定结果牡丹花茶饮料微生物指标测定结果见表6。由表6可知，饮料的微生物指标均符合GB 71012022食品安全国家标准饮料18中的规定，说明采用天然植物萃取物替代传统高温或超高温瞬时杀菌同样可实现饮料中微生物含量达标的要求，且减少了饮料生产工序。3结论通过单因素试验和正交试验得到超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的最佳工艺配方。最佳制备工艺为：料水比1 20（g/mL），超声波浸提功率180 W，浸提时间30 min；浸提温度70；最佳配方为：原液稀释比为1 11（V/V），木糖醇添加量7%，酸味剂添加量0.1%，天然植物萃取物添加量0.15%。采用以上工艺和配方制备的牡丹花茶饮料风味独特、品质稳定。该研究结果可为未来深入探究茶叶浸提方式对茶饮料风味、品质等的影响奠定了研究基础，为应用超声波浸提茶饮料、有效维持茶饮料品质等生产实践提供了理论依据。参考文献：1张静林,张小燕,宋淑亚,等.牡丹花深加工产品开发研究进展J.食品研究与开发,2022,43(13):189-195.DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2022.13.027.2张会均,欧阳晚秋.饮料茶清洁生产和废弃物资源化利用研究进展J.中国沼气,2019,37(6):44-49.DOI:10.3969/j.issn.1000-1166.2019.06.008.3宋传奎,肖斌,王艳丽,等.超声波辅助提取茶多酚工艺条件的优化J.西北农林科技大学学报（自然科学版）,2011,39(5):133-139,146.DOI:10.13207/ki.jnwafu.2011.05.006.4李帑洛,王冉,符枫雪,等.超声辅助浸提苦荞茶中总黄酮的工艺研究J.应用化工,2018,47(11):2382-2384.DOI:10.3969/j.issn.1671-3206.2018.11.019.5DAS P R,EUN J B.A comparative study of ultra-sonicationand agitation extraction techniques on bioactive metabolitesof green tea extractJ.Food Chemistry,2018,253:22-29.DOI:10.1016/j.foodchem.2018.01.080.6XIA T,SHI S Q,WAN X C.Impact of ultrasonic-assistedextraction on the chemical and sensory quality of tea infusionJ.Journal of Food Engineering,2006,74(4):557-560.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2005.03.043.7TAO M,LIU Z Q.Influence of ultrasonic nebulization extraction,infusion temperatures,and matrices on aroma releaseand perception of green teaJ/OL.LWT-Food Science&Technology,2019,1152023-01-15.https:/ 中华全国供销合作总社.茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法:GB/T 83132018S北京:中国标准出版2018.11 食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定:GB 4789.22016S.北京:中国标准出版社,2016.12 食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数:GB 4789.32016S.北京:中国标准出版社,2016.13 食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计表5牡丹花茶饮料配方优化正交试验结果Table 5Orthogonal experiment results of formulationoptimization of peony tea beverage序号123456789K1K2K3k1k2k3R因素A11122233322423523274.778.377.33.7B12312312323722522979.075.076.34.0C12323131221623124472.077.081.39.3感官评分/分727478808174857077表6牡丹花茶饮料微生物检测结果Table 6Microbial test results of peony tea beverage微生物检验指标菌落总数/（CFUmL-1）大肠菌群/（MPN100 mL-1）霉菌/（CFUmL-1）结果1国家标准要求18100650注：表示未检出。58投稿平台：2023年第6期张会均，等：超声波辅助浸提制备牡丹花茶饮料的工艺配方优化研究数:GB 4789.152016S.北京:中国标准出版社,2016.14 CHEN D Q,JI W B,GRANATO D,et al.Effects of dynamicextraction conditions on the chemical composition and sensory quality traits of green teaJ/OL.LWT-Food 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71012022S.北京:中国标准出版社,2022.收稿日期：2023-02-22现在市面上的无糖饮料多标注“0糖0脂0卡”，看似健康，真的是这样吗？近期，世界卫生组织（WHO）发布了非糖甜味剂的使用指南，系统地对非糖甜味剂的健康效益进行了证据评价。非糖甜味剂就是我们所说的“代糖”。在该指南中，非糖甜味剂是指所有未被归类为糖的天然存在、人工合成或修饰的非营养性甜味剂，常见的包括安赛蜜、阿斯巴甜、爱德万甜、甜蜜素、纽甜、糖精、三氯蔗糖、甜菊糖和甜菊糖衍生物。经过对大量关于非糖甜味剂的科学研究进行评价，世界卫生组织提出，不建议使用非糖甜味剂作为控制体重或降低非传染性疾病风险的手段，这一指导意见适用于除糖尿病患者外的其他人：各年龄段的儿童、包括孕妇和哺乳期妇女的成年人群。现有证据表明，在降低成人或儿童体脂方面，使用非糖甜味剂并没有任何长期益处，长期使用反而可能产生不良影响，增加成人患2型糖尿病、心血管疾病和死亡率的风险。此外，有限的证据还表明，在怀孕期间使用非糖甜味剂会增加早产风险，从而产生潜在的不良影响。举例来说，在世卫组织纳入的前瞻性研究中，有发现较高的非糖甜味剂的摄入与较高的BMI（身体质量指数）和肥胖风险增加有关；在平均随访13年的长期前瞻性观察研究中，较高的非糖甜味剂摄入量与2型糖尿病、心血管疾病死亡率以及全因死亡率的风险增加相关；在病例对照研究中评估，使用非糖甜味剂（主要是糖精）与膀胱癌症风险增加相关。因此，想要控制体重，减少体脂，一味地依赖非糖甜味剂是不长久而且是不安全的。应当注意合理搭配膳食，同时保持适度身体活动，做到吃得健康、动得健康，才能真正安全且有效地达到控制体重的目的。（马博士健康团）来源：中国妇女报2023-05-31喝无糖饮料无助减肥 可能对健康产生不良影响科普沙龙科普沙龙59