绿茶冲泡浸提的影响因素分析及数学模型的建立

摘要 以绿茶为研究对象，用保温杯冲泡，探讨冲泡浸提时间A、冲泡水温度B和溶媒浓度C等3个参数对水液中氨基酸浓度、可溶性固形物含量和pH值的影响，构建数学模型。并比较热风干燥绿茶及充氮降氧干燥绿茶的多级冲泡效果。分析表明：冲泡浸提时间是影响绿茶水液中氨基酸浓度及可溶性固形物含量的主要因素；冲泡浸提10min时，氨基酸较多地浸出，且有相当部分的可溶性固形物浸出；增大溶媒浓度可提高冲泡浸提过程的推动力，加快水溶性成分浸出速度，但水液中的营养成分浓度或含量比例下降。多级冲泡浸提试验表明，充氮降氧干燥绿茶明显优于热风干燥绿茶。

关键词 绿茶；冲泡浸提；影响因素；数学模型

近年来随着饮料业的发展，以茶为原料的液态茶饮料相继问世，并逐渐成为主流饮料，因为茶饮料无盐、无糖、无脂肪，含有多种有益于人体健康的活性物质，且还具有快速、方便、冷饮热饮皆宜等优点，符合现代生活快节奏的需要。

中国茶叶原料丰富，开发茶饮料的潜力很大。目前国内外已报道了有关绿茶饮料的浸提方法与化学成分浸出量的关系，但多限于浸提过程中各浸出成分的种类、数量，或局限于特别的品种级别。本研究以热风干燥绿茶及充氮降氧干燥绿茶为原料，探讨绿茶中的几种主要品质在浸提过程中的动态变化，并在多级冲泡浸提过程中，从可溶性固形物含量、AA浓度及茶多酚含量等主要内含成分方面说明降氧干燥绿茶明显优于热风干燥绿茶，以期为绿茶饮料的加工及绿茶干制新技术气调提供试验依据。

1材料与方法

1.1材料与仪器

供试材料为福建农林大学茶厂提供的福鼎大白茶，仪器有QTM（小型气调干燥机）试验设备（自制）、101型电热鼓风机干燥机（上海产），UV751GD型紫外/可见分光光度计（上海产）等。

1.2干制工艺要点

1.2.1采叶。按1芽1叶或1芽2叶的标准采摘。鲜叶平摊在阴凉、清洁、气温低于25℃的室内，平摊厚度不超过10cm。

1.2.2杀青。杀青的主要目的是利用高温钝化酶的活性，以保持茶的绿色和风味。将鲜叶投入6CMD-40/5D名优茶多用机进行杀青。

1.2.3揉捻。揉捻的主要作用是使叶张初步形成条索。测得此时的茶叶含水率为60%（湿基）。

1.2.4干燥。将揉捻后的茶叶放入自行设计的干燥机中进行充氮降氧干燥。干燥过程气体的温度、氧气含量等由微机控制系统自动显示记录。本研究采用2种状态的气体为干燥介质，对绿茶进行干制对比试验：一为以氮气置换空气；二为空气。在一状态中，气体中氧气含量为15%，在二状态中，气体中氧气含量为20.8%。

1.3测定指标及分析方法

1.3.1氨基酸浓度。茚三酮比色测定法。

（1）标准曲线的建立。精密称取100mg谷氨酸（纯度99.99%）溶于100mL二次蒸馏水中，作为母液。再准确吸取5mL母液，加二次蒸馏水定容至50mL作为工作液（1mL含氨基酸0.1mg）。分别吸取0.0mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL氨基酸工作液于一组25mL容量瓶中，各加入二次蒸馏水4mL、2%茚三酮溶液0.5mL和pH值8.0磷酸盐缓冲液2mL，在沸水浴中加热15min，冷却后加二次蒸馏水定容至25mL。放置10min后，用比色杯，在570nm处测定吸光度y。在浓度x为0.0~0.6mg/mL范围内氨基酸的吸光度与浓度呈线性关系，回归方程为y=-0.014 0+0.050 6x，r=0.996 9。

（2）水液中氨基酸浓度测定。准确吸取水液1mL，注入25mL容量瓶中，加0.5mL pH值8.0缓冲液和0.5mL2%茚三酮溶液，在沸水浴中加热15min，冷却后加二次蒸馏水定容至25mL。再按上述方法测定吸光度，并根据回归方程计算水液中的氨基酸浓度。

1.3.2可溶性固形物含量。手持折光仪。

1.3.3pH值。PHS-3C精密pH计。

1.3.4总糖质量分数。斐林氏容量法。

1.3.5总酸质量分数。食品总酸的测定方法。

1.3.6茶多酚含量。按GB-8313-87方法测定。

2结果与分析

2.1单因素影响分析

2.1.1冲泡浸提时间对水液品质的影响。用保温杯冲泡，加盖水浸提绿茶实验。冲泡浸提时间对水液中的氨基酸浓度（AA）、可溶性固形物含量和pH值的影响如图1所示。绿茶冲泡浸提的实质是固相传递至液相的传质过程，用扩散理论解释，就是溶质从高浓度区向低浓度区渗透过程。AA曲线表明，绿茶水冲泡浸提AA过程，在0~10min出现加速，对水液中的AA影响达极显著水平（P＜0.01）。这是因为冲泡浸提一开始，绿茶中的溶质与水液中的溶质在单位时间内具有较高的浓度差，所以AA浸出较快。以后随着浸提时间延长，浸出量增加，但浸出速度渐趋平稳。这一方面可能是因为绿茶处于长时间高温浸泡，导致物料内胶质等过度糊化，增加AA浸出阻力；另一方面可能是因为一定时间后，物料中的溶质与水液中的溶质逐渐达到平衡（趋于某一定数）。可溶性固形物含量曲线表明，曲线在前5min非常陡，至10min时已有相当部分的可溶性固形物浸出，至30 min达到最高值，而后基本保持平衡。pH值在0~5min阶段，存在着与水液中的AA、可溶性固形物含量变化同样的规律，而后则随时间的延长呈缓慢下降趋势。

2.1.2冲泡水温度对水液品质的影响。如图2所示，随着冲泡水温度的提高，水液中的AA浓度和可溶性固形物含量逐渐增大，至90℃时达最大值。温度继续提高，则AA下降，可溶性固形物含量趋于平缓，由此说明，过高的冲泡水温将导致绿茶表面产生过分熟化和结膜，阻碍水溶性成分的浸出。同时，随着冲泡水温度的提高，pH值逐渐降低，即酸性越来越强，这可能与氨基酸的浸出有关。

2.1.3溶媒浓度对水液品质的影响。由图3可看出，水液中的AA浓度和pH值随溶媒浓度（水∶绿茶，mL/g）增加几乎没有变化。可溶性固形物含量逐渐下降，这是因为溶媒浓度的增加虽可提高冲泡浸提的推动力，加快绿茶中的水溶性成分浸出速度，但水液中的营养成分浓度或含量比例下降。

2.2参数优化试验

绿茶冲泡浸提是调制饮品重要的操作单元，主要参数的选择将直接影响产品的质量。为了进一步研究冲泡浸提时间A、冲泡水温度B和溶媒浓度C等3个参数及其交互作用对水液品质的影响，在上述单参数分析基础上，以水液中的氨基酸浓度y1和可溶性固形物含量y2为主要评价指标，采用U9（96）进行优化，具体方案及试验结果如表1所示。

2.2.1数学模型。用回归分析法处理表1数据，得欲求的水液中的y1（氨基酸浓度）和y2（可溶性固形物含量）数学模型为：

y1=6.38-0.227 A-0.029 2 B-0.098 9 C+0.002 85 AB

y2=- 0.04+0.178 A+0.013 6 B-0.046 4 C-0.000 35 AB-

0.004 00 A2

F检验表明，方程y1显著水平F1=7.15＞F0.05（4，4）=6.39，方程y2的显著水平F2=13.55＞F0.05（5，3）=9.01。2个数学模型都显著，可分别用于定量描述茶液中的y1和y2随A（冲泡浸提时间）、B（冲泡水温度）和C（溶媒浓度）3个因数变化的规律。

2.2.2主效应分析及单参数作用分析。根据标准回归系数，A（冲泡浸提时间）、B（冲泡水温度）和C（溶媒浓度）3个参数对茶液中的AA（氨基酸浓度）指标影响的主效应为A>C>B，说明在选定的3个因数中，冲泡浸提时间对茶液中的AA影响最大，其次是溶媒浓度，冲泡水温度的影响最小；其主次顺序为A＞C＞B＞AB。对可溶性固形物含量指标影响的主效应为A＞C＞B，即影响可溶性固形物含量最大的是冲泡浸提时间，其次是溶媒浓度，冲泡水温度的影响最小；其主次顺序为A＞A2＞C＞B＞AB。其中，AB表示A与B的交互作用，A2表示A的二次作用。

对数学模型进行单参数作用分析，A（冲泡浸提时间）对y1（氨基酸浓度）的影响为线性负相关，与y2茶多酚含量呈线性负相关，截距为6.38，斜率为-0.227；B（冲泡水温度）与y1是线性负相关，截距为6.38，斜率为-0.029 2；C（溶媒浓度）与y1是线性负相关，截距为6.38，斜率为-0.098 9；A（冲泡浸提时间）对y2（可溶性固形物含量）的影响为开口向下抛物线型；B（冲泡水温度）与y2是线性正相关，截距为- 0.04，斜率为0.013 6；C（溶媒浓度）对y2为线性负相关，截距为-0.04，斜率为-0.046 4。

2.3多级冲泡浸提试验

固定冲泡水温度为95℃，溶媒浓度15∶1，以首泡时间为4min，第二泡为10min，第三、第四泡为20min，进行多级冲泡浸提试验，将热风干燥绿茶及充氮降氧干燥绿茶进行对比（见表2），表2中数据为同条件下3次重复试验的平均值。从表2中数据可看出，充氮降氧干燥绿茶在总酸、可溶性固形物含量、AA及茶多酚等主要营养成分上均优于热风干燥绿茶。

3结论

（1）对绿茶水冲泡浸提而言，主要参数对水液中的氨基酸浓度及可溶性固形物含量影响的重要程度依次为：冲泡浸提时间、溶媒浓度、冲泡水温度。

（2）通过均匀优化实验确定的水液中的氨基酸浓度y1和可溶性固形物含量y2随主要因素变化的数学模型为y1=6.38-0.227 A-0.029 2 B-0.098 9 C+0.002 85 AB，y2=- 0.04+0.178 A+0.013 6 B-0.046 4 C-0.000 35 AB-0.004 00 A2，2个数学方程都显著。

（3）多级冲泡浸提实验表明，充氮降氧干制绿茶水液品质明显优于热风干制绿茶。

4参考文献

[1] 末松伸一.茶类饮料缶洁成分变化以及げすpHの影响[J].日本食品工业学会志，1992，39（2）：178-182.

[2] 姚立虎，陈颖，呈建昌.绿茶浸泡动态研究[J].贵州茶叶，1991（4）：18-21.

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