沛縣黃皮牛蒡茶加工工藝對多酚含量的影響研究

董玉瑋，李 超，馮星星，胡傳銀，秦琰琪

（1. 徐州工程學院 食品與生物工程學院，江蘇徐州 221018；2. 徐州天馬敬安食品有限公司，江蘇徐州 221747；3. 沛縣農業農村局，江蘇 徐州 221600）

牛蒡（Arctium lappaL.） 又稱東洋人參、蒡翁菜、惡實、屬桔梗（Campanulales），菊科（Asteraceae Bercht. & J. Presl），牛蒡屬（Arctium），為二年生的草本直根類的植物[1]。歐洲、北美等地[2]曾是牛蒡的原產地，在我國，牛蒡主要種植在江蘇、安徽、山東、黑龍江等地。沛縣黃皮牛蒡是江蘇省徐州市沛縣特產，2019 年被評為國家農產品地理標志產品，富含纖維素、蛋白質等營養成分，以及多酚、黃酮、多糖、菊糖等功能性成分[3-4]，具有防癌抗癌、降血糖血脂、保護肝臟及延緩衰老等輔助功效[5-6]。其中，牛蒡多酚類化合物具有清除自由基、抗氧化抑菌等作用。

新鮮的牛蒡根如果不及時食用或者加工處理，其組織極易發生纖維化，而變空心。為了克服牛蒡根保質期短、運輸成本較高的缺點，需要對牛蒡根進行加工或干燥處理[7]。牛蒡茶是以牛蒡根為原料，先通過切片，再以高溫烘烤制成的綠色茶品。牛蒡茶中保留著對人體具有營養價值和保健功效的黃酮、菊糖、膳食纖維等成分[8]。傳統的牛蒡茶的制取工藝比較簡單，把品相較好的牛蒡根莖洗凈切片，并置于太陽下分攤晾曬，通過晾曬去除水分而后形成初步茶片后再使用鐵鍋翻炒，最終得到表面金黃的牛蒡茶片。傳統的牛蒡茶制取工藝的影響因素較多，且易被環境衛生等問題所影響，使得牛蒡茶的品質千差萬別，以至于影響其口感、色澤及香氣。現階段牛蒡茶加工工藝主要有熱風烘干、微波干燥、高溫烘烤，主要原理是在高溫作用下使原料快速失水，同時達到提升品質、易于保存的目的。但是，原料中的部分活性物質的含量會受加工工藝的影響而發生變化。陳瑋琦等人[9]通過不同干燥方式對蘋果幼果中的干酚類物質及其抗氧化性的影響發現，經過真空凍干處理后的樣品酚類物質含量最高，抗氧化能力最強。

牛蒡茶中的多酚等物質易受到烘烤溫度、時間等因素作用，導致其含量發生變化，進而對牛蒡茶的保健效果產生影響。以沛縣黃皮牛蒡根為原料，探討沛縣黃皮牛蒡茶加工工藝中切片厚度、加熱溫度、加熱時間等因素對多酚含量的影響，采用響應面軟件優化加工工藝，將為牛蒡茶的工業化生產提供好的數據和技術，具有廣闊的應用前景。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、試劑和儀器

1.1.1 試驗材料和試劑

沛縣黃皮牛蒡，徐州天馬敬安食品有限公司提供。

試劑：鐵氰化鉀、水楊酸、三氯乙酸、NaCl、95%乙醇、EDTA-Na2、維C、檸檬酸等，均為分析純，南京晚晴化玻儀器有限公司提供。

1.1.2 試驗儀器

HH-1 型電熱恒溫水浴鍋，蘇州威爾實驗用品有限公司產品；202-0A 型電熱恒溫干燥箱、M-Q1 型多功能切片機、JYT-2 型分光光度計，宜邦科析儀器有限公司產品；HC-1016 型離心機，浙江中友實業有限公司產品；JYT-2 型托盤天平，昆山巨天儀器設備有限公司產品。

1.2 方法

1.2.1 牛蒡茶加工工藝的單因素試驗

將新鮮、粗細均勻的牛蒡洗凈、去皮，作為單因素試驗的樣品，考查烘烤溫度、烘烤時間和切片厚度對多酚含量的影響，每個因素做3 個平行試驗。

（1） 烘烤溫度的選擇。制備牛蒡茶，將切片厚度控制在4 mm，加熱時間控制在3.5 h。將5 組牛蒡分別在60，65，70，75，80 ℃下加熱。冷卻后包裝，待測。

（2） 烘烤時間的選擇。制備牛蒡茶，將切片厚度控制在4 mm，加熱溫度控制在70 ℃。將5 組牛蒡加熱2.5，3.0，3.5，4.0，4.5 h；冷卻后包裝，待測。

（3） 切片厚度的選擇。制備牛蒡茶，將加熱溫度控制在70 ℃，加熱時間控制在3.5 h。將5 組牛蒡切片，厚度分別為2，3，4，5，6 mm。冷卻后包裝，待測。

1.2.2 響應面試驗設計

使用Design Expert 8.06 試驗設計軟件，將調味劑對飲料口感的影響做進一步的優化。通過響應面試驗，設計三因素三水平的試驗方案。

試驗的因素與水平設計見表1。

表1 試驗的因素與水平設計

1.2.3 多酚的提取

將牛蒡切片干燥粉碎，40 目過篩，粉碎后按料液比1∶10 加入65%的乙醇溶液，于70 ℃下加熱浸取90 min；過濾溶液除去濾渣，得多酚提取液；吸取待測液1 mL 加入10 mL 容量瓶，加入福林試劑0.1 mL 和質量分數為10%的碳酸鈉溶液0.2 mL，再用蒸餾水定容。置于45 ℃水浴5 min 后于波長765 nm處測得吸光度，代入沒食子酸標準品制作的標準曲線，計算多酚含量。

1.2.4 多酚提取率的計算

采用普魯士藍法對提取物中的沒食子酸含量進行測定。精密稱取沒食子酸對照品25 mg，加入丙酮-水（1∶1） 配成質量濃度為50 mg/mL 的對照品溶液。吸取對照品溶液0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL于25 mL 量瓶中，依次加入濃度為0.100 mol/L 的三氯化鐵溶液0.5 mL，濃度為0.008 mol/L 的鐵氰化鉀溶液0.5 mL 和濃度為0.10 mol/L 的鹽酸溶液0.5 mL，定容，于波長695 nm 處測定吸光度，得標準曲線Y=0.146 9X-0.009 1，R2=0.997。樣品測定：將樣品取代標準品，測定方法同標曲制作。

1.3 數據分析

所有的數據都用平均值±標準差（±s） 來表示，Origin 9.0 軟件繪圖。采用Design Expert 8.05b軟件對加工工藝的單因素試驗數據進行優化處理。

2 結果與分析

2.1 烘烤溫度的確定

將牛蒡茶在不同烘烤溫度下進行多酚的提取。

多酚提取量與加熱溫度的關系見圖1。

圖1 多酚提取量與加熱溫度的關系

由圖1 可知，多酚的提取率隨著加熱溫度的升高呈先增大后減小的趨勢。在加熱溫度為60~75 ℃時，多酚的提取率隨著加熱溫度的升高而增大；在加熱溫度為75~80 ℃時，多酚的提取率隨著溫度的升高而減小；在加熱溫度為70 ℃時，多酚的提取率達到最高，為534.3 μg/g。張艷明等人[10]在研究菊芋牛蒡茶的制備工藝對干燥縮水率及營養成分的影響時發現，物料在低溫下干燥，營養成分損失少。試驗研究發現，烘烤溫度過高或過低，不利于多酚類化合物的形成，影響牛蒡茶的品質。

2.2 烘烤時間的確定

牛蒡茶在不同烘烤時間下進行多酚的提取。

多酚提取量與加熱時間的關系見圖2。

圖2 多酚提取量與加熱時間的關系

由圖2 可知，多酚提取量隨著加熱時間的延長呈先增大后減小的趨勢。在加熱時間為2.5~3.5 h時，多酚提取量隨著時間的延長而增大；在加熱時間為4.0~4.5 h 時，多酚提取量隨著時間的延長而減小；在加熱時間為3.5 h 時，多酚提取量達到最高，為544.3 μg/g。杜家鈺等人[11]研究表明，在相對時間里，隨著加熱時間的延長，麩皮的質量評價逐漸升高，加熱時間超過相對時間后，麩皮質量評價呈現下降趨勢。試驗研究發現，延長加熱時間有助于多酚類物質溶出，提取量增加，加熱時間過長，可能導致多酚類物質不穩定，提取量降低。

2.3 切片厚度的確定

牛蒡茶在不同切片厚度下進行多酚的提取。

多酚提取量與切片厚度的關系見圖3。

圖3 多酚提取量與切片厚度的關系

由圖3 可知，多酚提取量隨著切片厚度的增加呈先增大后減小的趨勢。當切片厚度為2~4 mm 時，多酚提取量隨著厚度的增加而增大；在切片厚度為4~6 mm 時，多酚的提取量隨著厚度的增加而減小；在切片厚度為4 mm 時，多酚提取量達到最高，為584.3 μg/g。時秋月[12]研究發現，隨著切片厚度的增加，懷山藥制品中的多糖得率呈開口向下的拋物線的趨勢，切片過程中厚度過大或干燥時間越長都會導致多糖發生氧化分解，從而使得干制品中的多糖得率受到影響。試驗研究發現，切片過薄，吸收的熱能可使表面的水分迅速蒸發，因為持續暴露在高溫環境中，使得牛蒡溫度持續升高，從而多酚易被破壞；當切片過厚時，牛蒡表面水分在持續蒸發后繼續吸收熱能，而牛蒡中心不好吸收熱能，中心的水分不好蒸發，加熱時間延長會導致外部料溫度過高，也會對多酚產生破壞。

2.4 響應面試驗設計結果

根據響應面試驗，制定詳細的分析方案。

響應面試驗設計與結果見表2。

表2 響應面試驗設計與結果

2.5 回歸模型的建立和檢驗

將表2 中的數據進行整理分析，對加熱溫度（X1）、加熱時間（X2） 和切片厚度（X3） 3 個單因素進行回歸擬合，得出多酚提取量（Y） 回歸方程：

回歸模型方差分析見表3。

表3 回歸模型方差分析

經響應面軟件分析，預測模型標準偏差為4.23，平均值492.47，變異系數0.86，預測殘差平方和1 594.56，此模型的擬合程度較好，決定系數R2為0.995 3，失擬項p＜0.05，為極顯著水平，說明該方程與實際情況相符，具有可靠性。失擬項p＞0.05，不顯著。加熱溫度、加熱時間和切片厚度的p值都小于0.05，說明對多酚提取率都有顯著影響。

2.6 兩因素間交互效應分析

通過響應面試驗預測模型，加熱溫度（X1）、加熱時間（X2）、切片厚度（X3） 3 個因素，在確定3 個因素中1 個因素不變的情況下，對其他2 個因素的交互作用對于SDF 提取量的影響進行分析。

響應面分析圖和等高線圖見圖4。

圖4 響應面分析圖和等高線圖

三維圖可以明顯地表示出兩兩因素之間的交互作用對測定值的影響大小，如果三維圖中的曲面越陡，則說明2 個因素對測定值的影響越大，這2 個因素間的交互作用對測定值的結果影響就越顯著；相反，如果三維圖中的曲面越平緩，就說明這2 個因素間的交互作用對測定值的結果影響就不顯著。等高線圖則表示兩兩因素間的交互作用強度，當等高線中的圖形越趨于橢圓時，說明這2 個因素之間的交互作用就越強；反之，如果圖形越形似圓形，則說明2 個因素之間的交互作用越弱。

由圖4 可知，圖中的3 個因素之間兩兩交互作用的影響顯著效果，X1X2的交互作用p＞0.05，對多酚提取量不影響顯著；X1X3與X2X3的交互作用p＜0.05，對多酚提取量影響顯著。

2.7 加工工藝最優分析和結果驗證

回歸模型確定的最佳牛蒡茶制備工藝為加熱溫度74.7 ℃，加熱時間3.8 h，切片厚度2.7 mm，預測得到的多酚提取量最高為550.22 μg/g。對此優化條件進行驗證，根據實際調整為烘烤時間4 h，烘烤溫度75 ℃，切片厚度3 mm 時，提取的多酚平均提取率為551.20 μg/g，和預期結果基本相符，證明了此回歸方程具有準確性和實用性，可用于優化牛蒡茶制作工藝。

3 結論

研究了沛縣黃皮牛蒡茶制取工藝對多酚含量的影響，從加熱時間、加熱溫度、切片厚度中選擇具有顯著影響因素，經響應面優化，最終確定最佳牛蒡茶制備工藝為加熱時間4 h，加熱溫度75 ℃，切片厚度3 mm，實際提取的牛蒡多酚平均含量為551.20 μg/g。