基于多指標優化參精茶制備工藝及抗氧化活性研究

魏 飛,羅 舒, 宋 怡,賀黎銘,李 芳,陶 林,羅 霞*

(1.成都大學食品與生物工程學院,成都 610041;2.四川省中醫藥科學院菌類藥材研究所/菌類藥材系統研究與開發實驗室/中藥材品質及創新中藥研究四川省重點實驗室,成都 610041)

源自云南“火塘烤茶”,并結合當下大眾生活環境和生活方式興起的品茶新形式——圍爐煮茶,在廣州、上海、成都等城市迅速躥紅,多家茶館相繼推出這種新的飲茶形式,在這一背景下,采用類似茶葉沖泡方式的藥食同源代用茶[1-2],同時具有便攜、即沖即飲、成本低等諸多優勢,或可為茶飲形式帶來創新。

人參,五加科植物的干燥根莖,味甘、微苦,補脾益肺、生津養血,中醫譽其為“扶正固本,滋陰補生”之極品,自開展藥食同源中藥試點工作起,人參便不僅限于之前只作為藥品和保健品使用,而是陸續被用于食品開發中,目前已有人參飲料、酒類、糖果類及其他類食品[3]。黃精,為百合科植物滇黃精的干燥根莖,味甘,性平,具有補氣養陰、益腎潤肺的功效,同屬于藥食同源中藥,在食品、化妝品和醫療保健品等領域應用較廣[4]。桑葉,?？浦参锷涞娜~子,味淡、微苦,性寒,可清肺潤燥、疏散風熱。桑葉作為一種傳統藥食同源中藥材,在食品開發行業中也有廣泛的應用,目前已有以桑葉為原料開發的茶[5-6]、飲料[7-9]、掛面[10]等功能性食品[11]。

本研究以人參、黃精、桑葉為主要原料,在中醫理論指導下,開發一款代用茶——參精茶,以感官評價、總多糖含量及可溶性固形物含量為考察指標,結合模糊數學法[12]對感官評價結果進行分析,通過正交試驗得出參精茶最佳制備工藝,再評估其體外抗氧化效果[13]。本工作以期促進人參、黃精、桑葉的開發利用,為藥食同源中藥代用茶產品開發提供借鑒指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參、黃精、桑葉(四川省中藥飲片責任公司);玉米纖維茶包袋(杭州宏雅茶具有限公司);無紡布茶包袋(廣州美廚智能家居科技股份有限公司);蒽酮、DPPH、抗壞血酸、焦性沒食子酸、Tris HCI、七水合硫酸亞鐵(分析純,阿拉丁試劑有限公司);硫酸(分析純,重慶川東化工集團有限公司);無水葡萄糖、鹽酸(分析純,成都市科隆化學品有限公司);無水草酸(分析純,上海麥克林生化科技有限公司);無水乙醇(分析純,成都長聯化工試劑有限公司);水楊酸(分析純,上海易恩化學技術有限公司);過氧化氫(分析純,成都金山化學試劑有限公司)。

1.2 儀器與設備

電子恒溫水浴鍋(北京中興偉業儀器有限公司);WFZ UV-2802SH型紫外可見分光光度計[尤尼柯(上海)儀器有限公司];TopPette手動單道可調移液槍[大龍興創實驗儀器(北京)股份公司];Uniwersal TA全自動折光儀(青島聚創環保集團有限公司);全波長酶標儀(賽默飛世爾科技有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 參精茶制備工藝單因素實驗 參考莫韓御等的研究[14-19],選擇固定其他因素、考察其中一種因素的方法對各個因素進行篩選。對桑葉目數(20、40、60、80目)、人參目數(20、40、60、80目)、黃精粒度(細顆粒、粗顆粒、塊狀)、包裝材料(無紡布、玉米纖維、尼龍、紗布)、沖泡時間(1h、2h、3h、4h)、沖泡次數(1次、2次、3次、4次)、料液比(1:10、1:20、1:30、1:40)等開展單因素實驗(處方固定克數:人參1g、黃精2.5g、桑葉5g),通過模糊數學感官評價、總多糖含量及可溶性固形物含量分別得出各因素下的最適范圍;在此基礎上開展正交試驗,設計L18(63)正交試驗表,優化參精茶的制備工藝。

1.3.2 感官模糊綜合評價 表1為參精茶感官評價標準,以參精茶的湯色(U1)、滋味(U2)、香氣(U3)為評價指標,感官評價因素集為U={U1,U2,U3}。采用用戶調查法[20]抽取10人對參精茶湯色、滋味、香氣占比高低進行評分,總分為1,單項相加之和除以總評分人數,得到各因素的權重X,據表2得出權重集X={0.22,0.49,0.29}。按照優、良、中、差4個等級對每個因素進行評定,評語集V={V1,V2,V3,V4},各等級與相應得分對應,V1=99～90分,V2=89～80分,V3=79～70分,V4=70分及以下。由10位具有專業資格的審評人員,按照看湯色、嘗滋味、聞香氣的順序進行審評。評定后將結果歸一化處理,得到模糊關系矩陣R,采用模糊數學法進行分析。

表1 感官評價標準

表2 參精茶指標權重占比調查

表3 正交試驗設計

1.3.3 理化指標測定方法 總多糖含量的測定:硫酸蒽酮法。參照中國藥典方法并略作調整,取無水葡萄糖適量,加水制成0.12mg/mL的溶液。精密量取對照品溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL,分別置10mL試管中,各加水至1mL,加入硫酸蒽酮溶液3mL,立即搖勻,室溫放置15min后,置冰浴中冷卻15min,取出,以相應試劑為空白,在625nm的波長處測定吸光度,以吸光度為縱坐標、葡萄糖濃度為橫坐標,繪制標準曲線。取試樣溶液20mL,置水浴上蒸干,殘渣用5mL水溶解,緩慢滴加75mL乙醇,搖勻,放置12h,離心,取上清液定容至100mL。精密量取試樣溶液,置10mL具塞試管中,后續操作方法同上。從標準曲線上讀出試樣溶液中含葡萄糖的重量(圖1)。

圖1 葡萄糖標準曲線

可溶性固形物含量的測定:折光儀法。將阿貝折光儀與調節好溫度的超級恒溫器連接,使通過折光儀的水流溫度為20℃,用新制的蒸餾水校正。取樣品1～2滴,滴于阿貝折光儀下面的棱鏡上,迅速閉合棱鏡,靜置數秒,待樣品達20℃時,測定其折光率。每個樣品測定3次,取平均值。根據折光率與可溶性固形物含量換算表讀出樣品的含量值。

1.3.4 參精茶體外抗氧化功能測定 DPPH自由基清除能力的測定:參考Vit等[21]、于海燕等[22]的方法,取2mL不同濃度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL)的參精茶樣品于試管中,分別加入0.1mmol/L的DPPH溶液2mL,充分混合后避光反應30min,VC作陽性對照,在517nm處測定吸光度A。超純水取代樣品作空白對照,測定吸光度A0,無水乙醇代替DPPH反應液,測定吸光度A1。

DPPH自由基清除率(%)=[1-(A-A1)÷A0]×100

超氧陰離子自由基清除能力的測定:參照劉若涵等[23]、葉淑才等[24]、蔡錦源等[25]的方法,取1mL不同濃度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4mg/mL)的樣品溶液于試管中,加入3.0mL 50mmol/L的Tris-HCl(pH 8.2)緩沖溶液,30℃下反應20min。冷卻至室溫,加入0.4mL 25mmol/L的鄰苯三酚溶液,充分混勻后,在25℃水浴下反應5分鐘,加入1mL 10mol/L鹽酸終止反應。VC作陽性對照,320nm處測吸光度A。超純水取代樣品作空白對照,測定吸光度A0,超純水代替鄰苯三酚與鹽酸,測定吸光度A1。

超氧陰離子自由基清除率(%)=[1-(A-A1)÷A0]×100

羥自由基清除能力的測定:參考朱杰帆等[26]的方法,取1mL不同濃度(0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL)的樣品溶液于試管中,分別加入6.0mmol/L FeSO4溶液1mL、6.0mmol/L水楊酸乙醇溶液1mL、8.8mmol/L過氧化氫溶液1mL,充分震蕩,在37℃水浴下避光反應20min,VC作陽性對照,在510nm處測吸光度A。超純水取代樣品作空白對照,測吸光度A0,超純水代替H2O2,測吸光度A1。

羥基自由基清除率(%)=[1-(A-A1)÷A0]×100

1.3.5 數據分析 采用SPSSpro、Origin和Excel軟件對數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 參精茶制備工藝單因素實驗結果

2.1.1 桑葉粉碎目數 固定人參20目、黃精為小顆粒、料液比1:30、無紡布袋包裝、單次沖泡時間2h、沖泡1次。不同桑葉目數下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖2。20目桑葉的多糖含量最高,但隨著粉碎目數的增大,多糖含量逐漸降低;感官得分在20目時也達到了最高,此時茶湯清澈透亮,香氣濃厚,入口甘甜,當目數逐漸增大時,感官分總體呈下降趨勢;可溶性固形物在20目時含量最高,40～80目時含量相對較低,總體變化較小,曲線較平緩,綜合三個指標,選取20、40、60目3個水平進行后續正交試驗。

圖2 不同桑葉目數對茶湯品質的影響

2.1.2 人參粉碎目數 固定桑葉20目、黃精為小顆粒、料液比1:30、無紡布袋包裝、單次沖泡時間2h、沖泡1次。不同人參目數下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖3。隨著粉碎目數增大,40目時茶湯的多糖含量達到最佳值,60～80目的多糖含量逐漸降低;感官得分在20～60目時呈緩步下降趨勢,當目數為80目時,又有一定程度的上升,但得分仍低于20目,此時茶湯湯色均勻、帶有桑葉的獨特草木清香,回味稍澀;80目時可溶性固形物含量降低,可能是藥材粉碎過細影響了糖類等物質的溶出,綜合3個指標,選取20、40、60目3個水平進行后續正交試驗。

圖3 不同人參目數對參精茶品質的影響

2.1.3 黃精切制粒度 以細顆粒(0.3cm)、粗顆粒(1cm)、塊狀(2cm)作為黃精的切制粒度,固定人參20目、桑葉20目、料液比1:30、無紡布袋包裝、單次沖泡時間2h、沖泡1次。不同黃精粒度下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖4。不同黃精粒度對湯色有著顯著影響,當黃精制備成細顆粒時,多糖含量明顯高于粗顆粒和飲片,但粗顆粒的多糖含量又低于飲片;感官得分在細顆粒時達到最高,此時茶湯呈棕黃色,湯色較為清澈,入口微甜,回味微澀,香氣明顯,總體感官較好;不同粒度的可溶性固形物含量值基本持平,無明顯變化,因此,選取細顆粒、粗顆粒、飲片3個水平進行后續正交試驗。

圖4 不同黃精粒度對茶湯品質的影響

2.1.4 包裝材料 固定人參20目、桑葉20目、黃精為小顆粒、單次沖泡時間2h、沖泡1次、料液比1:30。不同包裝材料下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖5。不同茶包袋材質對袋中物質的溶出速率有很大影響,文中選用市面上較為常見的4種茶包,由圖5可知,當茶包袋為尼龍和紗布材質時,茶湯多糖含量多糖含量最高,這可能是由于這兩種材質孔徑較多,有利于多糖的溶出;感官得分總體呈下降趨勢,無紡布相較于其他幾種材質,孔隙大小合適,滲透性較強,能避免尼龍和紗布孔徑過大導致藥材泄露、茶湯渾濁的情況,因此感官得分較高;可溶性固形物含量排名依次為玉米纖維>尼龍>無紡布>紗布,玉米纖維固形物含量最高,紗布的感官得分和固形物含量均低,考慮到3個指標占比情況,選取無紡布、尼龍、玉米纖維3個水平進行后續正交試驗。

圖5 不同包裝材料對茶湯品質的影響

2.1.5 沖泡時間 固定人參20目、桑葉20目、黃精為小顆粒、無紡布材質茶包袋、沖泡1次、料液比1:30。不同沖泡時間下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖6。隨著沖泡時間的增加,多糖含量呈梯度增加,當沖泡時間為3h時,多糖溶出率最好,時間延長到4h,含量顯著降低;感官得分在2h時最高,可能是1h時藥材的有效成分還未完全溶出,而超過2h時,有效成分已經很難溶出;不同沖泡時間對可溶性固形物含量影響相對較小,綜合3個指標,選取2h、3h、4h 3個水平進行后續正交試驗。

圖6 不同沖泡時間對參精茶品質的影響

2.1.6 沖泡次數 固定人參20目、桑葉20目、黃精為小顆粒、無紡布材質茶包袋、單次沖泡時間2h、料液比1:30。不同沖泡次數下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖7。不同沖泡次數對多糖含量和感官得分影響較大,當沖泡次數增加,多糖含量呈梯度下降;感官得分隨沖泡次數增加而變高,原因可能是沖泡次數越多,湯色越淺,澀味被沖淡,更好入口;可溶性固形物含量隨次數增加而上升,次數為4次時,固形物含量最高,綜合3個指標,選取沖泡次數1次、2次、3次3個水平進行后續正交試驗。

圖7 不同沖泡次數對參精茶品質的影響

2.1.7 料液比 固定人參20目、桑葉20目、黃精為小顆粒、無紡布材質茶包袋、單次沖泡時間2h、沖泡1次。不同料液比下感官得分、多糖及可溶性固形物含量見圖8。水量對3個指標均有顯著影響,當料液比1:10時多糖含量最高,隨著加水量增加,多糖含量顯著降低;感官得分隨水量增加而變高,料液比1:40時得分最高,此時茶湯呈亮黃色,湯色均勻,滋味甘甜、香氣明顯;可溶性固形物含量1:10時最高,含量隨水量的增加緩慢降低,綜合來看,選取1:10、1:20、1:30 3個水平進行后續正交試驗。

圖8 不同料液比對參精茶品質的影響

2.2 正交試驗結果

根據單因素實驗結果,以桑葉目數、人參目數、包裝材料、沖泡時間、沖泡次數、料液比6個因素各設3個水平,按照正交表安排試驗,以模糊數學感官評價、總多糖含量及可溶性固形物含量作為考察指標,得出最佳制備工藝。參照安紫薇等[27]和龔敏陽等[28]的方法,綜合評價得分按照感官評價50%、總多糖含量25%、可溶性固形物含量25%的比例計算,即綜合評分=(50/最大感官得分值)×感官得分值+(25/最大總多糖含量值)×總多糖含量值+(25/最大可溶性固形物含量值)×可溶性固形物含量值。

由10位評價員對18組樣品進行評分,結果見表5。參考吳靜娜等[29]和付曉萍等[30]的方法,在10人對參精茶的評價結果中,樣品1湯色有0人認為差, 4人認為中, 4人認為良, 2人認為優, 則得到A湯色=〔0.2 0.4 0.4 0〕, 同理得到A滋味=〔0.4 0.4 0 0.2〕, A香氣=〔0.6 0.3 0.1 0〕,將上述3個因素的評價結果寫成一個矩陣為:

同理可得:R2-R18的矩陣。

同理可得:

Y2={0.12 0.087 0.676 0.117}

Y3={0.022 0.289 0.022 0.051}

Y4={0.339 0.309 0.352 0}

Y5={0.604 0.237 0.11 0.049}

Y6={0.565 0.298 0.066 0.071}

Y7={0.546 0.425 0.029 0}

Y8={0.259 0.445 0.296 0}

Y9={0.382 0.371 0.198 0.049}

Y10={0.504 0.32 0.127 0.049}

Y11={0.217 0.627 0.156 0}

Y12={0.355 0.42 0.225 0}

Y13={0.627 0.295 0.078 0}

Y14={0.3 0.475 0.225 0}

Y15={0.168 0.454 0.378 0}

Y16={0.309 0.422 0.269 0}

Y17={0.173 0.258 0.569 0}

Y18={0.231 0.48 0.289 0}

模糊綜合評價總分T=Yi×K,(i=1-18),根據吳靜娜等[29]的方法,設感官等級差為65分,中為75分,良為85分,優為95分,即分數集K={95,85,75,65},經計算可得出每個樣品的總分。則T1=Y1×K={0.414,0.371,0.117,0.098}×{95,85,75,65}=86.01,同理T2=77.1,T3=31.62,T4=84.87,T5=88.96,T6=88.57,T7=84.63,T8=84。63,T9=85.86,T10=87.79,T11=85.61,T12=86.3,T13=90.49,T14=85.75,T15=82.9,T16=85.4,T17=81.04,T18=84.42。正交試驗結果和方差分析結果見表4～表6。

表4 正交試驗感官評價結果

表5 正交試驗結果

表6 方差分析結果

由表5可知,對參精茶的影響順序依次為 F(料液比)﹥B(黃精粒度)﹥E(沖泡次數)>D(沖泡時間)>C(包裝材料)>A(桑葉目數),最優組合為A2B3C3D1E1F1,即桑葉40目,人參20目,黃精塊狀,玉米纖維茶包袋,1:10料液比沖泡1次,單次最佳沖泡時間1h。

2.3 參精茶體外抗氧化功能測定結果

2.3.1 參精茶對DPPH自由基清除能力 由圖9可知,參精茶茶湯濃度差影響DPPH自由基的清除能力,濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL時,對DPPH的清除率分別為79.24%、80.51%、83.44%、77.32%、84.97%、92.23%、94.14%。以VC作陽性對照,當VC保持和樣品濃度相同時,對DPPH的清除率分別為99.11%、93.38%、97.07%、99.11%、93.76%、99.49%、99.62%,對DPPH的清除率較高。當茶湯濃度達到1.0mg/mL時,對DPPH的清除率達到94.14%,接近VC水平,表明參精茶對DPPH具有良好的清除能力。

圖9 茶湯的DPPH自由基清除率

2.3.2 參精茶對超氧陰離子自由基清除能力 由圖10可知,當茶湯濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4mg/mL時,對超氧陰離子的清除率呈緩步上升趨勢。以VC作陽性對照,當VC保持和樣品濃度相同時,對超氧陰離子的清除率也呈梯度上升。當茶湯濃度達到0.2mg/mL時,清除率達到86.96%,最接近VC水平,表明參精茶對超氧陰離子自由基也具有良好的清除能力。

圖10 茶湯的超氧陰離子自由基清除率

2.3.3 參精茶對羥自由基清除能力 由圖11可知,當茶湯濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL時,對羥自由基的清除率分別為27.57%、28.77%、28.11%、29.31%、27.73%、27.3%。以VC作陽性對照,當VC保持和樣品濃度相同時,對羥自由基的清除率分別為33.5%、42.96%、70.8%、97.99%、98.31%、100.65%、99.35%,清除率隨濃度增加而增大。當茶湯濃度達到0.05mg/mL時,對羥自由基的清除率達到27.57%,表明參精茶對羥自由基的清除能力較弱。

圖11 茶湯的羥自由基清除率

3 結論

以人參、黃精、桑葉為原料制備參精茶,通過單因素實驗考察原料粉碎或切制粒度、單次沖泡時間、沖泡次數、包裝材料和料液比等因素,以總多糖含量及可溶性固形物含量為指標,并結合模糊數學感官評價法共同考察參精茶品質,得到各因素的最優水平;在此基礎上通過正交試驗對各因素進行優化,得到參精茶最佳制備工藝:桑葉40目,人參20目,黃精飲片,玉米纖維茶包袋,1:10料液比沖泡1次,單次最佳沖泡時間1h。此條件下參精茶茶湯清澈透亮、回甘且有明顯草木清香,茶湯對DPPH自由基和超氧陰離子自由基表現出良好的清除能力,對羥基自由基表現出一定的清除能力,表明參精茶具備一定的抗氧化效果。

中藥在新冠病毒的預防和治療中發揮了不可替代的作用,其優勢主要在于“治未病”,人參、黃精、桑葉同屬于藥食同源中藥,都具備一定的預防保健作用。本研究針對咳喘氣虛人群,在中醫特色理論指導下制備參精茶,一方面可豐富代用茶的種類和功效,在后疫情時代,用于治未病,強身健體。另一方面,雖然圍爐煮茶在現階段熱度較高,但很多茶館存在定價過高和消費時間長等缺陷,消費者往往在嘗鮮之后就不再踏足。在這種情況下,不少博主自購茶壺、烤網等工具,自制“平替版”圍爐煮茶,成本較低,且不限場地,受到一眾好評。參精茶的沖泡方式,以及原料本身具有的一些功效,在這一大背景下,或可成為飲茶方式的一種創新,值得開發和應用。