董玉瑋，李 超，馮星星，胡傳銀，秦琰琪

（1. 徐州工程學(xué)院 食品與生物工程學(xué)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(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江蘇 徐州 221600）

牛蒡（Arctium lappaL.） 又稱東洋人參、蒡翁菜、惡實(shí)、屬桔梗（Campanulales），菊科（Asteraceae Bercht. & J. Presl），牛蒡?qū)伲ˋrctium），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(chǎn)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(chǎn)，2019 年被評為國家農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品，富含纖維素、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)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(hù)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(shí)食用或者加工處理，其組織極易發(fā)生纖維化，而變空心。為了克服牛蒡根保質(zhì)期短、運(yùn)輸成本較高的缺點(diǎn)，需要對牛蒡根進(jìn)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(yǎng)價(jià)值和保健功效的黃酮、菊糖、膳食纖維等成分[8]。傳統(tǒng)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?jǐn)偭罆瘢ㄟ^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(tǒng)的牛蒡茶制取工藝的影響因素較多，且易被環(huán)境衛(wèi)生等問題所影響，使得牛蒡茶的品質(zhì)千差萬別，以至于影響其口感、色澤及香氣。現(xiàn)階段牛蒡茶加工工藝主要有熱風(fēng)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(shí)達(dá)到提升品質(zhì)、易于保存的目的。但是，原料中的部分活性物質(zhì)的含量會受加工工藝的影響而發(fā)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(zhì)及其抗氧化性的影響發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過真空凍干處理后的樣品酚類物質(zhì)含量最高，抗氧化能力最強(qiáng)。

牛蒡茶中的多酚等物質(zhì)易受到烘烤溫度、時(shí)間等因素作用，導(dǎo)致其含量發(fā)生變化，進(jìn)而對牛蒡茶的保健效果產(chǎn)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(shí)間等因素對多酚含量的影響，采用響應(yīng)面軟件優(yōu)化加工工藝，將為牛蒡茶的工業(yè)化生產(chǎn)提供好的數(shù)據(jù)和技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料、試劑和儀器

1.1.1 試驗(yàn)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(yàn)儀器

HH-1 型電熱恒溫水浴鍋，蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司產(chǎn)品；202-0A 型電熱恒溫干燥箱、M-Q1 型多功能切片機(jī)、JYT-2 型分光光度計(jì)，宜邦科析儀器有限公司產(chǎn)品；HC-1016 型離心機(jī)，浙江中友實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；JYT-2 型托盤天平，昆山巨天儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 牛蒡茶加工工藝的單因素試驗(yàn)

將新鮮、粗細(xì)均勻的牛蒡洗凈、去皮，作為單因素試驗(yàn)的樣品，考查烘烤溫度、烘烤時(shí)間和切片厚度對多酚含量的影響，每個(gè)因素做3 個(gè)平行試驗(yàn)。

（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(shí)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(shí)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(shí)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(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用Design Expert 8.06 試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件，將調(diào)味劑對飲料口感的影響做進(jìn)一步的優(yōu)化。通過響應(yīng)面試驗(yàn)，設(shè)計(jì)三因素三水平的試驗(yàn)方案。

試驗(yàn)的因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 試驗(yàn)的因素與水平設(shè)計(jì)

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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(biāo)準(zhǔn)品制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算多酚含量。

1.2.4 多酚提取率的計(jì)算

采用普魯士藍(lán)法對提取物中的沒食子酸含量進(jìn)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)曲線Y=0.146 9X-0.009 1，R2=0.997。樣品測定：將樣品取代標(biāo)準(zhǔn)品，測定方法同標(biāo)曲制作。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有的數(shù)據(jù)都用平均值±標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理。

2 結(jié)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(jìn)行多酚的提取。

多酚提取量與加熱溫度的關(guān)系見圖1。

圖1 多酚提取量與加熱溫度的關(guān)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(shí)，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(shí)，多酚的提取率隨著溫度的升高而減??；在加熱溫度為70 ℃時(shí)，多酚的提取率達(dá)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(yǎng)成分的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，物料在低溫下干燥，營養(yǎng)成分損失少。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，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(zhì)。

2.2 烘烤時(shí)間的確定

牛蒡茶在不同烘烤時(shí)間下進(jìn)行多酚的提取。

多酚提取量與加熱時(shí)間的關(guān)系見圖2。

圖2 多酚提取量與加熱時(shí)間的關(guān)系

由圖2 可知，多酚提取量隨著加熱時(shí)間的延長呈先增大后減小的趨勢。在加熱時(shí)間為2.5~3.5 h時(shí)，多酚提取量隨著時(shí)間的延長而增大；在加熱時(shí)間為4.0~4.5 h 時(shí)，多酚提取量隨著時(shí)間的延長而減?。辉诩訜釙r(shí)間為3.5 h 時(shí)，多酚提取量達(dá)到最高，為544.3 μg/g。杜家鈺等人[11]研究表明，在相對時(shí)間里，隨著加熱時(shí)間的延長，麩皮的質(zhì)量評價(jià)逐漸升高，加熱時(shí)間超過相對時(shí)間后，麩皮質(zhì)量評價(jià)呈現(xiàn)下降趨勢。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，延長加熱時(shí)間有助于多酚類物質(zhì)溶出，提取量增加，加熱時(shí)間過長，可能導(dǎo)致多酚類物質(zhì)不穩(wěn)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(jìn)行多酚的提取。

多酚提取量與切片厚度的關(guān)系見圖3。

圖3 多酚提取量與切片厚度的關(guān)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(dāng)切片厚度為2~4 mm 時(shí)，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(shí)，多酚的提取量隨著厚度的增加而減?。辉谇衅穸葹? mm 時(shí)，多酚提取量達(dá)到最高，為584.3 μg/g。時(shí)秋月[12]研究發(fā)現(xiàn)，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(shí)間越長都會導(dǎo)致多糖發(fā)生氧化分解，從而使得干制品中的多糖得率受到影響。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，切片過薄，吸收的熱能可使表面的水分迅速蒸發(fā)，因?yàn)槌掷m(xù)暴露在高溫環(huán)境中，使得牛蒡溫度持續(xù)升高，從而多酚易被破壞；當(dāng)切片過厚時(shí)，牛蒡表面水分在持續(xù)蒸發(fā)后繼續(xù)吸收熱能，而牛蒡中心不好吸收熱能，中心的水分不好蒸發(fā)，加熱時(shí)間延長會導(dǎo)致外部料溫度過高，也會對多酚產(chǎn)生破壞。

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)，制定詳細(xì)的分析方案。

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.5 回歸模型的建立和檢驗(yàn)

將表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，對加熱溫度（X1）、加熱時(shí)間（X2） 和切片厚度（X3） 3 個(gè)單因素進(jìn)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(jīng)響應(yīng)面軟件分析，預(yù)測模型標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.23，平均值492.47，變異系數(shù)0.86，預(yù)測殘差平方和1 594.56，此模型的擬合程度較好，決定系數(shù)R2為0.995 3，失擬項(xiàng)p＜0.05，為極顯著水平，說明該方程與實(shí)際情況相符，具有可靠性。失擬項(xiàng)p＞0.05，不顯著。加熱溫度、加熱時(shí)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(yīng)分析

通過響應(yīng)面試驗(yàn)預(yù)測模型，加熱溫度（X1）、加熱時(shí)間（X2）、切片厚度（X3） 3 個(gè)因素，在確定3 個(gè)因素中1 個(gè)因素不變的情況下，對其他2 個(gè)因素的交互作用對于SDF 提取量的影響進(jìn)行分析。

響應(yīng)面分析圖和等高線圖見圖4。

圖4 響應(yīng)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(gè)因素對測定值的影響越大，這2 個(gè)因素間的交互作用對測定值的結(jié)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(gè)因素間的交互作用對測定值的結(jié)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(qiáng)度，當(dāng)?shù)雀呔€中的圖形越趨于橢圓時(shí)，說明這2 個(gè)因素之間的交互作用就越強(qiáng)；反之，如果圖形越形似圓形，則說明2 個(gè)因素之間的交互作用越弱。

由圖4 可知，圖中的3 個(gè)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(yōu)分析和結(jié)果驗(yàn)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(shí)間3.8 h，切片厚度2.7 mm，預(yù)測得到的多酚提取量最高為550.22 μg/g。對此優(yōu)化條件進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際調(diào)整為烘烤時(shí)間4 h，烘烤溫度75 ℃，切片厚度3 mm 時(shí)，提取的多酚平均提取率為551.20 μg/g，和預(yù)期結(jié)果基本相符，證明了此回歸方程具有準(zhǔn)確性和實(shí)用性，可用于優(yōu)化牛蒡茶制作工藝。

3 結(jié)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(shí)間、加熱溫度、切片厚度中選擇具有顯著影響因素，經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化，最終確定最佳牛蒡茶制備工藝為加熱時(shí)間4 h，加熱溫度75 ℃，切片厚度3 mm，實(shí)際提取的牛蒡多酚平均含量為551.20 μg/g。