毛茶茶多酚提取工藝優(yōu)化及其對鮮切蘋果品質(zhì)的影響

(1.大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600； 2.生物技術(shù)與資源利用教育部重點實驗室,遼寧大連 116600)

鮮切蘋果是經(jīng)篩選、清洗、去皮、切分、修整、保鮮、包裝等處理環(huán)節(jié)后,提供給消費者的一種使用方便、營養(yǎng)衛(wèi)生的即食性農(nóng)產(chǎn)品[1]。蘋果適合鮮切加工處理程序,符合現(xiàn)代人對果蔬產(chǎn)品高營養(yǎng)、方便快捷的追求。近年來,鮮切蘋果因含有豐富的抗氧化物質(zhì)和營養(yǎng)成分，已經(jīng)成為一種熱門零食出現(xiàn)在餐飲業(yè)和零售行業(yè)中。然而,鮮切蘋果的保鮮是一項技術(shù)難題,鮮切加工處理蘋果加快了組織的衰老進(jìn)程，從而引起腐敗變質(zhì)的發(fā)生,同時由于酶促反應(yīng)、質(zhì)地軟化和營養(yǎng)流失,使鮮切蘋果通常只有較短的貨架期,且造成其感官品質(zhì)下降[2]。因此,一種高效簡單、綠色安全的保鮮方式,成為鮮切蘋果保鮮領(lǐng)域的研究重點。

目前,鮮切果蔬的保鮮方式分為物理保鮮(光電保鮮、高壓保鮮、氣調(diào)保鮮、溫度調(diào)控)、化學(xué)保鮮(殺菌劑、褐變抑制劑)、生物保鮮(植物源保鮮劑、動物源保鮮劑、微生物保鮮劑)[3-5]。其中生物保鮮方法因具安全、天然、高效等特點得到了廣泛的研究與應(yīng)用,已有研究證實柑橘皮精油、黃連、連翹提取物、蒜姜提取液等含有優(yōu)良保鮮成分的物質(zhì)可有效延長鮮切果蔬的貨架期,對鮮切果蔬的保鮮效果明顯[6]。

毛茶是綠茶經(jīng)日曬干燥而得的青毛茶,其不僅是制成緊茶、方茶、茯磚等緊壓茶的主原料[7],還可用作進(jìn)出口等用途。毛茶加工工藝簡單,成本低,收斂性好,茶多酚類化合物(黃酮類、酚酸類、花色苷)是毛茶含有的主要活性成分,兼具抗氧化、抗腫瘤、抗輻射、抗動脈粥樣硬化等多種藥理功效。茶多酚體外抗氧化實驗表明[8],茶多酚單體對自由基有著較強的清除作用,其結(jié)構(gòu)可以提供多個羥基使自由基滅活,具有較強的抗氧化能力。目前,有研究將其應(yīng)用于鮮切果蔬的保鮮加工,如李晶瑩等[8]將茶多酚涂膜應(yīng)用于鮮切青椒和黃瓜,結(jié)果得出2%的茶多酚涂抹可以有效減緩兩種蔬菜感官品質(zhì)的降低,降低了其質(zhì)量損失,貯藏時間也得到延長;李素清等[9]將茶多酚和其他三種褐變抑制劑進(jìn)行復(fù)合浸泡處理鮮切蒜薹,實驗處理結(jié)果表明該保鮮劑能有效控制鮮切蒜薹相對電導(dǎo)率的上升,使其細(xì)胞膜保持完整,同時也抑制丙二醛、多酚氧化酶酶活性以及硝基氮含量的積累,減緩其成熟衰老進(jìn)程。但是青毛茶提取液在鮮切果蔬保鮮領(lǐng)域的研究鮮有報道,因此本實驗利用響應(yīng)面法研究青毛茶中茶多酚的提取工藝,在此基礎(chǔ)上,研究不同濃度濃度青毛茶提取液對鮮切蘋果品質(zhì)維持及鮮度的影響,以期開發(fā)出一種新型、綠色的天然植物源保鮮劑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

毛茶 于2018年采自貴州省銅仁市松桃縣;紅富士 購于大連經(jīng)濟開發(fā)區(qū)沃爾瑪超市;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、碳酸鈉、草酸、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、酚酞、抗壞血酸、氯化鈉、2,6-二氯酚靛酚、酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;福林酚 北京索萊寶;以上試劑 均為分析純。

CR400/CR410型色差計 日本Konica Minolta公司;WYT-32手持阿貝折光儀 上海精密儀器儀表有限公司;T25基本型高剪切分散勻漿機 德國 IKA 公司;PL203型精密電子天平 上海梅特勒托利多;BR4i型臺式高速冷凍離心機 法國Jouan公司;SIM-F140型制冰機 日本三洋公司;UV-2600紫外分光光度計 日本島津公司;GY-2硬度計 北京東南儀成設(shè)備有限公司;LD-85箱式冷凍干燥儀 上海馭锘實業(yè)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 毛茶中茶多酚的提取工藝 取2.0 g毛茶加入10 mL水制得毛茶提取液,置于棕色試劑瓶于室溫下(25 ℃)、頻率40 kHz下超聲浸提60 min[11-12],提取液于10000 r/min、4 ℃離心10 min,取上清液于4 ℃冰箱中備用。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 提取時間對毛茶茶多酚含量的影響 將2.0 g毛茶加入10 mL水制得毛茶提取液置于棕色試劑瓶于室溫下(25 ℃)，頻率40 kHz下超聲浸提20、40、60、80、100 min[12],研究提取時間對毛茶茶多酚含量的影響。

1.2.2.2 提取溫度對毛茶茶多酚含量的影響 將2.0 g毛茶加入10 mL水制得毛茶提取液置于棕色試劑瓶分別于25、35、45、55、65 ℃,頻率40 kHz下超聲浸提60 min[12],研究提取溫度對毛茶茶多酚含量的影響。

1.2.2.3 超聲頻率對毛茶茶多酚含量的影響 將2.0 g毛茶加入10 mL水制得毛茶提取液置于棕色試劑瓶于溫度25 ℃，分別在頻率為20、40、60、80、100 kHz的條件下超聲浸提60 min[12],研究超聲頻率對毛茶茶多酚含量的影響。

1.2.3 響應(yīng)面試驗 以時間(A)、溫度(B)、頻率(C)為三個因素,根據(jù)Design Expert 8.0.0軟件設(shè)計3水平響應(yīng)面試驗,試驗因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.2.4 茶多酚含量的測定方法 配制質(zhì)量濃度為1 mg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品母液,稀釋成不同質(zhì)量濃度的沒食子酸溶液(10、20、40、80、120、160 μg/mL),采用紫外分光光度法在765 nm處測定不同濃度沒食子酸的吸光度,以濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),制得沒食子酸質(zhì)量濃度和吸光度之間的回歸線方程y=0.0006x+0.0169(R2=0.990),該曲線適用范圍為0～160 μg/mL。

茶多酚含量的測定使用國標(biāo)法[13],1 mL的上清液加入5 mL的福林酚反應(yīng),再加入4 mL 7.5%碳酸鈉溶液用蒸餾水定容至100 mL,在765 nm波長測定,平行測定3次,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算茶多酚含量。

1.2.5 鮮切蘋果的保鮮試驗 將毛茶茶多酚提取物冷凍濃縮至粉末,將粉末用去離子水配制成茶多酚含量為0.1 g/mL的原液,分別配制成濃度為2、4、8 mg/mL的毛茶提取液(MC),以去離子水為對照組(CK)。按照下述操作處理鮮切蘋果:將清洗后的蘋果去皮去核后切成1 cm3大小的立方塊,KB組和MC組浸泡1 min,瀝干,置于提前滅菌的保鮮托盤內(nèi)(15 cm×11 cm×3.5 cm),用聚乙烯保鮮膜密封包裝,4 ℃冷藏。定期取樣用于測定各個指標(biāo),每項指標(biāo)重復(fù)測3次。

1.2.6 指標(biāo)的測定

1.2.6.1 色差值 色差值采用色差計測定,用其測定L*、a*、b*值,色差計校正后的L*=97.63,a*=0.3112,b*=0.3189,采用色差值ΔE來表示總的顏色差異。計算公式如下:

1.2.6.2 失重率 以第0 d果實質(zhì)量(m0)與每次測定天數(shù)果實質(zhì)量(m1)之差占起始果實質(zhì)量的百分比表示。

失重率(%)=[(m0-m1)/m0]×100

1.2.6.3 硬度 用GY-2型號的果實硬度計,將果實硬度計豎直地放于蘋果塊上方,當(dāng)探頭達(dá)到果實的表面用力按壓即可,記錄此時的刻度值,蘋果硬度的單位為105Pa。

1.2.6.4 可滴定酸含量 酸堿滴定法,參照Pilar等[14]的方法,結(jié)果按照蘋果酸的換算系數(shù)計算。

1.2.6.5 可溶性固形物 采用手持阿貝折光儀測定鮮切蘋果中可溶性固形物的含量。

1.2.6.6 感官評定 選具有食品專業(yè)知識的相關(guān)人員10人,按評分標(biāo)準(zhǔn)對鮮切蘋果進(jìn)行感官評估,評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 鮮切蘋果感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory scoring standard of fresh-cut apple

1.3 數(shù)據(jù)處理

對實驗所得數(shù)據(jù)結(jié)果采用Origin 8.0和Design Expert軟件進(jìn)行分析。P<0.05表示差異顯著,P<0.001表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取工藝對毛茶中茶多酚含量的影響

2.1.1 提取時間對毛茶茶多酚含量的影響 由圖1可知,茶多酚的含量隨著超聲時間的延長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,當(dāng)超聲時間為80 min,茶多酚的含量達(dá)到最大值(17.876±0.028) mg/g,隨即開始下降,這可能是超聲時間過長,茶葉組織內(nèi)的不溶物及粘性物質(zhì)等混入提取液,導(dǎo)致溶液中雜質(zhì)增加,粘度增加,傳質(zhì)阻力隨即升高,因此影響了多酚的溶出。此外,超聲引起的機械效應(yīng)和空化效應(yīng)可以有效破壞茶葉細(xì)胞組織,使位于組織細(xì)胞間隙中的茶多酚溶解出來[14-15]。超聲時間太長,超聲波較強的剪切力會使茶多酚的分子結(jié)構(gòu)破壞,茶多酚也會因暴露于空氣中過久發(fā)生氧化和分解。因此,將提取時間確定為80 min。

圖1 提取時間對毛茶中茶多酚含量的影響Fig.1 Effect of extraction time on tea polyphenol content in Maocha

2.1.2 提取溫度對毛茶茶多酚含量的影響 由圖2可以看出,隨著提取溫度的升高,茶多酚含量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,從25～45 ℃中,隨著溫度的提高,茶多酚含量逐漸上升,當(dāng)提取溫度為45 ℃時,毛茶中的茶多酚含量達(dá)到峰值(16.680±0.028) mg/g,此時茶葉中的茶多酚近乎溶出。當(dāng)提取溫度大于45 ℃時,茶多酚含量呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是由于溫度升高使得茶葉片顆粒間的運動加快;當(dāng)溫度偏高時,茶葉片中的水溶性物質(zhì)可能會揮散,油溶性物質(zhì)會更多的溶出,與多酚類物質(zhì)競爭,從而影響茶多酚的含量[16]。因此將45 ℃作為毛茶茶多酚提取的最佳提取溫度。

圖2 提取溫度對毛茶中茶多酚含量的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on tea polyphenol content in Maocha

2.1.3 超聲頻率對毛茶茶多酚含量的影響 隨著超聲頻率的上升，茶多酚含量出現(xiàn)先上升后下降的趨勢,當(dāng)超聲頻率為60 kHz,毛茶中提取的茶多酚含量最高,為(16.061±0.034) mg/g。在茶葉組織內(nèi),茶多酚與蛋白質(zhì)等通常以氫鍵的力相結(jié)合,超聲頻率過低不能破壞它們間的相互作用力,因而影響茶多酚的含量;但是超聲頻率過大會使脂溶性物質(zhì)大量溶出,反而使茶多酚的含量大大下降[11]。因此,將60 kHz選用為毛茶茶多酚提取的最佳超聲頻率。

圖3 超聲頻率對毛茶中茶多酚含量的影響Fig.3 Effect of ultrasonic frequency on tea polyphenol content in Maocha

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 回歸方程顯著性分析 采用Design-expert V8.0.6軟件中Box-Benhken試驗設(shè)計進(jìn)行響應(yīng)面分析,結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface experiment

通過響應(yīng)面試驗求得回歸方程Y=18.04-0.46A+0.52B+0.14C-0.054AB+0.15AC+0.81BC-1.12A2-1.25B2-1.45C2,由表4顯著性分析結(jié)果可以得出,該模型的決定系數(shù)R2為0.953,擬合情況較好,實驗結(jié)果科學(xué)無異常說明所建立的模型可行性較高。失擬項P=0.4621>0.05,說明失擬項差異不顯著,其中模型交互項BC及二次項A2、B2和C2影響極顯著(P<0.01),一次項A、B影響顯著(P<0.05),而C及AB和AC對茶多酚含量的影響不顯著(P>0.05),說明提取溫度和超聲頻率的交互作用對茶多酚含量有顯著影響。

表4 響應(yīng)面模型方差分析Table 4 Response surface model analysis of variance

2.2.2 最優(yōu)提取工藝的確定和模型驗證 通過響應(yīng)面優(yōu)化得到毛茶提取茶多酚的最佳工藝為:提取時間63.2 min,提取溫度56.25 ℃,超聲頻率為66 kHz,在該條件下提取的茶多酚含量預(yù)計為(18.160±0.011) mg/g。為檢驗優(yōu)化參數(shù)結(jié)果,將試驗參數(shù)進(jìn)行驗證,根據(jù)操作的可行性,修正提取參數(shù)為:提取時間65 min,提取溫度55 ℃,超聲頻率為65 kHz,此條件下實驗所得的茶多酚含量為(19.312±0.009) mg/g,略高于預(yù)測值。說明基于響應(yīng)面所得的優(yōu)化提取工藝參數(shù)科學(xué)有效,有實際意義。

2.3 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果保鮮效果的影響

2.3.1 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果色差值的影響 鮮切加工產(chǎn)品的色澤是消費者考量其外觀品質(zhì)的重要指標(biāo),色差值ΔE表示樣品的樣色的總變化程度。如圖4所示,對照組和2 mg/mL處理組鮮切蘋果的ΔE值隨著貯藏時間的延長色差變化程度較大,而4、8 mg/mL毛茶茶多酚提取物處理組在貯藏期間的ΔE變化較為平緩。這說明毛茶茶多酚提取物浸泡處理延緩了鮮切蘋果ΔE值的下降,在貯藏期間,4、8 mg/mL處理組鮮切蘋果的ΔE值低于對照組且存在差異顯著(P<0.05),較好地維持了鮮切蘋果的顏色外觀,有利于保持其商品價值。

圖4 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果ΔE的影響Fig.4 Effect of tea polyphenol extract of Maocha tea on ΔE of fresh-cut apple

2.3.2 不同處理對鮮切蘋果失重率的影響 由圖5可知,鮮切蘋果在貯藏期間質(zhì)量損失率增加,所有處理組在貯藏前期的質(zhì)量下降較多,這可能是因為鮮切蘋果在貯藏前期的呼吸作用較強,組織內(nèi)部的營養(yǎng)成分消耗較大,而貯藏末期,果實的呼吸速度會隨之組織的衰老而減緩,營養(yǎng)物質(zhì)的消耗也隨之減小[2-3,17]。對照組的質(zhì)量損失率整體增長最快,處理組的質(zhì)量損失率增長較為緩慢,這表明毛茶提取液處理可以減緩蘋果質(zhì)量的下降速度。其中,8 mg/mL毛茶處理組對鮮切蘋果重量的維持較好(P<0.05),2、4 mg/mL毛茶處理組不存在顯著性差異(P>0.05)。

圖5 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果失重率的影響Fig.5 Effect of tea polyphenol extract of Maocha tea on weight loss rate of fresh-cut apple

2.3.3 不同處理對鮮切蘋果硬度的影響 硬度是評判鮮切果蔬質(zhì)量屬性的重要指標(biāo)之一。組織軟化隨即會發(fā)生刺激反應(yīng)、老化、腐敗等,其是造成鮮切蘋果貨架期縮短的主要原因[18]。由圖6可看出,處理組和對照組的鮮切蘋果的硬度在貯藏期間不斷下降,貯藏4～12 d,對照組的硬度下降速率最快,貯藏8 d后,毛茶提取液處理組的硬度得到了較好的維持,硬度值下降速率減緩。這可能是因為毛茶茶多酚提取物在鮮切蘋果貯藏后期可以阻隔其水分及營養(yǎng)物質(zhì)的流失,從而減緩了鮮切蘋果硬度值的降低。其中,2 mg/mL毛茶處理可以有效維持鮮切蘋果的硬度,4、8 mg/mL毛茶處理組不存在顯著差異(P>0.05),二者對硬度的保持效果好于對照組。

圖6 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果硬度的影響Fig.6 Effect of tea polyphenol extract of Maocha tea on the hardness of fresh-cut apple

2.3.4 不同處理對鮮切蘋果可滴定酸的影響 蘋果中含有豐富的有機酸,貯藏期間過程中可滴定酸的含量對果蔬的口味、風(fēng)味和貯藏特性有著重要影響[18],從圖7可知,各處理組的可滴定酸的含量整體呈下降趨勢,且對照組可滴定酸下降的速率最快,2、4 mg/mL毛茶茶多酚提取物處理組間不存在顯著差異(P>0.05),貯藏6 d后,4 mg/mL毛茶茶多酚提取物處理組鮮切蘋果內(nèi)可滴定酸含量高于8 mg/mL毛茶茶多酚提取物處理組，且差異顯著(P<0.05)。

圖7 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果可滴定酸的影響Fig.7 Effect of tea polyphenol extract of Maocha tea on titratable acid of fresh-cut apple

2.3.5 不同處理對鮮切蘋果可溶性固形物含量的影響 可溶性固形物是指果實體細(xì)胞液內(nèi)的多種營養(yǎng)成分及礦物質(zhì)等,以碳水化合物為主,是評判果實品質(zhì)、成熟程度的重要指標(biāo)[19]。從圖8可以看出,各處理組的鮮切蘋果中可溶性固形物含量隨著貯藏時間的增加而逐漸下降。貯藏期間,4 mg/mL毛茶處理組對鮮切蘋果中的可溶性固形物的維持程度較好,且在貯藏時間為2～6 d,2 mg/mL毛茶處理組的鮮切蘋果中的可溶性固形物下降速度最慢,毛茶處理組對鮮切蘋果中可溶性固形物的影響不存在顯著差異(P>0.05)。

圖8 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果可溶性固形物的影響Fig.8 Effect of tea polyphenol extract of Maocha tea on soluble solids of fresh-cut apple

2.3.6 不同處理對鮮切蘋果感官評分的影響 隨著貯藏時間的增加,鮮切蘋果的感官評分逐漸降低,其中4 mg/mL處理組的鮮切蘋果感官維持最好,分?jǐn)?shù)最高。2、8 mg/mL處理組的鮮切蘋果感官評分次之,對照組的鮮切蘋果感官品質(zhì)較差。從感官評分結(jié)果可以看出,毛茶茶多酚提取物濃度過高反而會影響鮮切蘋果的感官品質(zhì),這有可能是毛茶茶多酚提取物的濃度大時會對鮮切蘋果體內(nèi)自由基及抗氧化酶活性產(chǎn)生影響,導(dǎo)致其品質(zhì)下降,影響感官色澤;同時抑制了脂肪酸、氨基酸等次級代謝物生成途徑[20],進(jìn)而對鮮切蘋果的口感和風(fēng)味產(chǎn)生了不好的影響。

圖9 毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果感官的影響Fig.9 Effect of polyphenol extract of Maocha tea on the sensory of fresh-cut apple

3 結(jié)論

毛茶中提取茶多酚的最佳工藝條件為:提取時間65 min,提取溫度55 ℃,超聲頻率為65 kHz;該條件下實驗所得的提取物茶多酚的含量為19.312 mg/g。新鮮蘋果經(jīng)鮮切處理后,變暗速度增快,質(zhì)地軟化,水分及可滴定酸的含量會流失,某種程度上造成其感官品質(zhì)的下降。本實驗結(jié)果表明,不同濃度的毛茶茶多酚提取物對鮮切蘋果的保鮮起到了一定的效果,能延緩鮮切蘋果失重率及硬度的下降,還能減緩鮮切蘋果中可滴定酸等營養(yǎng)物質(zhì)的流失,同時較好地維持了鮮切蘋果的感官品質(zhì),綜合考慮,4 mg/mL的毛茶茶多酚提取物能很好地對鮮切蘋果進(jìn)行保鮮。此外,毛茶原料來源廣、成本低,將其應(yīng)用于鮮切果蔬保鮮方向有著更為廣闊的發(fā)展空間,同時有待于從基因表達(dá)等分子水平上深入研究毛茶茶多酚提取物對鮮切果蔬保鮮的作用研究機制,以期研發(fā)出一種綠色、高效的天然保鮮劑。