不同貯藏溫度下抹茶品質(zhì)變化及其貨架期預(yù)測

劉政權(quán)，張 惠，王會芳，肖志鵬，程淑華，張正竹

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室，安徽 合肥 230036）

抹茶是一種采用覆蓋栽培的茶樹鮮葉經(jīng)蒸汽（或熱風(fēng)）殺青后干燥制成的葉片為原料，經(jīng)研磨工藝加工而成的微粉狀產(chǎn)品[1]，因其具有粒徑小、色澤綠且?guī)в泻Ｌο愕奶卣鞫鴤涫芟M(fèi)者喜愛，目前被廣泛應(yīng)用于烘焙食品、茶飲料、乳制品等，近年市場發(fā)展迅速，為茶產(chǎn)業(yè)新的增長點。有研究表明，目前市場上70%的抹茶被作為茶食品配料使用，20%被用于飲料生產(chǎn)，另外有少量被應(yīng)用于如日化等其他行業(yè)[2-4]。但由于抹茶為微粉狀產(chǎn)品，與傳統(tǒng)茶葉相比在貯藏過程中更易受環(huán)境影響而發(fā)生氧化變質(zhì)[5-6]。

食品在貯藏過程中的品質(zhì)變化可通過化學(xué)動力學(xué)模型表達(dá)[7]。Rumaisa等[8]研究了不同干燥溫度對紅茶干燥特性的影響，得到水分含量與溫度間的Arrhenius常數(shù)和活化能；Dadali等[9]研究了微波功率和樣品量對茶葉微波干燥過程中顏色變化的影響，得到顏色變化的零級動力學(xué)模型和Arrhenius方程的指數(shù)表達(dá)式；蕭力爭等[10]研究了低溫狀態(tài)下綠茶在貨架期的品質(zhì)變化；陸陽[11]對檸檬涼茶在貯藏期內(nèi)的品質(zhì)成分進(jìn)行分析，得到樣品pH值和貯藏溫度間的關(guān)系，建立相關(guān)Arrhenius貨架期預(yù)測模型。目前有關(guān)抹茶貯藏品質(zhì)和貨架期的研究少有報道。如何快速有效地評估抹茶在貯藏期間品質(zhì)變化并準(zhǔn)確預(yù)測其貨架期顯得尤為重要。本實驗比較不同貯藏溫度下抹茶水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素含量、色澤、茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)、抗壞血酸含量和感官品質(zhì)的變化，分析各指標(biāo)間的相關(guān)性，在此基礎(chǔ)上對不同溫度條件下抹茶的貨架期進(jìn)行預(yù)測，以期為企業(yè)在生產(chǎn)、貯藏、運(yùn)輸和銷售過程中的品質(zhì)監(jiān)控提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

抹茶（中值粒徑為17.150 μm）購自浙江振通宏茶業(yè)有限公司。

2,6-二氯靛酚 上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司；白陶土西隴化工股份有限公司；乙二胺四乙酸二鈉、福林-酚試劑北京索萊寶科技有限公司；磷酸氫二鈉、丙酮、碳酸鈉、磷酸二氫鉀、抗壞血酸、茚三酮 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；實驗所用其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SPX-250生化培養(yǎng)箱 上海申賢恒溫設(shè)備廠；JM-A1002電子天平 余姚紀(jì)銘稱重校驗設(shè)備有限公司；AR224CN分析天平 奧豪斯儀器上海有限公司；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；SC-3610低速離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；GZX-9146 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；CR-400/410型色彩色差計日本美達(dá)能公司；SHZ-D（III）型循環(huán)真空泵 西安予輝儀器有限公司；UV-1600紫外分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

采用0.1 mm厚的聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）/鋁/聚乙烯（polyethylene，PE）的復(fù)合材料對抹茶包裝，每個包裝15 g，分別在4 個溫度（-18、4、25、37 ℃）條件避光保存210 d，每30 d取一次樣進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3.2 指標(biāo)測定

1.3.2.1 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定根據(jù)GB 5009.3ü2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分測定》[12]。

1.3.2.2 色差

利用色差計對抹茶色澤進(jìn)行檢測。選用L*a*b*色差系統(tǒng)，經(jīng)白板、黑板校正后，取抹茶置于透明比色皿中進(jìn)行檢測[13]。L值是明度指標(biāo)，L值越大說明物質(zhì)明度越亮。紅-綠度a為負(fù)值時，物體呈現(xiàn)綠色，而且負(fù)數(shù)的絕對值越大，綠色越深。黃-藍(lán)度b為正數(shù)時，表示物體為黃色，且數(shù)值越大黃色越深。色差的衍生色相值b/a絕對值越小，樣品色澤中綠色調(diào)占比越大。

1.3.2.3 抗壞血酸含量

抗壞血酸含量根據(jù)GB 5009.86ü2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》中的滴定法測定[14]。

1.3.2.4 茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)

根據(jù)GB/T 8313-2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》測定抹茶中茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)[15]。

1.3.2.5 水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)

水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定根據(jù)GB/T 8305-2013《茶水浸出物測定》[16]。

1.3.2.6 葉綠素含量

稱取0.10 g樣品放入25 mL容量瓶中，加入15 mL、體積分?jǐn)?shù)80%的丙酮溶液，并仔細(xì)將黏附在瓶壁邊緣的樣品碎末洗到丙酮溶液中，室溫下置暗處浸提過夜，期間搖動3 次。12 h后取出容量瓶，用體積分?jǐn)?shù)80%丙酮溶液定容至25 mL，離心后進(jìn)行比色，分別在663 nm和645 nm波長處測定葉綠素a、b的吸光度[17]，葉綠素含量為葉綠素a、b含量之和。

1.3.3 感官評價

由10 位有經(jīng)驗的審評員進(jìn)行感官評定，感官評價各指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。茶樣總體感官評分為40%外形（色澤）和60%內(nèi)質(zhì)（香氣、湯色、滋味）感官的評分之和[1,18]。

表 1 抹茶感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of matcha

1.3.4 抹茶貨架期預(yù)測模型的確定

對4 個不同貯藏溫度條件下抹茶的品質(zhì)指標(biāo)、感官得分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，得到與感官得分相關(guān)系數(shù)最高的品質(zhì)指標(biāo)，即為貯藏期間影響樣品貨架期的關(guān)鍵指標(biāo)，然后利用零級和一級動力學(xué)方程對關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行指數(shù)回歸分析。根據(jù)回歸方程的決定系數(shù)確定適合本實驗的動力學(xué)模型，并計算反應(yīng)常數(shù)得到Arrhenius方程，對不同貯藏溫度條件下抹茶的貨架期進(jìn)行預(yù)測。

在食品貯藏過程中，大多數(shù)與食品相關(guān)的品質(zhì)變化都遵循零級（公式（1））和一級（公式（2））反應(yīng)模式[19]。

式中：t為樣品的貯藏時間/d；B0為樣品的初始品質(zhì)指標(biāo)值；B為樣品貯藏td時的品質(zhì)指標(biāo)值；k為樣品品質(zhì)變化速率常數(shù)。

描述溫度依賴型反應(yīng)速率常數(shù)可用Arrhenius方程（公式（3））來描述，對式（3）取對數(shù)后得式（4）。

式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)；Ea為反應(yīng)的活化能/（J/mol）；T為絕對溫度/K；k0為回歸系數(shù)；R為氣體常數(shù)（8.314 J/（molgK））。

從式（4）中可以看到，lnk與1/T呈線性關(guān)系，直線斜率為-Ea/R，在Y軸上截距為lnk0。根據(jù)式（3）求得4 個貯藏溫度的速率常數(shù)后k后，以lnk對1/T作圖，計算出Ea和k0。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道[20-21]，并結(jié)合零級、一級動力學(xué)模型和Arrhenius方程，得到抹茶的貨架期一級動力學(xué)預(yù)測模型和零級動力學(xué)預(yù)測模型，分別見公式（5）、（6）。

式中：SL為貨架期/d。

1.3.5 貨架期預(yù)測模型的驗證

根據(jù)公式（5）、（6）得出相應(yīng)的貨架期預(yù)測模型，計算抹茶的貨架期，即為貨架期預(yù)測值，將預(yù)測值與實測值進(jìn)行比較，依據(jù)平均百分比相對誤差，驗證其貨架期預(yù)測模型的可應(yīng)用性。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，Origin 2017軟件繪制圖形，結(jié)果用±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 抹茶在不同溫度貯藏期間主要成分變化

2.1.1 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖 1 抹茶在不同溫度貯藏過程中的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig. 1 Changes in moisture content of matcha samples under different storage temperatures

水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)是衡量茶葉品質(zhì)的主要指標(biāo)[22]。如圖1所示，在不同溫度貯藏條件下，抹茶水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈上升趨勢，且貯藏溫度越高，茶樣的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增長越快。貯藏210 d后，-18、4、25、37 ℃貯藏組抹茶水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)由初始的（3.1±0.1）%分別增加至（4.49±0.15）%、（4.31±0.14）%、（5.82±0.19）%、（5.97±0.27）%。

2.1.2b/a值

圖 2 抹茶在不同溫度貯藏過程中的b/a變化Fig. 2 Changes in b/a of matcha samples under different storage temperatures

抹茶色澤中綠度是衡量抹茶品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[23]。由圖2可知，抹茶初始b/a值為-6.10，隨著貯藏時間的延長，溫度越高樣品的綠度下降速率越快。在貯藏末期，25 ℃實驗組的b/a值為-18 ℃實驗組b/a值的1.43 倍，且低溫條件（-18、4 ℃）貯藏組與其他兩組間存在顯著性差異（P＜0.05）。說明溫度對抹茶的b/a值具有顯著影響，其中-18 ℃和4 ℃條件下都可以較好地保持干茶色澤。

2.1.3 抗壞血酸含量

抗壞血酸能抑制茶葉的氧化劣變，其保留量與茶葉品質(zhì)變化程度密切相關(guān)[24]。如圖3所示，抹茶抗壞血酸的初始含量為（98.4±0.7）mg/100 g。隨著貯藏時間的延長，所有實驗組的抗壞血酸含量均有所下降，且貯藏溫度越高，下降速率越快。貯藏210 d后，-18 ℃條件下抹茶抗壞血酸的含量為（59.46±5.63）mg/100 g，是37 ℃貯藏組的1.80 倍。

圖 3 抹茶在不同溫度貯藏過程中的抗壞血酸含量變化Fig. 3 Changes in ascorbic acid content of matcha samples under different storage temperatures

2.1.4 茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖 4 抹茶在不同貯藏溫度貯藏過程中茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化Fig. 4 Changes in tea polyphenols content of matcha samples under different storage temperatures

茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)是衡量茶葉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[25]。由圖4可知，隨著貯藏時間延長，各組抹茶茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈下降趨勢，但各組間差異較小。25 ℃和37 ℃貯藏條件下，抹茶茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在60、30 d出現(xiàn)短時間上升趨勢，一方面可能是由于隨著含水量的增加，少量不溶的酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性茶多酚[26]；另一方面，可能是部分茶多酚的氧化產(chǎn)物短時間難以進(jìn)一步聚合而被還原，使得茶多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)出現(xiàn)短時的上升趨勢[27-28]。

2.1.5 水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖 5 抹茶在不同溫度貯藏過程中的抹茶水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig. 5 Changes in aqueous extract content of matcha samples under different storage temperatures

水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與茶葉品質(zhì)緊密相關(guān)，能反映茶葉品質(zhì)[29]。由圖5可知，在不同溫度貯藏條件下，隨貯藏時間延長，抹茶的水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體呈下降的趨勢，初始值均為（39.34±0.94）%，在貯藏210 d后，-18、4、25、37 ℃條件下抹茶水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)從初始（39.34±0.94）%分別下降至（36.41±1.19）%、（35.32±0.74）%、（36.24±0.88）%、（34.71±0.51）%。在整個貯藏過程中，各組抹茶水浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著。

2.1.6 葉綠素含量

圖 6 抹茶在不同溫度貯藏過程中葉綠素含量變化Fig. 6 Changes in chlorophyll content of matcha samples under different storage temperatures

葉綠素是構(gòu)成茶葉外形、湯色和葉底色澤的主要色素成分之一，性質(zhì)不穩(wěn)定，在貯藏條件下經(jīng)脫鎂、脫植基后形成脫鎂和脫植基葉綠素，產(chǎn)物再經(jīng)過氧化裂解生成水溶性的小分子無色物質(zhì)[24]。由圖6可知，樣品初始葉綠素含量為（5.27±0.23）mg/g，在貯藏過程中各組抹茶葉綠素含量快速下降，90 d時不同溫度處理組間的葉綠素含量均存在顯著性差異（P＜0.05）。

2.1.7 感官評定結(jié)果

對食品進(jìn)行感官評價可以精確地判斷其貨架期[30]。貯藏初期抹茶色澤鮮綠明亮，湯色濃綠，覆蓋香明顯，滋味鮮醇。如圖7所示，隨著貯藏時間的延長，各組抹茶之間的感官評分差異增大：外形色澤逐漸變黃，湯色黃變，帶粗陳氣，鮮感下降。在貯藏30 d后，37 ℃和-18 ℃實驗組的外形和內(nèi)質(zhì)得分差異明顯，說明37 ℃實驗組的抹茶品質(zhì)變化較大。當(dāng)貯藏60 d后，37 ℃和25 ℃感官評分下降，其中37 ℃和25 ℃條件下抹茶的外形（色澤）得分下降較其他兩組明顯，4 ℃和-18 ℃實驗組間差異不明顯。在貯藏90 d后，-18 ℃實驗組的抹茶色澤得分均高于其他3 個實驗組。因此，在短期貯藏時，4 ℃和-18 ℃均可較好地維持抹茶感官品質(zhì)，延緩其下降速率；在長期貯藏時，-18 ℃條件能夠更好地保持抹茶品質(zhì)。

圖 7 不同溫度貯藏抹茶感官總體評分的變化Fig. 7 Changes in sensory evaluation of matcha samples under different storage temperatures

2.2 抹茶貨架期預(yù)測模型的建立

2.2.1 抹茶在貯藏期間理化指標(biāo)和感官評分之間的相關(guān)性

由表2可知，不同貯藏溫度下感官評價分、理化指標(biāo)互相之間的相關(guān)系數(shù)基本大于0.85，說明各理化指標(biāo)之間的相關(guān)性較好。除水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)外，其他指標(biāo)之間均呈正相關(guān)關(guān)系。在所有指標(biāo)中，-18、4、25、37 ℃下水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素含量與感官評分之間的相關(guān)性顯著或極顯著，相關(guān)系數(shù)分別為-0.975、0.980；-0.960、0.983；0.975、0.980；0.939、0.987。因此將水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量作為影響抹茶品質(zhì)和貨架期動力學(xué)預(yù)測模型的關(guān)鍵因素。在不同貯藏溫度下，抹茶中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與葉綠素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），根據(jù)GB/T 34778ü2017《抹茶》，抹茶水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過6%，故設(shè)置水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%為貯藏的終點；另外，根據(jù)前述檢測結(jié)果顯示，當(dāng)葉綠素含量低于4 mg/g時樣品感官評分最低，不再有市售抹茶特征，將其定為抹茶貨架期達(dá)到終點。

表 2 抹茶在貯藏期間理化指標(biāo)和感官評分之間的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 2 Pearson correlation coefficients between physicochemical indexes and sensory score of matcha during storage

2.2.2 反應(yīng)級數(shù)的確定

表 3 抹茶在不同貯藏溫度下品質(zhì)變化的動力學(xué)模型參數(shù)Table 3 Kinetic model parameters for quality changes of matcha at different storage temperatures

大多數(shù)食品的品質(zhì)變化都遵循零級或一級反應(yīng)動力學(xué)方程[31]。擬對關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到反應(yīng)速率常數(shù)和決定系數(shù)。由表3可知，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的零級動力學(xué)模型的決定系數(shù)之和為3.406 7，比一級動力學(xué)模型的決定系數(shù)（2.923 3）大；而葉綠素含量的零級動力學(xué)模型的決定系數(shù)之和為3.515 1，比一級動力學(xué)模型的決定系數(shù)（3.598 5）小。因此，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用零級動力學(xué)模型，葉綠素含量選用一級動力學(xué)模型。

2.2.3 抹茶在貯藏期間水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量的貨架期預(yù)測模型

根據(jù)不同貯藏溫度條件下水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量隨時間的變化規(guī)律，建立動力學(xué)預(yù)測模型。以lnk為y值、1/T為x值作Arrehenius曲線，結(jié)果見表4。

表 4 以水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量為指標(biāo)的Arrehenius方程Table 4 Arrehenius equations for moisture and chlorophyll contents

由表4中線性方程計算得到，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量變化對應(yīng)的活化能Ea分別為10 269.77 kJ/mol和7 140.86 kJ/mol，指前因子k0分別為0.659 4和0.026 2。不同貯藏溫度條件下抹茶的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量變化的Arrhenius方程曲線的R2值均大于0.90。通過式（5）、（6）可得出，以水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（公式（7））和葉綠素含量（公式（8））為標(biāo)準(zhǔn)的貨架期模型。

根據(jù)得到貨架期預(yù)測方程，當(dāng)確定貯藏溫度和初始狀態(tài)及最終狀態(tài)，即可計算某一確定溫度下抹茶的貯藏時間，可對樣品的進(jìn)行貨架期的預(yù)測。另外，也可根據(jù)抹茶的貯藏溫度、初始狀態(tài)和貯藏時間，計算出在已知貯藏溫度條件下貯藏一段時間后的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量，對抹茶的品質(zhì)變化進(jìn)行監(jiān)測。

2.3 抹茶貨架期預(yù)測模型的驗證及貨架期的預(yù)測

表 5 不同貯藏溫度下各品質(zhì)指標(biāo)的貨架期預(yù)測及實測值Table 5 Shelf life prediction based on different quality indexes at different storage temperatures

根據(jù)GB/T 34778ü2017以及感官評價結(jié)果，將水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過6%或葉綠素含量低于4 mg/g作為貨架壽命的終點，利用建立的抹茶貨架期預(yù)測模型對-18～37 ℃貯藏溫度下的貨架期進(jìn)行預(yù)測。表5為-18、4、25、37 ℃貯藏條件下，以抹茶水分和葉綠素含量為指標(biāo)，將貨架期的實測值和預(yù)測值進(jìn)行比較的結(jié)果。

由表5得到，本實驗建立的抹茶貨架期的預(yù)測模型預(yù)測值誤差在10%以內(nèi)，因此可以用來預(yù)測不同貯藏溫度下抹茶的品質(zhì)和貨架期。綜合本實驗建立的抹茶貨架期預(yù)測模型可以為抹茶貯藏期品質(zhì)變化提供一定的理論指導(dǎo)。

3 結(jié) 論

本實驗研究了抹茶在-18、4、25、37 ℃不同貯藏溫度條件下感官和理化特性的變化規(guī)律，并建立相應(yīng)的預(yù)測動力學(xué)模型。實驗結(jié)果顯示：隨著貯藏時間的延長，在4 種不同溫度貯藏條件下，抹茶的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸上升，而其感官評分、葉綠素含量、綠度、茶多酚含量、抗壞血酸含量與之相反。低溫條件有利于抹茶的貯藏，對葉綠素脫鎂和綠度降低等有延緩作用，且其葉綠素含量與25 ℃和37 ℃條件下存在顯著性差異（P＜0.05）。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，不同貯藏溫度條件下，抹茶的感官評分、理化指標(biāo)互相間的Pearson系數(shù)基本大于0.85，其中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與感官評分呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），其他理化指標(biāo)之間互相均呈正相關(guān)關(guān)系；在不同溫度貯藏條件下，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉綠素含量與感官評分間的相關(guān)系數(shù)均較其他指標(biāo)大，因此選擇水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量作為貨架期預(yù)測模型的指標(biāo)；以這兩個指標(biāo)建立不同貯藏溫度抹茶貨架期預(yù)測的動力學(xué)模型，分模型驗證結(jié)果顯示，理論預(yù)測值與實際值相對誤差為10%以內(nèi)，說明模型可靠。因此，根據(jù)抹茶在貯藏期間的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素含量建立的預(yù)測模型能夠較好地預(yù)測-18～37 ℃溫度條件下抹茶的貨架期，為預(yù)測和監(jiān)控抹茶在貯藏期間的貨架期提供理論參考。