沖泡條件對‘修水化紅’甜橙皮茶總黃酮含量的影響及茶的揮發性風味成分分析

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(1.江西農業大學食品科學與工程學院,江西省發展與改革委員會農產品加工與安全控制工程實驗室,江西南昌 330045;2.江西共青江中食療科技有限公司,江西九江 332020;3.萍鄉學院,江西萍鄉 337000)

‘修水化紅’是江西省一種特色甜橙類水果,主要種植在贛西北的九江修水地區,具有500多年的種植歷史,其味道鮮美,甜而略酸,深受廣大消費者的喜愛。研究表明‘修水化紅’果實具有健胃消食、止咳化痰、寬中消油膩等生物活性,皮可入藥,是一種特色的保健柑橘類水果[1]。當前‘修水化紅’果實除了鮮食,還經常用于加工果干片、果醬、果糕等產品,其中果干片是‘修水化紅’最普遍的加工產品,經常以沖泡的形式食用。同時民間也多采用‘修水化紅’果皮加工成茶類產品沖泡或藥用。研究表明黃酮類化合物是柑橘果實中主要的功能活性成分之一,具有抗氧化、抗炎癥、抗癌、抗病毒等多種生物活性[2]。本團隊在前期研究發現,‘修水化紅’果皮總黃酮含量為9～10 mg蘆丁(RT)/gDW左右,橙皮苷含量為30～35 mg/gDW左右,且果皮橙皮苷含量高于同時期采收的南豐蜜桔早熟系果皮、新余蜜橘果皮、三湖紅橘果皮等的橙皮苷含量,黃酮類物質含量豐富[3-4]。因此,闡明不同沖泡條件對‘修水化紅’皮茶的主要生物活性物質-總黃酮的影響有著重要的意義。

食品組分的浸出是一個復雜的過程,與物料、溶劑及浸出條件密切相關[5]。研究表明,沖泡料水比、水質、沖泡溫度、沖泡時間及沖泡次數等因素均能影響多酚、黃酮等植物生物活性物質的浸出[6-7],且呈現一個綜合的調控作用。李志英等[8]試驗結果表明沖泡容器、水質、溫度及時間均會影響陳皮中橙皮苷的浸出,采用紫砂壺、礦泉水且在高溫長時間沖泡下利于提高橙皮苷的浸出率。

此外,揮發性風味是評價茶葉與花茶飲品的主要品質指標,對茶葉品質貢獻率達25%～40%左右,人們喜愛飲用各類茶湯的一個主要原因是沖泡后所揮發的香氣[9]。茶的香氣是茶中各種揮發性風味成分綜合作用的效果與體現,對茶與茶湯的揮發性風味成分進行測定與分析可以比較直觀的體現其香氣[10]。頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜連用(HS-SMPE-GC-MS)技術能夠對揮發性風味成分進行提取、定性與定量分析,是當前用于提取和鑒定食品或農產品中的揮發性風味的主要技術。HS-SMPE-GC-MS技術無需有機溶劑、操作簡單、重現性與準確度高,國內外研究人員采用此技術研究了李、葡萄、菠蘿、楊桃、榴蓮等水果的揮發性成分的含量和種類[11]。

當前,關于‘修水化紅’皮中的主要的生物活性成分-總黃酮在沖泡過程中的變化規律鮮有研究,‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分也未見相關報道。因此,本論文主要研究沖泡料水比、水質、沖泡溫度、沖泡時間、沖泡次數對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響,重點建立沖泡溫度-時間、沖泡溫度-次數與總黃酮含量之間的關系與回歸方程,并采用HS-SPME-GC-MS技術對‘修水化紅’皮茶的揮發性風味成分進行測定與分析,旨在為科學沖泡‘修水化紅’皮及其茶飲料的加工提供一定的理論依據,促進‘修水化紅’皮的資源開發利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘修水化紅’甜橙果實 2016年10月10日采摘于江西省修水縣西港鎮基地,選擇樹齡、樹勢與結果基本相同的果樹并從樹冠中部外圍采集形狀大小均一的果實,采摘后當天運回實驗室置于7～10 ℃的冷庫中保存;超純水、蒸餾水 實驗室自制;純凈水(桶裝) 南昌市三康食品廠;礦泉水 潤田礦泉水;天然水 農夫山泉天然飲用水;蘆丁(RT,純度≥98%) 北京索萊寶科技有限公司;硝酸鋁、亞硝酸鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

Sp-754PC型紫外可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司;DVB/CAR/PDMS(Gray/plain Hub)固相微萃取纖維頭 美國Supelco公司;6890N-5975氣相色譜質譜聯用儀 安捷倫科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的預處理 取用‘修水化紅’果皮,60 ℃熱風干燥,磨粉并過60目(0.25 mm)篩備用。

1.2.2 料水比對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響 稱取0.5 g左右的‘修水化紅’皮置于150 mL錐形瓶中,分別按1∶50、1∶75、1∶100、1∶125、1∶150、1∶175 (g/mL)的比例加入70 ℃的蒸餾水,后置于70 ℃水浴條件下靜置10 min,取出立即抽濾,收集濾液測定總黃酮含量。

1.2.3 水質對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響 稱取0.5 g左右的‘修水化紅’皮置于150 mL錐形瓶中,按1∶125 (g/mL)的比例分別加入70 ℃的超純水、蒸餾水、純凈水、自來水、礦泉水與天然水,后置于70 ℃水浴條件下靜置10 min,取出立即抽濾,收集濾液測定總黃酮含量。

1.2.4 沖泡溫度-時間對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響 稱取0.5 g左右的‘修水化紅’皮置于150 mL錐形瓶中,按1∶125 (g/mL)的比例分別加入60、70、80、90及100 ℃的蒸餾水,后分別置于60、70、80、90及100 ℃水浴條件下各靜置2、4、6、8、10、12及14 min,取出立即抽濾,收集濾液測定總黃酮含量。

1.2.5 沖泡溫度-次數對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響 稱取0.5 g左右的‘修水化紅’皮置于150 mL錐形瓶中,按1∶125 (g/mL)的比例分別加入60、70、80、90及100 ℃的蒸餾水,后分別置于60、70、80、90及100 ℃水浴條件下各靜置14 min,取出立即抽濾,收集濾液(第1次沖泡的茶)測定總黃酮含量,分出濾渣并置于60 ℃烘箱下干燥至恒重,后取置于150 mL錐形瓶,按1∶125 (g/mL)的比例分別加入不同的溫度蒸餾水,后分別置于不同溫度的水浴條件下各靜置14 min,取出立即抽濾,收集濾液(第2次沖泡的茶)測定總黃酮含量,分出濾渣并置于60 ℃烘箱下干燥至恒重,之后再重復上述沖泡、抽濾等步驟至第6次沖泡結束。

1.2.6 總黃酮的測定 總黃酮的測定方法參照周明等[3]進行。具體如下:吸取10 mL‘修水化紅’茶置于25 mL具塞試管中,加入1 mL 5%的亞硝酸鈉溶液,室溫避光靜置反應6 min,后加入1 mL 10%的硝酸鋁溶液,再靜置反應6 min,最后加入4 mL 4%氫氧化鈉溶液并用60%的乙醇定容至刻度,渦旋振蕩后靜置15 min,以60%乙醇為空白對照,測定反應液在510 nm的吸光度。以蘆丁作標曲,計算‘修水化紅’茶中的類黃酮含量。

1.2.7 ‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分的測定

1.2.7.1 頂空固相微萃取 頂空固相微萃取方法參照移蘭麗等[12]進行,略有改動。稱取0.1 g‘修水化紅’皮粉于頂空萃取瓶中并放入轉子,后立即加入12.5 mL 100 ℃剛沸騰的蒸餾水進行沖泡(沖泡時間10 min，沖泡次數1次),并用硅橡膠加蓋密封,置于60 ℃恒溫水浴磁力攪拌器中平衡20 min,后用已老化的DVB/CAR/PDMS 50/30 μm 3層固相微萃取頭在60 ℃下萃取40 min富集‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分,萃取纖維頭在GC進樣口解析5 min后立即進行GC-MS分析。

1.2.7.2 氣相色譜-質譜連用分析 GC-MS條件參照魯珍等[13]的方法設置。 GC條件:J&WDB-石英毛細柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);以He為載氣,恒定流速為1.0 mL/min,不分流;程序升溫:初始溫度40 ℃,保持4 min;然后以3 ℃/min升至50 ℃,再以5 ℃/min的速率升溫至160 ℃,最后以8 ℃/min的速率升溫到230 ℃,保持8 min。MS條件:電離方式為EI,電子能量70 eV;發射電流350 μA;接口溫度250 ℃,離子源溫度230 ℃;掃描質量范圍為33～450 u。

1.2.7.3 物質鑒定 揮發性風味成分的試驗數據由GC-MS分析軟件系統處理完成。通過檢索NIST11質譜譜庫對揮發性風味化合物進行定性,正反匹配度大于80%的物質才作為鑒定結果。后根據峰面積歸一化法計算出‘修水化紅’皮茶中揮發性風味成分的相對含量。

1.3 數據分析

數據均重復測定3次,測定結果以平均值±標準差表示,采用Origin 8.5軟件進行繪圖,使用SPSS 20.0統計軟件對試驗數據進行方差分析,采用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 料水比對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響

料水比對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響如圖1所示。隨著料水比的增大,‘修水化紅’皮茶總黃酮含量越大。在料水比1∶125 (g/mL)之前,總黃酮含量均差異顯著(P<0.05),且在料水比1∶50～1∶75 (g/mL)之間,總黃酮含量變化速度最快,沖泡時料水比達到1∶125 (g/mL)后,‘修水化紅’皮總黃酮含量均差異不顯著(P>0.05),維持在8.0 mg RT/g DW左右。因此,1∶125 (g/mL)是‘修水化紅’皮沖泡時適宜的料水比,能使‘修水化紅’皮總黃酮充分浸出,若繼續增大料水比沖泡,可能對‘修水化紅’皮茶的滋味及風味形成有抑制的作用。隨著料水比的增大,傳質阻力變小,活性物質擴散速度變快,直接導致‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的增大,料水比在1∶125 (g/mL)后,黃酮擴散速率可能會不再增加,導致‘修水化紅’皮茶總黃酮含量變化較小[14]。

圖1 料水比對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響Fig.1 Effect of ratio of material to water on the total flavonoids contents of ‘Xiushui Huahong’ peel tea注:不同小寫字母表示數據差異顯著(P<0.05);圖2～圖3同。

2.2 水質對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響

水質對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響見圖2。從圖2中可以看出,采用礦泉水沖泡的總黃酮含量最高,達7.85 mgRT/gDW,與其他5種沖泡水均差異顯著(P<0.05),而采用超純水、蒸餾水、自來水及天然水沖泡的總黃酮含量之間均差異不顯著(P>0.05),具體按總黃酮含量大小排序依次為:礦泉水>純凈水>自來水>蒸餾水>天然水>超純水。對比得出,在日常生活中,有條件可以采用礦泉水沖泡‘修水化紅’皮,利于總黃酮的浸出。

圖2 水質對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響Fig.2 Effect of water quality on the total flavonoids contents of ‘Xiushui Huahong’peel tea

尹軍峰[15]在研究水質對龍井茶品質成分的影響時發現，采用礦泉水沖泡龍井茶的蘆丁含量略高于純凈水,在本研究中也得到了類似的結論,采用礦泉水沖泡的‘修水化紅’皮總黃酮含量最高,其次是純凈水?；钚晕镔|的浸出量高低主要可能與飲用水的pH及鈣、鎂等礦物質含量相關,礦物質可能會和活性物質發生絡合反應[16],其中鈣離子可以降低茶葉中苦味物質-咖啡堿在茶中的溶出,使其沉降在茶殘渣中[17]。Zhang等[18]比較純凈水、自來水、礦泉水等pH與礦物質含量及其對福鼎白茶中四種主要的兒茶素溶出量影響時，發現純凈水沖泡時兒茶素含量最高,其次是礦泉水、自來水,這與本實驗在‘修水化紅’皮茶中的研究結果不一致,分析原因可能是不同活性物質與水中的礦物質反應結合程度不一致或不同地區與品牌的水質組成不一致。本試驗僅研究了不同水質沖泡下‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的差異,關于其變化機制還有待進一步研究。

2.3 沖泡溫度-時間對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響

由圖3可知,隨著沖泡時間的延長,不同溫度下‘修水化紅’皮總黃酮含量均是先快速上升后逐漸穩定。在60、70、80、90、100 ℃時,當沖泡時間分別達到12、12、10、10、8 min后,‘修水化紅’皮總黃酮含量差異不顯著(P>0.05)。

圖3 沖泡溫度-時間對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響Fig.3 Effect of brewing temperature and time on the total flavonoids contents of ‘Xiushui Huahong’ peel tea

沖泡溫度是影響總黃酮浸出的主要因素。本試驗中,在相同沖泡時間下,不同沖泡溫度下的‘修水化紅’皮總黃酮含量表現出較大的差異。Castiglioni等[19]研究沖泡水溫對5種茶葉總黃酮浸出的影響時發現,90 ℃,7 min沖泡條件下的5種茶總黃酮含量均顯著(P<0.05)高于70 ℃,7 min條件下,這與本研究結果類似。Liu等[20]研究了沖泡溫度、時間、料水比、原料粒度等對綠茶功能活性物質的含量時發現,增大沖泡溫度和延長沖泡時間均能提高黃酮類物質含量的浸出,也與本論文研究結果相同。相同沖泡時間下的總黃酮浸出量隨著沖泡溫度的上升而增大,分析原因可能是溫度的上升促進分子間的運動而利于修水化紅皮總黃酮的浸出,也有可能是溫度上升促進了黃酮類物質的溶解度變大[21]。

總體上,提高沖泡溫度和適當延長沖泡時間有利于‘修水化紅’皮總黃酮的浸出。

表1 不同溫度下沖泡時間與‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的關系Table 1 Relationship between different brewing time and total flavonoids content of ‘Xiushui Huahong’peel tea under different temperature

2.4 沖泡溫度-次數對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響

從表2可以看出,隨著沖泡次數的增多,不同沖泡溫度下的‘修水化紅’皮總黃酮含量均呈降低的趨勢。60 ℃下,第4次沖泡后總黃酮含量差異不顯著(P>0.05),維持在較低水平,前3次總黃酮總量為6次浸出總量的95.62%,而在70、80、90、100 ℃下,第5次沖泡后總黃酮含量表現出不顯著的差異(P>0.05),維持在較低水平,前4次總黃酮總量分別為6次浸出總量的98.17%、95.47%、95.38%、98.27%。在第1次～第3次沖泡時,總黃酮含量隨著溫度的增加也逐漸升高,但在第4次～第6次沖泡時,隨著溫度的升高,‘修水化紅’皮茶總黃酮含量先呈上升的趨勢,隨后降低?？傮w而言,‘修水化紅’皮沖泡次數過多,總黃酮含量降低,此外可能還會影響茶的風味及口感。

表2 沖泡溫度-次數對‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的影響Table 2 Effect of brewing temperature and times on the total flavonoids contents of ‘Xiushui Huahong’peel tea

表3 不同溫度下沖泡次數與‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的關系Table 3 Relationship between different brewing times and total flavonoids contents of ‘Xiushui Huahong’peel tea under different temperature

2.5 ‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分的鑒定

本文在‘修水化紅’皮茶中共鑒定出39種風味物質,結果見表4。在39種揮發性風味成分中,D-檸檬烯相對含量最高,達42.37%,其次是芳樟醇,達20.45%,相對含量最低的是正十六烷,僅為0.18%。從表5可以看出,‘修水化紅’皮茶揮發性風味物質主要包括萜烯烴類、烷烴類、醇類、醛類、酯類及酮類等6類化合物,主要是萜烯烴類和醇類,相對含量分別為51.79%、33.12%,在‘修水化紅’皮茶整體風味的呈現中發揮較為重要的作用。在茶揮發性風味成分中,鑒定出兩種酮類物質,相對含量僅為1.07%,但其中不飽和酮類的6-甲基-5-庚烯-2-酮,具有新鮮的清香和典型的柑橘香氣,香味持久。此外,在‘修水化紅’皮茶中還鑒定出4種烷烴類物質,總相對含量達1.89%,但其香氣較淡甚至無香氣,對于‘修水化紅’皮茶整體風味的呈現作用較低。

表4 ‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分分析Table 4 Analysis of volatile flavour compounds of ‘Xiushui huahong’ peel tea

表5 ‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分種類及相對含量Table 5 Types and contents of volatile flavour compounds of ‘Xiushui Huahong’ peel tea

‘修水化紅’皮茶的揮發性風味主要來源于‘修水化紅’皮本身的香氣及沖泡過程中產生的風味。當前研究中,對柑橘皮沖泡香氣研究較少,本試驗首次采用HS-SPME-GC-MS鑒定出‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分，同大部分柑橘鮮樣及干制品相同,萜烯烴類也是‘修水化紅’皮茶主要的揮發性風味成分,其中D-檸檬烯含量最高。在‘修水化紅’皮茶中,鑒定出了右旋香芹酮和α-松油醇,其相對含量分別為0.45%、5.25%。研究表明右旋香芹酮、α-松油醇分別是D-檸檬烯與芳樟醇的降解產物,會產生不愉快的風味,對柑橘的整體風味起到負面的影響[22]。張弛等[23]認為熱處理會促進蜜柑汁α-松油醇的相對含量增加,因此推測‘修水化紅’皮茶中高相對含量的α-松油醇可能是熱沖泡或‘修水化紅’皮干燥過程產生的。研究表明一些醇類物質具有令人歡悅的香氣,其中不飽和醇的香氣閾值較低,對物料整體的香氣貢獻較大[24],在‘修水化紅’皮茶揮發性風味成分中,萜烯醇類的芳樟醇相對含量又高,達20.45%,能賦予茶典型的柔和香味。此外,‘修水化紅’皮茶中鑒定出相對含量達2.35%的酯類物質,其能賦予‘修水化紅’皮茶獨特的酯香氣,產生比較柔和的果香味[25]。

3 結論

綜上所述,沖泡料水比、水質、沖泡溫度、沖泡時間、沖泡次數均能在不同程度影響‘修水化紅’皮茶的總黃酮含量。在沖泡料水比1∶125、水質為礦泉水、100 ℃沸水等條件下沖泡‘修水化紅’皮8～10 min后，飲用茶中總黃酮含量高。不同溫度下,沖泡時間、沖泡次數與‘修水化紅’皮茶總黃酮含量的關系可以用回歸方程擬合,根據沖泡條件可以預測茶總黃酮含量。在100 ℃沸水沖泡的‘修水化紅’皮茶中共鑒定出39種風味物質,其中以D-檸檬烯相對含量最高,揮發性風味物質主要包括萜烯烴類、烷烴類、醇類、醛類、酯類及酮類等6類化合物,主要是萜烯烴類和醇類。

總黃酮含量和揮發性風味成分是影響‘修水化紅’皮茶生物活性及口感風味的主要組分。本研究闡述了‘修水化紅’皮在沖泡過程中的總黃酮含量變化規律及其茶湯的揮發性風味成分組成,可為科學沖泡‘修水化紅’皮和飲茶提供實踐性指導,也可為‘修水化紅’皮茶飲料的加工和茶湯滋味風味成分提供一定的理論依據,最終促進‘修水化紅’果實的開發利用和當地經濟的可持續發展。本論文僅僅研究了黃酮和揮發性風味成分在沖泡過程中的變化,后續將繼續研究氨基酸、色素、多酚、多糖等成分在‘修水化紅’皮沖泡過程中變化規律,并分別對比研究‘修水化紅’皮沖泡香氣、茶湯香氣、茶底香氣、干茶香氣及沖泡過程中揮發性風味成分變化,同時開展‘修水化紅’皮冷泡茶工藝研究,最終提高‘修水化紅’皮茶湯品質并發揮其沖泡價值。