茶是世界上暢銷的飲品之一，茶多酚是茶葉的主要生物活性成分，具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤、降糖、調(diào)節(jié)腸道菌群和調(diào)節(jié)代謝疾病等多種生理功能。茶多酚是茶樹(shù)體內(nèi)多元酚類混合物的總稱，是構(gòu)成茶湯滋味的主要組分。茶多酚粉末呈淡黃色至茶褐色，味澀，易溶于水及甲醇、乙醇、乙酸乙酯等溶劑，微溶于油脂，不溶于苯、氯仿、石油醚。茶多酚具有吸濕性、耐熱性及耐酸性好的特點(diǎn)，在pH 2~7范圍內(nèi)穩(wěn)定，目前已從茶多酚類物質(zhì)中分離出多種化學(xué)成分，主要包括：兒茶素類(含量最多，占茶多酚總量的70%以上)，黃酮類，花青素和花白素類、酚酸和縮酚酸類四大類化合物。
茶多酚作為一類天然抗氧化活性物質(zhì)，不僅可以清除自由基，活性氧等直接導(dǎo)致氧化損傷的細(xì)胞產(chǎn)物，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)多種酶蛋白及信號(hào)通路中靶蛋白的表達(dá)，包括細(xì)胞中的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、核轉(zhuǎn)錄因子2(Nrf2)等，從而提高細(xì)胞的抗氧化能力，預(yù)防氧化損傷。此外，茶多酚還有抗炎、抗癌、降血糖、改善胰島素抵抗等功能。茶多酚有著較強(qiáng)的還原性，容易在空氣中被氧化，導(dǎo)致其變色并失去活性。實(shí)驗(yàn)利用茶多酚在堿性水溶液中，其苯環(huán)結(jié)構(gòu)以及酚羥基間能通過(guò)氫鍵、π-π相互作用等形成超分子納米球的原理，將茶多酚制成納米粉，可以使其在空氣中更穩(wěn)定不易氧化，從而提高茶多酚的生物應(yīng)用范圍，拓展茶多酚在生命健康領(lǐng)域功能食品中的應(yīng)用。
功能性泡騰片因其體積小、攜帶方便、易于存放，運(yùn)輸成本低、即沖即飲、均勻度好及生物利用率高等優(yōu)勢(shì)，且符合現(xiàn)代人追求營(yíng)養(yǎng)健康的飲食需求，成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。泡騰片最早應(yīng)用在醫(yī)藥領(lǐng)域，國(guó)外在上世紀(jì)70年代就有泡騰片產(chǎn)品銷售。泡騰片利用有機(jī)酸和堿式碳酸(氫)鹽反應(yīng)做泡騰崩解劑，置入水中，即刻發(fā)生泡騰反應(yīng)，生成并釋放大量的二氧化碳?xì)怏w，與普通片劑或者固體飲料粉末相比，崩解的速度快，在冷水中也能快速溶解，有著服用方便、起效迅速、生物利用度高的優(yōu)勢(shì)，在制藥領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，并逐漸向食品行業(yè)拓展。泡騰片兼?zhèn)淞斯腆w與液體兩種制劑的特點(diǎn)，在食品行業(yè)中，泡騰片的出現(xiàn)可以拓寬非傳統(tǒng)固體飲料的產(chǎn)品種類。憑借著應(yīng)用廣泛、方便攜帶的特點(diǎn)、有趣的飲用方式及豐富獨(dú)特的風(fēng)味口感，泡騰片固體飲料可成為符合現(xiàn)代人要求的飲料產(chǎn)品之一，擁有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
目前有關(guān)茶多酚自組裝泡騰片制備工藝研究還鮮有報(bào)道，研究旨在開(kāi)發(fā)一種功能性泡騰片，首先將茶多酚溶于水中并用碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH使體系測(cè)定達(dá)到納米級(jí)別，并通過(guò)噴霧干燥制備得到茶多酚納米粉末，再以感官評(píng)分和崩解時(shí)限為考察指標(biāo)，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化茶多酚泡騰片制備配方，以期為茶多酚的高值化利用提供技術(shù)參考，也為茶制品的新質(zhì)生產(chǎn)創(chuàng)新提供新思路和方向。
01材料與方法
1、試驗(yàn)材料
茶多酚粉末(純度98%，安徽紅星藥業(yè)股份有限公司)、檸檬酸(河北仟盛生物科技有限公司)、羧甲基纖維素鈉(河南中辰生物科技有限公司)、聚乙二醇-6000(山東瑞生輔料有限公司)、食用鹽(中鹽上海市鹽業(yè)有限公司)、蔗糖(上海德福糖業(yè)有限公司)、玉米淀粉(福建塞翁福食品股份有限公司)、碳酸鈉和碳酸氫鈉(山東樂(lè)暢調(diào)味品有限公司)。實(shí)驗(yàn)所用原料均為食品級(jí)。
2、儀器與設(shè)備
DFY-600C搖擺式高速萬(wàn)能粉碎機(jī)(上海風(fēng)褚實(shí)業(yè)有限公司)、DynaPro NanoStar動(dòng)態(tài)光散射儀(DLS，美國(guó)懷雅特技術(shù)公司)、FA2004 電子天平(佑科儀器儀表有限公司)、TDP-5T壓片機(jī)(廣州市大祥電子機(jī)械設(shè)備有限公司)、GY-XYGZJ小型噴霧干燥機(jī)(上海歸永電子有限公司)。
3、試驗(yàn)方法
(1)茶多酚納米粉末的制備
參考以前的研究，將茶多酚溶于水中，濃度為1 mol/L，用碳酸鈉將溶液調(diào)至pH=8，在攪拌下進(jìn)行自組裝反應(yīng)，溶液的顏色由淺黃色變至黃棕色，發(fā)生變色即代表進(jìn)行了自組裝反應(yīng)，攪拌至顏色不再變化，即制得茶多酚納米自組裝原料。待茶多酚完成自組裝后進(jìn)行噴霧干燥，進(jìn)料溫度控制在80 ℃，氣流速度控制在1~3 m/s之間，以促進(jìn)快速干燥。待完全干燥后(含水率3%~8%)，將所得粉末過(guò)80目篩，收集過(guò)篩后的產(chǎn)品于密封袋中保存。
(2)茶多酚泡騰片的制備
采用干法制粒方式，先將酸源(檸檬酸)和堿源(碳酸氫鈉)分別與茶多酚納米粉、甜味劑(蔗糖)和粘合劑(羧甲基纖維素鈉)混合，分別制得酸粒和堿粒。再將酸粒、堿粒混合并加入填充劑(玉米淀粉)、潤(rùn)滑劑(聚乙二醇-6000)和引濕劑(食用鹽)，均勻混合后用壓片機(jī)進(jìn)行壓片，片劑經(jīng)干燥后即得茶多酚納米泡騰片，控制單片重量在1.5±0.1 g。試驗(yàn)中各物質(zhì)的添加量以質(zhì)量百分比計(jì)。
(3)單因素實(shí)驗(yàn)
a、崩解劑酸堿比的確定
固定茶多酚納米粉添加量40%、崩解劑添加量45%、蔗糖添加量1.5%、聚乙二醇 6000添加量3%、食用鹽添加量1%、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)添加量3%，其余部分用玉米淀粉填充，酸堿比按照1∶0.6、1∶0.8、1∶1.0、1∶1.2、1∶1.4、1∶1.6的質(zhì)量比進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，以崩解時(shí)限和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定崩解劑酸堿比。
b、茶多酚納米粉添加量的確定
固定崩解劑添加量為45%、崩解劑酸堿比1∶1.25、蔗糖添加量1.5%、聚乙二醇6000添加量3%、食用鹽添加量1%、CMC-Na添加量3%，分別按32.5%、35%、37.5%、40%、42.5%添加茶多酚納米粉，其余部分用玉米淀粉填充，制備茶多酚泡騰片，以崩解時(shí)限和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定茶多酚納米粉添加量。
c、崩解劑添加量的確定
固定茶多酚納米粉添加量40%、崩解劑酸堿比1∶1.25、甜味劑添加量1.5%、聚乙二醇6000添加量3%、食用鹽添加量1%、CMC-Na添加量3%，崩解劑添加量按35%、37.5%、40%、42.5%、45%進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，余下部分用玉米淀粉進(jìn)行填充，制備茶多酚泡騰片，以崩解時(shí)限和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定崩解劑添加量。
d、羧甲基纖維素鈉添加量的確定
固定崩解劑添加量為45%，茶多酚納米粉添加量為40%、崩解劑酸堿比1∶1.25、甜味劑添加量1.5%、聚乙二醇6000添加量3%、食用鹽添加量1%，CMC-Na添加量分別按2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，余下部分用玉米淀粉進(jìn)行填充，按上述方法制備茶多酚泡騰片。以崩解時(shí)限和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定CMC-Na添加量。
(4)正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)
以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，以茶多酚納米粉添加量、崩解劑酸堿比、崩解劑添加量、CMC-Na添加量作為試驗(yàn)因素，以崩解時(shí)限和感官評(píng)分作為響應(yīng)值，綜合考慮得到最優(yōu)工藝。采用表1所示的L9(3?)正交實(shí)驗(yàn)表，進(jìn)行四因素三水平正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
4、測(cè)定項(xiàng)目與方法
(1)動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)測(cè)定微納米顆粒粒徑分布
打開(kāi)動(dòng)態(tài)光散射儀，預(yù)熱30 min，設(shè)置樣品檢測(cè)條件，將溫度調(diào)至25.0 ℃，保溫2 min，進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果采用 Malvern DTS 6.20 軟件分析。
(2)崩解時(shí)限
稱量6片泡騰片溶于200 mL 20 ℃的純水中，泡騰片從與純水接觸開(kāi)始反應(yīng)時(shí)立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到無(wú)氣泡產(chǎn)生溶解完全后停止計(jì)時(shí)，記錄崩解時(shí)限。平行檢測(cè)6片，每片均應(yīng)5 min內(nèi)崩解。若有1片不能完全崩解，則再取6片復(fù)試，均應(yīng)符合規(guī)定。
(3)感官評(píng)定
采用7點(diǎn)快感標(biāo)度評(píng)分檢驗(yàn)方法，評(píng)分標(biāo)度為 非常喜歡(3)、很喜歡(2)、喜歡(1)、一般(0)、不喜歡(-1)、很不喜歡(-2)、非常不喜歡(-3)，隨機(jī)選取10名感官評(píng)價(jià)員(5男5女)，分別從顏色、口味、氣味三個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)定。
5、數(shù)據(jù)分析
利用GraphPad Prism 8軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示。
02結(jié)果與分析
1、茶多酚納米顆粒粒徑分布
粒徑是影響穩(wěn)定性的重要因素，影響穩(wěn)定性的其他因素一定的情況下，粒徑越小，粒子沉降速率越慢，體系越穩(wěn)定。茶多酚納米粉粒徑的測(cè)定結(jié)果如圖1所示。以茶多酚的主要成分EGCG為例，從圖中可以看出自組裝16 h(E16)，茶多酚動(dòng)態(tài)的納米粉粒徑為140 nm左右最多，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，粒徑有增大的趨勢(shì)。例如放置在37 ℃的64 h(E64)粒徑增大至241 nm左右的最多。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明茶多酚在堿性條件下，茶多酚進(jìn)行了自組裝反應(yīng)形成了納米狀態(tài)，且可以在液體條件下，較長(zhǎng)時(shí)間保持納米級(jí)別的穩(wěn)定狀態(tài)。
2、單因素實(shí)驗(yàn)
(1)崩解劑酸堿比的確定
崩解時(shí)間如圖2所示，可以看出隨著堿的比例增加，崩解時(shí)間顯著下降，1∶0.6和1∶0.8的崩解時(shí)間在280 s以上，而1∶1之后基本穩(wěn)定在240~250 s之間。不同酸堿比對(duì)泡騰片pH的影響和酸堿比對(duì)感官評(píng)分影響如圖3和4所示，酸堿比在1∶0.8時(shí)感官分值最高，此時(shí)的溶液pH為5.1左右，酸甜的口感易被大眾接受。當(dāng)酸堿比超過(guò)1∶1后，感官評(píng)分隨著堿(碳酸氫鈉)的添加量增加而顯著下降，說(shuō)明過(guò)量的堿會(huì)使溶液的口感變差。
故選擇酸堿比1∶0.8~1∶1.2進(jìn)行后續(xù)正交優(yōu)化試驗(yàn)。
(2)茶多酚納米粉添加量的確定
茶多酚納米粉添加量對(duì)泡騰片崩解時(shí)間的影響如圖5所示，隨著泡騰片中茶多酚納米粉添加量的增加，泡騰片的崩解時(shí)間顯著增加，但都控制在270 s以內(nèi)。
茶多酚納米粉添加量對(duì)感官評(píng)分影響如圖6所示，在茶多酚納米粉添加量為40%時(shí)，感官評(píng)分最高。茶多酚納米粉添加量低于40%時(shí)，茶澀味口感差，存在明顯的由崩解劑反應(yīng)產(chǎn)生的咸味，因此感官評(píng)分較低。當(dāng)添加量超過(guò)40%時(shí)，茶味逐漸變重且壓片過(guò)程中有粘連情況出現(xiàn)，片劑破損情況較多，片劑和湯液色澤也較深。
故納米粉添加量選擇37.5%、40.0%和42.5%進(jìn)行后續(xù)正交優(yōu)化試驗(yàn)。
(3)崩解劑添加量的確定
崩解劑添加量對(duì)崩解時(shí)間和感官評(píng)分的影響如圖7和圖8所示，崩解時(shí)間隨著崩解劑的添加而顯著下降，而感官評(píng)分則是先升高后下降。崩解劑添加量為40%時(shí)感官評(píng)分最高，此時(shí)泡騰片發(fā)泡量較高、崩解時(shí)限也較短，可以完整體現(xiàn)該飲品的風(fēng)味。崩解劑添加量低于40%時(shí)，茶多酚的澀味較重。而高于40%時(shí)，崩解劑的增多又會(huì)降低茶湯的風(fēng)味。
(4)羧甲基纖維素鈉添加量的確定
粘合劑添加量對(duì)崩解時(shí)限的影響如圖9所示，在壓片過(guò)程中添加CMC-Na，對(duì)壓片有較好的輔助作用。但CMC-Na添加量超過(guò)3.0%時(shí)，崩解時(shí)間隨著CMC-Na的添加量顯著增加，所以添加需適量。
粘合劑添加量對(duì)感官評(píng)分的影響如圖10所示，CMC-Na在固體飲料中有穩(wěn)定、增稠的作用。在添加量為3.0%時(shí)，感官評(píng)分最高。當(dāng)添加量低于3.0%時(shí)，溶液有時(shí)候不穩(wěn)定，不溶固形物較多。而添加量過(guò)高時(shí)，也會(huì)影響溶液的口感，導(dǎo)致評(píng)分下降。
最終選擇添加量2.5%、3.0%、3.5%進(jìn)行后續(xù)正交優(yōu)化試驗(yàn)。
3、正交優(yōu)化試驗(yàn)
將崩解劑酸堿比、崩解劑添加量、粘合劑添加量、茶多酚納米粉添加量作為變量進(jìn)行四因素三水平正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并以崩解時(shí)間和感官評(píng)分作為響應(yīng)值。結(jié)果如表2所示，各因素對(duì)泡騰片不同響應(yīng)值的影響主次順序有差異。對(duì)崩解時(shí)間影響的主次順序?yàn)镃>A>B>D，最優(yōu)的條件為C3A3B1D1;對(duì)感官評(píng)分影響的主次順序?yàn)锳>B>C>D，最優(yōu)的條件為A1B2C2D3。所得優(yōu)化工藝條件均不在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)9個(gè)處理中，如表2所示。
后續(xù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)按正交分析方法得到崩解時(shí)間C3A3B1D1和感官評(píng)價(jià)A1B2C2D3，兩種優(yōu)化組合進(jìn)行下一步驗(yàn)證性試驗(yàn)，并以感官評(píng)分較高，崩解時(shí)限較短的處理用A1B2C3D2進(jìn)行對(duì)比。
結(jié)果如表3所示，最后選取感官評(píng)分最高的A1B2C2D3組合，即崩解劑(檸檬酸和碳酸氫鈉)添加量42.5%(酸堿比1∶0.8)，茶多酚納米粉添加量40.0%，CMC-Na添加量3.5%。
4、茶多酚自組裝泡騰片制備
優(yōu)化工藝制備出的茶多酚自組裝泡騰片能夠在水中快速崩解，釋放出有效成分，有利于茶多酚穩(wěn)定存儲(chǔ)，使用前又被充分溶解;根據(jù)以前學(xué)者的研究，黑莓和酚類化合物可作為原料開(kāi)發(fā)成即食泡騰片使用，含有60%黑莓粉做成的泡騰片，顏色好、抗氧化活性高。用蝦青素制備的泡騰片外觀、重量變化、分解時(shí)間、脆性和溶出度均能滿足質(zhì)量要求，且能提高蝦青素的穩(wěn)定。
試驗(yàn)研究結(jié)果與以前的研究一致，得到的泡騰片表面細(xì)膩光滑，顏色均勻，外形完整，湯色清透呈均勻的淺褐色，酸甜可口，入口細(xì)膩、順滑、無(wú)粉粒感，具有茶固有的香氣，持久性強(qiáng)，同時(shí)保留了茶多酚的保健功效;此外，體積小，重量輕、便于攜帶，使用方便，充分結(jié)合了茶多酚豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與泡騰片食用方便的特點(diǎn)，既保證了其營(yíng)養(yǎng)成分，又賦予了泡騰片新的茶香味。
03結(jié)論
(1)茶多酚有多個(gè)酚羥基結(jié)構(gòu)，在體外易受氧氣、pH等環(huán)境影響而發(fā)生氧化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)改變，直接加入產(chǎn)品很容易被氧化，導(dǎo)致產(chǎn)品的生物活性下降。而實(shí)驗(yàn)中，在堿性水溶液條件下，讓茶多酚苯環(huán)結(jié)構(gòu)以及酚羥基間通過(guò)氫鍵、π-π相互作用等形成可逆的超分子納米球，茶多酚納米化后會(huì)使其在儲(chǔ)存過(guò)程中更加穩(wěn)定，不易被空氣氧化變色。在使用時(shí)，泡騰片溶于水后的酸性環(huán)境中又能夠解組裝，恢復(fù)茶多酚的活性。參考以前的研究，該產(chǎn)品有良好的生物利用度和穩(wěn)定性。
(2)研究以茶多酚為原料先在堿性水溶液中進(jìn)行茶多酚自組裝，形成納米顆粒噴霧干燥后成納米茶多酚粉末，添加崩解劑、粘合劑等輔料，制備茶多酚泡騰片?？疾炝吮澜鈩┧釅A比、茶多酚添加量、崩解劑添加量、粘合劑添加量4個(gè)因素對(duì)崩解時(shí)間和成品感官的影響，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化得到的最佳工藝配方按質(zhì)量為崩解劑(檸檬酸和碳酸氫鈉)添加量42.5%(酸堿比1∶0.8)，茶多酚納米粉添加量40.0%，甜味劑(蔗糖)添加量1.5%、聚乙二醇 6000 添加量3%、食用鹽添加量1%、CMC-Na添加量3.5%。
(3)實(shí)驗(yàn)制備出的成品泡騰片表面光滑，外形完整;溶液呈均勻的淺褐色，具有茶的獨(dú)特香氣，有著良好的口感和茶多酚的保健功效;能夠在水中快速崩解，釋放出有效成分;體積小，重量輕、便于攜帶，使用方便。茶多酚納米球自組裝泡騰片充分結(jié)合了茶多酚的保健價(jià)值與泡騰片攜帶方便的特點(diǎn)，既賦予了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又賦予了泡騰片新的風(fēng)味。
(4)研究雖然對(duì)茶多酚納米泡騰片工藝進(jìn)行了優(yōu)化和系統(tǒng)研究，但圍繞泡騰片的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)、滋味成分、功能性成分、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、營(yíng)養(yǎng)功能等方面的分析，有待深入研究。
作者簡(jiǎn)介：
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田寶明
博士，浙江工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院副研究員，博導(dǎo)，食品質(zhì)量與安全系副主任，主要從事食品天然產(chǎn)物與營(yíng)養(yǎng)健康、膳食與腸道菌群互作對(duì)糖脂代謝相關(guān)疾病的干預(yù)機(jī)制等研究。縱向項(xiàng)目方面，主持浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃子課題、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目、省“三區(qū)”選派科技人員項(xiàng)目、麗水市“雙百引領(lǐng)計(jì)劃”第五批掛職企業(yè)人才項(xiàng)目等6項(xiàng);橫向項(xiàng)目方面，主持校企業(yè)合作項(xiàng)目3項(xiàng)，參與橫向課題3項(xiàng);主持浙江省產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人項(xiàng)目和校級(jí)教改項(xiàng)目各1項(xiàng);發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。獲中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、省級(jí)“三區(qū)”選派科技人員考核優(yōu)秀1次，省科技廳鑒定成果1項(xiàng)，參編教材3部。
來(lái)源：中國(guó)茶葉加工
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