基于响应面法优化茶叶中有效成分的提取工艺

陈雨萌，龙凯花

（西安培华学院，陕西西安710125）

茶叶中含有丰富的有效成分，有些是人体所必需的营养成分。但因茶叶中有效成分含量较低，从茶叶中如何高效提取出有效成分成为近年来的研究重点。

响应面方法（response surface methodology，RSM）[1]是一种有效的统计方法，它是利用实验数据来建立数学模型解决受多个因素影响的最优组合问题，该方法可以全面，有效地检查范围更广的因素组合。可有效降低成本、优化加工条件，现已广泛应用于农业、生物、化学及食品等领域。该方法是采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系，通过对回归方程的分析来满足最优工艺参数。Box-Benhnken设计是响应面法中常用的设计方案，该设计因具有因素水平少、实验次数少的优点，近年来在食品工业中已得到了较大关注。相比于传统的数理统计方法，响应面法具有实验周期短、精密度高等优点，使处方优化更具预测性、科学性和合理性[2]。

1 响应面优化茶叶中茶多酚的提取工艺

茶多酚广泛分布在茶树中，各组织含量不同[3]是一种从茶叶中提取的天然抗氧化剂[4]。刘镇敏[5]采用水溶液浸提法提取茶叶中茶多酚，通过响应面法对提取工艺参数进行优化得出最佳条件的反应温度81.3℃，液料比为25.6mL/g，反应时间为2.55h，该条件下茶多酚提取率为21.17%。喻俊[6]等人以都匀毛尖为原料，采用超声波辅助提取都匀毛尖茶多酚，利用分光光度法测定含量，选择茶水比、提取时间、提取温度为影响因素，以茶多酚提取率为响应值，进行响应面析。在单因素试验中确定了最佳提取时间、茶水比、提取温度。根据结果结合Box-Behnken design中心组合实验设计原理，以茶水比、提取时间、提取温度为响应变量，以茶多酚提取率为响应面值，设计三因素三水平17个实验点的响应面分析实验。结果表明，三个因素对茶多酚提取率的影响程度最大的为提取时间，其次是提取温度，最后是茶水比。通过得出的模型，超声波辅助提取茶多酚的最优条件是茶水比为1：50（g：mL），提取时间为4min，提取温度为100℃，提取率为30.15%。用优化的提取工艺进行实验三次重复验证，平均得率为30.10%，与理论偏差小于0.33%。结果说明优化后的提取工艺能较好的提高都匀毛尖的提取率。

2 响应面法优化茶叶中茶多糖提取工艺

茶多糖是茶叶中仅次于茶多酚的重要生物活性物质，杨宇平[7]等人在安吉白茶中提取茶多糖的工艺上，运用响应面法优化提取工艺。以料液比（A）、超声时间（B）和提取次数（C）为三个自变量，白茶多糖提取得率（Y）为响应值。使用响应面法对其所得数据进行了多元回归拟合，得到白茶多糖提取率与三个自变量的二元多项回归方程。对方程的分析中，根据方程各变量系数的大小得知在其三个因素当中，对提取得率的影响程度最大的是提取次数，其次是料液比和超声时间。在对响应面法分析时，根据各因素所选取的范围并结合实际操作考虑后，确定了白茶多糖的最优提取工艺为料液比1∶62（g/mL），超声时间 94 min，提取次数3次。用优化后的提取工艺进行重复提取三次，验证了回归方程的准确度，说明了响应面法优化白茶多糖提取工艺具有实际应用价值。

张秀红[8]等人以茉莉花茶为供试材料，在单因素实验的基础上，利用Box-Benhnken的中心组合设计，选定温度、水料比和沉淀茶多糖时所用的乙醇浓度3个因素分别选3水平进行中心组合实验，通过响应面分析实验，拟合出数学模型。利用该函数关系来优化茶多糖提取条件，最终确定茶多糖的最佳浸提条件为：浸提温度100℃；水料比为26.8；乙醇浓度为90%。在该条件下茶多糖得量有所提高，且验证值为7.861 0 mg/g，比单因素最高提取率高25.6%，结果表明响应面法可有效用于茉莉花茶中茶多糖提取方法的优化。

3 响应面法优化不同花色白茶浸提工艺

李磊磊[9]等人以2014年福鼎大白菜品种、春季所制得的白毫银针、白牡丹和寿眉三种白茶为实验材料为原料，通过在单因素实验基础上采用响应面法优化三种不同花色白茶浸提工艺，建立了不同花色白茶浸提液感官评价与浸提温度、浸提时间和液料比因子的回归方程。实验结果表明，白毫银针最优浸提工艺参数为浸提温度为80℃、浸提时间为49 min、液料比为17.50∶1 mL/g。白牡丹最优浸提工艺参数为浸提温度为90℃、浸提时间为50 min、液料比为17.50∶1 mL/g。寿眉最优浸提工艺参数为浸提温度为100℃，浸提时间为53 min，液料比为16.00∶1 mL/g。通过响应面法优化浸取工艺，可以有效控制用水量，降低了工艺成本，方法可行。

4 响应面法优化茶叶中黄酮化合物提取工艺

研究表明，黄酮类化合物是重要的抗氧剂，具有抗肿瘤活性、降压等作用[10-11]。陈根生[12]等人对龙井中黄酮类化合物的提取工艺进行研究，在单因素试验中，研究不同体积比甲醇溶液、提取温度、浸提时间对黄酮化合物浸出含量的影响。在此基础上，利用Design-Expert 7.0软件和Box-Behnken设计原理设计响应面试验，并建立数学模型。实验结果得出的最佳提取工艺条件甲醇体积分数61.68%、提取温度61.54℃、提取时间82.79 min。优化后的提取液中黄酮化合物的含量有所提高。

利用响应面法优化茶叶中有效成分的提取工艺，可以使有效成分的提取率大大提高，降低了工业成本，具有实际应用价值。响应面法不仅能够获得最佳的工艺参数组合，还能有效揭示不同实验因素之间的交互影响关系，可以为工艺生产提供理论依据，起到较好的指导作用[13]。