凤尾茶精油提取工艺及凉茶饮料配方的优化

詹永，樊保敏，廖霞，杨勇

1(重庆市中药研究院，重庆，400065)2(云南民族大学，云南 昆明，650031)

凤尾茶(ElsholtziabodinieriVaniot)，为云南民间常用草药，也是滇南各地少数民族广泛饮用的日常茶饮[1-3]，是药食两用植物[4-10]。凤尾茶的研究主要以成分分析为主，产品形式单一，缺乏深加工，将凤尾茶加工成营养丰富、饮用方便的凉茶饮料，可以满足不同层次消费者的需求。

凉茶是以药性寒凉和能消解人体内热的中草药为原料，用独特的熬制方法煎熬而成的一类具有一定功效的饮品，在我国有着悠久的历史[11-13]。随着人们生活水平的提高，保健意识的增强，凉茶饮料日渐受到欢迎，国内市场对凉茶饮料的消费量也在不断扩大，凉茶已经成为当今的一种流行饮料[14-16]。凤尾茶加工方便、营养丰富，具有多种生物学作用，精油亦具有抑菌和抗氧化等功能。目前，已有凤尾茶、罗汉果、仙草、菊花复合保健凉茶，但对凤尾茶的精深利用加工鲜见报道。

本实验以凤尾茶全株为原料提取有效成分，通过现代加工工艺，研制了符合当今消费者需求的凉茶饮料，拟开发出具有清热解暑、生津止渴等功效的凤尾茶凉茶饮品，为其精深利用和凉茶饮料发展提供理论与技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

凤尾茶，购于昆明中药材市场；无水Na2SO4，成都科龙化工试剂厂；无水乙醚，北京奥博星生物技术有限责任公司；柠檬酸，潍坊英轩实业有限公司；白砂糖，市售；黄原胶、羧甲基纤维素钠，河南省商丘市柘城县耕道贸易有限公司；NaOH、酚酞，天津市天力化学试剂有限公司。

YF-118B高速药物粉碎机，浙江省瑞安市环球药械厂；自制挥发油蒸馏器；RE-3000C旋转式蒸发器，上海昕仪仪器仪表有限公司；SX-28013手提式高压消毒锅，南京晓晓仪器设备有限公司；WZB数显折光仪，上海仪电物理光学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 凤尾茶凉茶的加工工艺流程

风尾茶凉茶的加工工艺如下：

1.2.1.1 原料处理

选取干燥无杂质的凤尾茶原料，于50 ℃烘箱烘干至恒重，用中药粉碎机粉碎，过10目筛后密封备用。

1.2.1.2 凤尾茶精油提取

准确称取凤尾茶粉末100 g，加入一定倍数的蒸馏水，浸泡一段时间，置于挥发油蒸馏器中，在100 ℃条件下提取挥发油，按照一定流速收集挥发油[17]。

1.2.1.3 凤尾茶浓缩液制备

蒸馏器中挥发油提取过后剩余液体经过滤得到滤渣，滤渣再加10倍量水，煮沸后保持微沸状态提取35 min，过滤，合并2次滤液，浓缩至凤尾茶原料重的1.25倍，加入85%食用酒精搅拌均匀进行酒沉，静置48 h后过滤，旋转蒸发仪在60 ℃、0.095 MPa条件下浓缩滤液，得到浓缩液。

1.2.1.4 饮料调配

将白砂糖与凤尾茶浓缩液、柠檬酸分别用(40±2)℃温水溶解，搅拌均匀，加入精油，再搅拌均匀，定容至1 L。

1.2.1.5 灌装、杀菌、冷却

将调配好的饮料升温至85 ℃以上30 min，进行热灌装、封口，放入杀菌锅中121 ℃条件下杀菌20 min，立即进行喷淋冷却，以免长时间高温使液体产生焦糊味[18-20]。

1.2.2 凤尾茶精油提取工艺优化

1.2.2.1 单因素实验

准确称取凤尾茶粉末10 g，以浸泡时间(1、2、3、4、5 h)、料液比(1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18 (g∶mL))、收集精油的流速(0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mL/min)和蒸馏时间(5、6、7、8、9 h)为单因素试验条件提取凤尾茶精油。固定条件：浸泡时间3 h、料液比1∶14 (g∶mL)、流速0.8 mL/min、蒸馏时间7 h，改变其中1个条件以考察浸泡时间、料液比、流速和蒸馏时间对凤尾茶精油提取率的影响。

1.2.2.2 正交试验

在前期单因素实验基础上，研究浸泡时间(A)、料液比(B)、流速(C)和蒸馏时间(D)对挥发油提取量的影响，每个因素设3个水平，采用L9(34)正交表进行挥发油提取工艺优选，因素水平见表1。

1.2.2.3 凉茶饮料稳定性的测定

采用离心沉降的方法，在刻度离心管中加入10 mL的饮料样液，在5 000 r/min的条件下离心30 min，弃上清液，准确称取沉淀物重量，以沉淀率判断饮料稳定性[21]。

1.2.2.4 成品饮料品质测定

可溶性固形物：采用手持折光法测定，按照GB/T 12143—2008执行[22]；总酸：采用NaOH标准液滴定法，按照GB/T 12456—2008执行[23]；微生物：按照GB/T 4789—2016执行。

表1 挥发油提取工艺正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels table of the orthogonaltest of extraction process of volatile oil

1.2.3 凤尾茶凉茶饮料配方优化

1.2.3.1 单因素实验

在1.2.1.4条件下调配饮料，固定添加白砂糖60 g/L、凤尾茶浓缩液15 g/L、柠檬酸0.3 g/L和精油4 g/L，改变其中1个条件，考察不同白砂糖添加量(50、55、60、65、70 g/L)、凤尾茶浓缩液添加量(9、12、15、18、21 g/L)、柠檬酸添加量(1、2、3、4、5 g/L)、精油添加量(1、2、3、4、5 g/L)对凉茶饮料感官评分的影响。

1.2.3.2 正交试验

在单因素试验基础上，以白砂糖(A)、凤尾茶浓缩液(B)、柠檬酸(C)、精油(D)添加量为因素，凉茶饮料的感官综合评分为指标，采用L9(34)正交表进行正交试验优选饮料配方，因素水平见表2。

表2 饮料配方正交试验因素与水平Table 2 Factors and levels table of the orthogonal test of formula

1.2.4 凤尾茶凉茶饮料稳定剂的选择

为了提高凉茶饮料的稳定性，选取黄原胶和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)复合稳定剂进行稳定性实验，添加量分别为0.4、0.8 g/L。以成品饮料的沉淀率作为考察指标，选择合适的稳定剂复配，并确定稳定剂添加量[19]。

1.2.5 相关指标的测定

1.2.5.1 精油提取率的测定

水蒸气蒸馏收集的芳香水，用1/3体积乙醚萃取3次，油水分离后用无水硫酸钠干燥，挥干乙醚后得凤尾茶挥发油，测定其体积，计算精油提取率。

(1)

1.2.5.2 凉茶饮料感官评分标准

采用百分制评分检验法[20]。由20名专业人员组成感官评定小组，对凤尾茶饮料的色泽(20分)、香气(20分)、滋味(40分)和组织形态(20分)进行评分，取其平均值作为评分结果。综合评分标准见表3，满分为100分。

表3 凤尾茶饮料的感官评定标准Table 3 Sensory evaluation criteria for E. bodinieriherbal tea beverage

1.2.5.3 凉茶饮料稳定性的测定

采用离心沉降的方法，在刻度离心管中加入10 mL的饮料样液，在5 000 r/min的条件下离心30 min，弃上清液，准确称取沉淀物重量，以沉淀率判断饮料稳定性[21]。

(2)

1.2.5.4 成品饮料品质测定

可溶性固形物：采用手持折光法测定，按照GB/T 12143-2008执行[22]；总酸：采用氢氧化钠标准液滴定法，按照GB/T 12456-2008执行[23]；微生物：按照GB/T 4789-2016执行。

1.2.6 数据处理

实验中每个处理重复3次，利用Excel 2007软件绘制图表，正交设计助手V3.1处理正交实验数据，SPSS 19.0软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 凤尾茶精油提取工艺优化结果

2.1.1 单因素实验考察结果

各因素对凤尾茶精油提取率的影响如图1所示。由图1-A可知，精油提取率随浸泡时间延长逐渐增加，当浸泡时间为3 h时，精油提取率最高，浸泡时间超过3 h时，精油得率缓慢降低。由图1-B可知，当料液比为1∶14 (g ∶mL)时，精油提取率最高，为0.52%,之后随着料液比增加而呈下降趋势，可能是由于当溶剂剂量过多时，精油溶出达到饱和。由图1-C可知，随着流速增加精油提取率增加，当收集精油的流速为0.7 mL/min时，精油提取率最高，为0.53%,之后随着流速增加而呈下降趋势，可能是由于流速过快，精油未溶出完全。由图1-D可知，精油提取率随蒸馏时间延长逐渐增加，当蒸馏时间为7 h时，精油提取率最高，之后随着时间的增加而下降。可能是由于随着时间延长，挥发油部分成分不稳定而分解。因此，选取浸泡时间3 h、料液比1∶14 (g ∶mL)、流速0.7 mL/min和蒸馏时间7 h进行后续实验。

2.1.2 正交试验

挥发油提取正交实验及极差分析结果如表4所示。

表4 精油提取工艺正交实验结果Table 4 Result of orthogonal test on extraction process of oil

由表4可知，各因素对挥发油提取率的影响依次为D>B>A>C，即影响精油提取率因素的顺序为：蒸馏时间>料液比>浸泡时间>流速。提取精油的最佳工艺为A2B3C2D3，即浸泡时间2 h，料液比1∶16 (g ∶mL)，流速0.7 mL/min，蒸馏时间8 h。以极差最小的一列作为误差进行方差分析，结果如表5所示，表明蒸馏时间和料液比对挥发油提取率有显著影响(P<0.05)，浸泡时间的影响未达到显著水平(P<0.05)。在最佳工艺条件下，进行重复验证实验，提取率分别为0.57%、0.60%、0.61%，RSD=3.51%，平均提取率为0.60%。该最佳提取工艺重复性好，精油提取率高。

表5 精油提取工艺的正交试验方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal test on extraction process of oil

注：*P<0.05为显著。下同。

A-浸泡时间；B-料液比；C-流速；D-蒸馏时间图1 浸泡时间、料液比、流速和蒸馏时间对凤尾茶精油提取率的影响Fig.1 The effect of soaking time, solid-liquid ratio, flow rate and distillation time on extraction rate of Elsholtzia bodinieri Vaniot oil

2.2 凤尾茶凉茶饮料配方优化结果

2.2.1 单因素实验考察结果

各因素对凉茶饮料感官评分的影响如图2所示。由图2-A可知，随着白砂糖添加量增加，感官评分值呈上升趋势，当白砂糖添加量达到55 g/L时，感官评分最高，当白砂糖添加量超过55 g/L后感官评分值逐渐呈下降趋势，原因可能是白砂糖添加过量使凉茶饮料过于甜腻。由图2-B可知，当凤尾茶浓缩液添加量为15 g/L时，感官评分值最高，添加量大于15 g/L时，随凤尾茶浓缩液添加量增加感官评分值降低，可能是因为添加量为15 g/L时，凉茶饮料的口感比较均衡。由图2-C可知，感官评分随着柠檬酸添加量增加而增加，当柠檬酸添加量为3 g/L时，感官评分值最高，之后随着柠檬酸添加量继续增加感官评分值呈下降趋势。原因可能是由于柠檬酸浓度过高，酸味盖过凤尾茶的清香风味，从而导致口感不佳。由图2-D可知，随着精油添加量增加，感官评分值增加，当精油添加量为4 g/L时，感官评分值最高，之后随着精油添加量继续增加感官评分值缓慢下降，可能是由于精油浓度过高，导致凉茶饮料滋味不协调。因此，选择白砂糖添加量55 g/L、凤尾茶浓缩液添加量为15 g/L、柠檬酸添加量3 g/L和精油添加量4 g/L进行后续实验。

2.2.2 正交试验

凉茶饮料正交实验设计及极差分析结果如表6所示。

由表6可知，影响凤尾茶凉茶饮料品质的主次因素为B>A>C>D，即凤尾茶浓缩液>白砂糖>柠檬酸>精油。通过极差分析得出的最优组合为A2B2C2D3，即白砂糖55 g/L，凤尾茶浓缩液15 g/L，柠檬酸3 g/L，精油5 g/L。以极差最小的一列作为误差进行方差分析，结果如表7所示。由表7可以看出，凤尾茶浓缩液、白砂糖及柠檬酸添加量对凉茶饮料感官品质影响显著(P<0.05)。以最优配方调试的饮料进行重复验证实验，得到的凉茶饮料感官评分为(94.5±1.5)分，饮料色香味俱佳。

2.4 稳定剂的选择

沉淀率越小，说明稳定剂对饮料的稳定性能越好。由表8可知，稳定剂用黄原胶0.4 g/L+CMC-Na 0.8 g/L效果最好，沉淀率最低，沉淀率为6.3%，说明此复配条件下，饮料的稳定性较好。因此，选择0.4 g/L黄原胶、0.8 g/L CMC-Na作为复合稳定剂。

A-白糖添加量；B-凤尾茶浓缩添加量；C-柠檬酸添加量；D-精油添加量图2 白糖添加量、凤尾茶浓缩液添加量、柠檬酸添加量和精油添加量对凉茶饮料感官评分的影响Fig.2 The effect of addition of sugar, E. bodinieri juice, citric acid and oil on sensory scores of herbal tea beverage

表6 饮料配方正交实验结果Table 6 Result of orthogonal test on herbal tea beverage formula

表7 饮料配方正交试验方差分析Table 7 Variance analysis of orthogonal test on herbal tea beverage formula

表8 稳定剂对饮料的影响Table 8 Effect of stabilizers on herbal tea beverage

2.4 产品质量标准

2.4.1 感官指标

色泽：浅褐色，色泽均匀；滋味和气味：味感协调柔和，酸甜适口，无异味，香气宜人，具有凤尾茶特有的清香香气；组织形态：澄清透明，无悬浮物，无分层现象，无肉眼可见的杂质和沉淀。

2.4.2 理化指标

饮料中可溶性固形物含量(20 ℃折光计)≥5.6%，总酸(以柠檬酸计)：0.28 g/kg。

2.3.3 微生物指标

经过测定，饮料中细菌总数≤10 CFU/mL，大肠菌群≤3 MPN/100 mL，致病菌未检出。

3 结论

本实验通过水蒸气蒸馏法，以凤尾茶精油提取率为指标，优化了凤尾茶精油的提取工艺，并采用凤尾茶精油与凤尾茶浓缩液配制成凤尾茶凉茶饮料。以单因素和正交试验确定精油最佳提取工艺为料液比1∶16 (g∶mL)、浸泡时间2 h、提取时间8 h、芳香水流速0.7 mL/min，精油提取率0.6%。凉茶饮料最优配方为白砂糖55 g/L、凤尾茶浓缩液15 g/L、柠檬酸3 g/L、凤尾茶精油5 g/L、黄原胶0.4 g/L、CMC-Na 0.8 g/L。最优条件下制得的凉茶饮料呈浅褐色、均匀、无分层及沉淀现象，是一款清香宜人、味感柔和、酸甜适中的天然饮料，其可溶性固形物含量高于5.6%，总酸(以柠檬酸计)为0.28 g/kg，微生物指标检测均符合相应的国家标准。