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、調節(jié)腸道菌群和調節(jié)代謝疾病等多種生理功能。茶多酚是茶樹體內多元酚類混合物的總稱，是構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，在pH 2~7范圍內穩(wěn)定，目前已從茶多酚類物質中分離出多種化學成分，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，不僅可以清除自由基，活性氧等直接導致氧化損傷的細胞產物，還可以通過調節(jié)多種酶蛋白及信號通路中靶蛋白的表達，包括細胞中的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、核轉錄因子2(Nrf2)等，從而提高細胞的抗氧化能力，預防氧化損傷。此外，茶多酚還有抗炎、抗癌、降血糖、改善胰島素抵抗等功能。茶多酚有著較強的還原性，容易在空氣中被氧化，導致其變色并失去活性。實驗利用茶多酚在堿性水溶液中，其苯環(huán)結構以及酚羥基間能通過氫鍵、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用范圍，拓展茶多酚在生命健康領域功能食品中的應用。
功能性泡騰片因其體積小、攜帶方便、易于存放，運輸成本低、即沖即飲、均勻度好及生物利用率高等優(yōu)勢，且符合現代人追求營養(yǎng)健康的飲食需求，成為當前研究的熱點之一。泡騰片最早應用在醫(yī)藥領域，國外在上世紀70年代就有泡騰片產品銷售。泡騰片利用有機酸和堿式碳酸(氫)鹽反應做泡騰崩解劑，置入水中，即刻發(fā)生泡騰反應，生成并釋放大量的二氧化碳氣體，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，在制藥領域應用十分廣泛，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，在食品行業(yè)中，泡騰片的出現可以拓寬非傳統固體飲料的產品種類。憑借著應用廣泛、方便攜帶的特點、有趣的飲用方式及豐富獨特的風味口感，泡騰片固體飲料可成為符合現代人要求的飲料產品之一，擁有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
目前有關茶多酚自組裝泡騰片制備工藝研究還鮮有報道，研究旨在開發(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節(jié)溶液pH使體系測定達到納米級別，并通過噴霧干燥制備得到茶多酚納米粉末，再以感官評分和崩解時限為考察指標，通過正交試驗優(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參考，也為茶制品的新質生產創(chuàng)新提供新思路和方向。
01材料與方法
1、試驗材料
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(山東樂暢調味品有限公司)。實驗所用原料均為食品級。
2、儀器與設備
DFY-600C搖擺式高速萬能粉碎機(上海風褚實業(yè)有限公司)、DynaPro NanoStar動態(tài)光散射儀(DLS，美國懷雅特技術公司)、FA2004 電子天平(佑科儀器儀表有限公司)、TDP-5T壓片機(廣州市大祥電子機械設備有限公司)、GY-XYGZJ小型噴霧干燥機(上海歸永電子有限公司)。
3、試驗方法
(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，用碳酸鈉將溶液調至pH=8，在攪拌下進行自組裝反應，溶液的顏色由淺黃色變至黃棕色，發(fā)生變色即代表進行了自組裝反應，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行噴霧干燥，進料溫度控制在80 ℃，氣流速度控制在1~3 m/s之間，以促進快速干燥。待完全干燥后(含水率3%~8%)，將所得粉末過80目篩，收集過篩后的產品于密封袋中保存。
(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?；旌喜⒓尤胩畛鋭?玉米淀粉)、潤滑劑(聚乙二醇-6000)和引濕劑(食用鹽)，均勻混合后用壓片機進行壓片，片劑經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。試驗中各物質的添加量以質量百分比計。
(3)單因素實驗
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的質量比進行單因素實驗，以崩解時限和感官評分為評價指標，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，以崩解時限和感官評分為評價指標，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%進行單因素實驗，余下部分用玉米淀粉進行填充，制備茶多酚泡騰片，以崩解時限和感官評分為評價指標，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%進行單因素實驗，余下部分用玉米淀粉進行填充，按上述方法制備茶多酚泡騰片。以崩解時限和感官評分為評價指標，確定CMC-Na添加量。
(4)正交優(yōu)化實驗
以單因素實驗結果為基礎，以茶多酚納米粉添加量、崩解劑酸堿比、崩解劑添加量、CMC-Na添加量作為試驗因素，以崩解時限和感官評分作為響應值，綜合考慮得到最優(yōu)工藝。采用表1所示的L9(3?)正交實驗表，進行四因素三水平正交優(yōu)化試驗設計。
4、測定項目與方法
(1)動態(tài)光散射技術測定微納米顆粒粒徑分布
打開動態(tài)光散射儀，預熱30 min，設置樣品檢測條件，將溫度調至25.0 ℃，保溫2 min，進行測定。結果采用 Malvern DTS 6.20 軟件分析。
(2)崩解時限
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始反應時立即開始計時，直到無氣泡產生溶解完全后停止計時，記錄崩解時限。平行檢測6片，每片均應5 min內崩解。若有1片不能完全崩解，則再取6片復試，均應符合規(guī)定。
(3)感官評定
采用7點快感標度評分檢驗方法，評分標度為 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)，隨機選取10名感官評價員(5男5女)，分別從顏色、口味、氣味三個方面進行綜合評定。
5、數據分析
利用GraphPad Prism 8軟件進行數據分析和作圖。所有實驗結果均以平均值±標準差(SD)表示。
02結果與分析
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定結果如圖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)，茶多酚動態(tài)的納米粉粒徑為140 nm左右最多，并且隨著時間的延長，粒徑有增大的趨勢。例如放置在37 ℃的64 h(E64)粒徑增大至241 nm左右的最多。以上數據說明茶多酚在堿性條件下，茶多酚進行了自組裝反應形成了納米狀態(tài)，且可以在液體條件下，較長時間保持納米級別的穩(wěn)定狀態(tài)。
2、單因素實驗
(1)崩解劑酸堿比的確定
崩解時間如圖2所示，可以看出隨著堿的比例增加，崩解時間顯著下降，1∶0.6和1∶0.8的崩解時間在280 s以上，而1∶1之后基本穩(wěn)定在240~250 s之間。不同酸堿比對泡騰片pH的影響和酸堿比對感官評分影響如圖3和4所示，酸堿比在1∶0.8時感官分值最高，此時的溶液pH為5.1左右，酸甜的口感易被大眾接受。當酸堿比超過1∶1后，感官評分隨著堿(碳酸氫鈉)的添加量增加而顯著下降，說明過量的堿會使溶液的口感變差。
故選擇酸堿比1∶0.8~1∶1.2進行后續(xù)正交優(yōu)化試驗。
(2)茶多酚納米粉添加量的確定
茶多酚納米粉添加量對泡騰片崩解時間的影響如圖5所示，隨著泡騰片中茶多酚納米粉添加量的增加，泡騰片的崩解時間顯著增加，但都控制在270 s以內。
茶多酚納米粉添加量對感官評分影響如圖6所示，在茶多酚納米粉添加量為40%時，感官評分最高。茶多酚納米粉添加量低于40%時，茶澀味口感差，存在明顯的由崩解劑反應產生的咸味，因此感官評分較低。當添加量超過40%時，茶味逐漸變重且壓片過程中有粘連情況出現，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%進行后續(xù)正交優(yōu)化試驗。
(3)崩解劑添加量的確定
崩解劑添加量對崩解時間和感官評分的影響如圖7和圖8所示，崩解時間隨著崩解劑的添加而顯著下降，而感官評分則是先升高后下降。崩解劑添加量為40%時感官評分最高，此時泡騰片發(fā)泡量較高、崩解時限也較短，可以完整體現該飲品的風味。崩解劑添加量低于40%時，茶多酚的澀味較重。而高于40%時，崩解劑的增多又會降低茶湯的風味。
(4)羧甲基纖維素鈉添加量的確定
粘合劑添加量對崩解時限的影響如圖9所示，在壓片過程中添加CMC-Na，對壓片有較好的輔助作用。但CMC-Na添加量超過3.0%時，崩解時間隨著CMC-Na的添加量顯著增加，所以添加需適量。
粘合劑添加量對感官評分的影響如圖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，感官評分最高。當添加量低于3.0%時，溶液有時候不穩(wěn)定，不溶固形物較多。而添加量過高時，也會影響溶液的口感，導致評分下降。
最終選擇添加量2.5%、3.0%、3.5%進行后續(xù)正交優(yōu)化試驗。
3、正交優(yōu)化試驗
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行四因素三水平正交優(yōu)化試驗設計，并以崩解時間和感官評分作為響應值。結果如表2所示，各因素對泡騰片不同響應值的影響主次順序有差異。對崩解時間影響的主次順序為C>A>B>D，最優(yōu)的條件為C3A3B1D1;對感官評分影響的主次順序為A>B>C>D，最優(yōu)的條件為A1B2C2D3。所得優(yōu)化工藝條件均不在實驗設計9個處理中，如表2所示。
后續(xù)驗證實驗按正交分析方法得到崩解時間C3A3B1D1和感官評價A1B2C2D3，兩種優(yōu)化組合進行下一步驗證性試驗，并以感官評分較高，崩解時限較短的處理用A1B2C3D2進行對比。
結果如表3所示，最后選取感官評分最高的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，使用前又被充分溶解;根據以前學者的研究，黑莓和酚類化合物可作為原料開發(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、分解時間、脆性和溶出度均能滿足質量要求，且能提高蝦青素的穩(wěn)定。
試驗研究結果與以前的研究一致，得到的泡騰片表面細膩光滑，顏色均勻，外形完整，湯色清透呈均勻的淺褐色，酸甜可口，入口細膩、順滑、無粉粒感，具有茶固有的香氣，持久性強，同時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，充分結合了茶多酚豐富的營養(yǎng)價值與泡騰片食用方便的特點，既保證了其營養(yǎng)成分，又賦予了泡騰片新的茶香味。
03結論
(1)茶多酚有多個酚羥基結構，在體外易受氧氣、pH等環(huán)境影響而發(fā)生氧化導致結構改變，直接加入產品很容易被氧化，導致產品的生物活性下降。而實驗中，在堿性水溶液條件下，讓茶多酚苯環(huán)結構以及酚羥基間通過氫鍵、π-π相互作用等形成可逆的超分子納米球，茶多酚納米化后會使其在儲存過程中更加穩(wěn)定，不易被空氣氧化變色。在使用時，泡騰片溶于水后的酸性環(huán)境中又能夠解組裝，恢復茶多酚的活性。參考以前的研究，該產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個因素對崩解時間和成品感官的影響，在單因素試驗基礎上，進行正交實驗，優(yōu)化得到的最佳工藝配方按質量為崩解劑(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)實驗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合了茶多酚的保健價值與泡騰片攜帶方便的特點，既賦予了其營養(yǎng)價值，又賦予了泡騰片新的風味。
(4)研究雖然對茶多酚納米泡騰片工藝進行了優(yōu)化和系統研究，但圍繞泡騰片的質構指標、滋味成分、功能性成分、質量標準、營養(yǎng)功能等方面的分析，有待深入研究。
作者簡介：
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田寶明
博士，浙江工業(yè)大學食品科學與工程學院副研究員，博導，食品質量與安全系副主任，主要從事食品天然產物與營養(yǎng)健康、膳食與腸道菌群互作對糖脂代謝相關疾病的干預機制等研究?？v向項目方面，主持浙江省重點研發(fā)計劃項目、浙江省“領雁”研發(fā)攻關計劃子課題、中國博士后科學基金面上項目、省“三區(qū)”選派科技人員項目、麗水市“雙百引領計劃”第五批掛職企業(yè)人才項目等6項;橫向項目方面，主持校企業(yè)合作項目3項，參與橫向課題3項;主持浙江省產學研協同育人項目和校級教改項目各1項;發(fā)表學術論文30余篇。獲中國商業(yè)聯合會科技進步一等獎、省級“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，參編教材3部。
來源：中國茶葉加工
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