香茅草又名包茅、茅香、大风茅、柠檬草等，是一种多年生草本植物[1]，属于禾本科香茅属。香茅草广泛分布在热带、亚热带地区，在我国较集中分布于云南、广东、广西、海南、四川、浙江等地[2]。香茅草味甘性温[3]，有疏风通络[4]、温中止痛、醒脑[5]、止泻、降压利尿的功效[6]。我国云南少数民族地区，除了把香茅草作为一种食物调料，还把香茅叶片经烘干、扭折等操作步骤制成特殊的香茶，形成地区独特的民族茶品[7]；在非洲地区，居民也用香茅草熬煮汤汁治疗感冒引起的发热；在巴西、阿根廷等南美洲国家，已经以香茅为原料开发出了清热解毒保健茶[8-10]。基于香茅草和金银花含有丰富的营养成分、具有保健功能的特点，以云南产地的香茅草和金银花为原料，对香茅草、金银花进行调配，以金银花的甘甜味中和香茅草的辛辣味，研制出一种风味独特营养价值高的香茅草茶固体饮料，促进香茅草和金银花资源的开发和利用。速溶茶[11-15]具有使用方便和清洁环保的优点，但“香低、色暗、味差”的品质特点是其只能做调配料的问题关键，亟待通过明晰茶叶风味品质浸出和转化机制，进而建立现代高品质速溶茶加工技术体系。香茅草固体饮料的开发，丰富了高品质速溶茶种类，以期为速溶茶产业的进一步发展提供参考价值。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
香茅草：采摘于云南西双版纳；金银花：市售；葡萄糖：昆明丰源食品有限公司；氢氧化钠：天津市北方天医化学试剂厂；碱性酒石酸铜甲液、乙液：北京华科盛精细化工厂产品贸易有限公司；次甲基蓝：天津市致远化学试剂有限公司；盐酸：重庆川东化工（集团）有限公司。所有试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
离心机（L720R-3）：浙江塞德仪器设备有限公司；喷雾干燥机（SP-1500）：上海顺仪实验设备有限公司；电子天平（WT2002）：杭州万特衡器有限公司；无菌操作台（SW-CJ-IF）：上海鼎科科学仪器有限公司；立式高压灭菌锅（GMSX-280）：北京市永光明医疗仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥机（DHG-9140A）、生化培养箱（LRH-150F）：上海一恒科学仪器有限公司；箱式电阻炉（SX-4-10T）：北京市永光明医疗仪器有限公司；电子鼻（PEN3）：德国AIRSENSE 公司。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程
1.3.2 操作要点
配料：称取香茅草、金银花按7∶3 的质量比混合，加水混合浸提，原辅料与水的料液比为1∶15（g/mL），调配后测混合液的可溶性固形物含量。
提取：第2 次浸提采用1∶10（g/mL）的料液比。
离心：4 000 r/min 离心20 min。
喷雾干燥：在进出口温度分别为175、80 ℃，进料速度为70 mL/h 的条件下进行喷雾干燥。
1.3.3 单因素试验
选取香茅草添加量（600、650、700、750、800 g）、金银花添加量（200、250、300、350、400 g）、料液比[1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25（g/mL）]、进风口温度（165、170、175、180、185 ℃）为单因素，以感官评分为指标，考察各因素对香茅草速溶茶品质的影响。
1.3.4 响应面试验设计
在单因素试验的基础上，利用响应面优化试验，结合中心组合（Box-Behnken）的试验设计原理，以香茅草固态速溶茶粉的感官评分为响应值，选取感官评分影响较为显著的香茅草添加量、金银花的添加量、料液比和进风口温度确定香茅草固态速溶茶的最佳工艺。响应面试验设计因素和水平见表1。
表1 响应面试验设计因素和水平
Table 1 Levels and factors of response surface design
水平因素A 香茅草添加量/g D 进风口温度/℃-16502501∶10170 0 7003001∶15175 1 7503501∶20180 B 金银花添加量/g C 料液比/（g/mL）
1.3.5 感官评分
由10 位食品专业的同学组成评价小组，对香茅草固态速溶茶进行感官品评。评价指标包括色泽、气味、组织状态、口感4 个方面，其中气味、口感各占25 分，色泽、组织状态分别占20、30 分，满分100 分，最后得分取算术平均值。香茅草固态速溶茶感官评分标准见表2。
表2 香茅草固态速溶茶感官评分标准
Table 2 Sensory scoring criteria for lemongrass instant tea
评价指标评价标准分值色泽（20 分）15～20 10～＜15 0～＜10气味（25 分）淡黄色粉末，均匀一致，富有光泽淡黄色粉末，均匀一致，有一定光泽色泽不均匀，暗淡或过深，光泽度差20～25 10～＜20 0～＜10组织状态（30 分）香茅草气味浓郁，与原料气味十分接近香茅草气味淡薄，无异味香茅草气味很淡薄细腻粉末状且均匀一致，无颗粒感细腻粉末状且均匀一致，略有颗粒感，颗粒碾压易碎粉末状，有颗粒感，颗粒碾压至粉碎20～30 10～＜20 0～＜10口感（25 分）入水即化，香茅草原有气味浓郁，辛辣味适中入水易化，香茅草气味较浓，稍辛辣或稍苦入水较难溶化，有少许颗粒感，过甜辛辣或过苦20～25 10～＜20 0～＜10
1.3.6 理化及微生物检测
1）溶解时间的测定：取常温矿泉水250 mL，记录1 g 香茅草固态速溶茶从加入水中开始到速溶茶全部溶解所需要的时间。
2）得粉率的测定公式如下。
X=（A/B）×100
式中：X 为得粉率，%；A 为喷雾干燥后收集的粉末质量，g；B 为喷雾干燥前料液的总固形物含量，g。
3）水分含量的测定：参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[17]；灰分含量的测定：参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》[18]；还原糖含量的测定：参照GB 5009.7—2016《食品安全国家标准食品中还原糖的测定》[19]；微生物检测：采用平板菌落计数法，参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[20]和GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》[21]。
1.3.7 电子鼻检测
参考李泽林等[16]的方法并略作修改，先将喷雾干燥得到的样品过一次60 目筛，配比后加水溶解，分别配成0.24%、0.48%的香茅草固态速溶茶，于60 ℃水浴锅中平衡50 min 后开始检测。电子鼻预热30 min，启动自动清洗传感器，清洗2 min，采用10 个传感器对样品进行检测，吸取20 mL 的样液置于待测容器瓶中，密封静置20 min 后，以300 mL/min 的流速对样品进行测定。
1.4 数据处理
采用Excel 2010 整理试验数据，使用数据处理软件Design-Expert V 8.0.6.1 软件进行响应面分析，采用电子鼻Winmuster 软件进行相应主成分分析（principal component analysis，PCA）和线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
单因素试验结果如图1所示。
图1 各因素对感官评分的影响
Fig.1 Effect of each single factor on the sensory score
a.香茅草添加量对感官评分的影响；b.金银花添加量对感官评分的影响；c.料液比对感官评分的影响；d.进风口温度对感官评分的影响。
如图1a所示，香茅草固态速溶茶的感官评分随着香茅草添加量增加呈先升高后降低的趋势，香茅草的添加量为700 g 时，感官评分最高。以香茅草添加量700 g 为分界线，当香茅草添加量小于700 g 时，香茅草的风味较淡，金银花口感突出；而香茅草添加量过大，则使气味辛辣，掩盖了金银花的口感，影响感官评分，故选择香茅草添加量650～750 g 进行后续响应面试验。由图1b 可知，当金银花添加量小于350 g 时，成品的组织状态呈较好的均匀粉末状且无颗粒感，但金银花的风味较淡；当金银花添加量大于350 g 时，感官评分呈下降状态，是由于金银花浓浓的芳香味过于突出，故金银花添加量的最佳选择为350 g。由图1c 可知，当料液比为1∶5～1∶15（g/mL）时，溶液浓度高，不利于喷雾干燥且进料困难，还造成喷出的雾滴中的水分难以完全蒸发，黏附在喷雾干燥机四周引起粘壁现象，集粉少[22]；当溶剂体积进一步增大时，感官评分呈下降状态，可能是由于料液比过大，降低了香茅草固态速溶茶应有的气味，故料液比的最佳选择为1∶15（g/mL）。由图1d 可知，当进风口温度小于175 ℃时，溶解性低。进风口温度升高时，感官评分也有所增加，但进风口温度过高时，喷雾干燥效果不好，故进风口温度的最佳选择为175 ℃。
2.2 响应面试验结果
按照单因素试验结果，选用四因素三水平响应面试验优化香茅草固态速溶茶的配方。利用Design-Expert V 8.0.6.1 软件进行分析，以感官评分（Y）为响应值，选取香茅草添加量（A）、金银花添加量（B）、料液比（C）、进风口温度（D）4 个因素，采用响应面试验对香茅草固态速溶茶的加工工艺进行优化。优化结果如表3所示。
表3 响应面试验方案及结果
Table 3 Design and results of response surface test
试验号 A 香茅草添加量Y 感官评分1010-178.6 20-1-1080.6 310-1078.9 4010180.6 50-11084.9 6-100176.8 7100181.9 8101082.0 9000092.2 10001185.0 1100-1180.9 1201-1082.3 1300-1-182.0 B 金银花添加量 C 料液比 D 进风口温度
续表3 响应面试验方案及结果
Continue table 3 Design and results of response surface test
试验号 A 香茅草添加量Y 感官评分14-10-1076.8 15011081.0 160-10182.9 17000091.2 180-10-180.0 19100-177.0 20-1-10079.8 21001-180.0 22000092.6 23000091.0 24-100-183.0 25-101084.6 26000090.8 27110076.0 28-110080.6 291-10081.0 B 金银花添加量 C 料液比 D 进风口温度
2.3 模型建立及显著性检验
对表3 进行多元回归拟合分析，得到香茅草固态速溶茶感官评分（Y）、香茅草添加量（A）、金银花添加量（B）、料液比（C）、进风口温度（D）的二次方程模型：Y=91.56-0.40A-0.84B+1.33C+0.63D-1.45AB-1.18AC+2.78AD-1.40BC-0.23BD+1.52CD-6.70A2-5.46B2-4.12C2-5.41D2，回归模型的方差分析结果见表4。
表4 回归模型方差分析
Table 4 Analysis of variance of the regression model
注：*表示影响显著，P＜0.05；**表示影响极显著，P＜0.01。
来源平方和 自由度均方F 值P 值显著性模型611.591443.6827.57 ＜0.000 1**A1.9211.921.210.289 6 B8.5018.505.360.036 5*C21.33121.3313.46 0.002 5**D4.6914.692.960.107 5 AB8.4118.415.310.037 1*AC5.5215.523.480.083 0 AD30.80130.8019.44 0.000 6**BC7.8417.844.950.043 1*BD0.2010.200.130.726 1 CD9.3019.305.870.029 5*A2290.891290.89 183.56 ＜0.000 1**B2193.311193.31 121.99 ＜0.000 1**C2110.191110.19 69.53 ＜0.000 1**D2189.791189.79 119.76 ＜0.000 1**残差22.19141.58失拟项19.67101.973.130.141 2纯误差2.5140.63综合633.7728
由表4 可知，感官评分回归模型显著性检验P＜0.01，说明二次多元回归模型极显著，感官评分回归模型失拟性检验P>0.05，说明香茅草固态速溶茶的感官评分二次回归模型与实际试验失拟项不显著，表明此模型可用于试验拟合。回归诊断中决定系数R2=0.965 0，信噪比=17.568，表明模型的拟合度和可信度均很高，可用于香茅草固态速溶茶的感官评价。综上所述，回归模型拟合程度良好，试验误差小，能够准确地分析和预测香茅草固态速溶茶的感官评分，具有一定的实践指导意义。由回归系数显著性表明，在所取因素水平范围内，4 个因素对香茅草固态速溶茶感官评分的影响顺序为料液比（C）＞金银花添加量（B）＞进风口温度（D）＞香茅草添加量（A）。
2.4 响应面试验结果分析
响应面等高线可直观反映两因素之间相互作用的强弱，等高线呈椭圆形或马鞍形时说明两个因素之间的交互作用显著，3D 图中曲面的倾斜度越高，坡度越陡，说明对感官评分的影响程度更大[23-24]，响应面试验结果如图2所示。
图2 响应面优化试验结果
Fig.2 Experiment results of response surface optimization
从图2 能够看出，在交互项AB 中，香茅草添加量和金银花添加量两个因素的等高线图接近椭圆，表明两者交互作用显著，与方差分析结果相符；3D 图中曲面比较陡峭，随香茅草添加量和金银花添加量的增加，感官评分先呈现上升趋势，当达到一定添加量时又呈现下降趋势。交互项AD、BC、CD 与交互项AB 作用显著，而交互项AC 香茅草添加量和料液比两个因素的等高线图呈圆形，表明两者交互作用不显著，与方差分析结果相符；3D 图中曲面比较陡峭，随香茅草添加量和料液比中液体体积的增加，感官评分先呈现上升趋势，当达到一定添加量时又呈现下降趋势。交互项BD 与交互项AC 同样作用不显著。
通过响应面法优化香茅草固态速溶茶加工工艺参数，并根据设备情况进行相关调整，对香茅草固态速溶茶最佳工艺参数进行验证试验，响应面理论预测值为香茅草添加量699 g、金银花添加量295 g、料液比1∶15（g/mL）、进风口温度179 ℃，香茅草固态速溶茶的感官评分为91.763 7。综合考虑实际情况，在上述条件下进行试验验证，得到香茅草固态速溶茶最优工艺配方为香茅草添加量700 g、金银花的添加量300 g、料液比1∶15（g/mL）、进风口温度为175 ℃，香茅草固态速溶茶感官评分为92.6，接近理论预测值。
2.5 理化及微生物检测结果
香茅草固态速溶茶的溶解时间、得粉率、水分、灰分、总糖含量及微生物指标见表5。
表5 理化及微生物检测结果
Table 5 Physicochemical and microbiological test results
检测项目溶解时间/s得粉率/%水分含量/%总糖含量/%灰分含量/%菌落总数/（CFU/g） 大肠杆菌/（MPN/g）结果10±523.70±0.948.82±0.1642.10±1.4712.56±0.53263±20未检出
通过最优配方得到的香茅草固态速溶茶，其感官指标、理化指标的测定标准参考国家标准GB/T 31740.1—2005《茶制品第1 部分：固态速溶茶》，各项指标经测定后均符合该国家标准。而在微生物检测中，香茅草固态速溶茶的菌落总数为（263±20）CFU/g，大肠杆菌未检出，符合国家检测标准。
2.6 电子鼻结果分析
香茅草固态茶电子鼻分析见图3。
图3 电子鼻分析
Fig.3 Electronic nose analysis
由图3a、b 可知，香茅草固态茶均对无机硫化物W1W、有机硫类物质W2W、氮氧化合物类物质W5S、甲烷等短链烷烃W1S、醇醚醛酮类W2S 传感器的响应值较高，对氢气具有选择性。而W1W 对第一主成分的贡献最大，其次贡献较大的依次是W2W 和W5S；W1S、W2S 和W6S，其中W5S 对第二主成分有很大的贡献。可见两种香茅草固态速溶茶的挥发性气味成分上是一致的，浓度为0.24%的香茅草固态速溶茶的响应值均要明显低于0.48%，尤其是7 号、2 号、9 号等这些传感器。
由图3c 可知，美拉德反应前后的样品第一主成分（PC1）的贡献率为99.78%，第二主成分（PC2）的贡献率为0.15%，两个主成分的总贡献率为99.93%，远大于80%，说明该模型能够充分反映样品的整体信息，且差异主要在第一主成分上。由图3d 可知，两个主成分的贡献率同样达到99%以上，可见两种香茅草茶可被明确地区分开来。综上所述，无论PCA 分析还是LDA 分析，都能够很好地将反应前后的香气区分开，证明不同浓度的香茅草固态速溶茶的挥发性香气有一定区别。
3 结论
本研究以香茅草为主要原料，以感官评分为参考研发香茅草固态速溶茶，结果表明各因素对感官得分的影响依次为料液比＞金银花添加量＞进风口温度＞香茅草添加量，通过回归模型验证并考虑到实际操作性，得到最优配方：香茅草添加量700 g、金银花添加量300 g、料液比1∶15（g/mL）、进风口温度175 ℃。此条件所得香茅草固态速溶茶风味最佳，组织状态稳定，感官评分最高。此配方下产品各项理化指标测定结果依次为水分含量（8.82±0.16）%，总糖含量（42.10±1.47）%，溶解时间为（10±5）s，得粉率为（23.70±0.94）%，符合相关标准的规定。电子鼻结果表明，不同浓度的茶样品均对W1W、W2S 和W5S 传感器敏感，表明两者风味物质主要是硫化物、氮氧化合物和醇类等挥发性物质。
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