代用茶是一种非茶叶类饮品,不仅具有独特口感,还富含多酚、黄酮类化合物等活性成分[1],具有较强的抗氧化能力[2-3],能有效清除体内自由基,减缓衰老。此外,代用茶还具有增强免疫力、调节血脂、抗炎等多种健康益处[4-6]。这些功能特性使得代用茶成为一种理想的健康饮品,具有广泛的应用前景。党参黄芪复合茶是以党参、黄芪、枸杞、甘草、红枣为主要成分的一款复方代用茶,融合了中医“药食同源”理念,兼具补气养血、增强免疫等功效。黄芪、党参、甘草均为我国广泛使用的传统药食同源中药材。黄芪具有补气升阳,固表止汗等功效,富含多糖、黄酮类化合物、三萜类化合物等[7-8]。孙宇等[9]研究发现,黄芪中的黄酮类化合物相较于皂苷和多糖类化合物具有更高的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基和2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2,2′-azino-bis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid),ABTS]阳离子自由基清除能力。党参含有多糖、黄酮、皂苷等活性成分,在抗菌、抗肿瘤、抗炎及抗氧化等方面表现出显著作用[10-11]。研究发现,党参的抗氧化活性与其黄酮含量呈正相关关系[12]。甘草含有三萜皂苷、黄酮、甘草多糖等化合物[13-14]。研究显示,甘草的抗氧化能力与总酚和黄酮的含量密切相关[15]。枸杞富含多糖、多酚等多种活性成分,具有抗氧化、调节免疫等功效[16-17]。金浩等[18]研究报道,枸杞中多酚含量与羟自由基清除能力呈正相关。红枣是传统的药食同源植物,含有丰富的维生素C(vitamin C,VC)、多糖、多酚等活性成分,且红枣的抗氧化能力与总多酚和总黄酮的含量呈显著正相关[19]。
大量研究发现,茶汤的抗氧化活性与冲泡条件(如温度、时间、茶水比等)密切相关。常泽睿等[20]研究了冲泡时间、冲泡次数和冲泡温度对橘红茶茶汤多酚类物质含量、总抗氧化能力、DPPH自由基清除率和羟自由基清除率的影响;张齐等[21]研究了液料比、温度和时间对毛峰茶汤DPPH自由基清除率、羟自由基清除率和铁离子螯合能力的影响。优化冲泡条件可以有效提高党参黄芪复合茶的抗氧化能力,从而更好地发挥其健康功效。这些研究结果不仅为党参黄芪复合茶的开发和应用提供了科学依据,也为消费者提供了更合理的冲泡建议,有助于提升党参黄芪复合茶的饮用体验和健康价值,进一步推动其在健康饮品市场中的应用。本研究通过系统分析不同冲泡条件下党参黄芪复合茶茶汤的总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性(总抗氧化能力、ABTS+自由基清除率、DPPH自由基清除率和羟自由基清除率),利用响应面法优化其冲泡条件,以期为党参黄芪复合茶的科学冲泡和功能性研究提供理论依据,充分发挥其健康功效。
党参黄芪复合茶(由党参、黄芪、枸杞、甘草、红枣组成):甘肃渭水源药业科技有限公司。没食子酸(纯度≥98%)、芦丁(纯度≥98%):北京索莱宝科技有限公司;福林酚(1 mol/L):北京酷来搏科技有限公司;无水乙醇、氢氧化钠(均为分析纯):国药集团化学试剂有限公司;无水碳酸钠(分析纯):天津市光复科技发展有限公司;亚硝酸钠(分析纯):天津市百世化工有限公司;总抗氧化能力检测试剂盒、ABTS+自由基清除能力检测试剂盒、DPPH自由基清除能力检测试剂盒、羟自由基清除能力检测试剂盒:北京盒子生工科技有限公司。试验用水均为超纯水。
电子天平(BSA224S-CW):广州市深华生物技术有限公司;台式高速冷冻离心机(TGL-16MC):上海安亭科学仪器厂;紫外可见分光光度计(UV-4802):尤尼柯(上海)仪器有限公司;酶标仪(Spectra Max 190):美谷分子仪器(上海)有限公司。
1.3.1 茶汤制备
取一份党参黄芪复合茶茶包加入超纯水,在设定温度下冲泡一段时间后,将茶包取出,得到茶汤待测。
1.3.2 单因素试验
固定冲泡温度85 ℃、冲泡时间20 min,设置冲泡水量分别为100、150、200、250、300 mL;固定冲泡温度85 ℃、冲泡水量200 mL,设置冲泡时间分别为10、15、20、25、30 min;固定冲泡时间20 min、冲泡水量200 mL,设置冲泡温度分别为75、80、85、90、95 ℃;研究以上各条件对党参黄芪复合茶茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性的影响。
1.3.3 总酚含量的测定
总酚含量的测定参考黄莹偲等[22]的方法。标准曲线制作:配制浓度为100 μg/mL的没食子酸标准溶液,从中分别准确移取0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60 mL置于比色管中。向各管中加入超纯水至总体积为2.00 mL,随后加入2.50 mL福林酚试剂,充分振荡后静置3~4 min。向各管中加入2.00 mL浓度为75 g/L的Na2CO3溶液,摇匀后置于室温下反应2 h。同时设置空白对照组,在765 nm下测定吸光度。以没食子酸含量(μg)为横坐标,吸光度(A)为纵坐标进行线性回归分析,得到回归方程y=0.019 8x-0.003 6,R2=0.999 4。取0.50 mL待测样品溶液,按照上述标准曲线制作的相同步骤进行操作。根据标准曲线方程计算样品中总酚的含量,结果以没食子酸当量表示,单位为μg/mL。
1.3.4 总黄酮含量的测定
参考黄晓辰等[23]的方法,精确量取芦丁对照品10.00 mg,用80%乙醇溶液溶解并转移至50 mL容量瓶中,定容后得到浓度为0.20 mg/mL的标准储备液。依次移取1.00、4.00、8.00、12.00、16.00 mL储备液至50 mL容量瓶内,按以下步骤操作:1)加入1.4 mL 5% NaNO2溶液,涡旋充分混匀后静置6 min;2)加入10% Al(NO3)3溶液1.4 mL,再次混匀,继续静置6 min;3)加入10 mL 1 mol/L NaOH溶液,最后以80%乙醇溶液定容至刻度线。反应体系静置10 min后,于510 nm波长下测定吸光度。以芦丁含量(μg)为横坐标,吸光度(A)为纵坐标,通过线性回归分析,得到标准曲线方程y=0.193 8x-0.003 3,R2=0.999 9。取5.0 mL茶汤样品,按照上述标准曲线操作方法进行测定,将所得数据代入回归方程,计算茶汤中总黄酮的含量,结果以芦丁当量表示,单位为μg/mL。
1.3.5 总抗氧化能力的测定
按总抗氧化能力检测试剂盒说明书操作,取适量茶汤进行总抗氧化能力的测定。
1.3.6 ABTS+自由基清除率的测定
参考ABTS+自由基清除能力检测试剂盒说明书测定茶汤的ABTS+自由基清除率。
1.3.7 DPPH自由基清除率的测定
参考DPPH自由基清除能力检测试剂盒说明书操作测定茶汤的DPPH自由基清除率。
1.3.8 羟自由基清除率的测定
参考羟自由基清除能力检测试剂盒说明书测定茶汤的羟自由基清除率。
1.3.9 响应面优化试验
根据Box-Behnken试验设计原则,同时结合单因素试验结果,选择冲泡水量、冲泡时间和冲泡温度3 个因素,以总抗氧化能力作为响应值,进行三因素三水平共17 个试验点的响应曲面分析试验,借助数据统计分析工具优化党参黄芪复合茶冲泡工艺。响应面试验因素与水平见表1。
表1 响应面试验因素与水平
Table1 Factors and levels of response surface test
水平因素A冲泡水量/mLB冲泡时间/minC冲泡温度/℃-110020850150259012003095
数据处理与图形绘制借助Microsoft Excel及Prism 10.4.0软件完成;响应面设计与分析则利用Design Expert 13软件执行,所有数据基于3次平行试验的平均值。
冲泡水量对茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性的影响如图1所示。

图1 冲泡水量对茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性的影响
Fig.1 Effects of brewing water volume on total phenolic content,total flavonoid content,and antioxidant activity of tea infusion
由图1可知,党参黄芪复合茶茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性随着冲泡水量的增加呈负相关,随着冲泡水量从100 mL增加到300 mL,茶汤总酚含量、总黄酮含量、总抗氧化能力、ABTS+自由基清除率、DPPH自由基清除率和羟自由基清除率逐渐下降。冲泡水量为100 mL时,茶汤总酚含量为295.85 μg/mL,总黄酮含量为91.81 μg/mL,总抗氧化能力为1.53 μmol/mL,ABTS+自由基清除率为84.70%,DPPH自由基清除率为28.17%,羟自由基清除率为4.10%。冲泡水量为300 mL时,茶汤总酚含量下降为118.61 μg/mL,总黄酮含量降低至49.50 μg/mL。总抗氧化能力降低至0.68 μmol/mL,ABTS+自由基清除率减少为58.70%,DPPH自由基清除率降低为20.25%,羟自由基清除率降至1.14%。这与喻俊等[24]的研究结果一致,茶水比越大,茶汤的总抗氧化能力、DPPH清除能力和羟自由基清除能力越强。随着冲泡水量的增加,茶汤中各类抗氧化成分(如总酚、总黄酮等)被稀释,单位体积茶汤中抗氧化成分含量减少,能参与抗氧化反应的物质变少,从而导致抗氧化能力下降。
冲泡时间对党参黄芪复合茶茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化能力的影响见图2。

图2 冲泡时间对茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性的影响
Fig.2 Effects of brewing time on total phenolic content,total flavonoid content,and antioxidant activity of tea infusion
由图2可知,茶汤总酚含量和总抗氧化能力随着冲泡时间的延长呈现先上升后下降的趋势,在冲泡时间为25 min时,总酚含量达到最高(200.67 μg/mL),总抗氧化能力达到1.24 μmol/mL,在冲泡时间为30 min时,总酚含量降低了7.26%,为186.11 μg/mL,总抗氧化能力降至1.19 μmol/mL。可能由于冲泡时间过长,茶汤内氧化反应加速,导致总酚含量减少和总抗氧化能力降低。李金辉等[25]研究了冲泡时间对茶多酚溶出率的影响,发现茶多酚溶出率随时间延长先升高后下降。总黄酮含量随冲泡时间的延长呈现上升趋势,当冲泡时间为30 min时,茶汤总黄酮含量最高,为98.00 μg/mL。当冲泡时间为10~25 min时,ABTS+自由基清除率与DPPH自由基清除率均呈现递增趋势,并于25 min达到顶峰,分别为82.22%和25.34%。随着冲泡时间持续延长,茶汤的ABTS+自由基清除率与DPPH自由基清除率下降,分别降低了12.32%、38.91%。与ABTS+自由基清除率、DPPH自由基清除率不同,羟自由基清除能力随着冲泡时间的延长不断增强。这与Cheng等[26]的研究结果一致,在一定时间范围内,随冲泡时间延长,茶汤中总抗氧化物质的含量呈递增趋势,然而当冲泡时间继续延长时,茶汤中总抗氧化物质的含量呈现下降趋势。
冲泡温度对茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性的影响如图3所示。

图3 冲泡温度对茶汤总酚、总黄酮含量及其抗氧化活性的影响
Fig.3 Effects of brewing temperature on total phenolic content,total flavonoid content,and antioxidant activity of tea infusion
由图3可知,总酚含量随着冲泡温度的升高(75~90 ℃)逐渐增加,90 ℃时达到最高(206.26 μg/mL),95 ℃时降低为192.59 μg/mL。随着冲泡温度从75 ℃升至90 ℃,分子扩散速率增加,使酚类更快从细胞基质溶出至茶汤中,总酚含量持续增加。温度超过90 ℃后,过高温度可能破坏了酚类物质活性,导致总酚含量下降。总黄酮含量随冲泡温度的升高持续增加,可能由于黄酮类物质比酚类物质更耐高温。总抗氧化能力在冲泡温度75~95 ℃时呈先上升后略微下降趋势,在75~90 ℃由于总酚含量和总黄酮含量的不断增加,其抗氧化活性逐渐增强。在90 ℃到达顶峰后,可能是由于高温破坏了茶汤中热敏性物质的活性,导致总抗氧化能力下降。ABTS+自由基清除率在冲泡温度为75~85 ℃时呈上升趋势,85 ℃时达到峰值(86.55%),随后在90 ℃和95 ℃时显著下降。这与梁惠等[27]的研究结果相似,茶汤的ABTS+自由基清除率随冲泡温度的升高呈现先升后降的趋势。DPPH自由基清除率在冲泡温度为75~85 ℃时逐渐升高,85 ℃时最高,为19.89%,90 ℃时下降为17.19%,95 ℃又稍有回升。可能是因为茶汤中不仅有多酚物质和黄酮物质的浸出,还有其他抗氧化成分(如多糖、皂苷、生物碱、维生素等)的溶出,这些物质的耐热程度不同,使得茶汤在不同冲泡温度下的溶出程度不同,导致DPPH自由基清除率波动。羟自由基清除率随着冲泡温度的升高持续增强,冲泡温度为75 ℃时,羟自由基清除率为2.00%;冲泡温度为95 ℃时,羟自由基清除率增至5.10%。
2.4.1 响应面设计及结果
由Design Expert 13进行响应面试验设计,按照三因素三水平进行试验,结果见表2。
表2 响应面试验设计与结果
Table2 Response surface experimental design and results
A冲泡B冲泡C冲泡总抗氧化能力/试验号水量/mL时间/min温度/℃(μmol/mL)110020901.402220020901.031310030901.586420030901.226510025851.527620025851.061710025951.556820025951.305915020851.1071015030851.3231115020951.3611215030951.3421315025901.5131415025901.5261515025901.5691615025901.4731715025901.520
2.4.2 总抗氧化能力模型建立与分析
通过二次回归方程的分析,建立了响应变量与试验变量之间的关联。对表2中的试验数据利用Design Expert 13软件进行多元回归拟合,A冲泡水量、B冲泡时间、C冲泡温度分别作为自变量,总抗氧化能力作为响应变量,以此进行多元回归分析,得到二次回归方程:Y=1.52-0.181 0A+0.072 0B+0.068C+0.002 7AB+0.053 8AC-0.058 7BC-0.065 0A2-0.144 0B2-0.093 0C2。
回归模型系数及显著性检验结果见表3,相关性分析结果见表4。
表3 总抗氧化能力模型方差分析
Table3 Variance analysis of the total antioxidant capacity model
来源离差平方和自由度均方F值P值显著性模型0.522 090.058 045.83<0.000 1**A冲泡水量0.262 110.262 1207.07<0.000 1**B冲泡时间0.041 510.041 532.770.000 7**C冲泡温度0.037 310.037 329.440.001 0**AB0.000 010.000 00.023 90.881 5 AC0.011 610.011 69.130.019 3*BC0.013 810.013 810.910.013 1*A20.017 810.017 814.040.007 2**B20.087 310.087 368.96<0.000 1**C20.036 410.036 428.760.001 0残差0.008 970.001 3失拟项0.004 230.001 41.180.421 5纯误差0.004 740.001 2总和0.530 916
注:*表示影响显著,P<0.05;**表示影响极显著,P<0.01。
表4 相关性分析结果
Table4 Correlation analysis results
均值1.38校正决定系数(R2Adj)0.961 9变异系数/%2.58预测决定系数(R 2Pre)0.860 7项目数值项目数值标准差0.035 6模型决定系数(R2)0.983 3相对准确度18.544 4
在该分析中,F值被用以评估各变量对响应值影响力的程度,F值越大,表明相关变量的影响越显著。如表3所示,模型P<0.000 1,说明该模型具有统计学意义。冲泡水量(A)、冲泡时间(B)和冲泡温度(C)均对总抗氧化能力表现出极显著影响(P<0.01)。冲泡条件对总抗氧化能力影响程度从大到小依次为A、B、C。其二次项交互作用AC、BC在对总抗氧化能力的影响上表现出显著性差异(P<0.05),而AB的影响未达到显著水平(P>0.05)。。
由表4可知,模型的决定系数(R2)为0.983 3,说明模型具有较高显著性,校正决定系数R2Adj=0.961 9,表明该模型可以解释试验中96.19%的响应值变异,与预测决定系数R2Pre=0.860 7相近,从而证实了该模型在总抗氧化能力的分析和预测上具有较高的适用性和可靠性。
2.4.3 各因素的交互作用
响应面的坡度陡峭程度和等高线椭圆形状可以直观地揭示两个变量之间交互作用的强弱程度。响应面的陡峭程度以及等高线的疏密程度与该因素对响应值的影响强度呈正相关,通过考察响应曲面图的坡度陡峭程度,可以判断出各因素及其相互作用对响应值的影响力度,各因素间的交互影响情况如图4~图6所示。
图4 冲泡水量和冲泡时间对总抗氧化能力影响的响应曲面和等高线
Fig.4 Response surface and contour map of the effects of brewing water volume and brewing time on total antioxidant capacity
由图4可知,总抗氧化能力随冲泡水量的增加呈现出递减趋势,总抗氧化能力随冲泡时间的延长呈现先逐渐增加后降低的变化趋势。相比之下,冲泡水量的变化导致响应曲面纵向跨度和等高线梯度的变化更为明显,这揭示了冲泡水量对总抗氧化能力的影响比冲泡时间的影响更为显著。
由图5可知,当冲泡温度较低时,随冲泡水量的增加,总抗氧化能力逐渐降低;当冲泡水量较小时,随冲泡温度升高,总抗氧化能力随之呈现缓慢增加后降低的趋势;当冲泡水量较大时,随冲泡温度上升,总抗氧化能力呈先增加后平缓的趋势,揭示冲泡水量与冲泡温度之间展现出明显的交互作用,相较而言,冲泡水量的变化坡度大于冲泡温度,这表明冲泡水量对总抗氧化能力的影响力大于冲泡温度。
图5 冲泡水量和冲泡温度对总抗氧化能力影响的响应曲面和等高线
Fig.5 Response surface and contour map of the effects of brewing water volume and brewing temperature on total antioxidant capacity
由图6可知,冲泡温度较低时,总抗氧化能力表现出随冲泡时间的延长先上升后下降的动态变化。当冲泡时间较短,随冲泡温度升高,总抗氧化能力先升高后趋于平缓;若冲泡时间较长,总抗氧化能力随温度的上升先升高后下降。这揭示了冲泡时间和冲泡温度之间存在着明显的交互作用。
图6 冲泡时间和冲泡温度对总抗氧化能力影响的响应曲面和等高线
Fig.6 Response surface and contour map of the effects of brewing time and brewing temperature on total antioxidant capacity
2.4.4 验证试验结果
为全面评估各变量间的交互作用对总抗氧化能力的影响,进一步确定最佳冲泡条件,以最大总抗氧化能力为优化目标,依据Design Expert 13软件的计算结果,总抗氧化能力在多因素共同作用下的最优工艺为冲泡水量100 mL、冲泡时间26.202 min、冲泡温度90.009 ℃,在此条件下,预测的总抗氧化能力可达1.645 μmol/mL。
基于软件预测结果,结合实际可操作性,选取冲泡水量100 mL、冲泡时间26.2 min、冲泡温度90 ℃为冲泡条件进行3次重复试验,得到平均总抗氧化能力为1.638 μmol/mL,接近模型预测结果,表明基于该响应面模型分析优化总抗氧化能力最佳工艺的方法具备可实施性。
本文通过单因素试验探究了不同冲泡条件对党参黄芪复合茶茶汤总酚含量、总黄酮含量、总抗氧化能力、ABTS+自由基清除率、DPPH自由基清除率和羟自由基清除率的影响。茶汤总酚含量、总黄酮含量、ABTS+自由基清除率、DPPH自由基清除率和羟自由基清除率与冲泡水量呈负相关。随着冲泡时间的延长,总黄酮含量、羟自由基清除率不断增加,总酚含量、ABTS+自由基清除率和DPPH自由基清除率先升高后降低。总酚含量、ABTS+自由基清除率随冲泡温度的升高先增加后降低,总黄酮含量、羟自由基清除率随冲泡温度升高持续增加,DPPH自由基清除率随冲泡温度升高呈现不规律波动。响应面法优化得到的最佳冲泡条件为冲泡水量100 mL、冲泡时间26.2 min、冲泡温度90 ℃,在此条件下经3次平行试验,得到总抗氧化能力为1.638 μmol/mL,与预测值较接近,证实了预测值与试验值之间的良好相关性。各因素对总抗氧化能力的影响大小顺序为冲泡水量>冲泡时间>冲泡温度。以上研究结果为党参黄芪复合茶的科学冲泡和茶汤功效的发挥提供理论指导。
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Effects of Different Brewing Conditions on Antioxidant Activity of Codonopsis pilosula and Astragalus membranaceus Composite Tea Infusion