茶是世界上畅销的饮品之一，茶多酚是茶叶的主要生物活性成分，具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、降糖、调节肠道菌群和调节代谢疾病等多种生理功能。茶多酚是茶树体内多元酚类混合物的总称，是构成茶汤滋味的主要组分。茶多酚粉末呈淡黄色至茶褐色，味涩，易溶于水及甲醇、乙醇、乙酸乙酯等溶剂，微溶于油脂，不溶于苯、氯仿、石油醚。茶多酚具有吸湿性、耐热性及耐酸性好的特点，在pH 2~7范围内稳定，目前已从茶多酚类物质中分离出多种化学成分，主要包括：儿茶素类(含量最多，占茶多酚总量的70%以上)，黄酮类，花青素和花白素类、酚酸和缩酚酸类四大类化合物。
茶多酚作为一类天然抗氧化活性物质，不仅可以清除自由基，活性氧等直接导致氧化损伤的细胞产物，还可以通过调节多种酶蛋白及信号通路中靶蛋白的表达，包括细胞中的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、核转录因子2(Nrf2)等，从而提高细胞的抗氧化能力，预防氧化损伤。此外，茶多酚还有抗炎、抗癌、降血糖、改善胰岛素抵抗等功能。茶多酚有着较强的还原性，容易在空气中被氧化，导致其变色并失去活性。实验利用茶多酚在碱性水溶液中，其苯环结构以及酚羟基间能通过氢键、π-π相互作用等形成超分子纳米球的原理，将茶多酚制成纳米粉，可以使其在空气中更稳定不易氧化，从而提高茶多酚的生物应用范围，拓展茶多酚在生命健康领域功能食品中的应用。
功能性泡腾片因其体积小、携带方便、易于存放，运输成本低、即冲即饮、均匀度好及生物利用率高等优势，且符合现代人追求营养健康的饮食需求，成为当前研究的热点之一。泡腾片最早应用在医药领域，国外在上世纪70年代就有泡腾片产品销售。泡腾片利用有机酸和碱式碳酸(氢)盐反应做泡腾崩解剂，置入水中，即刻发生泡腾反应，生成并释放大量的二氧化碳气体，与普通片剂或者固体饮料粉末相比，崩解的速度快，在冷水中也能快速溶解，有着服用方便、起效迅速、生物利用度高的优势，在制药领域应用十分广泛，并逐渐向食品行业拓展。泡腾片兼备了固体与液体两种制剂的特点，在食品行业中，泡腾片的出现可以拓宽非传统固体饮料的产品种类。凭借着应用广泛、方便携带的特点、有趣的饮用方式及丰富独特的风味口感，泡腾片固体饮料可成为符合现代人要求的饮料产品之一，拥有较大的发展潜力。
目前有关茶多酚自组装泡腾片制备工艺研究还鲜有报道，研究旨在开发一种功能性泡腾片，首先将茶多酚溶于水中并用碳酸钠调节溶液pH使体系测定达到纳米级别，并通过喷雾干燥制备得到茶多酚纳米粉末，再以感官评分和崩解时限为考察指标，通过正交试验优化茶多酚泡腾片制备配方，以期为茶多酚的高值化利用提供技术参考，也为茶制品的新质生产创新提供新思路和方向。
01材料与方法
1、试验材料
茶多酚粉末(纯度98%，安徽红星药业股份有限公司)、柠檬酸(河北仟盛生物科技有限公司)、羧甲基纤维素钠(河南中辰生物科技有限公司)、聚乙二醇-6000(山东瑞生辅料有限公司)、食用盐(中盐上海市盐业有限公司)、蔗糖(上海德福糖业有限公司)、玉米淀粉(福建塞翁福食品股份有限公司)、碳酸钠和碳酸氢钠(山东乐畅调味品有限公司)。实验所用原料均为食品级。
2、仪器与设备
DFY-600C摇摆式高速万能粉碎机(上海风褚实业有限公司)、DynaPro NanoStar动态光散射仪(DLS，美国怀雅特技术公司)、FA2004 电子天平(佑科仪器仪表有限公司)、TDP-5T压片机(广州市大祥电子机械设备有限公司)、GY-XYGZJ小型喷雾干燥机(上海归永电子有限公司)。
3、试验方法
(1)茶多酚纳米粉末的制备
参考以前的研究，将茶多酚溶于水中，浓度为1 mol/L，用碳酸钠将溶液调至pH=8，在搅拌下进行自组装反应，溶液的颜色由浅黄色变至黄棕色，发生变色即代表进行了自组装反应，搅拌至颜色不再变化，即制得茶多酚纳米自组装原料。待茶多酚完成自组装后进行喷雾干燥，进料温度控制在80 ℃，气流速度控制在1~3 m/s之间，以促进快速干燥。待完全干燥后(含水率3%~8%)，将所得粉末过80目筛，收集过筛后的产品于密封袋中保存。
(2)茶多酚泡腾片的制备
采用干法制粒方式，先将酸源(柠檬酸)和碱源(碳酸氢钠)分别与茶多酚纳米粉、甜味剂(蔗糖)和粘合剂(羧甲基纤维素钠)混合，分别制得酸粒和碱粒。再将酸粒、碱粒混合并加入填充剂(玉米淀粉)、润滑剂(聚乙二醇-6000)和引湿剂(食用盐)，均匀混合后用压片机进行压片，片剂经干燥后即得茶多酚纳米泡腾片，控制单片重量在1.5±0.1 g。试验中各物质的添加量以质量百分比计。
(3)单因素实验
a、崩解剂酸碱比的确定
固定茶多酚纳米粉添加量40%、崩解剂添加量45%、蔗糖添加量1.5%、聚乙二醇 6000添加量3%、食用盐添加量1%、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)添加量3%，其余部分用玉米淀粉填充，酸碱比按照1∶0.6、1∶0.8、1∶1.0、1∶1.2、1∶1.4、1∶1.6的质量比进行单因素实验，以崩解时限和感官评分为评价指标，确定崩解剂酸碱比。
b、茶多酚纳米粉添加量的确定
固定崩解剂添加量为45%、崩解剂酸碱比1∶1.25、蔗糖添加量1.5%、聚乙二醇6000添加量3%、食用盐添加量1%、CMC-Na添加量3%，分别按32.5%、35%、37.5%、40%、42.5%添加茶多酚纳米粉，其余部分用玉米淀粉填充，制备茶多酚泡腾片，以崩解时限和感官评分为评价指标，确定茶多酚纳米粉添加量。
c、崩解剂添加量的确定
固定茶多酚纳米粉添加量40%、崩解剂酸碱比1∶1.25、甜味剂添加量1.5%、聚乙二醇6000添加量3%、食用盐添加量1%、CMC-Na添加量3%，崩解剂添加量按35%、37.5%、40%、42.5%、45%进行单因素实验，余下部分用玉米淀粉进行填充，制备茶多酚泡腾片，以崩解时限和感官评分为评价指标，确定崩解剂添加量。
d、羧甲基纤维素钠添加量的确定
固定崩解剂添加量为45%，茶多酚纳米粉添加量为40%、崩解剂酸碱比1∶1.25、甜味剂添加量1.5%、聚乙二醇6000添加量3%、食用盐添加量1%，CMC-Na添加量分别按2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%进行单因素实验，余下部分用玉米淀粉进行填充，按上述方法制备茶多酚泡腾片。以崩解时限和感官评分为评价指标，确定CMC-Na添加量。
(4)正交优化实验
以单因素实验结果为基础，以茶多酚纳米粉添加量、崩解剂酸碱比、崩解剂添加量、CMC-Na添加量作为试验因素，以崩解时限和感官评分作为响应值，综合考虑得到最优工艺。采用表1所示的L9(3⁴)正交实验表，进行四因素三水平正交优化试验设计。
4、测定项目与方法
(1)动态光散射技术测定微纳米颗粒粒径分布
打开动态光散射仪，预热30 min，设置样品检测条件，将温度调至25.0 ℃，保温2 min，进行测定。结果采用 Malvern DTS 6.20 软件分析。
(2)崩解时限
称量6片泡腾片溶于200 mL 20 ℃的纯水中，泡腾片从与纯水接触开始反应时立即开始计时，直到无气泡产生溶解完全后停止计时，记录崩解时限。平行检测6片，每片均应5 min内崩解。若有1片不能完全崩解，则再取6片复试，均应符合规定。
(3)感官评定
采用7点快感标度评分检验方法，评分标度为 非常喜欢(3)、很喜欢(2)、喜欢(1)、一般(0)、不喜欢(-1)、很不喜欢(-2)、非常不喜欢(-3)，随机选取10名感官评价员(5男5女)，分别从颜色、口味、气味三个方面进行综合评定。
5、数据分析
利用GraphPad Prism 8软件进行数据分析和作图。所有实验结果均以平均值±标准差(SD)表示。
02结果与分析
1、茶多酚纳米颗粒粒径分布
粒径是影响稳定性的重要因素，影响稳定性的其他因素一定的情况下，粒径越小，粒子沉降速率越慢，体系越稳定。茶多酚纳米粉粒径的测定结果如图1所示。以茶多酚的主要成分EGCG为例，从图中可以看出自组装16 h(E16)，茶多酚动态的纳米粉粒径为140 nm左右最多，并且随着时间的延长，粒径有增大的趋势。例如放置在37 ℃的64 h(E64)粒径增大至241 nm左右的最多。以上数据说明茶多酚在碱性条件下，茶多酚进行了自组装反应形成了纳米状态，且可以在液体条件下，较长时间保持纳米级别的稳定状态。
2、单因素实验
(1)崩解剂酸碱比的确定
崩解时间如图2所示，可以看出随着碱的比例增加，崩解时间显著下降，1∶0.6和1∶0.8的崩解时间在280 s以上，而1∶1之后基本稳定在240~250 s之间。不同酸碱比对泡腾片pH的影响和酸碱比对感官评分影响如图3和4所示，酸碱比在1∶0.8时感官分值最高，此时的溶液pH为5.1左右，酸甜的口感易被大众接受。当酸碱比超过1∶1后，感官评分随着碱(碳酸氢钠)的添加量增加而显著下降，说明过量的碱会使溶液的口感变差。
故选择酸碱比1∶0.8~1∶1.2进行后续正交优化试验。
(2)茶多酚纳米粉添加量的确定
茶多酚纳米粉添加量对泡腾片崩解时间的影响如图5所示，随着泡腾片中茶多酚纳米粉添加量的增加，泡腾片的崩解时间显著增加，但都控制在270 s以内。
茶多酚纳米粉添加量对感官评分影响如图6所示，在茶多酚纳米粉添加量为40%时，感官评分最高。茶多酚纳米粉添加量低于40%时，茶涩味口感差，存在明显的由崩解剂反应产生的咸味，因此感官评分较低。当添加量超过40%时，茶味逐渐变重且压片过程中有粘连情况出现，片剂破损情况较多，片剂和汤液色泽也较深。
故纳米粉添加量选择37.5%、40.0%和42.5%进行后续正交优化试验。
(3)崩解剂添加量的确定
崩解剂添加量对崩解时间和感官评分的影响如图7和图8所示，崩解时间随着崩解剂的添加而显著下降，而感官评分则是先升高后下降。崩解剂添加量为40%时感官评分最高，此时泡腾片发泡量较高、崩解时限也较短，可以完整体现该饮品的风味。崩解剂添加量低于40%时，茶多酚的涩味较重。而高于40%时，崩解剂的增多又会降低茶汤的风味。
(4)羧甲基纤维素钠添加量的确定
粘合剂添加量对崩解时限的影响如图9所示，在压片过程中添加CMC-Na，对压片有较好的辅助作用。但CMC-Na添加量超过3.0%时，崩解时间随着CMC-Na的添加量显著增加，所以添加需适量。
粘合剂添加量对感官评分的影响如图10所示，CMC-Na在固体饮料中有稳定、增稠的作用。在添加量为3.0%时，感官评分最高。当添加量低于3.0%时，溶液有时候不稳定，不溶固形物较多。而添加量过高时，也会影响溶液的口感，导致评分下降。
最终选择添加量2.5%、3.0%、3.5%进行后续正交优化试验。
3、正交优化试验
将崩解剂酸碱比、崩解剂添加量、粘合剂添加量、茶多酚纳米粉添加量作为变量进行四因素三水平正交优化试验设计，并以崩解时间和感官评分作为响应值。结果如表2所示，各因素对泡腾片不同响应值的影响主次顺序有差异。对崩解时间影响的主次顺序为C>A>B>D，最优的条件为C3A3B1D1;对感官评分影响的主次顺序为A>B>C>D，最优的条件为A1B2C2D3。所得优化工艺条件均不在实验设计9个处理中，如表2所示。
后续验证实验按正交分析方法得到崩解时间C3A3B1D1和感官评价A1B2C2D3，两种优化组合进行下一步验证性试验，并以感官评分较高，崩解时限较短的处理用A1B2C3D2进行对比。
结果如表3所示，最后选取感官评分最高的A1B2C2D3组合，即崩解剂(柠檬酸和碳酸氢钠)添加量42.5%(酸碱比1∶0.8)，茶多酚纳米粉添加量40.0%，CMC-Na添加量3.5%。
4、茶多酚自组装泡腾片制备
优化工艺制备出的茶多酚自组装泡腾片能够在水中快速崩解，释放出有效成分，有利于茶多酚稳定存储，使用前又被充分溶解;根据以前学者的研究，黑莓和酚类化合物可作为原料开发成即食泡腾片使用，含有60%黑莓粉做成的泡腾片，颜色好、抗氧化活性高。用虾青素制备的泡腾片外观、重量变化、分解时间、脆性和溶出度均能满足质量要求，且能提高虾青素的稳定。
试验研究结果与以前的研究一致，得到的泡腾片表面细腻光滑，颜色均匀，外形完整，汤色清透呈均匀的浅褐色，酸甜可口，入口细腻、顺滑、无粉粒感，具有茶固有的香气，持久性强，同时保留了茶多酚的保健功效;此外，体积小，重量轻、便于携带，使用方便，充分结合了茶多酚丰富的营养价值与泡腾片食用方便的特点，既保证了其营养成分，又赋予了泡腾片新的茶香味。
03结论
(1)茶多酚有多个酚羟基结构，在体外易受氧气、pH等环境影响而发生氧化导致结构改变，直接加入产品很容易被氧化，导致产品的生物活性下降。而实验中，在碱性水溶液条件下，让茶多酚苯环结构以及酚羟基间通过氢键、π-π相互作用等形成可逆的超分子纳米球，茶多酚纳米化后会使其在储存过程中更加稳定，不易被空气氧化变色。在使用时，泡腾片溶于水后的酸性环境中又能够解组装，恢复茶多酚的活性。参考以前的研究，该产品有良好的生物利用度和稳定性。
(2)研究以茶多酚为原料先在碱性水溶液中进行茶多酚自组装，形成纳米颗粒喷雾干燥后成纳米茶多酚粉末，添加崩解剂、粘合剂等辅料，制备茶多酚泡腾片。考察了崩解剂酸碱比、茶多酚添加量、崩解剂添加量、粘合剂添加量4个因素对崩解时间和成品感官的影响，在单因素试验基础上，进行正交实验，优化得到的最佳工艺配方按质量为崩解剂(柠檬酸和碳酸氢钠)添加量42.5%(酸碱比1∶0.8)，茶多酚纳米粉添加量40.0%，甜味剂(蔗糖)添加量1.5%、聚乙二醇 6000 添加量3%、食用盐添加量1%、CMC-Na添加量3.5%。
(3)实验制备出的成品泡腾片表面光滑，外形完整;溶液呈均匀的浅褐色，具有茶的独特香气，有着良好的口感和茶多酚的保健功效;能够在水中快速崩解，释放出有效成分;体积小，重量轻、便于携带，使用方便。茶多酚纳米球自组装泡腾片充分结合了茶多酚的保健价值与泡腾片携带方便的特点，既赋予了其营养价值，又赋予了泡腾片新的风味。
(4)研究虽然对茶多酚纳米泡腾片工艺进行了优化和系统研究，但围绕泡腾片的质构指标、滋味成分、功能性成分、质量标准、营养功能等方面的分析，有待深入研究。
作者简介：
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田宝明
博士，浙江工业大学食品科学与工程学院副研究员，博导，食品质量与安全系副主任，主要从事食品天然产物与营养健康、膳食与肠道菌群互作对糖脂代谢相关疾病的干预机制等研究。纵向项目方面，主持浙江省重点研发计划项目、浙江省“领雁”研发攻关计划子课题、中国博士后科学基金面上项目、省“三区”选派科技人员项目、丽水市“双百引领计划”第五批挂职企业人才项目等6项;横向项目方面，主持校企业合作项目3项，参与横向课题3项;主持浙江省产学研协同育人项目和校级教改项目各1项;发表学术论文30余篇。获中国商业联合会科技进步一等奖、省级“三区”选派科技人员考核优秀1次，省科技厅鉴定成果1项，参编教材3部。
来源：中国茶叶加工
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