基于主成分分析法的漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型構(gòu)建

王 昕李新生,2,3*韓 豪,2付 靜,2,3米 桂趙 璇

（1.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院；2.陜西省資源生物重點實驗室；3.陜西理工學(xué)院秦巴紅茶研究所）

主成分分析法（PCA）是研究如何將多變量問題轉(zhuǎn)化為較小的新變量問題的一種統(tǒng)計方法。傅隆生等利用主成分分析法對獼猴桃的品質(zhì)進(jìn)行了綜合評價。白沙沙等利用主成分分析法對蘋果品質(zhì)進(jìn)行了綜合評價。說明利用主成分分析法對食品樣品進(jìn)行綜合評價研究是可行的。近年來，漢中利用采自800～1600m海拔的高山茶鮮葉，經(jīng)萎凋、揉捻、發(fā)酵、烘干等工藝精心研制成工夫紅茶，具有“條索緊細(xì)，金毫外露，湯色紅亮，香氣持久，滋味鮮醇高爽，葉底厚軟”的特點，在第十一屆中國（北京）國際茶業(yè)博覽會上榮獲“特別金獎”。茶葉品質(zhì)的評價一般采用“感官審評法”，易受評茶人員主觀因素和外界環(huán)境因素的影響，在一定程度上限制了評價結(jié)果的客觀性。而工夫紅茶的湯色滋味品質(zhì)與其理化成分有密切的關(guān)系。因此本研究首次利用主成分分析法對不同等級和季節(jié)的8個漢中工夫紅茶樣品的12個主要理化成分進(jìn)行分析，構(gòu)建了湯色滋味評價模型，與感官審評的結(jié)果進(jìn)行比較，并對模型評價結(jié)果進(jìn)行了檢驗，以期為漢中工夫紅茶的品質(zhì)評價提供參考和依據(jù)。

一、材料與方法

1.試驗材料

試驗所用的8個工夫紅茶樣品的鮮葉采自漢中市南鄭縣漢山茶業(yè)公司基地茶園，為一芽一葉或一芽兩葉的中小葉種，采摘季節(jié)為春夏秋三季，經(jīng)日光萎凋、揉捻、發(fā)酵、烘干等工藝制成工夫紅茶，分別裝入錫箔紙袋密封常溫保存。

2.試驗儀器

HP1100高效液相色譜儀，安捷倫；UV-1750型紫外-可見光分光光度儀，日本島津儀器公司；DZKW-S-4型水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵，天津華鑫儀器廠；101-OES型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器；LC-800型低速臺式離心機：科大創(chuàng)新股份有限公司；BSA224S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；SRJX-3-9D型馬弗爐，上海凱朗儀器設(shè)備廠。

3.試驗方法

（1）主要化學(xué)成分的測定

水分測定：GB/T8304-2013；水浸出物測定：GB/T8305-2013；總灰分測定：GB/T8306-2013；茶多糖測定：苯酚—硫酸法；游離氨基酸測定：GB/T8314-2013；茶氨酸測定：GB/T23193-2008高效液相色譜法；茶多酚、兒茶素的測定：GB/T8313-2008；咖啡堿的測定：GB/T8312-2013紫外分光光度計法；茶黃素、茶紅素、茶褐素的測定：分光光度法。

（2）感官審評方法

由于工夫紅茶的外形與葉底主要在加工過程中由揉捻的時間、力度決定，與茶葉內(nèi)質(zhì)成分含量關(guān)系不大，香氣主要由芳香物質(zhì)決定，因此本研究參照GB/T23776-2009中工夫紅茶審評方法，主要從湯色和滋味2個方面進(jìn)行審評：取3 g茶樣，加入150 mL水，沖泡時間5 min，按照湯色（25%）、滋味（75%）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分，各因子100分，利用加權(quán)評分法計算總得分。由3位評茶員對8個茶樣進(jìn)行平行感官審評，取其平均值。得分越高，茶葉品質(zhì)越好。

（3）數(shù)據(jù)處理

將本研究中8個樣品的12個變量的理化數(shù)據(jù)，通過SAS9.2處理，提取出k個主成分（k＜X），k個主成分的累計方差貢獻(xiàn)率在 85%以上。各主成分用 F1，F(xiàn)2，…Fk表示，F(xiàn)j＝a1jX1＋a2jX2＋…＋a12jX12（j=1-k），主成分的系數(shù)（aij）反映出第i個變量在第j個主因子上的相對重要性，等價于原始變量相關(guān)系數(shù)矩陣的特征向量。以不同主分量特征值的方差貢獻(xiàn)率βi(i＝1，2，…，k)為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評價函數(shù)F＝β1F1＋β2F2＋…＋βkFk計算各樣本得分，綜合得分越高，表明該樣品的質(zhì)量品質(zhì)越好。

二、結(jié)果與分析

1.漢中工夫紅茶理化成分組成

漢中工夫紅茶的理化成分指標(biāo)測定結(jié)果見表1，從表中可以看出，8份茶樣符合“GB/T13738.2-2008紅茶-工夫紅茶”的理化成分的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)：含水量≤7.0%，總灰分≤6.5%，中小葉工夫類水浸出物≥32%。所選8個茶樣均為合格產(chǎn)品。

2.漢中工夫紅茶理化成分間的相關(guān)矩陣

由表2可見，8份樣品的12種理化成分存在一定的相關(guān)性。各理化指標(biāo)在反映漢中工夫紅茶品質(zhì)信息上有一定重疊。因此本實驗適合主成分分析。

表1 8份漢中紅茶樣理化成分 %

表2 漢中工夫紅茶理化成分間相關(guān)矩陣

3.主成分分析結(jié)果

主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)。由表3結(jié)果顯示，前4個主成分反映了茶葉樣品90.10%（大于85%）的內(nèi)質(zhì)品質(zhì)信息，因此選前4個主成分對漢中工夫紅茶的內(nèi)質(zhì)成分進(jìn)行分析。

表3 主成分特征值與累積方差貢獻(xiàn)率 %

4.漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型的構(gòu)建

特征向量能反映各指標(biāo)對主成分貢獻(xiàn)的大小，特征向量數(shù)值的絕對值越大，對該主成分的貢獻(xiàn)越大。特征向量的符號表示各指標(biāo)對改變主成分值的增減效果。由表4可見各主成分的特征向量。

第1主成分主要綜合了茶褐素、茶黃素、水浸出物、茶紅素4個因子的變量信息（選擇特征向量絕對值大于3.5的因子），這些因素主要反映了工夫紅茶的湯色的特點，因此稱為“湯色因子”。方程為：

第2主成分主要綜合了游離氨基酸、咖啡堿、總灰分、茶多酚4個因子的變量信息。其中咖啡堿主要反映了工夫紅茶的苦味特點，因此稱為“苦味”因子。方程為：

第3主成分主要綜合了茶多糖、茶氨酸、總灰分3個因子的變量信息。其中茶多糖、茶氨酸主要反映了工夫紅茶的鮮甜味的特點，因此稱為“鮮甜味”因子。

第4主成分主要綜合了兒茶素、茶多酚、水浸出物3個因子的變量信息。其中兒茶素、茶多酚主要反映了工夫紅茶澀味的特點，因此稱為“澀味”因子。方程為：

前4個主成分能夠反映了工夫紅茶湯色和滋味的全部特征，說明對8份樣品進(jìn)行“湯色”和“滋味”的感官評審的方法合理。根據(jù)不同主成分特征值的方差貢獻(xiàn)率得出，綜合評價函數(shù)F的表達(dá)式

表4 各主成分的特征向量

表5 漢中工夫紅茶湯色滋味模型評價和感官審評結(jié)果

5.漢中工夫紅茶湯色滋味模型評價結(jié)果與感官審評結(jié)果比較

由表5可知，8份茶樣的湯色滋味評價模型排序與感官審評排序基本一致。樣品4與樣品7湯色滋味評價模型排序與感官審評排序略有差異，在感官審評中這兩組的得分一致，而它們的湯色滋味評價模型得分表明樣品4較樣品7更好，說明所建立的漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型可以區(qū)分相似度很高的漢中工夫紅茶。利用該模型來評價漢中工夫紅茶的湯色滋味是可行的，而且比感官審評更客觀，彌補了感官審評的主觀誤差。

6.漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型的檢驗

為了檢驗漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型的評價效果，再選取3個漢中工夫紅茶樣品進(jìn)行模型評價，并與感官評價結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見表6，表明本文所建立的評價模型與感官評價法具有很好的一致性。

表6 漢中工夫紅茶質(zhì)量評價模型的檢驗結(jié)果

三、結(jié)論與討論

本研究以8個漢中工夫紅茶為樣品，對品質(zhì)起決定作用的12個理化成分進(jìn)行測定，探索性地利用主成分分析法對漢中工夫紅茶進(jìn)行了湯色滋味評價模型的構(gòu)建。把12個變量轉(zhuǎn)化為4個主成分(即4個綜合變量)，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到90.10%，構(gòu)建漢中工夫紅茶的湯色滋味評價模型：

評價結(jié)果初步表明：評價模型得分在1.0以上的茶葉湯色滋味最好（樣品2，樣品6），評價模型得分在1.0到-1.0之間的茶葉湯色滋味次之（樣品1，樣品4，樣品7，樣品3，樣品5），評價模型得分在-1.0以下的茶葉湯色滋味較差（樣品8）。

根據(jù)漢中工夫紅茶主成分分析法湯色滋味評價模型的計算結(jié)果與感官審評結(jié)果比較可以看出，兩者具有較高的一致性，表明所構(gòu)建的漢中工夫紅茶主成分分析法湯色滋味評價模型是可行的，利用主成分分析法構(gòu)建湯色滋味評價模型減少了感官評審主觀判斷所造成的誤差，數(shù)據(jù)分析結(jié)果更具客觀性，為評價漢中工夫紅茶湯色滋味的品質(zhì)評價開辟了一條新途徑。