工夫紅茶萎凋及發酵工藝參數優化研究

王振康，陳加友

（1.福建省農業科學院茶葉研究所，福建福安 355000；2.福建省安溪茶業職業技術學校，福建泉州 362400；3.福建佳友茶葉機械智能科技股份有限公司，福建泉州 362400）

工夫紅茶萎凋及發酵工藝參數優化研究

王振康1，陳加友2，3

（1.福建省農業科學院茶葉研究所，福建福安 355000；2.福建省安溪茶業職業技術學校，福建泉州 362400；3.福建佳友茶葉機械智能科技股份有限公司，福建泉州 362400）

以優化工夫紅茶發酵配套工藝參數為目標，采用三因素三水平的響應面中心試驗設計，優化發酵工藝參數。采用不同萎凋時間、發酵溫度和發酵時間，同時對加工過程中茶色素的變化做出研究。選取具有代表性的傳統加工福建工夫紅茶的茶廠，采集加工過程的樣品，做出化學測定分析及感官品質分析，找出福建工夫紅茶加工工藝的最優參數，新工藝發酵的茶樣品質均勻、葉底紅亮，香氣和滋味品質明顯提升，感官品質總分較傳統發酵提高2.1分。

工夫紅茶；工藝參數；響應面；感官品質

工夫紅茶加工工藝包括：萎凋、揉捻、發酵和干燥，雖然每一個步驟都很不可忽視，但是發酵過程是紅茶制造中最具有特色的部分。兒茶素，作為多酚類的主要組成成分，是多酚氧化物的底物，其在TFs和TRs形成過程扮演重要的角色[1]。酶促反應對紅茶重要品質的形成扮演重要角色的，影響酶促反應的因素包括萎凋和揉捻的條件，發酵溫度、濕度、時間、pH和足夠的氧氣等[2]。

本研究利用自行研制的自動化紅茶發酵樣機，選用萎凋的時間、發酵的時間、溫度作為影響茶葉質量的可控因素，根據福建工夫紅茶的原有工藝及經驗設置各因素的3個水平。通過中心試驗設計（CCD）對福建工夫紅茶工藝進行優化，先通過感官審評選出最優參數，再以TFs和TRs為判斷依據，選擇出最優參數[1，3]。以期通過實驗得出優化工藝參數，為提高紅茶品質研究提供實驗依據。

1 試驗材料和方法

1.1 制茶原料

福建政和云根茶業有限公司：政和大白茶。2016年4月21日采于政和縣澄源村，一芽一二葉300 kg。

1.2 加工工藝

茶葉采用福建工夫紅茶傳統加工工藝，設定溫濕度和萎凋處理，和取不同發酵時間的樣品。用120℃固樣，冷卻后再用100℃干燥至水分含量4%-6%，待干燥樣冷卻后用鋁箔袋裝好儲存，以備分析。

1.3 含水量的測定方法

按照GB/T 8304-2002《茶水分測定》120℃快速烘干法[4]，稱取試樣5 g置于已知重量的烘皿中（不加蓋）置于事先預熱的干燥箱內，用120℃，烘1 h；加蓋取出于干燥器內冷卻至室溫，再行稱量（用千分之一分析天平）。計算方法和公式：

水分（%）=（M1-M2）*100/M

式中M1為試樣和烘皿烘前質量（g）；M2為試樣和烘皿烘后質量；M0為試樣質量。

1.4 感官審評方法

參照GB/T 23776-2009《茶葉感官審評方法》[5]。準確稱取茶樣3.0 g，用150mL沸水沖泡，浸泡5 min后出湯，將茶湯倒入審評碗，進行湯色、香氣、滋味、葉底等的感官評定。

1.5 茶色素檢測方法

按照茶葉三素（TFs、TRs、TBs）的檢測方法，本實驗采用分光光度法對茶葉三素進行測定。

1.6 響應面設計

運用一個三因素三水平的CCD-RSM試驗設計[3+]。3個因素分別是萎凋時間（x1）、發酵時間（x2）和發酵溫度（x3），-1，0，+1 分別代表各因素的不同水平，如表 1。

表1 中心試驗設計的因素和水平

2 結果與分析

2.1 感官審評及響應面試驗結果

試驗結果經Design Expert進行分析，得出回歸方程：

y=87.10-0.69x1-0.47x2+0.20x3+0.18x1x2+0.25x1x3+0.50x2x3+0.79x12+0.094x22-1.76x32

式中y代表總分，x1為萎凋時間、x2為發酵時間、x3為發酵溫度。

2.1.1 方差分析

使用Design Expert進行方差分析，模型采用軟件建議的Quadratic（二次方程式）。方差分析結果如表2。

表2 響應回歸模型方差分析表

根據表1方差分析結果，該模型的F值為5.18，P值為0.0423（小于0.05），模型相關系數R2=0.9032，說明該模型高度顯著，具有較好的可信度，試驗設計可靠，其中x1、x32均為模型顯著因子。

2.1.2 響應面分析

為了提供更好展示出了各種因素以及交互項對感官審評總分的影響，通過Design Expert得出以下三維圖和等高線圖（圖1）。

圖1 萎凋時間和發酵溫度對感官評價總分影響的響應曲面和等高線圖

在發酵溫度為30℃時，萎凋時間和發酵時間對感官品質審評評價總分的影響見圖2(c)。由圖中可看出當發酵時間不變時，萎凋時間較短時，曲面較陡，等高線密度較大，說明萎凋時間較短對總分的影響較顯著，總分隨著萎凋時間的降低而增高。從圖中可以看出，萎凋時間在9-12 h時，發酵時間對感官品質審評評價總分的影響較大，且萎凋時間越短影響越大；總分隨著發酵時間減短而增加（圖中曲面較陡）。

在發酵時間為3 h時，萎凋時間和發酵溫度對感官評價總分的影響見圖2。萎凋時間不變時，發酵溫度30℃左右（29~31℃），感官評價總分較高；發酵溫度不變，萎凋時間在9-12 h之間曲面較陡，說明這段時間對總分的影響較顯著，總分隨著萎凋時間降低而升高，萎凋時間增長時，總分變化較小，表現為曲面較平緩。

圖2 萎凋時間和發酵溫度對感官評價總分影響的響應曲面和等高線圖

在萎凋時間為12 h，發酵時間和發酵溫度對感官評價總分的影響見圖3。當發酵時間固定時，發酵溫度在30℃左右（29~31℃）時，感官評價總分最高；發酵溫度固定時，發酵時間越短總分越高，品質越好。

圖3 發酵時間和發酵溫度對感官評價總分影響的響應曲面和等高線圖

2.1.3 試驗優化及驗證

使用 Design Expert對響應面分析得出最優工藝參數：x1為 9.02，x2為 2.05，x3為28.95，即最佳加工工藝條件為萎凋9.02 h，發酵2.05 h，發酵溫度28.95℃，為實際操作方便，萎凋時間取9 h，發酵時間取2 h，發酵溫度取29℃。預測結果是審評總分89.3024。

按照響應面優化出的福建工夫紅茶加工工藝參數，做了驗證性實驗，感官審評結果：外形緊結顯金毫88，湯色紅亮90，香氣高90，滋味醇厚88，葉底紅明亮92，審評總分89.1。預測結果與驗證性實驗基本相符，表明該響應面分析方法可靠。

2.2 茶色素測定及響應面試驗結果

目前已有文獻報道使用TFs和TRs作為判斷紅茶品質的依據，在本研究中，將按照響應面設計加工出的紅茶分別測定TFs和TRs，（見表3）以此為判斷依據研究最佳工藝參數。

試驗結果經Design Expert進行分析，得出如下方程：

y TF*=0.40-0.082x1-0.043x2-0.001x3+0.016x1x2+0.039x1x3-0.039x2x3y TR=3.59-0.22x1+0.090x2+0.21 x3

2.2.1 方差分析

使用Design Expert分別對TF和TR進行方差分析，模型分別采用軟件建議的2F1（含有2因素交互作用的線性模型）和Linear（線性模型），方差分析結果如表4和表5。

根據表3可知，以TF為判斷依據，經過方差分析得出的回歸方程模型F值為17.98，P值為0.0003，小于0.01，模型相關系數R2=0.9310，說明該模型高度顯著，該模型具有較好的可信度，試驗設計可靠。模型顯著因子為 x1、x2、x1x3、x2x3。

表3 TFs、TRs測定及響應面試驗結果

表4 TF響應回歸模型方差分析表

表5 TR響應回歸模型方差分析表

2.2.2 響應面分析

在發酵溫度為30℃（29~31℃）時，萎凋時間和發酵時間對TF含量的影響見圖4。由圖4可看出當發酵時間不變時，萎凋時間較短時，曲面較陡，說明萎凋時間較短對TF含量的影響較顯著，TF含量隨著萎凋時間的降低而增高，有研究表明，降低萎凋時間（即增加萎凋葉含水量）有利于TFs的積累[6]。萎凋時間不變，發酵時間對茶黃素（TFs含量的影響也較顯著。茶黃素的含量隨著發酵時間的增加而減少，這種現象可能與TFs進一步氧化生成TRs和TBs，導致TFs其本身含量降低有關。試驗結果顯示，萎凋時間9 h，發酵時間2 h時，TFs含量最高；萎凋時間15 h，發酵時間4h時，TFs含量最低。從等高線密度可看出萎凋時間比發酵時間對TFs響的更大。

圖4 萎凋時間和發酵時間對TF含量的影響

在發酵時間為3 h時，萎凋時間和發酵溫度對TF含量的影響見圖5。萎凋時間9-12 h，TF含量隨著發酵溫度降低而增加，萎凋12-15 h，TF含量隨著發酵的溫度降低而減少，這表明在合適的萎凋時間，相同的發酵時間，低溫有利于TF的積累，已有相關文獻報道[7]。發酵溫度不變，TF隨著萎凋時間降低而升高，發酵溫度較低時，萎凋時間對TF的影響較大，發酵溫度越高，萎凋時間對TF的影響越小，表現為曲面較平緩。從等高線密度可看出，萎凋時間對TF含量的影響大于發酵溫度的影響。

圖5 萎凋時間和發酵溫度對TF含量影響的響應曲面和等高線圖

在萎凋時間為9 h，發酵時間和發酵溫度對TF含量的影響見圖6。萎凋時間為9 h時，TFS含量最高的點對應的發酵時間為2 h，發酵溫度為35℃；當發酵時間為4 h發酵溫度為35℃時，TFs含量最低。在發酵溫度相同的條件下，發酵時間短對TFs的積累有利。萎凋時間為9 h時，發酵時間2-3 h，發酵溫度增高TFS含量增加；發酵時間3-4 h，發酵溫度降低TFS隨之增加。

圖6 發酵時間和發酵溫度對TF含量影響的響應曲面和等高線圖

2.2.3 試驗優化

以TF和TR最高為優化目標，使用Design Expert對響應面分析得出最優工藝參數：x1為9，x2為2，x3為28.23，即最佳加工工藝條件為萎凋9 h，發酵2 h，發酵溫度28.23℃。

3 工藝優化驗證試驗

紅茶自動化發酵設備發酵與傳統發酵進行對比實驗，采用優化之后參數進行新工藝紅茶加工。新工藝優化發酵設定萎凋時間9 h，發酵溫度由28.95℃整為29℃，發酵時間2 h，其他工藝參數與傳統發酵保持一致。發酵2 h后，取新工藝與傳統工藝發酵葉進行拍照處理，觀測在制品色澤如圖7所示，由圖7可見新工藝優化發酵茶樣的葉面較傳統發酵色澤紅亮，發酵效果明顯較好。新工藝優化發酵與傳統工藝發酵葉經茶葉干燥標準工序進行處理并保存。成品茶經農業部茶葉質量監督檢驗測試中心感官審評（見表6），結果表明新工藝優化發酵的茶樣感官品質總分比傳統發酵高2.1分，其發酵均勻、香氣和滋味品質明顯提升，湯色紅亮，葉底紅勻。

圖7 2種發酵方式對比圖

表6 成品茶感官審評結果

4 結論

試驗按照響應面中心試驗設計，以感官審評和茶色素兩方面為判斷依據找出福建工夫紅茶加工工藝的最優參數，兩者優化的結果中，萎凋時間均為9 h，發酵時間均為2 h，不同的是發酵溫度，一個是28.23℃，一個是28.95℃。在實際生活中，紅茶的質量判斷依據主要還是依靠感官審評。結果表明采用新工藝優化發酵的茶樣品質均勻、葉底紅亮，香氣和滋味品質明顯提升，感官品質總分較傳統發酵提高2.1分。

[1]施兆鵬.茶葉加工學[M].中國農業出版社,1997.

[2]江用文,張建勇,江和源,等.中國紅茶產銷現狀與發展前景 [J].中國食物與營養,2012(2):18-23.

[3]Emdadi L,Nasernajad B,Shokrgozar S T,et al.Optim ization of withering time and fermentation conditions during black tea manufacture using response surface methodology[J].Scientia Iranica,Trans.C,2009,16(1):61-68.

[4]GB/T8304-2002.茶水分測定[S]

[5]GB/T23776-2009.茶葉感官審評方法[S]

[6]U llah M R,Gogoi N,Baruah D.The effect of withering on fermentation of tea leaf and developmentof liquor charactersof black teas[J].Journalof the Science of Food and Agriculture,1984,35(10):1142-1147.

[7]Cloughley JB.The effect of fermentation temperature on the quality parameters and price evaluation of Central African black teas[J].Journalof the Science of Food and Agriculture,1980,31(9):911-919.

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2014BAD06B06）；福建省科技重大專項項目（2015N3004）；福建省公益項目（2015R1012-1）、（2016R1011-1）

王振康（1975-），男，農業推廣碩士，高級農藝師，主要從事多茶類加工技術研究與推廣。