變溫變頻理條工藝對針形茶品質的影響

羅紅玉，吳 全，鐘應富,3,，袁林穎，張 瑩，楊 娟，唐 敏，王明樂，黎星輝

（1.重慶市農業科學院茶葉研究所，重慶 402160；2.重慶市茶葉工程技術研究中心，重慶 402160；3.國家茶葉產業技術體系重慶綜合試驗站，重慶 402160；4.南京農業大學園藝學院，江蘇 南京 210095）

針形茶是我國主要名茶種類之一，因其外形緊秀圓直，色澤翠綠油潤，湯色碧綠明亮，香氣馥郁高長，滋味鮮醇回甘，葉底嫩綠明亮而深受消費者喜愛[1]。加工的主要工藝流程為：鮮葉→攤放→殺青→揉捻→初烘→做形→干燥[2]。其中，做形不僅是形成秀麗外形的關鍵，而且是發展內質的重要工序，是在熱、力共同作用下發生一系列物理化學變化、能量傳遞及相互轉換的過程。目前，做形方式以振動理條為主[3]。關于振動理條工藝的研究主要集中在投葉量、溫度和時間等因素對茶葉品質的影響[4-6]，也有研究理條轉速[7-8]、連續理條工藝[9]。生產上若采用高溫長時理條，易出現茶葉變黃、干枯、火工香等品質劣變現象，因此控制理條溫度和時間是提升針形茶品質的關鍵。研究發現，采用先高后低[10]或先高后低再高[11]的變溫理條方式有利于茶葉品質的形成。然而，變溫變頻理條工藝尚不完善，且其對提高茶葉品質的原因還有待進一步研究。本實驗研究了不同方式的變溫變頻理條效果，根據針形名茶在恒溫恒頻理條過程中的熱力學變化規律，進一步探索變溫變頻理條的內在機制，以期為實現針形茶自動化理條提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶鮮葉為福鼎大白茶（Camellia sinensis cv.‘Fuding-dabaicha’）鮮葉1芽1葉開展，采自重慶市農業科學院茶葉研究所實驗茶園。

硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、水合茚三酮、氯化亞錫、堿式乙酸鉛、蒽酮、硫酸、丙酮、乙醇均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

6CZS-150型汽熱殺青機 浙江上洋機械有限公司；DXWS-15微波殺青干燥設備 宜興市鼎新微波設備有限公司；6CR-40揉捻機 四川省名山縣山峰茶機廠；6CHD-80動態烘干機、6CLZ-60D名茶理條機 四川省名山縣山峰茶機廠；6CH-54茶葉烘焙箱 福建安溪興民茶葉機械廠；UT303C電子測溫儀 優利德集團有限公司；HB43-S水分測定儀 梅特勒-托利多國際股份有限公司；TU1901紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；CR-400/410色差計 柯尼卡美能達（中國）投資有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

鮮葉→攤放→殺青→初揉→二青→復揉→理條→干燥

理條工藝研究用茶鮮葉于2016年3月30日采自重慶市農業科學院茶葉研究所實驗茶園（北緯29°75′、東經105°71′、海拔440 m），機制研究用茶鮮葉于2015年3月31日采自上述實驗茶園，按照上述工藝流程加工針形名茶。茶鮮葉為福鼎大白茶鮮葉1芽1葉開展，芽葉完整，無損傷、無紅變，新鮮勻凈。具體加工條件見表1。

表1 針形名茶加工工藝參數Table1 Process parameters for production of needle-shaped green tea

1.3.2 變溫變頻理條工藝

以相同的復揉葉為原料，結合已有研究，采用變溫變頻理條工藝制作針形茶，分析其對針形名茶感官品質、色差及主要生化成分（茶多酚、氨基酸、咖啡堿、可溶性糖、水浸出物質量分數和總葉綠素含量）的影響。每個茶樣取100 g，重復3 次。理條處理參數見表2。

表2 變溫變頻理條工藝參數Table2 Process parameters of variable-temperature variable-frequencies shaping

1.3.3 變溫變頻理條機制

以相同的復揉葉為原料，控制槽體溫度180 ℃、投葉量180 g/槽（3.24 kg/鍋）、振動頻率196 次/min、理條10 min。每1 min測定理條葉葉溫（手握葉1 cm處測定，每鍋重復3 次，連續測7 鍋），同時取3 g樣測定水分質量分數（100 ℃烘至恒質量，重復3 次）。根據不同階段理條葉水分含量、葉溫計算其熱容量、焓和熵變，并分析理條過程中各熱力學參數的變化規律。

1.3.4 指標測定

1.3.4.1 感官品質的測定

感官評分參考GB/T 23776—2009《茶葉感官審評方法》[12]，由3 位高級評茶員分別計分，再計算出平均分。

色澤分析采用等色差表色系即Hunter-Lab表色法[13]，干茶測定時，稱取50 g茶樣，均勻鋪開，厚度2 cm，于茶葉表層測定，茶湯測定時，稱取3 g茶樣于審評杯中，加入150 mL沸水，蓋后浸泡5 min，迅速倒出茶湯，趁熱量取10 mL茶湯于專用的測量皿中測定，同時測定沖泡后的葉底色澤，其中L*值代表亮度，a*值代表紅綠色度（正值表示紅色程度，負值表示綠色程度），b*值代表黃藍色度（正值表示黃色程度，負值表示藍色程度），測定3 次重復、3 次平行，計算平均值。

1.3.4.2 化學指標的測定

水浸出物質量分數的測定參考GB/T 8305—2013《茶水浸出物測定》[14]；茶多酚質量分數的測定參考GB/T 8313—2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[15]；氨基酸質量分數的測定參考GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》[16]；咖啡堿質量分數的測定參考GB/T 8312—2013《茶 咖啡堿測定》[17]；可溶性糖質量分數的測定采用硫酸-蒽酮比色法[18]；葉綠素測定采用分光光度法[19]。

1.3.4.3 熱力學參數測定

水分質量分數的測定采用恒質量法；葉溫測定采用電子測溫儀；單位質量理條葉熱容量（Cp）、焓（H）、熵變（ΔS）計算參考文獻[20-22]，具體計算如式（1）～（4）。

式中：T為葉溫/℃；X為理條葉水分質量分數/%；CL為水的比熱容（4.2 kJ/（kg/℃））；CS為茶葉干物質的平均比熱容（1.57 kJ/（kg/℃））；QP為吸收的熱量/kJ；ΔH0、Δa、Δb、Δc為脫水反應的特性常數，均由葉溫、水分質量分數代入公式（2）計算所得。

1.4 數據分析

數據分析采用DPS v7.05軟件進行單因素方差分析，用最小顯著差異法（LSD）比較顯著性差異，測定結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 變溫變頻理條對茶葉品質的影響

2.1.1 變溫變頻理條對茶葉感官品質的影響

變溫變頻理條對針形茶感官品質影響明顯（表3）。6 個處理組間，茶樣外形品質無顯著差異，但內質差異顯著，處理組2、6的感官品質最好、總分最高，分別為93、94 分，二者無顯著差異（P＞0.05），處理組6除葉底品質稍次于處理組2，其余品質均同于或優于處理組2；處理組4感官品質較好，得分為92 分；處理組5感官品質最差，得分最低，為88 分，顯著低于其他處理組（P＜0.05），表現為湯色偏暗、無鮮味、有澀味。

表3 變溫變頻理條對茶葉感官品質的影響Table3 Effect of different variable-temperatures variable-frequencies shaping regimes on sensory quality of tea

2.1.2 變溫變頻理條對茶葉色澤的影響

圖1 變溫變頻理條對茶葉色澤的影響Fig. 1 Effect of different variable-temperatures variable-frequencies shaping regimes on color of tea

由圖1可知，隨表2中溫度、頻率的變化，干茶L*值、b*值無顯著變化，－a*值逐漸降低，處理組2的干茶－a*值最高，為0.47；對于茶湯，L*值逐漸降低，處理組2的較高，為86.65，－a*值、b*值則先升高后降低，－a*、b*值也均在處理組2中較高，分別為5.07、19.77；對于葉底，L*、b*值無顯著性變化，－a*值先升高后降低，處理組2中L*值最低，為44.92，－a*值最高，為3.33，b*值較低，為7.69。結果與感官評定結果一致。

2.1.3 變溫變頻理條對茶葉化學成分的影響

如表4所示，隨表2中溫度、頻率變化，茶多酚、氨基酸、水浸出物質量分數先降后升，處理組1茶多酚質量分數最高，為29.30%；處理組6氨基酸、水浸出物質量分數最高，分別為2.97%、44.83%；處理組2三者質量分數較高，分別為28.65%、2.64%、43.15%，處理組4、5三者質量分數顯著低于其他處理組（P＜0.05）。隨表2中溫度、頻率變化，可溶性糖質量分數、總葉綠素含量先升高后降低，處理組3可溶性糖質量分數最高，為4.16%，處理組4總葉綠素含量最高為3.81 mg/g。處理組2可溶性糖質量分數和總葉綠素含量均較高，分別為3.78%、3.68 mg/g，處理組4可溶性糖質量分數最低，為3.34%，處理組1總葉綠素含量最低，為3.48 mg/g。咖啡堿質量分數隨表2中溫度、頻率變化逐漸降低，處理組1最高，為4.00%，處理組2較高，為3.87%，處理組4、5最低，均為3.36%。

表4 變溫變頻理條對茶葉化學成分的影響Table4 Eeffect of different variable-temperatures variable-frequencies shaping regimes on chemical components of tea

2.2 變溫變頻理條機制

2.2.1 理條過程中茶葉水分質量分數及葉溫的變化

茶葉在理條過程中，水分質量分數逐漸減少、葉溫逐漸升高（圖2）。前3 min，水分質量分數無顯著變化，葉溫迅速升高；3 min時，葉溫為64.4 ℃；3～8 min，水分質量分數逐漸減少、葉溫逐漸上升；后3 min，水分質量分數下降較快，葉溫升高緩慢。理條結束時，水分質量分數17.1%、葉溫72.6 ℃。結果表明，在理條前期，熱量主要滿足葉溫的升高；理條中期，熱量主要供葉溫升高及水分蒸發；理條后期，熱量主要供水分蒸發。

圖2 理條對茶葉水分質量分數及葉溫影響Fig. 2 Effect of shaping on water content and leaf temperature of tea

2.2.2 理條過程中茶葉熱容量、焓、熵的變化

茶葉在理條過程中熱容量、焓呈現出不同的變化規律（圖3），熱容量整體增加，焓整體降低。前3 min，熱容量、焓顯著增加（P＜0.05）；3 min時，焓達最高，為173 kJ/kg，熱容量較高，為4.88 kJ/（kg·℃）；3～7 min，熱容量維持在較高水平，無顯著變化（P＞0.05），焓先減少后趨于穩定；7～10 min，熱容量減少并趨于穩定，焓則先增后降（P＜0.05），理條結束時最低，為147 kJ/kg。在理條過程中，茶葉的熵變逐漸降低，結束時最低為2.02 kJ/℃，熵變均大于零。結果表明，理條前期，茶葉吸收的熱量（焓）迅速增加，且用于升高葉溫的熱量亦迅速增加（熱容量）；理條中期，吸收的熱量迅速減少后趨于穩定，升溫所需熱量較高且保持穩定；理條后期，吸收的熱量迅速減少，升溫所需熱量亦迅速減少；整個理條過程是不可逆的，且脫水速率較快，平均為2.78%/min。

圖3 理條對茶葉熱容量、焓、熵變影響Fig. 3 Effect of shaping on caloricity, enthalpy and entropy change of tea

3 結 論

做形是針形茶成形的關鍵。理條機槽鍋振幅和頻率共同影響茶葉翻轉速率和茶葉落入鍋內壁的位置，槽鍋振幅和頻率越大，茶葉翻轉速度越快，落點位置越高[23]。在前期研究中發現，不同的振動理條頻率對茶葉品質影響顯著，在一定理條溫度下，頻率的快慢會影響茶坯溫度，頻率過快，茶坯溫度越低；過慢，茶坯溫度越高。在使茶坯充分受熱、翻轉又不越槽的情況下，以180～200 次/min為宜[24]。實驗結合溫度、頻率的互作效應，采取變溫變頻方式進行理條，結果發現：理條溫度、頻率宜先高后低，前期高溫高頻利于快速提升葉溫，同時可減少茶葉粘鍋，后期適度低溫低頻可避免茶葉黃變、焦枯，減少茶葉因受力過大而斷碎。采取高-高-中（處理2）或高-中-高（處理6）方式所制茶樣品質更好，香氣尚鮮、滋味尚鮮醇，茶多酚、氨基酸質量分數較高，但后者茶樣葉底偏黃，總葉綠素含量較低；采用高-高-高（處理1）或高-中-低（處理5）方式所制茶樣品質較差，失去鮮度，滋味不醇，葉底黃變，氨基酸、可溶性糖、水浸出物質量分數和總葉綠素含量較低。因此，采取前期高溫高頻、后期適當降溫降頻的理條方式有利于形成針形茶色綠、鮮醇的品質。可能是高-高-高方式溫度較高，高-中-低方式溫度雖不高，但頻率較低，茶葉翻轉速率減慢，熱量散失減少，使葉溫升高。振動理條溫度顯著影響茶葉香氣，隨著理條時間延長，茶葉香氣成分含量降低[25-27]。振動理條溫度也顯著影響茶葉品質，理條葉溫過高過低對茶氨酸含量不利，以葉溫（55±2）℃為宜[28]。在較高溫度下，氨基酸與可溶性糖容易向香氣物質轉化[29]，葉綠素容易裂解[30-31]，導致其含量降低，而氨基酸含量與茶葉鮮爽度密切相關，含量越高，茶葉香氣、滋味越鮮爽[32]。

為探索變溫變頻理條的內在機制，實驗在固定溫度與頻率條件下，研究理條過程中茶葉的熱力學特性。結果表明：理條過程中所吸收的熱量，不同階段其作用表現不同，前期，以升溫為主；中期，以失水、升溫為主；后期，以失水為主，升溫為輔。前期，針形名茶水分質量分數無顯著變化，葉溫迅速升高，熱容量、焓迅速增加；中期，水分質量分數逐步減少、葉溫逐漸上升，熱容量較高且保持穩定，焓迅速降低；后期，水分質量分數下降較快，葉溫升高緩慢，熱容量及焓降低；理條中的熵變不斷降低且大于零，說明整個理條過程是不可逆的，平均失水速率為2.78%/min。此規律可進一步揭示變溫變頻理條的內在機制，為優化針形茶理條工藝提供科學依據。

針形茶機械做形的連續化、自動化是今后的發展方向[33-35]。本實驗研究了變溫變頻理條的工藝參數以及內在機制，可為實現針形茶連續自動化理條提供理論參考。