基于電子鼻對花香型紅茶揮發性風味形成過程分析

諶 珍，劉青茹，周潔蓉，周方林，劉 偉，周 穎

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.杭州余杭區徑山綠神茶苑，浙江杭州 311121）

花香型紅茶是采用傳統工夫紅茶制作工藝，再結合做青技術制成的兼具傳統紅茶風格和獨特花果香的紅茶。憑借其獨特的香氣特點深受消費者的喜愛，市場需求旺盛。主要工藝包括萎凋（含做青）、揉捻、發酵、干燥[1]，其中做青是形成花果香的關鍵工序。目前，茶葉制作過程主要依靠制茶師傅的經驗指導生產，在花香型紅茶中，做青、發酵等工序進展情況主要以香氣變化作為判斷依據。但依靠人工感官辨別對制茶師認知辨識能力要求高，且主觀隨意性強。而理化檢測耗時長，不能及時提供有效信息。電子鼻是20世紀80年代發展起來的仿生香氣檢測儀器，利用傳感器技術和模式識別術，模仿人類的嗅覺系統進行識別、分析的無損檢測技術，可對樣品揮發成分整體信息進行分析，是快速檢測茶葉香氣的有效手段。

近年來，關于花香型紅茶的研究集中在加工工藝優化、茶樹品種適制性等方面[2-6]。在揮發性風味變化方面，石渝鳳等人[7]用GA-MS研究了黃山群體種加工花香型紅茶過程中香氣物質的變化規律，但香氣提取過程對其組分含量有一定影響，且檢測過程繁瑣、費用高、用時長，無法對生產過程進行指導。電子鼻系統目前在茶葉中主要應用于區分或評價不同品種、年份的成品茶[8-10]，較少用于研究茶葉加工過程中揮發性風味的變化。而在其他食品領域，電子鼻已經有研究應用于食品加工（如蟹醬發酵）過程風味監控[11]、食品保藏，如各種水果貯存過程中品質監控[12-13]。

試驗利用綠茶茶樹品種的夏秋茶原料加工花香型紅茶，采用電子鼻技術快速檢測花香型紅茶加工過程中風味變化情況，結合主成分分析（Principal component analysis，PCA）、傳感器載荷分析（Loading analysis，LA）和線性判別式分析（Linear discriminant analysis，LDA）對花香型紅茶加工過程進行分析，以期利用電子鼻對加工過程進行快速無損檢測分析。這對實際生產中的品質監控有重要意義，同時為推進花香型紅茶標準化、智能化加工模型形成提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

浙農139品種茶葉一芽二、三葉，采自杭州徑山。6CHP-1.8型茶葉烘焙機，浙江上洋機械股份有限公司產品；6CFJ-7型箱式紅茶發酵機，浙江春江茶葉機械有限公司產品；YF-6CYQT-90型無級調速搖青機，福建安溪縣永鋒機械有限公司產品；6CTQ-60型茗茶攤青機，安吉孝源民峰機械廠產品；PEN3型便攜式電子鼻傳感器，德國Airsense公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

花香型紅茶加工流程見圖1，花香型紅茶加工過程茶葉狀態變化見表1。

圖1 花香型紅茶加工流程

表1 花香型紅茶加工過程茶葉狀態變化

花香型紅茶按圖1進行加工，每個過程記錄茶葉的狀態（見表1），并取樣約30 g，迅速冷凍固樣，待測。

1.2.2 電子鼻檢測

樣品稱質量（統一干質量為0.8 g），剪碎后置于鉗口瓶中，擰緊瓶蓋于室溫平衡1 h，測定。

電子鼻檢測試驗條件參數：電子鼻載氣為空氣，流速300 mL/min，清洗時間80 s，測試時間60 s，樣品通過頂空抽樣方式檢測，每個樣品平行測試3次，取傳感器處于最穩定信號時間點進行分析。

PEN3型電子鼻傳感器陣列性能見表2。

表2 PEN3型電子鼻傳感器陣列性能

1.3 數據處理

通過WinMuster軟件進行PCA分析、LA分析和LDA分析，采用SPSS和Excel對數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 電子鼻對花香型紅茶特征揮發性風味的響應

茶葉中的揮發性物質在電子鼻的檢測過程中，其電子鼻傳感器的電導率為G，經過電子鼻活性炭過濾后的標準氣體其電導率為G0，電子鼻的系統將得到的2個數據進行比對，得到G/G0，即為響應值，響應值的大小反映揮發性物質含量的變化。傳感器響應值大，即揮發性物質含量高；響應值小，即揮發性物質含量低[14]。

電子鼻傳感器在花香型紅茶加工過程中響應值見圖2。

圖2 電子鼻傳感器在花香型紅茶加工過程中響應值

圖2 為電子鼻各傳感器的響應值隨花香型紅茶加工過程中的變化，W2W，W5S和W1W 3個傳感器對樣品響應值較大，W1S次之，其余6個傳感器響應值在1左右且變化小。因此，可以表明花香型紅茶在加工過程中，其特征性風味可能主要來自于氮氧化合物、萜烯類、有機硫化物，甲基類物質或其相關成分。

花香型紅茶加工中主要傳感器的響應值見表3。

表3 花香型紅茶加工中主要傳感器的響應值

從表3可以看出，4個傳感器對應響應值在花香型紅茶加工過程中，總體都是呈現先上升后下降的趨勢，在做青時到達頂點，下降過程中在發酵中期出現小高峰。主要源于曬青及做青過程中光化學反應和活躍的酶促反應，萜烯類、芳香族類香氣物質游離出來，感官方面表現為一方面青葉的青臭氣由濃轉淡，另一方面清香逐漸由淡轉濃，并帶花果香。發酵過程是依賴于鮮葉內源酶的酶促氧化作用，發酵經過揉捻后，細胞組織破壞嚴重，同時處于高溫高濕的環境，氨基酸、胡蘿卜素等不飽和脂肪酸氧化降解形成揮發性化合物。隨著發酵的繼續進行和干燥程序使得水分大量散失，茶葉表面香氣損失較大，感官鑒別難度增加。與表1中花香型紅茶加工過程中狀態變化相比較，可以發現與其香氣濃度感知情況基本符合。

2.2 PCA結果

PCA是將多變量線性轉換選出較少重要變量的一種多元統計分析方法，可將傳感器獲取的多指標信息進行數據轉換和降維，并對特征向量進行線性分類，最終在PCA圖上顯示主要的二維圖，貢獻率越大越能更好地反映樣品信息[11]。

花香型紅茶加工過程的PCA分析見圖3。

圖3 花香型紅茶加工過程的PCA分析

由圖3可知，花香型紅茶各加工過程主成分分析，第一主成分（PC1）、第二主成分（PC2） 貢獻率分別為95.91%，3.36%，累計貢獻率為99.27%，表示2個主成分代表了樣本的大部分信息特征。加工過程前后樣品之間基本上可以區分開，花香型紅茶加工各階段呈現一定的規律性。發酵中期前樣品分布較集中，曬青到做青1在第一主成分向右變化，說明第一主成分增加，做青2相較于做青1，第二主成分增加，做青3、揉捻、發酵中期三者差異較小；發酵中期前與發酵后期從第一主成分分析向左變化很大。

2.3 LDA結果

LDA是研究樣品所屬類型的一種統計方法，利用所有傳感器的信號，以提高分類準確性，更加注重樣品在空間的分布狀態及彼此之間的距離分析。

花香型紅茶加工過程的LDA分析見圖4。

圖4 花香型紅茶加工過程的LDA分析

由圖4可知，第一主成分（LDA1）、第二主成分（LDA2）貢獻率分別為91.18%，3.70%，累計貢獻率為94.88%，涵蓋了樣本大部分信息特征。從鮮葉、萎凋到發酵中期樣本分布呈明顯變化趨勢，基本可以達到區分各工藝過程的目的，發酵中期前7個樣本在第一主成分上相差較小，在第二主成分上則表現先減少后增加再減少的趨勢，做青后期香氣豐度最大。與發酵后期、初烘、復烘樣本比較可以發現距離較遠，第一主成分變化明顯，發酵后期與初烘第一主成分減小，復烘第一主成分與第二主成分都減小。

2.4 LA結果

LA可以檢查PCA空間中傳感器對模型數據分布的影響，通常用來體現傳感器在識別模式中的重要程度，位點坐標表示其在主成分上的比例，如坐標值越大，說明傳感器對檢測樣品的風味較敏感，該傳感器是識別傳感器。

花香型紅茶加工過程的LA分析見圖5。

從圖5可以看出，第一主成分（LA1）、第二主成分（LA2） 貢獻率分別為95.91%，3.36%，累計貢獻率為99.27%，涵蓋了樣本大部分信息特征。S1，S3，S4，S5，S10傳感器的分布接近于零坐標，并且位置接近，說明其信號變化較弱，貢獻率小。S6對第一、第二主成分有一定貢獻率，S2，S7，S9是第一主成分的主要識別傳感器，所以第一主成分主要是氮氧化合物、有機硫化物、萜烯類物質，S2同時在第一、第二主成分上貢獻率都比較大，表明氮氧化合物是花香型紅茶加工中主要揮發性成分，同時也是區分花香型紅茶加工各階段的主要傳感器。

圖5 花香型紅茶加工過程的LA分析

3 結論

通過比較花香型紅茶加工過程中電子鼻傳感器響應值變化與茶葉狀態變化，可以發現香氣濃度感知情況基本一致，且具有比感官更精準的判斷能力。與LA結果結合可以看出，花香型紅茶含量變化較為明顯的揮發性成分可能是氮氧化合物、萜烯類、有機硫化物，甲基類物質或其相關成分。PCA和LDA能較好地區分花香型紅茶加工各階段，且呈現較明顯的變化趨勢，因此電子鼻系統可用于加工中的快速無損檢測，對于實際生產中的標準化、智能化生產具有借鑒意義。