黃茶悶黃過程中電化學變化與品質(zhì)的關系

華夏，李曉梅，李麗泓，梁星，王瑋軼，楊何，許靖逸*

1(四川農(nóng)業(yè)大學園藝學院茶學系，四川 成都，611130) 2(精制川茶四川省重點實驗室，四川 成都，611130)3(廣東乳源瑤族自治縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，廣東 韶關，512700) 4(雅安市雨城區(qū)楊何茶葉加工廠，四川 雅安，625000)

黃茶是我國特有的茶類，由綠茶演變而來。其初加工與綠茶相似，為殺青、悶黃、干燥3道基本工序。悶黃是黃茶加工特有的工序，也是影響黃茶品質(zhì)的關鍵環(huán)節(jié)，對黃茶、黃湯、黃葉及醇厚鮮爽滋味品質(zhì)的形成至關重要[1]。悶黃是指將殺青葉趁熱堆積，使茶坯在濕熱條件下發(fā)生熱化學變化，使葉子轉變?yōu)辄S色，形成黃茶葉底黃，湯色黃，干茶也顯黃亮的品質(zhì)特征[2]。黃茶悶黃過程中，茶葉內(nèi)部發(fā)生以非酶促濕熱化學反應為主的一系列化學反應，葉內(nèi)多酚類、多糖、蛋白質(zhì)、葉綠素等發(fā)生氧化、裂解、水解等系列反應，形成較多的簡單兒茶素、可溶性糖、游離氨基酸等品質(zhì)成分和少量的茶黃素，葉綠素銳減，進而形成黃茶特有的品質(zhì)特征[3]。已有研究表明，黃茶具有一定的營養(yǎng)和藥理保健價值[4-6]，受到越來越多消費者的青睞，黃茶產(chǎn)業(yè)日漸壯大。

黃茶制作技術要求高，悶黃程度難以掌控。目前，在大生產(chǎn)條件下對黃茶發(fā)酵的程度判斷均以葉色、香氣等感官因子作為評價指標，即依靠制茶人員的感官經(jīng)驗，而人的感官判斷存在許多局限，對提高黃茶質(zhì)量極為不利。茶葉中存在的多元氧化還原體系如醌酚氧化還原體系、抗壞血酸氧化還原體系等對茶葉品質(zhì)形成影響極大[7]。LUXIMON-RAMMA等[8]發(fā)現(xiàn)生化成分的含量是決定茶葉品質(zhì)的關鍵。電化學技術(包括電導率和氧化還原反應在內(nèi))已廣泛用于水質(zhì)分析、釀酒業(yè)、電位滴定等領域，目前在茶葉加工方面也有應用研究。肖純等[9]和陳宗道等[10]的研究表明，紅茶發(fā)酵過程中發(fā)酵葉的電導率和氧化還原電位與發(fā)酵質(zhì)量有明確的應變關系，通過對發(fā)酵過程中電導率和氧化還原電位的測定可實現(xiàn)發(fā)酵程度的傳感。張其生[11]通過研究發(fā)現(xiàn)紅碎茶發(fā)酵過程中，發(fā)酵葉茶湯pH呈規(guī)律性下降趨勢。但在黃茶悶黃過程中的研究鮮見報道，特別是對黃茶電化學參數(shù)與品質(zhì)相關性的研究尚未見報道。本實驗采用電化學技術結合感官審評和理化成分測定的方法，探究黃茶悶黃過程中悶黃葉茶湯的電化學參數(shù)(pH、電導率、氧化還原電位)、感官品質(zhì)和主要理化成分的變化規(guī)律，在電化學參數(shù)測定中設置2個溫度，即常溫(冷泡)和沖泡溫度(熱泡)，冷泡是反映悶黃葉本身的物質(zhì)成分含量或物理化學性質(zhì)，熱泡是反映沖泡溫度對悶黃葉物質(zhì)成分含量或物理化學性質(zhì)的影響。本研究對黃茶悶黃過程中電化學參數(shù)與品質(zhì)的相關性進行分析，初步探討黃茶悶黃適度的科學判斷指標，為黃茶的加工提供更現(xiàn)實可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

制茶原料：2019年春夏季福鼎大白品種一芽二葉鮮葉，在我校教學茶廠和楊何茶廠開展實驗。

1.2 儀器、設備與試劑

1.2.1 儀器與設備

6CCB-80/12型理條機，雅安市名山區(qū)山峰茶機廠；6CR-40型茶葉揉捻機，雅安市名山區(qū)山峰茶機廠；SPX-250生化恒溫培養(yǎng)箱，上海申賢恒溫設備廠；TASI-8601型紅外測溫儀，蘇州特安斯電子有限公司；PHS-3B型酸度計，上海虹益儀器儀表有限公司；DDSJ-308A型電導率儀，上海精密科學儀器有限公司；BS-124S型微量電子分析天平，上海儀電分析儀器有限公司；DHG-9245A型鼓風式電熱恒溫干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司；UV-2300紫外-可見分光光度計，上海天美科學儀器有限公司；微波爐，美的集團；茶葉審評杯碗。

1.2.2 主要試劑

茚三酮、酒石酸鉀鈉、氧化亞錫、福林酚、硫酸亞鐵、堿式乙酸鉛、乙醇、蒽酮、硫酸、丙酮、乙醚、氯仿、正丁醇等試劑，均為分析純。

1.3 實驗方法

1.3.1 茶樣制作與取樣

1.3.1.1 黃茶制作方法

參照資料[12-13]與黃小茶加工工藝并結合預實驗結果確定黃茶工藝流程和工藝參數(shù)。

表1 黃茶加工工藝流程及參數(shù)

1.3.1.2 取樣方法

從揉捻結束(悶黃0 h)開始第一次取樣，編號為0， 然后每隔1 h 取樣1次，編號為1～13，每次所取茶樣馬上分為Q、W 2份，Q樣直接用于電化學參數(shù)的測定，W樣按干燥工藝進行干燥，用于茶葉理化成分測定和感官審評。

1.3.2 悶黃葉電化學參數(shù)測定

由于悶黃過程中悶黃葉含水量會有輕微變化，為了統(tǒng)一質(zhì)量，將所取用于測定電化學參數(shù)的悶黃葉進行微波快速干燥。

悶黃葉茶湯pH值測定[14]：稱取2份悶黃葉各3.0 g，分別放入2個250 mL的錐形瓶，分別用150 mL的熱水(100 ℃)和150 mL的冷水[室溫(25±2) ℃]沖泡5 min，茶樣沖泡后，用脫脂棉過濾茶渣，冷卻至室溫，并測定茶湯的pH值[15]。

悶黃葉茶湯電導率測定[14]：稱取2份悶黃葉各3.0 g，分別放入2個250 mL的錐形瓶，分別用150 mL的熱水(100 ℃)和150 mL的冷水[室溫(25±2) ℃]沖泡5 min，茶樣沖泡后，用脫脂棉過濾茶渣，冷卻至室溫，并測定茶湯的電導率。

悶黃葉茶湯氧化還原電位測定[14]：稱取2份悶黃葉各3.0 g，分別放入2個250 mL的錐形瓶，分別用150 mL的熱水(100 ℃)和150 mL的冷水[室溫(25±2) ℃]沖泡5 min，茶樣沖泡后，用脫脂棉過濾茶渣，冷卻至室溫，并測定茶湯的氧化還原電位。

1.3.3 理化成分測定方法

用120 ℃，1 h烘箱快速法測定茶葉含水量[16]；用全量法測定水浸出物總量；茶多酚總量采用福林酚試劑比色法測定[17]；用紫外光分光光度法測定咖啡堿含量[18-19]；游離氨基酸含量采用茚三酮比色法測定[20]；用系統(tǒng)分析法測定茶色素含量[20]；用蒽酮-硫酸法測定可溶性糖含量[21-22]；用香莢蘭素比色法測定兒茶素含量[23]。

1.3.4 感官審評方法

參照茶葉感官審評國家標準GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》[24]進行。由5名高級評茶師分別對茶樣的外形、湯色、香氣、滋味和葉底進行評分，滿分為100分，以上5項并分別按照25%、10%、25%、30%、10%的比率計算感官審評總分。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析及處理

采用Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，所有數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標準差表示，方差分析和相關性分析采用SPSS 22.0軟件[25]完成，電化學參數(shù)與感官品質(zhì)及電化學參數(shù)與理化成分的相關性分析均采用雙變量相關分析方法。

2 結果與分析

2.1 黃茶悶黃過程中電化學參數(shù)隨悶黃時間的變化規(guī)律

黃茶悶黃過程中，隨著悶黃時間的延長，悶黃葉茶湯pH、電導率和氧化還原電位均發(fā)生了不同程度的變化，結果如圖1所示。

由圖1可知，隨著悶黃時間的延長,悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH均呈現(xiàn)降低的變化趨勢，推測原因可能是悶黃過程中有機酸的積累使pH降低；其中冷泡pH在悶黃0～4 h階段快速降低，4 h后降低趨勢減緩；熱泡pH在悶黃0～2 h階段快速降低，2 h后降低趨勢減緩；推測其原因可能是由于熱泡過程中茶葉中的物質(zhì)浸出的速度比冷泡快。

a-悶黃葉冷泡茶湯pH;b-悶黃葉熱泡茶湯pH;c-悶黃葉冷泡茶湯電導率；d-悶黃葉熱泡茶湯電導率；e-悶黃葉冷泡茶湯氧化還原電位;f-悶黃葉熱泡茶湯氧化還原電位

黃茶悶黃過程中，悶黃葉茶湯電導率的變化波動較多，且無明顯變化規(guī)律。根據(jù)電導原理，電導率變化主要取決于物質(zhì)中電解質(zhì)帶電分子的多少和活度。茶葉內(nèi)含物根據(jù)其電化學性質(zhì)可分為三類：(1)電解質(zhì)，如氨基酸和無機鹽等；(2)分子帶電荷的膠體物質(zhì)，如蛋白質(zhì)等；(3)非電解質(zhì)，即既不顯示膠體性質(zhì)也不具電解質(zhì)性質(zhì)的物質(zhì)[9]。黃茶悶黃過程中，不同階段發(fā)生不同的反應，一方面隨著多酚類物質(zhì)的氧化，電導率上升，另一方面，氧化后的多酚類物質(zhì)進一步與氨基酸等物質(zhì)縮合，使電導率下降。經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)，同一悶黃時間下，冷泡電導率值明顯低于熱泡電導率；推測其原因可能是由于熱水沖泡的悶黃葉浸出物質(zhì)比冷水沖泡的悶黃葉浸出物質(zhì)量多且種類更為豐富。

氧化還原電位是溶液中所有物質(zhì)氧化還原性的宏觀體現(xiàn)，氧化還原電位為正表示溶液顯氧化性，為負表示溶液顯還原性，氧化還原電位越高表示氧化性越強，越低表示還原性越強[26]。黃茶悶黃過程中，悶黃葉茶湯冷泡氧化還原電位和熱泡氧化還原電位隨著悶黃時間的延長均呈現(xiàn)升高的變化趨勢，其中冷泡氧化還原電位在悶黃0～2 h階段快速升高，2 h后升高趨勢減緩；熱泡氧化還原電位在悶黃0～2 h和5～6 h階段升高幅度較大，其他階段升高趨勢較緩；推測其原因可能是悶黃前期濕熱作用使多酚類等物質(zhì)發(fā)生氧化、裂解、水解等系列反應進程較快，氧化還原電位升高幅度較大。

2.2 黃茶悶黃過程中主要理化成分的變化規(guī)律

黃茶悶黃過程中，黃茶內(nèi)含物質(zhì)發(fā)生不同程度的變化，主要理化成分隨悶黃時間的變化如表2所示。由表2可知，悶黃過程中茶多酚和兒茶素的含量隨悶黃時間的延長呈下降的趨勢，茶多酚是形成茶湯滋味的重要成分，在悶黃過程中茶多酚總量降低，同時也降低了茶湯的苦味和澀味，這是黃茶有別于綠茶的重要原因之一。氨基酸、茶黃素和可溶性糖含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，且均在悶黃6 h時含量最高，在強烈的濕熱作用下，蛋白質(zhì)水解成游離氨基酸，后期氨基酸發(fā)生氧化含量減少；茶多酚自然氧化為茶黃素；多糖類物質(zhì)在濕熱作用下發(fā)生轉化，為茶湯品質(zhì)提供甜味和醇厚度。咖啡堿作為茶湯苦味的貢獻物質(zhì)，含量變化較小，但波動較多；水浸出物的變化也波動較多，無明顯變化規(guī)律。

表2 主要理化成分檢測結果 單位：%

2.3 黃茶悶黃過程中感官品質(zhì)的變化規(guī)律

悶黃是形成黃茶黃湯黃葉及醇厚鮮爽滋味品質(zhì)的關鍵工序[1]，表3顯示了黃茶悶黃過程茶葉樣品感官審評結果。由表3可以看出，茶葉樣品的感官評價得分隨著悶黃時間的延長而逐漸增加，當悶黃時間為6 h時達到最高點，此時黃茶基本達到“三黃”的品質(zhì)特征，隨著悶黃時間的延長，感官審評得分在6 h后逐漸下降，9 h后，黃茶干茶和葉底色澤開始變暗，香氣帶水悶味，滋味變澀或帶熟悶味；至悶黃13 h，黃茶干茶和葉底色澤呈現(xiàn)黃褐色且發(fā)暗，滋味帶嚴重的熟悶味。以上結果表明，黃茶適宜的悶黃時間是6 h。

表3 悶黃葉悶黃過程中感官品質(zhì)變化

2.4 黃茶悶黃過程中電化學參數(shù)與品質(zhì)的相關性分析

2.4.1 黃茶悶黃過程中電化學參數(shù)與感官品質(zhì)的相關性分析

綜合感官品質(zhì)和理化成分發(fā)現(xiàn)，黃茶悶黃合適的時間是6 h。為了更準確地探究電化學變化與感官品質(zhì)的相關關系，本實驗選取悶黃前7 h的悶黃葉茶湯電化學參數(shù)與感官審評各因子得分和審評總分進行相關性分析，分析結果如表4所示。

由表4可知，悶黃葉茶湯pH與各感官因子和總分之間呈極顯著負相關(P<0.01)，其中冷泡pH與外形、湯色、香氣、滋味、葉底、感官審評總分得分的相關系數(shù)分別達到-0.956、-0.911、-0.923、-0.928、-0.816、 -0.933；熱泡pH與外形、湯色、香氣、滋味、葉底、感官審評總分得分的相關系數(shù)分別達到-0.977、-0.920、-0.908、-0.879、-0.844、-0.922；推斷茶湯pH會影響到茶葉的外形、湯色、香氣、滋味和葉底，在一定條件下，茶湯pH值越低，茶葉感官品質(zhì)越好。

表4 電化學參數(shù)與感官品質(zhì)的相關性分析

悶黃葉茶湯氧化還原電位與各感官因子和總分之間呈極顯著正相關(P<0.01)，其中冷泡氧化還原電位與外形、湯色、香氣、滋味、葉底、感官審評總分得分的相關系數(shù)分別達到0.948、0.903、0.893、0.882、0.782、0.904；熱泡氧化還原電位與外形、湯色、香氣、滋味、葉底、感官審評總分得分的相關系數(shù)分別達到0.982、0.934、0.904、0.880、0.848、0.924；猜測茶湯氧化還原電位會影響到茶葉的外形、湯色、香氣、滋味和葉底，在一定條件下，茶湯氧化還原電位越高，茶葉感官品質(zhì)越好。

悶黃葉茶湯電導率與各感官因子和總分均不具有顯著相關關系。

通過對比各電化學參數(shù)與感官評分的相關性發(fā)現(xiàn)，與感官審評總分相關性最大的是茶湯冷泡pH，相關系數(shù)為-0.933，其次為熱泡氧化還原電位和熱泡pH，相關系數(shù)分別為0.924、-0.922，可見，茶湯pH值和熱泡氧化還原電位與黃茶感官審評關系密切，能在一定程度上反映茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣。

2.4.2 黃茶悶黃過程中電化學參數(shù)與理化成分的相關性分析

本實驗對悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH、電導率、氧化還原電位6個電化學參數(shù)與水浸出物含量、茶多酚含量、咖啡堿含量、氨基酸含量、茶黃素含量、可溶性糖含量和兒茶素含量7個理化成分的含量進行了相關性分析，分析結果如表5所示。

由表5可知，悶黃葉茶湯冷泡電導率與水浸出物呈顯著負相關，相關系數(shù)為-0.584；悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH均與茶多酚含量呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.950、0.931，多酚類物質(zhì)發(fā)生氧化、裂解影響著茶湯pH；悶黃葉茶湯熱泡電導率、冷泡和熱泡氧化還原電位均與茶多酚呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.755、-0.934、-0.918，多酚類物質(zhì)在悶黃過程中生成新的物質(zhì)，使得茶湯氧化還原電位升高。悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH均與茶黃素呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.822、-0.840，多酚類的氧化和茶黃素含量的增加使得茶湯pH降低；悶黃葉茶湯熱泡電導率、冷泡和熱泡氧化還原電位均與茶黃素呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.742、0.857、0.844，茶黃素含量的增加使得茶湯熱泡電導率和氧化還原電位升高。悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH均與兒茶素呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.959、0.980， 猜測茶湯pH的降低或許與兒茶素的氧化和異構化有關；悶黃葉茶湯熱泡電導率、冷泡和熱泡氧化還原電位均與兒茶素呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為-0.799、-0.950、-0.965，這或許是兒茶素悶黃過程中被大量氧化所致。

表5 電化學參數(shù)與理化成分的相關性分析

由以上分析結果可看出，悶黃葉茶湯電化學參數(shù)與茶多酚、茶黃素和兒茶素均呈極顯著相關關系。

通過對比各電化學參數(shù)與理化成分的相關性發(fā)現(xiàn)，與理化成分相關性較大的是茶湯pH和氧化還原電位，其中冷泡和熱泡茶湯pH和氧化還原電位與兒茶素的相關度最大，相關系數(shù)分別為0.959、0.980、-0.950、-0.965，然后是茶多酚和茶黃素，茶多酚。茶黃素和兒茶素是黃茶的主要品質(zhì)成分，表明茶湯pH值和氧化還原電位能反映黃茶茶多酚、茶黃素和兒茶素含量的變化，能在一定程度上反映茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣。

3 討論與結論

錢園鳳[14]通過研究紅茶發(fā)酵過程發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵葉茶湯pH隨著發(fā)酵葉氧化程度的增加呈下降趨勢，而發(fā)酵葉茶湯電導率無明顯變化規(guī)律。汪東風[7]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵葉茶湯氧化還原電位隨著發(fā)酵葉氧化程度的增加呈上升趨勢。本實驗結果表明，黃茶悶黃過程中，悶黃葉茶湯電化學參數(shù)隨著悶黃時間的延長均發(fā)生了不同程度的變化，其中悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH隨著悶黃時間的延長均呈現(xiàn)降低的變化規(guī)律，冷泡和熱泡氧化還原電位隨著悶黃時間的延長均呈現(xiàn)升高的變化規(guī)律，冷泡和熱泡電導率的變化波動較多，無明顯變化規(guī)律，這與錢園鳳[14]和汪東風等[7]研究結果基本一致；茶多酚和兒茶素的含量隨悶黃時間的延長呈下降的變化趨勢，氨基酸、茶黃素和可溶性糖含量呈先增加后減少的變化趨勢，而水浸出物和咖啡堿含量波動較大，無明顯變化規(guī)律；悶黃過程前期，茶樣的感官審評得分逐漸升高，達到最大值后下降，審評總分較高茶樣的悶黃時間集中在5～8 h，其中悶黃6 h茶樣的感官審評總分最高。

通過將悶黃葉茶湯pH、電導率和氧化還原電位與干茶感官審評分數(shù)和主要理化成分進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，與干茶感官品質(zhì)相關性較高的電化學參數(shù)為冷泡pH、熱泡pH、冷泡氧化還原電位和熱泡氧化還原電位。pH是水溶液最重要的理化參數(shù)之一，凡涉及水溶液的自然現(xiàn)象、化學變化和生產(chǎn)過程均與pH值有關[27]。茶湯的pH由游離的氫離子和氫氧根離子的濃度決定，總體上，茶湯中游離的氫離子多于游離的氫氧根離子，故茶湯通常呈微酸性。已有研究顯示，茶湯中含有的主要酸性物質(zhì)為各種羧酸(蘋果酸、檸檬酸、脂肪酸等)、某些氨基酸、維生素C、皂苷和茶黃素等，含有的呈堿性的物質(zhì)主要為咖啡堿和部分芳香物質(zhì)等[11,28]，冷泡和熱泡茶湯pH值與感官審評分數(shù)之間呈極顯著負相關，而冷泡和熱泡茶湯氧化還原電位與感官審評分數(shù)呈極顯著的正相關關系，表明一定時間內(nèi)，pH值越低的茶湯，氧化還原電位越高，該茶葉感官品質(zhì)越好。悶黃過程中，多酚類物質(zhì)在濕熱條件下發(fā)生非酶性自動氧化，使得具有苦澀滋味的酯型兒茶素發(fā)生降解而轉化為簡單兒茶素，并且產(chǎn)生了爽口的茶黃素，這是形成黃茶醇和鮮爽滋味的重要原因[29]。本實驗中，茶多酚、兒茶素和茶黃素含量與悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH、冷泡和熱泡氧化還原電位和熱泡電導率均呈極顯著的相關關系，其中悶黃葉茶湯冷泡和熱泡pH值與茶多酚和兒茶素含量呈極顯著正相關，與茶黃素含量呈極顯著負相關，說明當茶葉中茶多酚和兒茶素含量越高、茶黃素含量越低，茶湯pH值越大。茶湯冷泡和熱泡氧化還原電位與茶多酚含量、兒茶素含量呈極顯著負相關，與茶黃素含量呈極顯著正相關關系，說明當茶葉中茶多酚與兒茶素含量越低、茶黃素含量越高，則茶湯氧化還原電位值越大。熱泡茶湯電導率與茶多酚和兒茶素含量呈極顯著負相關，與茶黃素含量呈極顯著正相關，說明當茶葉中茶多酚與兒茶素含量越低，茶黃素含量越高，茶湯電導率的值越大。

綜上所述，茶湯電化學參數(shù)與感官品質(zhì)和主要品質(zhì)成分茶多酚和兒茶素及茶黃素均呈高度的相關性，可作為評價茶葉品質(zhì)的方式之一，結果可為提高悶黃適度判定的便捷性和準確性提供一定的數(shù)據(jù)參考，對推動黃茶市場發(fā)展和黃茶生產(chǎn)的標準化具有重要意義。