十里香夏季花香型紅茶加工工藝優化及其品質分析

黃燕蘭，楊丕瓊，劉琨毅，韓利艷，徐亞文，劉娜，沈雪梅，李家華*

（1.云南農業大學茶學院,云南昆明 650201；2.昆明市農業科學研究院,云南昆明 650034；3.宜賓職業技術學院五糧液技術與食品工程學院,四川宜賓 644100）

十里香茶[Cɑmellɑsinensis（L）O.Ktze.cv.Kunming Shilixiang]屬中小葉栽培型茶樹品種[1-3],在分類學上屬山茶科、茶屬、茶種,原產于云南省昆明市東郊十里鋪,早在唐代便開始栽培種植,至今已有一千多年的生產歷史[4]。十里香茶樹具有抗寒、抗旱、抗病蟲、耐貧瘠等特性,用其鮮葉加工的茶葉因有特殊花香而享有盛名。十里香茶由于工業污染、城鄉發展等因素導致其茶園面積不斷縮小[3,5],通過后期開展的茶樹保護、種苗繁殖推廣以及基地建設發展等措施已恢復十里香茶的生產[6]。

近年來,十里香茶開發出了具有外形緊直翠綠顯毫、香氣嫩香馥郁且高揚持久、湯色黃綠明亮、滋味濃醇鮮爽、葉底肥嫩如花朵特點的高端綠茶,被稱為“十里貢茶”,其產品受到消費者的廣泛贊譽。十里香茶是云南獨特的地方特色品種資源[7],在全面深入研究其品種特性及持續推動其品種保護的同時,如何利用和充分發揮其品種優勢,研發適銷對路的十里香茶產品,改變目前只生產綠茶一類產品且產品結構單一的現狀,也是十里香茶產業必須面對和解決的問題。

基于此,本研究以十里香茶夏季鮮葉為原料,利用正交試驗優化十里香夏季花香型紅茶（簡稱十里香紅茶）的加工工藝,并采用高效液相色譜法、茶葉生化成分常規分析方法、感官審評方法測定和評價不同工藝制得的十里香紅茶的化學品質及感官品質特點,并利用聚類分析、偏最小二乘判別分析（partial least squares discrimination analysis,PLS-DA）得出最優理化參數,以期為后續十里香紅茶開發提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮葉:十里香茶一芽二葉,2021 年8 月采于昆明市宜良縣昆明農業科學研究院十里香茶園；無水乙醇、沒食子酸、茶氨酸、氯化亞錫（均為分析純）:上海源葉生物科技有限公司；甲醇（色譜純）:北京邁瑞達科技有限公司；乙腈（色譜純）、正丁醇、乙酸乙酯、甲醇、磷酸（均為分析純）:天津市大茂化學試劑廠；茚三酮（分析純）:上海易恩化學技術有限公司；福林酚試劑（分析純）:北京索萊寶科技有限公司；純凈水:昆明珍茗食品有限責任公司；兒茶素（catechin,C）、表兒茶素（epicatechin,EC）、表兒茶素沒食子酸酯（epicatechin gallate,ECG）、表沒食子兒茶素（epigallocatechin,EGC）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate,EGCG）、咖啡堿（caffeine,CA）（標準品純度均≥98%）:上海晶純生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

HB 10 型恒溫水浴鍋:德國IKA 公司；JA 10003 型電子天平:上海舜宇恒平科學儀器有限公司；Smart-Q30 型超純水機:上海和泰儀器有限公司；0.45μm 孔徑過濾膜:天津津滕實驗設備有限公司；X-5 型紫外可見分光光度計:上海元析儀器有限公司；DHG-9140 型電熱恒溫鼓風干燥箱:上海中友儀器設備有限公司；1200 型高效液相色譜儀（high performance liquid chromatography,HPLC）:美國Agilent 公司；JY-6 CHZ-IB 型茶葉烘焙機、JY-6CHF-7 B 型紅茶發酵機:福建佳友茶葉機械智能科技股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 十里香紅茶加工工藝

工藝流程:鮮葉萎凋（厚度2 cm）→揉捻（揉捻1 h,按照輕-重-輕原則）→發酵（發酵厚度4 cm,箱內溫度及濕度分別保持在28 ℃、91%）→毛火初烘（100 ℃,10 min）→攤涼回潮→足火干燥（50 min）→提香（2 min）→成品茶。

將成品茶磨成茶粉,過篩后裝入密封袋置于-4 ℃冰箱保存。

1.3.2 十里香紅茶正交試驗設計

在前期單因素試驗的基礎上,對十里香紅茶加工過程中的重要工序進行正交試驗,以萎凋時間（A）、發酵時間（B）、足火溫度（C）作為變量因素設計正交試驗,以感官審評、水浸出物、茶黃素為評價指標,正交試驗設計如表1 所示。

表1 L16（43）正交試驗設計Table 1 Design for orthogonal test using L16（43）

1.3.3 感官審評

感官品質審評以感官總分計算,參照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》,由5 位專業人員組成品質評定小組,采用專業評語與百分制打分相結合的方式評定茶葉品質,將得出的感官總評進行正交極差分析。

1.3.4 茶葉化學成分檢測

水浸出物含量按照GB/T 8305—2013《茶水浸出物測定》進行測定；茶多酚含量按照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》進行測定；游離氨基酸含量按照GB/T 8314—2013《茶游離氨基酸總量的測定》進行測定；茶紅素、茶黃素、茶褐素含量按照NY/T 3675—2020《紅茶中茶紅素、茶褐素含量的測定分光光度法》進行測定。咖啡堿和兒茶素類含量采用高效液相色譜法測定,色譜條件:流動相A為5% 乙腈水溶液（含0.261% 磷酸）、流動相B 為80% 甲醇水溶液,檢測波長280 nm,流速0.8 mL/min,進樣量5 μL,結束時間24 min,平衡時間6 min,用峰面積含量換算并計算出兒茶素含量,以C、EC、EGC、ECG、EGCG 組分含量之和為兒茶素總量（total catechins,TC）。

1.4 數據處理

每組試驗3 次重復,結果以平均值表示；采用SPSS 26.0 進行系統聚類分析十里香紅茶品質成分平均值的差異；采用SIMCA 14.1 進行偏最小二乘判別分析。

2 結果與分析

2.1 感官審評結果

16 個不同加工工藝組合的十里香紅茶感官審評結果如表2 所示,其不同工藝的干茶、茶湯、葉底如圖1 所示。感官審評對茶葉品質的評價最直接有效[8],在審評5 項因子的基礎上對其開展感官總評的正交試驗結果進行極差分析,結果如表3 所示。

圖1 十里香夏季花香型紅茶不同工藝的干茶、茶湯、葉底Fig.1 Dry tea，tea infusion，and wet tea leaf of different processes of Shilixiang floral black tea in summer

表2 十里香夏季花香型紅茶不同工藝組合感官審評結果Table 2 Sensory evaluation results of different process combinations of Shilixiang floral black tea in summer

表3 極差分析結果Table 3 Results of range analysis

由表2、表3 可知,除十里香5 號滋味分數小于80分外,其余茶樣5 項因子分數均為80 分以上,萎凋12 h 的十里香紅茶茶樣分數均較高。

由圖1 可知,十里香紅茶外形多為緊結較顯毫,外形色澤以青褐較潤、棕褐較潤、烏黑油潤為主；湯色以橙黃明亮、橙紅明亮、紅濃明亮為主。由表2 可知,十里香紅茶香氣為甜香略帶花香和高火香,以甜香略帶花香為主；滋味為濃醇、濃醇稍（較）澀、醇甜,以濃醇為主；葉底總體表現為多芽棕紅柔軟。總體上,十里香紅茶感官品質表現較優,這與生化品質成分含量一致。

由表3 可知,16 個不同工藝組合加工的茶樣感官品質得分為88.3～93.8,其中有8 個工藝組合產品得分超過90,以十里香9 號得分最高,整體表現較優。由于萎凋過程中的失水、呼吸作用及細胞透性的增大,一些大分子物質趨于水解,其水解產物又提供了形成該香氣成分的先質[9-10],且萎凋、香氣成分的總量可增至原料鮮葉的10 倍以上；根據R 值可知不同因素對感官審評的影響先后順序為萎凋時間>足火溫度>發酵時間；根據k 值結合感官審評數據得出最佳組合為A3B1C3。

2.2 水浸出物與茶黃素含量結果

水浸出物含量的高低反映了茶葉中可溶性物質的多少,不僅標志著茶湯的厚薄、滋味的濃強程度,而且在一定程度上能反映出茶葉品質的優劣[11]。茶紅素和茶黃素是紅茶“紅濃明亮”的物質基礎[12],其含量的多少及其兩者的比例決定了紅茶品質的高低。感官審評是對茶葉外形與內質綜合評價的結果,其得分高低在一定程度上可以說明茶葉品質的優劣,因此在感官審評的基礎上以水浸出物、茶黃素作為輔助驗證指標,對其開展分析,其結果見表4。

表4 水浸出物與茶黃素極差分析結果Table 4 Results of range analysis of water extract and theaflavin

由表4 可知,各因素對水浸出物含量影響程度依次為萎凋時間>足火溫度>發酵時間,因茶鮮葉在萎凋過程中,水分散失不僅改變其生理特性,而且促進多酚氧化及水解等一系列化學反應,導致部分水解酶活性提高,有利于促進鮮葉中不溶性化合物的水解[13-14],提高水溶性成分[15],水浸出物含量也因此而升高。各因素對茶黃素含量影響程度依次為發酵時間>足火溫度>萎凋時間,其含量的高低與濕熱作用下兒茶素的氧化息息相關,且高溫能使茶黃素加快降解和氧化聚合[16],發酵時間長短則與茶湯亮度相關,因此,在適宜溫度條件下,發酵時間易影響茶黃素的含量[17-18]。綜上,水浸出物和茶黃素分別決定了紅茶茶湯的濃強度和明亮度。由極差分析結果得出,最佳組合為A4B1C4、A1B1C3,其水浸出物和茶黃素含量分別為42.93%、0.31% 和32.56%、0.46%。因感官審評作為主要判斷因素,通過正交試驗發現十里香紅茶9 號（A3B1C3）的水浸出物與茶黃素含量分別為43.38%、0.66%,其與感官審評得出結果相對應,且水浸出物和茶黃素含量較高,故以十里香紅茶9 號為最佳組合。

2.3 不同工藝組合十里香紅茶的品質分析與評價

2.3.1 常規品質成分分析

為了對不同工藝組合加工的十里香紅茶的品質成分做到系統和全面的掌握,本文對不同工藝組合加工的十里香紅茶的生化品質成分進行了分析測定,常規品質成分測定結果如表5 所示。

表5 十里香夏季花香型紅茶不同工藝組合常規品質成分測定結果Table 5 Determination results of conventional quality components by different process combinations of Shilixiang floral black tea in summer

從表5 可知,不同工藝組合加工的16 個十里香夏季花香型紅茶的茶多酚含量為9.69%～22.68%,其含量隨著發酵時間的變化呈波動變化狀態；咖啡堿含量為5.18%～5.96%,其變化范圍較小且差異不明顯；游離氨基酸含量為1.55%～2.96%,其中十里香8 號、十里香9號和十里香10 號3 個茶樣的游離氨基酸含量較高；茶紅素含量為0.86%～6.71%,其含量最高的是十里香14號茶樣,最少的是十里香16 號茶樣,發酵和萎凋時間對其含量的影響較明顯；茶褐素含量為0.29%～8.93%,整體含量最高的是十里香4 號茶樣。

2.3.2 兒茶素組成分含量分析

兒茶素是紅茶發酵過程中茶多酚氧化不可缺少的成分[19],同時也是評判紅茶發酵程度的主要成分,其對紅茶品質的形成具有重要作用[20-21]。不同加工工藝組合中十里香紅茶茶樣兒茶素組分含量的測定結果如表6 所示。

表6 十里香夏季花香型紅茶不同工藝組合兒茶素組分檢測結果Table 6 Detection results of catechin components by different process combinations of Shilixiang floral black tea in summer

由表6 可知,萎凋、發酵及足火溫度變化過程中C含量為0.44%～0.92%,其含量變化較小但差異明顯；EC 含量為0.42%～1.06%,在加工過程中,除十里香紅茶5～8 號逐漸下降外,其余茶樣均呈現上下波動趨勢；ECG 含量為0.27%～1.23%,除了十里香1～6 號茶樣含量較高,其余茶樣含量變化較小但差異顯著；EGC 含量為3.64%～8.14%,含量最高的是十里香9 號茶樣,最少的是發酵和萎凋時間都較長的十里香16 號茶樣；EGCG 的含量為0.36%～2.52%,含量最高的是十里香9號茶樣,較少的是十里香13 號茶樣和十里香16 號茶樣；TC 為5.79%～12.72%,且在加工后期含量有所降低；各兒茶素組分在不同工藝組合茶樣中的變化隨著加工中萎凋、發酵及干燥的程度呈現出上下波動狀態。16 個十里香茶樣以9 號茶樣表現較優,其中C、EGC、EGCG 和兒茶素總量表現最明顯,其含量分別為0.92%、8.14%、2.52%、12.72%、；茶樣苦澀味容易受到酯型兒茶素含量的影響[22],且在不同加工工藝組合中十里香紅茶兒茶素含量表現為簡單兒茶素含量較酯型兒茶素高,其表明感官審評滋味中簡單兒茶素的影響較大。

2.4 系統聚類對不同工藝組合十里香紅茶的區分

系統聚類對不同工藝組合十里香紅茶的區分結果如圖2 所示。

圖2 十里香夏季花香型紅茶不同工藝組合生化品質成分系統聚類分析Fig.2 Cluster analysis of biochemical quality components of different process combinations of Shilixiang floral black tea in summer

由圖2 可知,以常規品質成分及兒茶素組分C、EC、ECG、EGC、EGCG 及TC 開展系統聚類,當歐式平方距離為15 時,16 個不同工藝組合加工的十里香夏季紅茶可分為3 大類,第一大類為十里香1 號和2 號茶樣,兩個茶樣皆屬輕發酵和低溫足火干燥,水浸出物含量最少；第二大類為十里香13 號、15 號和16 號3個茶樣,3 個茶樣萎凋時間長,水浸出物含量高,茶多酚含量少；其余11 個茶樣歸為第3 大類,第三大類茶樣的萎凋時間除十里香3 號和4 號茶樣外,其余9 個茶樣的萎凋時間介于第一大類和第二大類之間,第三大類中多數茶樣的水浸出物和茶多酚含量也介于第一大類和第二大類之間。

2.5 PLS-DA 對不同工藝組合十里香紅茶的區分

為進一步發現不同工藝組合十里香紅茶的化學品質分類差異,本研究在系統聚類的基礎上采用具有監督模式的識別方法PLS-DA 對16 個茶樣進行分析。以浸出物、茶多酚、兒茶素組分、兒茶素總量、咖啡堿等品質化學成分為X變量,16 個不同加工工藝組合的茶樣為Y變量對其開展PLS-DA 分析,分析結果如圖3 所示。

圖3 十里香夏季花香型紅茶不同工藝組合生化品質成分PLS-DA分析Fig.3 PLS-DA analysis of biochemical quality components by different process combinations of Shilixiang floral black tea in summer

由圖3A 可知,不同加工工藝組合的16 個十里香紅茶可較好地分開,說明16 個十里香紅茶可以被PLSDA 模型明確區分。以模型建立時定義的分類Y矩陣設為變量并將其隨機排列100 次,其模型以R2和Q2值作為衡量來判斷否過擬合標準[23],檢驗結果如圖3B所示,R2為0.393,Q2為-0.276,Q2負值表明該PLS-DA模型較可靠且未存在過擬合現象[24],可用于茶樣類別的判別分析；研究表明R2值越大模型越穩定則解釋能力就越強[25]。

圖3C 載荷圖是反映各變量對不同工藝組合十里香紅茶在得分圖上分布的影響,離密集區越遠的變量對紅茶分類的影響越大[26],由圖3C 可知,水浸出物含量離密集區最遠。研究表明變異權重參數（variable importance in projection,VIP）值大于1.0 表示在判別過程中具有重要作用[27]。VIP 值越大,變量在不同16 個工藝組合加工的十里香紅茶間的差異越明顯[28],由圖3D 可以看出,有5 個品質指標VIP 大于1.0,其中水浸出物含量在圖中最高,因此可作為區分不同工藝組合加工的十里香紅茶的指標。綜合系統聚類分析,說明其與PLS-DA 分析方法可用于茶葉加工工藝的研究領域。

3 結論

本研究中十里香紅茶的最優工藝為萎凋時間12 h、發酵時間2 h、足火溫度80 ℃,此工藝制成的十里香紅茶感官評分達到93.8,此工藝條件下的十里香紅茶的水浸出物含量、氨基酸含量和茶黃素含量最高；系統聚類可將16 個不同工藝組合加工的茶樣按萎凋程度、水浸出物含量高低等聚為三大類；基于PLS-DA和系統聚類,可將茶樣中主要化合物較明顯區分。本研究后續還需豐富十里香紅茶工藝數據,如不同等級、不同工藝組合及采摘季節等樣品,同時補充完善可溶性糖、茶黃素單體及香氣物質等品質成分,以建立更加科學、合理的評價體系,對十里香夏季紅茶綜合品質進行評價和預測。