響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化工夫紅茶萎凋工藝參數(shù)

滑金杰　袁海波　江用文　汪芳　陳根生　劉千錄

摘要：對(duì)萎凋末期茶樣的常規(guī)生化成分含量與成品茶感官品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，而后以萎凋末期高相關(guān)性的品質(zhì)生化組分和成茶感官總分為考察指標(biāo)，運(yùn)用響應(yīng)面設(shè)計(jì)對(duì)萎凋溫度、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：茶多酚含量與成茶感官品質(zhì)呈顯著正相關(guān)，兒茶素總量和TP+AA+SS 含量（茶多酚、氨基酸、可溶性糖三者總量）與成茶感官得分呈極顯著正相關(guān)。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法，以萎凋末期兒茶素總量和TP+AA+SS含量為響應(yīng)值，對(duì)萎凋環(huán)境參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立影響因素與響應(yīng)值之間的二次回歸數(shù)學(xué)模型，獲得最佳工藝參數(shù)：萎凋溫度為27～29 ℃，相對(duì)濕度為69%～72%，光照度為5 700～6 400 lx。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)面設(shè)計(jì)；工夫紅茶；萎凋末期；生化成分；感官品質(zhì)；工藝參數(shù)

中圖分類號(hào)： TS272.5+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0362-05

萎凋作為工夫紅茶首道加工工序，顯著影響成茶的感官品質(zhì)，現(xiàn)階段國內(nèi)外紅茶萎凋的研究已具有很好的理論基礎(chǔ)[1-2]，但多局限于對(duì)某一單因素的研究，如溫度、光照度、相對(duì)濕度等[3-5]，并沒有將多種因素綜合起來探討不同萎凋工藝參數(shù)對(duì)茶樣生化成分、紅茶綜合品質(zhì)的影響。本研究采用SAS軟件對(duì)萎凋末期茶樣的常規(guī)生化成分含量與成品茶感官品質(zhì)建立相關(guān)性，選取與成茶品質(zhì)顯著相關(guān)的生化成分作為考察指標(biāo)，在前期單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面設(shè)計(jì)，對(duì)生化指標(biāo)和成茶感官總分建立優(yōu)化的萎凋參數(shù)模型，得出較優(yōu)的萎凋工藝參數(shù)，旨在為工夫紅茶工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 鮮葉原料

鮮葉品種為福鼎大白，采自浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茶園，2013年9月4—8日采摘，標(biāo)準(zhǔn)為1芽1葉至1芽2葉初展為主。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在前期單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取萎凋溫度、相對(duì)濕度、光照度等3個(gè)因素，應(yīng)用響應(yīng)面設(shè)計(jì)中的Box-Behnken設(shè)計(jì)進(jìn)行制茶試驗(yàn)，以選取的生化指標(biāo)、感官審評(píng)總分為指標(biāo)優(yōu)化萎凋工藝參數(shù)。調(diào)節(jié)人工氣候箱的溫度、相對(duì)濕度、光照度等參數(shù)，每處理設(shè)置2.5 kg鮮葉，將鮮葉混勻、薄攤，置于人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行萎凋。具體因素、參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

1.2.2 工藝流程及取樣 鮮葉在人工氣候箱內(nèi)進(jìn)行萎凋，至含水率達(dá)62%～64%時(shí)進(jìn)行取樣，置于液氮冷凍固樣，低溫冷凍干燥（-30、20 ℃）。冷凍干燥樣磨碎過100目篩，裝于密封袋內(nèi)，置于-20 ℃冰柜待測，檢測生化成分；而后采用25型揉捻機(jī)進(jìn)行揉捻，每處理1.5 kg，程序?yàn)椋嚎杖? min→輕揉5 min→重揉30 min→輕揉5 min→解塊，總計(jì)45 min。發(fā)酵溫度26 ℃，相對(duì)濕度95%以上（通過加蓋濕布調(diào)控濕度），發(fā)酵時(shí)間4 h；用提香機(jī)120 ℃初烘15 min，適當(dāng)攤涼后85 ℃烘至足干（20 min左右）。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生化成分檢測 按照GB/T 8304—2002 《茶 水分測定》規(guī)定的方法，采用103 ℃恒質(zhì)量法測定茶葉含水率。按照 GB/T 8313—2002《茶 茶多酚測定》規(guī)定的方法，采用酒石酸亞鐵比色法測定茶葉茶多酚含量。按照GB/T 8314—2002 《茶 游離氨基酸總量測定》規(guī)定的方法，采用茚三酮比色法測定茶葉氨基酸含量。采用蒽酮比色法測定茶葉可溶性糖含量。采用三氯化鋁比色法測定茶葉黃酮總量。采用高效液相色譜法（HPLC）[6] 測定茶葉兒茶素含量。

1.3.2 茶湯感官審評(píng) 取3 g茶樣，加入150 mL沸純水沖泡5 min后進(jìn)行密碼審評(píng)，采用評(píng)語與百分制打分相結(jié)合的方式評(píng)定茶葉品質(zhì)（包括外形色澤、湯色、香氣、滋味4項(xiàng)指標(biāo)），每項(xiàng)100分，感官總分計(jì)算公式如下：

感官總分=（香氣得分+滋味得分）×30%+（外形得分+湯色得分）×20%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 9.1軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，采用Design Expert軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，繪制響應(yīng)面三維曲面圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 萎凋末期紅茶生化成分與成茶感官品質(zhì)相關(guān)性

表2為筆者前期進(jìn)行的萎凋光照度、溫度、相對(duì)濕度、通氧量等4個(gè)單因素試驗(yàn)測得的萎凋末期茶樣的生化成分（茶多酚、氨基酸、可溶性糖、黃酮、兒茶素等）含量與對(duì)應(yīng)的成茶感官總分。兒茶素作為紅茶品質(zhì)成分茶黃素、茶紅素的反應(yīng)底物，直接影響兩者的含量、成茶的感官品質(zhì)。

由表3可以看出，萎凋末期，茶多酚含量與成品茶感官品質(zhì)顯著相關(guān)；氨基酸和黃酮含量與成茶感官總分無顯著相關(guān)性；兒茶素總量、TP+AA+SS含量與成茶感官得分極顯著相關(guān)。因此，后續(xù)的Box-Behnken設(shè)計(jì)分別以萎凋末期茶樣的兒茶素總量、TP+AA+SS含量以及成茶的感官審評(píng)總分作為考察指標(biāo)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的萎凋工藝參數(shù)優(yōu)化。

2.2 以萎凋末期兒茶素總量優(yōu)化萎凋參數(shù)

借助人工氣候箱、揉捻機(jī)、提香機(jī)等制茶設(shè)備，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)對(duì)萎凋工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)應(yīng)的兒茶素含量、TP+AA+SS含量、感官得分等如表4所示。由于制茶原料為秋季鮮葉，因此成茶的感官審評(píng)總分整體偏低。針對(duì)萎凋末期茶樣的兒茶素總量經(jīng)多項(xiàng)回歸優(yōu)化后得二次回歸方程：兒茶素總量=13.04-0.026A+0.26B-0.62C+0.44AB+0.47AC+0.38BC-2.69A2-1.63B2-1.89C2，式中A、B、C分別代表萎凋溫度、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度，該方程表達(dá)了萎凋末期茶樣兒茶素含量與所選3個(gè)萎凋因子之間的關(guān)系。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析（表5），可以看出所建模型的F值為3.85，達(dá)到顯著水平，表明該數(shù)學(xué)模型高度顯著，此外各平方也對(duì)萎凋末期兒茶素總量影響顯著。endprint

應(yīng)用Design-Expert 7.1 軟件對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，繪制響應(yīng)曲面圖，由圖1可見，3個(gè)因子固定2個(gè)變量進(jìn)行雙因子降維分析顯示，雙因子與萎凋末期兒茶素總量均呈倒鐘形關(guān)系，即存在1個(gè)極大值點(diǎn)，對(duì)回歸方程求極大值，得最佳參數(shù)為：溫度27.97 ℃、相對(duì)濕度71.21%、光照度 5 521.35 lx。

2.3 以萎凋末期茶多酚、氨基酸、可溶性糖總量優(yōu)化萎凋參數(shù)

以福鼎大白為鮮葉原料，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)對(duì)萎凋末期茶樣TP+AA+SS總量最大化進(jìn)行萎凋工藝參數(shù)優(yōu)化。根據(jù)t檢驗(yàn)的P值>|t|的概率小于0.05，回歸方程顯著；小于0.01則回歸方程極顯著的判斷原則[8]，由表6可以看出，C、AC、A2、B2、C2等均對(duì)TP+AA+SS含量影響顯著，A、B、AB、BC等均為非顯著項(xiàng)。TP+AA+SS含量經(jīng)優(yōu)化擬合后得二次回歸方程：TP+AA+SS總量=37.39+0.093A-0.015B+0.53C-0.55AB+1.05AC-0.33BC-2.26A2-1.25B2-2.64C2，該方程表達(dá)了萎凋末期茶樣茶多酚、氨基酸、可溶性糖總量與所選3個(gè)萎凋因子之間的關(guān)系。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析（表6），可以看出所建模型所建模型的F值為35.02，達(dá)到極顯著水平，表明該數(shù)學(xué)模型高度顯著。

應(yīng)用Design-Expert 7.1 軟件對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行分析，制作響應(yīng)曲面圖，由圖2可見，對(duì)3個(gè)因子進(jìn)行雙因子降維分析顯示，雙因子與萎凋末期茶樣TP+AA+SS總量均呈倒鐘形關(guān)系，均存在1個(gè)極大值點(diǎn)，對(duì)回歸方程求極大值，得相應(yīng)的最佳參數(shù)為：溫度28.41 ℃、相對(duì)濕度69.37%、光照度6 335.03 lx。

2.4 以成茶感官得分優(yōu)化萎凋參數(shù)

以成茶感官審評(píng)總分為優(yōu)化指標(biāo)，經(jīng)多項(xiàng)回歸優(yōu)化后得二次回歸方程：成茶感官審評(píng)總分=88.91-1.38A+1.70 B+1.31C+2.25AB+7.92A C-0.10BC-3.82A2-807B2-4.56C2，式中A、B、C分別代表萎凋溫度、萎凋相對(duì)濕度、萎凋光照強(qiáng)度，該方程表達(dá)了響應(yīng)面設(shè)計(jì)制成紅茶的感官品質(zhì)與所選3個(gè)萎凋因子之間的關(guān)系。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析（表7），可以看出所建模型的失擬值為4.95（不顯著），具有較好的擬合度。

應(yīng)用Design-Expert 7.1 軟件分析繪制響應(yīng)曲面圖（圖3），對(duì)3個(gè)因素固定2個(gè)變量進(jìn)行雙因子效應(yīng)分析，結(jié)果顯示，雙因子與成茶感官審評(píng)得分的相關(guān)性均呈倒鐘形，均存在極大值點(diǎn)，對(duì)回歸方程求極大值，得到2套符合要求的最佳參茶的預(yù)計(jì)感官總分為 89.09，顯著優(yōu)于上述測得值。

3 結(jié)論與討論

有研究顯示，茶多酚、氨基酸、可溶性糖、兒茶素等含量直接影響工夫紅茶的制作工藝，最終影響成茶的香氣、滋味、湯色等感官品質(zhì)[9-10]，但多存在于推測層面。本研究對(duì)萎凋末期茶樣的常規(guī)生化成分與后期成茶的感官品質(zhì)相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，茶多酚含量與成茶感官品質(zhì)呈顯著正相關(guān)，氨基酸和黃酮含量與成茶感官總分無相關(guān)性，兒茶素總量和TP+AA+S含量與成茶感官得分呈極顯著正相關(guān)。此外，現(xiàn)有萎凋工藝的研究多局限于某一單因素，本研究創(chuàng)新性地將Box-Behnken設(shè)計(jì)應(yīng)用于紅茶萎凋工藝優(yōu)化當(dāng)中，選取萎凋溫度、相對(duì)濕度、光照度等3個(gè)因素，以萎凋末期茶樣兒茶素總量、TP+AA+SS總量、成茶感官品質(zhì)為考察指標(biāo)，綜合探討多因素共同作用對(duì)相應(yīng)指標(biāo)的影響，并找出最優(yōu)參數(shù)，即以兒茶素總量為指標(biāo)時(shí)，最佳參數(shù)為：溫度27.97 ℃、相對(duì)濕度71.21%、光照度 5 521.35 lx；以茶多酚、氨基酸、可溶性糖總量為指標(biāo)時(shí)，最優(yōu)參數(shù)為溫度28.41 ℃、相對(duì)濕度6937%、光照度 6 335.03 lx；以成茶感官得分為指標(biāo)時(shí)，最優(yōu)參數(shù)為：溫度27.63 ℃、相對(duì)濕度71.98%、光照度為6 307.82 lx，或者溫度27.71 ℃、相對(duì)濕度71.98%、光照度為6 335.21 lx。由此可見，成茶感官得分的最優(yōu)參數(shù)與萎凋末期茶樣生化成分的最優(yōu)參數(shù)近乎接近，即可驗(yàn)證前期的相關(guān)性試驗(yàn)，因此若要得到較優(yōu)的生化成分和感官品質(zhì)，萎凋溫度應(yīng)控制在27～29 ℃，相對(duì)濕度應(yīng)控制在69%～72%，光照度應(yīng)控制在 5 700～6 400 lx。因試驗(yàn)條件的限制，本研究僅將3個(gè)萎凋因素進(jìn)行整合用于響應(yīng)面設(shè)計(jì)，且只考慮3個(gè)對(duì)應(yīng)指標(biāo)，有待于進(jìn)一步深入試驗(yàn)，下一步研究應(yīng)結(jié)合更多萎凋因素，并盡可能找到與成茶感官品質(zhì)顯著相關(guān)的單一組分進(jìn)行優(yōu)化，從而得出更精準(zhǔn)的參數(shù)，為滿足不同需求提供實(shí)際指導(dǎo)。

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