基于主成分分析法的漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型構(gòu)建

王 昕李新生,2,3*韓 豪,2付 靜,2,3米 桂趙 璇

（1.陜西理工學院生物科學與工程學院；2.陜西省資源生物重點實驗室；3.陜西理工學院秦巴紅茶研究所）

主成分分析法（PCA）是研究如何將多變量問題轉(zhuǎn)化為較小的新變量問題的一種統(tǒng)計方法。傅隆生等利用主成分分析法對獼猴桃的品質(zhì)進行了綜合評價。白沙沙等利用主成分分析法對蘋果品質(zhì)進行了綜合評價。說明利用主成分分析法對食品樣品進行綜合評價研究是可行的。近年來，漢中利用采自800～1600m海拔的高山茶鮮葉，經(jīng)萎凋、揉捻、發(fā)酵、烘干等工藝精心研制成工夫紅茶，具有“條索緊細，金毫外露，湯色紅亮，香氣持久，滋味鮮醇高爽，葉底厚軟”的特點，在第十一屆中國（北京）國際茶業(yè)博覽會上榮獲“特別金獎”。茶葉品質(zhì)的評價一般采用“感官審評法”，易受評茶人員主觀因素和外界環(huán)境因素的影響，在一定程度上限制了評價結(jié)果的客觀性。而工夫紅茶的湯色滋味品質(zhì)與其理化成分有密切的關(guān)系。因此本研究首次利用主成分分析法對不同等級和季節(jié)的8個漢中工夫紅茶樣品的12個主要理化成分進行分析，構(gòu)建了湯色滋味評價模型，與感官審評的結(jié)果進行比較，并對模型評價結(jié)果進行了檢驗，以期為漢中工夫紅茶的品質(zhì)評價提供參考和依據(jù)。

一、材料與方法

1.試驗材料

試驗所用的8個工夫紅茶樣品的鮮葉采自漢中市南鄭縣漢山茶業(yè)公司基地茶園，為一芽一葉或一芽兩葉的中小葉種，采摘季節(jié)為春夏秋三季，經(jīng)日光萎凋、揉捻、發(fā)酵、烘干等工藝制成工夫紅茶，分別裝入錫箔紙袋密封常溫保存。

2.試驗儀器

HP1100高效液相色譜儀，安捷倫；UV-1750型紫外-可見光分光光度儀，日本島津儀器公司；DZKW-S-4型水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵，天津華鑫儀器廠；101-OES型電熱鼓風干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器；LC-800型低速臺式離心機：科大創(chuàng)新股份有限公司；BSA224S型電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司；SRJX-3-9D型馬弗爐，上海凱朗儀器設(shè)備廠。

3.試驗方法

（1）主要化學成分的測定

水分測定：GB/T8304-2013；水浸出物測定：GB/T8305-2013；總灰分測定：GB/T8306-2013；茶多糖測定：苯酚—硫酸法；游離氨基酸測定：GB/T8314-2013；茶氨酸測定：GB/T23193-2008高效液相色譜法；茶多酚、兒茶素的測定：GB/T8313-2008；咖啡堿的測定：GB/T8312-2013紫外分光光度計法；茶黃素、茶紅素、茶褐素的測定：分光光度法。

（2）感官審評方法

由于工夫紅茶的外形與葉底主要在加工過程中由揉捻的時間、力度決定，與茶葉內(nèi)質(zhì)成分含量關(guān)系不大，香氣主要由芳香物質(zhì)決定，因此本研究參照GB/T23776-2009中工夫紅茶審評方法，主要從湯色和滋味2個方面進行審評：取3 g茶樣，加入150 mL水，沖泡時間5 min，按照湯色（25%）、滋味（75%）的標準進行評分，各因子100分，利用加權(quán)評分法計算總得分。由3位評茶員對8個茶樣進行平行感官審評，取其平均值。得分越高，茶葉品質(zhì)越好。

（3）數(shù)據(jù)處理

將本研究中8個樣品的12個變量的理化數(shù)據(jù)，通過SAS9.2處理，提取出k個主成分（k＜X），k個主成分的累計方差貢獻率在 85%以上。各主成分用 F1，F(xiàn)2，…Fk表示，F(xiàn)j＝a1jX1＋a2jX2＋…＋a12jX12（j=1-k），主成分的系數(shù)（aij）反映出第i個變量在第j個主因子上的相對重要性，等價于原始變量相關(guān)系數(shù)矩陣的特征向量。以不同主分量特征值的方差貢獻率βi(i＝1，2，…，k)為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評價函數(shù)F＝β1F1＋β2F2＋…＋βkFk計算各樣本得分，綜合得分越高，表明該樣品的質(zhì)量品質(zhì)越好。

二、結(jié)果與分析

1.漢中工夫紅茶理化成分組成

漢中工夫紅茶的理化成分指標測定結(jié)果見表1，從表中可以看出，8份茶樣符合“GB/T13738.2-2008紅茶-工夫紅茶”的理化成分的規(guī)定標準：含水量≤7.0%，總灰分≤6.5%，中小葉工夫類水浸出物≥32%。所選8個茶樣均為合格產(chǎn)品。

2.漢中工夫紅茶理化成分間的相關(guān)矩陣

由表2可見，8份樣品的12種理化成分存在一定的相關(guān)性。各理化指標在反映漢中工夫紅茶品質(zhì)信息上有一定重疊。因此本實驗適合主成分分析。

表1 8份漢中紅茶樣理化成分 %

表2 漢中工夫紅茶理化成分間相關(guān)矩陣

3.主成分分析結(jié)果

主成分的特征值及方差貢獻率是選擇主成分的依據(jù)。由表3結(jié)果顯示，前4個主成分反映了茶葉樣品90.10%（大于85%）的內(nèi)質(zhì)品質(zhì)信息，因此選前4個主成分對漢中工夫紅茶的內(nèi)質(zhì)成分進行分析。

表3 主成分特征值與累積方差貢獻率 %

4.漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型的構(gòu)建

特征向量能反映各指標對主成分貢獻的大小，特征向量數(shù)值的絕對值越大，對該主成分的貢獻越大。特征向量的符號表示各指標對改變主成分值的增減效果。由表4可見各主成分的特征向量。

第1主成分主要綜合了茶褐素、茶黃素、水浸出物、茶紅素4個因子的變量信息（選擇特征向量絕對值大于3.5的因子），這些因素主要反映了工夫紅茶的湯色的特點，因此稱為“湯色因子”。方程為：

第2主成分主要綜合了游離氨基酸、咖啡堿、總灰分、茶多酚4個因子的變量信息。其中咖啡堿主要反映了工夫紅茶的苦味特點，因此稱為“苦味”因子。方程為：

第3主成分主要綜合了茶多糖、茶氨酸、總灰分3個因子的變量信息。其中茶多糖、茶氨酸主要反映了工夫紅茶的鮮甜味的特點，因此稱為“鮮甜味”因子。

第4主成分主要綜合了兒茶素、茶多酚、水浸出物3個因子的變量信息。其中兒茶素、茶多酚主要反映了工夫紅茶澀味的特點，因此稱為“澀味”因子。方程為：

前4個主成分能夠反映了工夫紅茶湯色和滋味的全部特征，說明對8份樣品進行“湯色”和“滋味”的感官評審的方法合理。根據(jù)不同主成分特征值的方差貢獻率得出，綜合評價函數(shù)F的表達式

表4 各主成分的特征向量

表5 漢中工夫紅茶湯色滋味模型評價和感官審評結(jié)果

5.漢中工夫紅茶湯色滋味模型評價結(jié)果與感官審評結(jié)果比較

由表5可知，8份茶樣的湯色滋味評價模型排序與感官審評排序基本一致。樣品4與樣品7湯色滋味評價模型排序與感官審評排序略有差異，在感官審評中這兩組的得分一致，而它們的湯色滋味評價模型得分表明樣品4較樣品7更好，說明所建立的漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型可以區(qū)分相似度很高的漢中工夫紅茶。利用該模型來評價漢中工夫紅茶的湯色滋味是可行的，而且比感官審評更客觀，彌補了感官審評的主觀誤差。

6.漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型的檢驗

為了檢驗漢中工夫紅茶湯色滋味評價模型的評價效果，再選取3個漢中工夫紅茶樣品進行模型評價，并與感官評價結(jié)果進行比較，結(jié)果見表6，表明本文所建立的評價模型與感官評價法具有很好的一致性。

表6 漢中工夫紅茶質(zhì)量評價模型的檢驗結(jié)果

三、結(jié)論與討論

本研究以8個漢中工夫紅茶為樣品，對品質(zhì)起決定作用的12個理化成分進行測定，探索性地利用主成分分析法對漢中工夫紅茶進行了湯色滋味評價模型的構(gòu)建。把12個變量轉(zhuǎn)化為4個主成分(即4個綜合變量)，累積方差貢獻率達到90.10%，構(gòu)建漢中工夫紅茶的湯色滋味評價模型：

評價結(jié)果初步表明：評價模型得分在1.0以上的茶葉湯色滋味最好（樣品2，樣品6），評價模型得分在1.0到-1.0之間的茶葉湯色滋味次之（樣品1，樣品4，樣品7，樣品3，樣品5），評價模型得分在-1.0以下的茶葉湯色滋味較差（樣品8）。

根據(jù)漢中工夫紅茶主成分分析法湯色滋味評價模型的計算結(jié)果與感官審評結(jié)果比較可以看出，兩者具有較高的一致性，表明所構(gòu)建的漢中工夫紅茶主成分分析法湯色滋味評價模型是可行的，利用主成分分析法構(gòu)建湯色滋味評價模型減少了感官評審主觀判斷所造成的誤差，數(shù)據(jù)分析結(jié)果更具客觀性，為評價漢中工夫紅茶湯色滋味的品質(zhì)評價開辟了一條新途徑。