基于特征香氣的白茶香氣品質(zhì)評價模型構(gòu)建初探

張應(yīng)根，陳 林，陳泉賓，王秀萍，王振康，王麗麗

(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，福建 福安 355015)

香氣是決定茶葉品質(zhì)的主要因素之一，目前茶葉香氣品質(zhì)的評價主要以感官審評為主，審評人員的主觀喜好及環(huán)境因素對評價結(jié)果產(chǎn)生顯著的差異，這在一定程度上限制了評價的客觀性[1-3]。研究分析茶葉香氣的質(zhì)量客觀評價方法和體系對于豐富和完善茶葉質(zhì)量評價體系具有重要意義。

主成分分析、多元回歸等數(shù)理統(tǒng)計手段是多指標(biāo)綜合評價的有效手段，并已在水果[4]、酒類[5, 6]、稻谷食品[7]、食油[8]等產(chǎn)品的香氣評價中得以應(yīng)用，在茶葉香氣評價中僅限于確定哪一類香氣物質(zhì)對茶葉香氣品質(zhì)起主要作用，而未能定位于具體成分上[9]。

本研究采用同時蒸餾萃取法(SDE)對同一茶樹品種鮮葉制得不同等級的具有典型白茶風(fēng)味的樣品進行香氣提取，GC/MS檢測分析香氣成分，利用主成分分析、多元回歸分析等數(shù)理統(tǒng)計手段，研究基于香氣成分的白茶香氣品質(zhì)等級劃分方法，確定決定白茶香氣品質(zhì)的特征香氣成分，并建立白茶香氣品質(zhì)評價模型，為實現(xiàn)白茶品質(zhì)客觀評價提供科學(xué)手段。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2016年春季，采摘福鼎大毫一芽二、三葉初展鮮葉，經(jīng)萎凋、干燥等工序制成白牡丹白茶樣品17只。

1.2 試驗方法

1.2.2 GC-MS分析條件 采用島津GC/MS-QP2010氣質(zhì)聯(lián)用儀；色譜柱：DB-5質(zhì)譜柱；進樣口溫度：250℃；進樣方式：分流進樣，分流比2∶1；程序升溫：50℃維持0 min→1℃·min-1，升至80℃，維持1 min→5℃·min-1，升至160℃，維持1 min→10℃·min-1，升至250℃，維持5 min?？倳r間62 min。質(zhì)譜條件：EI離子源；離子源溫度200℃；檢測器溫度250℃；檢索譜庫：NIST08；WILEY7

1.2.3 香氣成分定性定量方法 未知化合物的定性采用計算機檢索NIST08和WILEY7質(zhì)譜庫，選取匹配度≥85%的成分進行定性。定量采用內(nèi)標(biāo)相對定量法(半定量)，以癸酸乙酯為內(nèi)標(biāo)，在香氣樣品中的含量為43.25 μg·mL-1。采用面積歸一化法測定各化合物的峰面積，并計算各化合物與內(nèi)標(biāo)的峰面積比，以此為響應(yīng)因子計算各化合物相對于內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度(含量)。

1.2.4 感官審評方法 邀請3名具有中、高級職稱，從事茶葉加工、感官審評達10年以上的專業(yè)技術(shù)人員，參考《GB/T 23776-2009 茶葉感官審評方法》中的沖泡方法，著重評價樣品白茶香氣品質(zhì)，并對各樣品的香氣品質(zhì)進行評分，滿分為100分。

1.2.5 質(zhì)量模型分析

1.2.5.1 主成分分析 不同樣品的香氣化合物構(gòu)成主成分分析的相關(guān)矩陣，根據(jù)主成分分析后確定的不同主分量的線性組合與貢獻率之積的和來排序不同的樣本，進行香氣質(zhì)量評價。具體分析原理為：

(1)將n個樣本的p個變量，通過變換將原變量Xp轉(zhuǎn)換成主成分，主成分是原變量的線性組合，即將X1，X2，…，Xp轉(zhuǎn)換成變量F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)k，綜合成k(k

F1=a11X1+a21X2+……+ap1Xp

F2=a12X1+a22X2+……+ap2Xp

在實驗二中，A段、B段都有一方與樹干相連，為什么具有“庫身份”者能得到同化物的供應(yīng)，而不具有“庫身份”者就得不到同化物的供應(yīng)呢？同化物怎么知道誰具有“庫身份”呢？后來，帶著這個問題做了第3個實驗。

………………………………

Fk=a1kX1+a2kX2+……+apkXp

(2)以不同特征值的方差貢獻率βi為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評價函數(shù)F=β1F1+β2F2+…+βkFk計算各樣品的綜合品質(zhì)得分，然后排序評價各個樣品的香氣質(zhì)量。

1.2.5.2 回歸分析 從主成分分析提取的因子中，選取每個因子中特征向量最大變量的原則，結(jié)合已有的文獻報道，提取影響樣品香氣品質(zhì)的主要成分，以這些成分為自變量，與感官品質(zhì)得分為因變量，用SPSS統(tǒng)計軟件進行回歸分析、剔除共線性因子、再次回歸，直到不出現(xiàn)共線性因子為止，最后獲得品質(zhì)與成分的回歸模型，用t檢驗對模型進行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官品質(zhì)審評結(jié)果

感官審評結(jié)果表明，17只樣品中，出現(xiàn)在品質(zhì)得分相同、相近的樣品較多，這些樣品品質(zhì)的高低不易確定(表1)。

2.2 主成分分析結(jié)果

從17個白茶樣品中，共檢測出164種香氣成分，其中33種香氣成分為所有樣品中共有的成分，并占香氣物質(zhì)總量的65%以上(香氣總離子流圖見圖1)。用SPSS軟件對白茶香氣成分進行主成分分析，得出白茶香氣的16個主成分因子(見表2)。

16個因子累計方貢獻率達到100%，其中前12個因子累計貢獻率達到88.238%，超過85%，從而可以提取前12個因子作為白茶香氣的主成分因子。根據(jù)各因子的載荷矩陣可以建立12個主成分因子方程，并根據(jù)方程計算各樣品的每個主成分值，將每個樣品的所有主成分值加到一起即可得出該樣品的綜合得分，將各樣品的主成分綜合得分按從高到低排列，作出各樣品的綜合得分條形圖(圖2)。

圖2結(jié)果表明，每個樣品的主成分品質(zhì)綜合得分差異明顯，不存無法分辯的現(xiàn)象；大部分白茶樣品的品質(zhì)得分落在[-30，30]之間，只有少部分落在[-60，-30]和[30，60]之間。因而可以將白茶樣品分為4個等級，優(yōu)[30，60]，良[0，30]，中[-30，0]，差[-60，-30](表3)。

表1 白茶樣品香氣感官審評結(jié)果

圖1 白茶香氣總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatogram of white teas

表2 香氣主成分因子與方差貢獻率

圖 2 白茶綜合得分條形圖Fig.2 Composite scores of white teas

表3 白茶香氣品質(zhì)等級分級

從表1、3可以看出，優(yōu)、良級別的白茶樣品，除具有典型的白茶品質(zhì)風(fēng)味外，還具有濃郁的花香、清香、甜香等較好的香氣品質(zhì)，感官品質(zhì)綜合得分也較高。因此，基于主成分分析的香氣主成分綜合得分能較好地用于白茶品質(zhì)等級劃分。

2.3 白茶特征香氣物質(zhì)的確定及回歸分析

在主成分分析中，根據(jù)每個主成分因子在每種物質(zhì)上載荷矩陣，每個主成分因子可以集中反映某幾種或某幾類物質(zhì)的主要信息，根據(jù)這些信息，初步確定16種香氣物質(zhì)可能對白茶香氣起決定性作用(表4)。將表4中的16種物質(zhì)定義為變量因子x1，x2，……，x16，品質(zhì)得分定義為變量因子y，用SPSS統(tǒng)計軟件對這16個成分與白茶品質(zhì)的關(guān)系進行回歸模型擬合。

表5結(jié)果表明，回歸擬合模型中，R2=0.787，比較靠近1，方差分析表明(表6)，模型方差F統(tǒng)計量值為3.916，其p=0.004<α=0.05，所以模型的作用是顯著的。

對模型進行共線性診斷，結(jié)果表明有多個維度(16、17兩個維度)的特征值為0(表7)，說明存在共線性因子，并且第17個維度能解釋x8因子90%的貢獻率，從而判定x8(Geraniol)因子與其他因子存在共線性，應(yīng)剔除。

剔除x8因子后，再次進行回歸分析。

結(jié)果表明，剔除x8后擬合模型中，R2=0.752，比較靠近1(表8)，方差分析表明(表9)，模型方差F統(tǒng)計量值為3.646，其p=0.005<α=0.05，所以模型的作用是顯著的。

將剔除x8后的15種物質(zhì)進行回歸分析，并再次進行共線性診斷，不存在多個維度的特征值為0，即15個因子(15種香氣成分)間不存在共線性，因而根據(jù)回歸模型系數(shù)(表10)得出擬合方程為：

y=90.595+1.026x1+1.439x2+4.245x3-0.61x4+1.521x5-0.423x6-1.691x7+9.425x9+1.005x10-2.556x11+0.09x12-1.014x13+1.146x14-1.001x15-2.511x16

t檢驗結(jié)果表明(表10)，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x9，x10，x11，x12，x13，x14，x15，x16的系數(shù)顯著不為0，即可以得出剔除x8后的其他15個香氣成分指標(biāo)對白茶香氣品質(zhì)很大的影響。并可以通過指標(biāo)之間的線性組合得到白茶香氣質(zhì)量的生成函數(shù)。

表4 白茶16種特征香氣物質(zhì)

注：“-”表示未檢出。

表5 模型概要

表6 模型方差分析

表7 共線性診斷

表8 剔除x8后模型概要

表9 剔除x8后模型方差分析

5 結(jié)論與討論

茶葉香氣質(zhì)量的感官評價采用感官評語描述茶葉香型特征、香氣的高低等(香氣質(zhì)量定性鑒定)，并結(jié)合品質(zhì)評分(香氣質(zhì)量定量)確定香氣品質(zhì)的高低。在香氣感官評定時，常出現(xiàn)冷嗅、熱嗅香氣差異明顯，樣品常出現(xiàn)不同香型特征表現(xiàn)，如本試驗樣品中出現(xiàn)的毫香、清香、花香等。當(dāng)這些香氣特征分別出現(xiàn)在不同樣品中時，審評人員的訓(xùn)練度、主觀喜好等對香氣評分結(jié)果產(chǎn)生顯著影響，這也就是經(jīng)常出現(xiàn)感官審評品質(zhì)得分相近的主要因素。本試驗通過分析樣品香氣成分，利用主成分分析建立起基于香氣分成變化的香氣綜合品質(zhì)得分評價方法，能較好地用于白茶品質(zhì)等級劃分，克服主觀因素對評價結(jié)果的影響，并將白茶樣品分為優(yōu)[30，60]，良[0，30]，中[-30，0]，差[-60，-30]四個等級。

茶葉中內(nèi)含的香氣物質(zhì)是形成茶葉香氣品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同品質(zhì)風(fēng)格茶葉其內(nèi)含香氣成分各異，內(nèi)含香氣成分的變化也將引起茶葉香氣品質(zhì)風(fēng)格的改變。目前從茶葉中檢測出的香氣物質(zhì)有700多種[10]。任何一種茶葉中都存在幾十上百種香氣成分，但并不是所有香氣成分都對某一種茶的香氣品質(zhì)起決定作用，一般只有少數(shù)幾種能左右某類茶的香氣，并且在缺失其中的一種或幾種的條件下，將失去這一類茶的香氣特征，這在花茶上已經(jīng)得到研究證實[11, 12]。本研究通過分析樣品香氣成分，在主成分分析的基礎(chǔ)上，初步明確了反-2-己烯醛(具尖銳的青草氣味，并帶辛辣氣味，低濃度時具有令人愉悅的清香和似蘋果香)、順-3-己烯醇(青草剛割下來的氣味)、苯甲醛(苦杏仁氣味)、芳樟醇氧化物(花香氣味、略帶佛手柑氣味)、環(huán)氧芳樟醇(花香氣味)[13]、芳樟醇(典型的花香、清香氣味，鈴蘭花香)、苯乙醇(甜花香、玫瑰花香)、α-萜品醇(紫丁香氣味)、水楊酸甲酯(香甜，較強的冬青油氣味)、β-紫蘿蘭酮(香甜、紫蘿蘭樣的香氣)、棕櫚酸(微的臘脂氣味)[14]、橙花叔醇(持久溫和的花香氣味)、苯甲醇(輕微的帶甜的氣味)、苯乙醛(甜香、清香、風(fēng)信子氣味，低濃度時有杏仁、櫻桃香味)、4-壬內(nèi)酯(具甜香、奶油香、強烈的椰子樣的香氣)等[15, 16]15種決定白茶香氣品質(zhì)的特征成分，建立了其與白茶香氣的質(zhì)量生成函數(shù)，可用于白茶香氣質(zhì)量評價，不受主觀因素的影響，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化評價，具有客觀性。但對于分析所得的15種特征香氣成分，仍需要做進一步的香氣模擬驗證。

表10 剔除x8后模型系數(shù)表

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