工夫紅茶萎凋及發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化研究

王振康，陳加友

（1.福建省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，福建福安 355000；2.福建省安溪茶業(yè)職業(yè)技術學校，福建泉州 362400；3.福建佳友茶葉機械智能科技股份有限公司，福建泉州 362400）

工夫紅茶萎凋及發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化研究

王振康1，陳加友2，3

（1.福建省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，福建福安 355000；2.福建省安溪茶業(yè)職業(yè)技術學校，福建泉州 362400；3.福建佳友茶葉機械智能科技股份有限公司，福建泉州 362400）

以優(yōu)化工夫紅茶發(fā)酵配套工藝參數(shù)為目標，采用三因素三水平的響應面中心試驗設計，優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)。采用不同萎凋時間、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間，同時對加工過程中茶色素的變化做出研究。選取具有代表性的傳統(tǒng)加工福建工夫紅茶的茶廠，采集加工過程的樣品，做出化學測定分析及感官品質分析，找出福建工夫紅茶加工工藝的最優(yōu)參數(shù)，新工藝發(fā)酵的茶樣品質均勻、葉底紅亮，香氣和滋味品質明顯提升，感官品質總分較傳統(tǒng)發(fā)酵提高2.1分。

工夫紅茶；工藝參數(shù)；響應面；感官品質

工夫紅茶加工工藝包括：萎凋、揉捻、發(fā)酵和干燥，雖然每一個步驟都很不可忽視，但是發(fā)酵過程是紅茶制造中最具有特色的部分。兒茶素，作為多酚類的主要組成成分，是多酚氧化物的底物，其在TFs和TRs形成過程扮演重要的角色[1]。酶促反應對紅茶重要品質的形成扮演重要角色的，影響酶促反應的因素包括萎凋和揉捻的條件，發(fā)酵溫度、濕度、時間、pH和足夠的氧氣等[2]。

本研究利用自行研制的自動化紅茶發(fā)酵樣機，選用萎凋的時間、發(fā)酵的時間、溫度作為影響茶葉質量的可控因素，根據(jù)福建工夫紅茶的原有工藝及經(jīng)驗設置各因素的3個水平。通過中心試驗設計（CCD）對福建工夫紅茶工藝進行優(yōu)化，先通過感官審評選出最優(yōu)參數(shù)，再以TFs和TRs為判斷依據(jù)，選擇出最優(yōu)參數(shù)[1，3]。以期通過實驗得出優(yōu)化工藝參數(shù)，為提高紅茶品質研究提供實驗依據(jù)。

1 試驗材料和方法

1.1 制茶原料

福建政和云根茶業(yè)有限公司：政和大白茶。2016年4月21日采于政和縣澄源村，一芽一二葉300 kg。

1.2 加工工藝

茶葉采用福建工夫紅茶傳統(tǒng)加工工藝，設定溫濕度和萎凋處理，和取不同發(fā)酵時間的樣品。用120℃固樣，冷卻后再用100℃干燥至水分含量4%-6%，待干燥樣冷卻后用鋁箔袋裝好儲存，以備分析。

1.3 含水量的測定方法

按照GB/T 8304-2002《茶水分測定》120℃快速烘干法[4]，稱取試樣5 g置于已知重量的烘皿中（不加蓋）置于事先預熱的干燥箱內(nèi)，用120℃，烘1 h；加蓋取出于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，再行稱量（用千分之一分析天平）。計算方法和公式：

水分（%）=（M1-M2）*100/M

式中M1為試樣和烘皿烘前質量（g）；M2為試樣和烘皿烘后質量；M0為試樣質量。

1.4 感官審評方法

參照GB/T 23776-2009《茶葉感官審評方法》[5]。準確稱取茶樣3.0 g，用150mL沸水沖泡，浸泡5 min后出湯，將茶湯倒入審評碗，進行湯色、香氣、滋味、葉底等的感官評定。

1.5 茶色素檢測方法

按照茶葉三素（TFs、TRs、TBs）的檢測方法，本實驗采用分光光度法對茶葉三素進行測定。

1.6 響應面設計

運用一個三因素三水平的CCD-RSM試驗設計[3+]。3個因素分別是萎凋時間（x1）、發(fā)酵時間（x2）和發(fā)酵溫度（x3），-1，0，+1 分別代表各因素的不同水平，如表 1。

表1 中心試驗設計的因素和水平

2 結果與分析

2.1 感官審評及響應面試驗結果

試驗結果經(jīng)Design Expert進行分析，得出回歸方程：

y=87.10-0.69x1-0.47x2+0.20x3+0.18x1x2+0.25x1x3+0.50x2x3+0.79x12+0.094x22-1.76x32

式中y代表總分，x1為萎凋時間、x2為發(fā)酵時間、x3為發(fā)酵溫度。

2.1.1 方差分析

使用Design Expert進行方差分析，模型采用軟件建議的Quadratic（二次方程式）。方差分析結果如表2。

表2 響應回歸模型方差分析表

根據(jù)表1方差分析結果，該模型的F值為5.18，P值為0.0423（小于0.05），模型相關系數(shù)R2=0.9032，說明該模型高度顯著，具有較好的可信度，試驗設計可靠，其中x1、x32均為模型顯著因子。

2.1.2 響應面分析

為了提供更好展示出了各種因素以及交互項對感官審評總分的影響，通過Design Expert得出以下三維圖和等高線圖（圖1）。

圖1 萎凋時間和發(fā)酵溫度對感官評價總分影響的響應曲面和等高線圖

在發(fā)酵溫度為30℃時，萎凋時間和發(fā)酵時間對感官品質審評評價總分的影響見圖2(c)。由圖中可看出當發(fā)酵時間不變時，萎凋時間較短時，曲面較陡，等高線密度較大，說明萎凋時間較短對總分的影響較顯著，總分隨著萎凋時間的降低而增高。從圖中可以看出，萎凋時間在9-12 h時，發(fā)酵時間對感官品質審評評價總分的影響較大，且萎凋時間越短影響越大；總分隨著發(fā)酵時間減短而增加（圖中曲面較陡）。

在發(fā)酵時間為3 h時，萎凋時間和發(fā)酵溫度對感官評價總分的影響見圖2。萎凋時間不變時，發(fā)酵溫度30℃左右（29~31℃），感官評價總分較高；發(fā)酵溫度不變，萎凋時間在9-12 h之間曲面較陡，說明這段時間對總分的影響較顯著，總分隨著萎凋時間降低而升高，萎凋時間增長時，總分變化較小，表現(xiàn)為曲面較平緩。

圖2 萎凋時間和發(fā)酵溫度對感官評價總分影響的響應曲面和等高線圖

在萎凋時間為12 h，發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對感官評價總分的影響見圖3。當發(fā)酵時間固定時，發(fā)酵溫度在30℃左右（29~31℃）時，感官評價總分最高；發(fā)酵溫度固定時，發(fā)酵時間越短總分越高，品質越好。

圖3 發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對感官評價總分影響的響應曲面和等高線圖

2.1.3 試驗優(yōu)化及驗證

使用 Design Expert對響應面分析得出最優(yōu)工藝參數(shù)：x1為 9.02，x2為 2.05，x3為28.95，即最佳加工工藝條件為萎凋9.02 h，發(fā)酵2.05 h，發(fā)酵溫度28.95℃，為實際操作方便，萎凋時間取9 h，發(fā)酵時間取2 h，發(fā)酵溫度取29℃。預測結果是審評總分89.3024。

按照響應面優(yōu)化出的福建工夫紅茶加工工藝參數(shù)，做了驗證性實驗，感官審評結果：外形緊結顯金毫88，湯色紅亮90，香氣高90，滋味醇厚88，葉底紅明亮92，審評總分89.1。預測結果與驗證性實驗基本相符，表明該響應面分析方法可靠。

2.2 茶色素測定及響應面試驗結果

目前已有文獻報道使用TFs和TRs作為判斷紅茶品質的依據(jù)，在本研究中，將按照響應面設計加工出的紅茶分別測定TFs和TRs，（見表3）以此為判斷依據(jù)研究最佳工藝參數(shù)。

試驗結果經(jīng)Design Expert進行分析，得出如下方程：

y TF*=0.40-0.082x1-0.043x2-0.001x3+0.016x1x2+0.039x1x3-0.039x2x3y TR=3.59-0.22x1+0.090x2+0.21 x3

2.2.1 方差分析

使用Design Expert分別對TF和TR進行方差分析，模型分別采用軟件建議的2F1（含有2因素交互作用的線性模型）和Linear（線性模型），方差分析結果如表4和表5。

根據(jù)表3可知，以TF為判斷依據(jù)，經(jīng)過方差分析得出的回歸方程模型F值為17.98，P值為0.0003，小于0.01，模型相關系數(shù)R2=0.9310，說明該模型高度顯著，該模型具有較好的可信度，試驗設計可靠。模型顯著因子為 x1、x2、x1x3、x2x3。

表3 TFs、TRs測定及響應面試驗結果

表4 TF響應回歸模型方差分析表

表5 TR響應回歸模型方差分析表

2.2.2 響應面分析

在發(fā)酵溫度為30℃（29~31℃）時，萎凋時間和發(fā)酵時間對TF含量的影響見圖4。由圖4可看出當發(fā)酵時間不變時，萎凋時間較短時，曲面較陡，說明萎凋時間較短對TF含量的影響較顯著，TF含量隨著萎凋時間的降低而增高，有研究表明，降低萎凋時間（即增加萎凋葉含水量）有利于TFs的積累[6]。萎凋時間不變，發(fā)酵時間對茶黃素（TFs含量的影響也較顯著。茶黃素的含量隨著發(fā)酵時間的增加而減少，這種現(xiàn)象可能與TFs進一步氧化生成TRs和TBs，導致TFs其本身含量降低有關。試驗結果顯示，萎凋時間9 h，發(fā)酵時間2 h時，TFs含量最高；萎凋時間15 h，發(fā)酵時間4h時，TFs含量最低。從等高線密度可看出萎凋時間比發(fā)酵時間對TFs響的更大。

圖4 萎凋時間和發(fā)酵時間對TF含量的影響

在發(fā)酵時間為3 h時，萎凋時間和發(fā)酵溫度對TF含量的影響見圖5。萎凋時間9-12 h，TF含量隨著發(fā)酵溫度降低而增加，萎凋12-15 h，TF含量隨著發(fā)酵的溫度降低而減少，這表明在合適的萎凋時間，相同的發(fā)酵時間，低溫有利于TF的積累，已有相關文獻報道[7]。發(fā)酵溫度不變，TF隨著萎凋時間降低而升高，發(fā)酵溫度較低時，萎凋時間對TF的影響較大，發(fā)酵溫度越高，萎凋時間對TF的影響越小，表現(xiàn)為曲面較平緩。從等高線密度可看出，萎凋時間對TF含量的影響大于發(fā)酵溫度的影響。

圖5 萎凋時間和發(fā)酵溫度對TF含量影響的響應曲面和等高線圖

在萎凋時間為9 h，發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對TF含量的影響見圖6。萎凋時間為9 h時，TFS含量最高的點對應的發(fā)酵時間為2 h，發(fā)酵溫度為35℃；當發(fā)酵時間為4 h發(fā)酵溫度為35℃時，TFs含量最低。在發(fā)酵溫度相同的條件下，發(fā)酵時間短對TFs的積累有利。萎凋時間為9 h時，發(fā)酵時間2-3 h，發(fā)酵溫度增高TFS含量增加；發(fā)酵時間3-4 h，發(fā)酵溫度降低TFS隨之增加。

圖6 發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對TF含量影響的響應曲面和等高線圖

2.2.3 試驗優(yōu)化

以TF和TR最高為優(yōu)化目標，使用Design Expert對響應面分析得出最優(yōu)工藝參數(shù)：x1為9，x2為2，x3為28.23，即最佳加工工藝條件為萎凋9 h，發(fā)酵2 h，發(fā)酵溫度28.23℃。

3 工藝優(yōu)化驗證試驗

紅茶自動化發(fā)酵設備發(fā)酵與傳統(tǒng)發(fā)酵進行對比實驗，采用優(yōu)化之后參數(shù)進行新工藝紅茶加工。新工藝優(yōu)化發(fā)酵設定萎凋時間9 h，發(fā)酵溫度由28.95℃整為29℃，發(fā)酵時間2 h，其他工藝參數(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵保持一致。發(fā)酵2 h后，取新工藝與傳統(tǒng)工藝發(fā)酵葉進行拍照處理，觀測在制品色澤如圖7所示，由圖7可見新工藝優(yōu)化發(fā)酵茶樣的葉面較傳統(tǒng)發(fā)酵色澤紅亮，發(fā)酵效果明顯較好。新工藝優(yōu)化發(fā)酵與傳統(tǒng)工藝發(fā)酵葉經(jīng)茶葉干燥標準工序進行處理并保存。成品茶經(jīng)農(nóng)業(yè)部茶葉質量監(jiān)督檢驗測試中心感官審評（見表6），結果表明新工藝優(yōu)化發(fā)酵的茶樣感官品質總分比傳統(tǒng)發(fā)酵高2.1分，其發(fā)酵均勻、香氣和滋味品質明顯提升，湯色紅亮，葉底紅勻。

圖7 2種發(fā)酵方式對比圖

表6 成品茶感官審評結果

4 結論

試驗按照響應面中心試驗設計，以感官審評和茶色素兩方面為判斷依據(jù)找出福建工夫紅茶加工工藝的最優(yōu)參數(shù)，兩者優(yōu)化的結果中，萎凋時間均為9 h，發(fā)酵時間均為2 h，不同的是發(fā)酵溫度，一個是28.23℃，一個是28.95℃。在實際生活中，紅茶的質量判斷依據(jù)主要還是依靠感官審評。結果表明采用新工藝優(yōu)化發(fā)酵的茶樣品質均勻、葉底紅亮，香氣和滋味品質明顯提升，感官品質總分較傳統(tǒng)發(fā)酵提高2.1分。

[1]施兆鵬.茶葉加工學[M].中國農(nóng)業(yè)出版社,1997.

[2]江用文,張建勇,江和源,等.中國紅茶產(chǎn)銷現(xiàn)狀與發(fā)展前景 [J].中國食物與營養(yǎng),2012(2):18-23.

[3]Emdadi L,Nasernajad B,Shokrgozar S T,et al.Optim ization of withering time and fermentation conditions during black tea manufacture using response surface methodology[J].Scientia Iranica,Trans.C,2009,16(1):61-68.

[4]GB/T8304-2002.茶水分測定[S]

[5]GB/T23776-2009.茶葉感官審評方法[S]

[6]U llah M R,Gogoi N,Baruah D.The effect of withering on fermentation of tea leaf and developmentof liquor charactersof black teas[J].Journalof the Science of Food and Agriculture,1984,35(10):1142-1147.

[7]Cloughley JB.The effect of fermentation temperature on the quality parameters and price evaluation of Central African black teas[J].Journalof the Science of Food and Agriculture,1980,31(9):911-919.

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2014BAD06B06）；福建省科技重大專項項目（2015N3004）；福建省公益項目（2015R1012-1）、（2016R1011-1）

王振康（1975-），男，農(nóng)業(yè)推廣碩士，高級農(nóng)藝師，主要從事多茶類加工技術研究與推廣。