基于正交試驗(yàn)和模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)優(yōu)化冷泡茶沖泡條件的研究

蘇小琴 ， 李強(qiáng) ， 左小博 ， 譚蓉 ， 楊秀芳 *， 孔俊豪 *

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310016）

茶是世界上除水之外消費(fèi)最多的飲料，具有抗衰老、抑菌、降血脂、減肥等功效[1]。目前，茶葉沖泡方式主要采用傳統(tǒng)的熱水浸泡，這種方法可以快速溶出茶葉中的有益成分，但缺點(diǎn)是不能立即飲用，尤其是在炎熱的夏季[2]。

近年，消費(fèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)一種采用低溫沖泡方式的茶，也稱冷泡茶（Cold-Brewing Tea）。冷泡茶是指可直接通過冷水甚至冰水進(jìn)行快速?zèng)_飲的茶葉，具有便捷、健康、滋味甘甜等特點(diǎn)，受到了廣大消費(fèi)者喜愛[3]。傳統(tǒng)冷泡茶是采用常規(guī)加工工藝生產(chǎn)的茶葉，在冷水或冰水中有效成分溶出率低[4]，要達(dá)到熱泡的口感不具有經(jīng)濟(jì)性。隨著市場(chǎng)消費(fèi)需求的多元化，有關(guān)冷泡茶加工方法的研究成為熱點(diǎn)，主要是采用物理[5-7]、化學(xué)[8]和生物手段[9-11]對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、內(nèi)含成分進(jìn)行改變和轉(zhuǎn)化，以期短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)浸出率最大化的目的。冷泡茶作為一種新品類，在情景消費(fèi)中具有方便、快捷的特點(diǎn)，沖泡條件對(duì)消費(fèi)體驗(yàn)具有重要影響，如何指導(dǎo)消費(fèi)者對(duì)情景化產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)飲用，是提高產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)知的重要方法。目前關(guān)于冷泡茶沖泡條件的研究尚不多見，僅對(duì)綠茶在不同沖泡條件下品質(zhì)變化規(guī)律進(jìn)行研究[12-13]。

文章圍繞消費(fèi)體驗(yàn)對(duì)冷泡茶沖泡條件進(jìn)行定制和優(yōu)化，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，推動(dòng)冷泡茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展。基于研究團(tuán)隊(duì)自主冷泡茶創(chuàng)新產(chǎn)品，采用單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)方法，探討不同沖泡條件包括茶水質(zhì)量體積比、沖泡水溫和沖泡時(shí)間對(duì)冷泡茶品質(zhì)的影響，圍繞感官品質(zhì)確定冷泡茶沖泡最優(yōu)條件，為引導(dǎo)消費(fèi)者科學(xué)沖飲冷泡茶提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2017年9 月機(jī)采鳩坑品種夏秋茶，由余杭陸羽泉茶葉有限公司提供。冷泡茶加工基本工藝為：機(jī)采鮮葉切碎，經(jīng)蒸汽殺青后，進(jìn)一步擠壓切碎，按一定比例噴施酶液處理，再揉捻40 min，最后烘干制成供試茶樣。

儀器設(shè)備：TM-800蒸汽殺青機(jī)，（株）寺田制作所生產(chǎn)；FY-120K葉打機(jī)，紹興茶葉機(jī)械總廠生產(chǎn)；6CR-35揉捻機(jī)，浙江上洋機(jī)械有限公司生產(chǎn)；Waters1525高效液相色譜儀，美國Waters科技（上海）生產(chǎn)；5804R高速離心機(jī)，德國Eppendorf公司生產(chǎn)；DK-S24電熱恒溫水浴鍋，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)；AL204電子天平，梅特勒托利儀器有限公司生產(chǎn)；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)。

試劑：乙腈為色譜純，天津市康科德科技有限公司生產(chǎn)；甲醇、冰醋酸等均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)

沖泡條件為：固定沖泡條件為茶水質(zhì)量體積比1∶100，沖泡時(shí)間4 min，考察不同沖泡水溫（4℃、10℃、20℃、25℃、35℃） 對(duì)冷泡茶主要品質(zhì)成分和感官品質(zhì)的影響；固定沖泡條件為沖泡水溫20℃，沖泡時(shí)間4 min，考察茶水質(zhì)量比（1∶50、1∶100、1∶150、1∶200、1∶250）對(duì)冷泡茶主要品質(zhì)成分和感官品質(zhì)的影響；固定沖泡條件為茶水質(zhì)量比 1∶100，沖泡水溫 20℃，考察沖泡時(shí)間（2、4、6、8、10 min） 對(duì)冷泡茶主要品質(zhì)成分和感官品質(zhì)的影響。

1.2.2 正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取茶水質(zhì)量體積比（A）、沖泡溫度（B）和沖泡時(shí)間（C）三因素三水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，建立 L9（34）正交表，見表 1，以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定冷泡茶的最佳沖泡條件。

1.2.3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

采用單因素試驗(yàn)考察茶水質(zhì)量體積比、沖泡溫度和沖泡時(shí)間對(duì)冷泡茶感官品質(zhì)的影響，選擇10名評(píng)價(jià)者按表2感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)冷泡茶的湯色、滋味和香氣三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立評(píng)分，并計(jì)算不同條件下的平均評(píng)分和綜合評(píng)分，滿分100分。為了確保感官評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，對(duì)評(píng)價(jià)人員進(jìn)行基礎(chǔ)培訓(xùn)，在評(píng)價(jià)時(shí)，避免交談。

表1 正交優(yōu)化試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for optimizing brewing conditions

表2 冷泡茶感官評(píng)價(jià)表Table 2 Sensory evaluation index of cold-brewing tea

1.2.4模糊數(shù)學(xué)模型的建立

以正交試驗(yàn)時(shí)的9組冷泡茶為評(píng)價(jià)對(duì)象集Y， 具體為 Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8 和 Y9。以湯色、香氣和滋味為因素集U，因素集U={湯色U1，香氣 U2，滋味 U3}。 評(píng)語得分集為 V，V={優(yōu)，中，差}={90，80，70}，根據(jù)色澤、香氣和滋味在冷泡茶感官評(píng)價(jià)中的作用，確定冷泡茶各感官指標(biāo)的權(quán)重為色澤30%、香氣25%、滋味45%，總和為100%。 權(quán)重集 X={X1，X2，X3}={0.30，0.25，0.45}。冷泡茶感官指標(biāo)綜合評(píng)判集Y=XR，其中X為權(quán)重集，R為模糊矩陣。

1.2.5 兒茶素和水浸出物含量的測(cè)定

兒茶素含量測(cè)定，按照對(duì)應(yīng)方法制備茶湯，搖勻，過 0.45 μm 膜，參照 GB/T 8313—2008測(cè)定。水浸出物含量參照GB/T 8305—2013測(cè)定。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，采用Spss19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表示為x±s，采用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沖泡條件對(duì)冷泡茶主要品質(zhì)成分的影響

采用單因素試驗(yàn)考察茶水質(zhì)量體積比、沖泡溫度和沖泡時(shí)間對(duì)冷泡茶中水浸出物含量和兒茶素含量的影響，結(jié)果見表3。由表可知，茶水質(zhì)量比在 1∶50、1∶100 和 1∶150 條件下， 沖泡時(shí)間在6 min、8 min和10 min條件下，沖泡溫度在20℃、25℃和35℃條件下，茶湯中的兒茶素組分和水浸出物含量相對(duì)較高，且茶湯中兒茶素浸出類型主要以非酯型兒茶素C、EC和酯型兒茶素ECG為主，其中EC含量最高。

2.2 沖泡條件對(duì)冷泡茶感官品質(zhì)的影響

茶水質(zhì)量體積比、沖泡溫度和沖泡時(shí)間對(duì)冷泡茶感官品質(zhì)影響結(jié)果見表4。由表可知，茶水質(zhì)量體積比為 1∶50、1∶100 和 1∶150，沖泡時(shí)間為2 min、4 min和6 min，沖泡水溫為4℃、10℃和20℃，冷泡茶的綜合感官評(píng)分較高，品質(zhì)較好。

2.3 正交法優(yōu)化冷泡茶沖泡條件

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用L9（34）正交設(shè)計(jì)

優(yōu)化冷泡茶沖泡的最佳條件，選擇10名評(píng)價(jià)者進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，試驗(yàn)結(jié)果見表5，方差分析結(jié)果見表6。由表5極差分析可知，三因素對(duì)冷泡茶沖泡感官品質(zhì)的影響大小依次為：沖泡溫度（15.23）＞茶水質(zhì)量體積比（8.50）＞沖泡時(shí)間（0.73），方差分析表6顯示，沖泡溫度對(duì)冷泡茶沖泡感官品質(zhì)具有極顯著影響（p＜0.01），茶水質(zhì)量體積比具有顯著影響（p＜0.05），沖泡時(shí)間不具有顯著性，且 F（A）和 F（B）均大于 F0.01（2，2）=19.0，進(jìn)一步表明茶水質(zhì)量體積比和溫度對(duì)冷泡茶感官品質(zhì)影響具有顯著性。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得出的最佳沖泡方案為A1B3C3，即茶水質(zhì)量體積比 1∶100，沖泡溫度20℃和沖泡時(shí)間6 min下，所得冷泡茶茶湯的綜合感官品質(zhì)最佳。

表3 茶水質(zhì)量體積比、沖泡水溫、沖泡時(shí)間對(duì)冷泡茶品質(zhì)成分的影響Table 3 Effect of ration of tea mass to water volume，brewing temperature and brewing time on content of water extract and catechin of cold brewing tea

表4 單因素沖泡條件對(duì)冷泡茶感官品質(zhì)影響Table 4 Effect of ratio of single brewing factor on sensory evaluation

表5 沖泡條件正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of brewing methods with orthogonal experiment

表6 方差分析結(jié)果Table 6 Variance analysis

2.4 冷泡茶模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)9種沖泡條件下的冷泡茶進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。

表7 冷泡茶感官評(píng)分Table 7 Sensory evaluation of cold brewing tea

由表7可知，10名評(píng)價(jià)人員的評(píng)檢結(jié)果存在差異，據(jù)此可建立模糊矩陣。模糊評(píng)定矩陣根據(jù)評(píng)價(jià)人員的評(píng)定結(jié)果確定，即將表中得到的結(jié)果除以總?cè)藬?shù)，得到9個(gè)如Rj的模糊矩陣：

根據(jù)模糊變換原理，用矩陣乘法計(jì)算9組冷泡茶對(duì)各因素的綜合評(píng)判結(jié)果Y=XR，并將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分別乘以其對(duì)應(yīng)的分值（優(yōu)90分，良80分，差70分）再進(jìn)行加和，最后可得出每個(gè)樣品的最后總得分，結(jié)果見表8。由表可知，模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示評(píng)分Y3最高，與正交試驗(yàn)結(jié)果一致（表 5），即茶水質(zhì)量體積比 1∶100，沖泡溫度20 ℃和沖泡時(shí)間6 min下，所得冷泡茶茶湯的感官評(píng)分最高，風(fēng)味最佳。

表8 冷泡茶沖泡條件模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Fuzzy mathematics evaluation of cold brewing tea conditions

3 討論

冷泡茶作為一種新型的飲用類產(chǎn)品具有新穎、方便、健康等特點(diǎn)，廣受消費(fèi)者的青睞。冷泡茶的品質(zhì)不僅受加工工藝影響，同時(shí)與后期的沖泡條件息息相關(guān)。本文探討了茶水質(zhì)量體積比、沖泡溫度和沖泡時(shí)間對(duì)冷泡茶感官品質(zhì)和主要內(nèi)質(zhì)成分的影響，結(jié)果顯示茶水質(zhì)量體積比為1∶50、1∶100 和 1∶150，沖泡時(shí)間為 2 min、4 min 和6 min，沖泡水溫為4℃、10℃和20℃，茶湯中 C、EC、ECG、EGC、EGCG和水浸出物含量相對(duì)較高，且茶湯中兒茶素的浸出類型主要以非酯型兒茶素C、EC和酯型兒茶素ECG為主，其中EC含量最高。 茶水質(zhì)量體積比為 1∶50、1∶100 和 1∶150，沖泡時(shí)間為2 min、4 min和6 min，沖泡水溫為4℃、10℃和20℃，冷泡茶的綜合感官評(píng)分均較高，品質(zhì)較好。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，以感官評(píng)分為指標(biāo)對(duì)冷泡茶沖泡條件進(jìn)行優(yōu)化，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法對(duì)感官評(píng)分進(jìn)行計(jì)算，得到了最佳沖泡條件為茶水質(zhì)量體積比1∶100，沖泡溫度20℃和沖泡時(shí)間6 min，此條件下所得的冷泡茶湯色、香氣和滋味俱佳，感官評(píng)分最高。

胡舒靜等[12]按不同的沖泡水溫、茶水比進(jìn)行了比較試驗(yàn)，得出在沖泡水溫15～35℃，茶水比1∶100～1∶25范圍內(nèi)茶葉內(nèi)質(zhì)成分溶出較多，口感適宜，實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與之相符，均在其動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。劉紅等[14]對(duì)沖泡時(shí)間、茶水比和沖泡次數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，得出紅茶的最佳茶水比為 5∶300～6∶300（M/V），沖泡時(shí)間 1.5～2.0 h；綠茶的最佳茶水比為4∶300～5∶300（M/V），沖泡時(shí)間 1.0～1.5 h；烏龍茶的最佳茶水比為 5∶300～6∶300（M/V），沖泡時(shí)間 1.5～2.0 h。本實(shí)驗(yàn)茶水質(zhì)量體積比1∶100與已有研究類似，但沖泡時(shí)間僅用6 min，茶湯滋味可達(dá)濃醇，縮短了常規(guī)冷泡茶沖泡時(shí)間。這可能由于茶原料存在差異，本實(shí)驗(yàn)原料為自主冷泡茶創(chuàng)新工藝產(chǎn)品，茶葉細(xì)胞壁得到了較大程度的破碎，有利于茶葉品質(zhì)成分的快速溶出，而劉紅等所用原料為常規(guī)加工工藝生產(chǎn)的茶葉。因此，開發(fā)制備適合沖泡冷泡茶的產(chǎn)品，是解決現(xiàn)有冷泡茶溶出速率慢、滋味寡淡等問題的核心。

傳統(tǒng)茶葉感官品評(píng)普遍采用加權(quán)平均法、總分法等數(shù)學(xué)方法[15]。這些方法受人為主觀因素影響較大，模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法能通過模糊數(shù)學(xué)的隸屬度和隸屬函數(shù)理論，影響感官質(zhì)量的多因素間關(guān)系進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象化并建立理想化評(píng)價(jià)模式，從只能定性描述轉(zhuǎn)化為定量描述[16]。本文以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)結(jié)合模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算，逐級(jí)對(duì)審評(píng)結(jié)果進(jìn)行合理綜合，得出冷泡茶沖泡條件的綜合評(píng)判結(jié)果，減少了人為主觀因素對(duì)評(píng)判的影響，使冷泡茶沖泡品質(zhì)評(píng)定得到了量化，使結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。此次研究結(jié)果可為冷泡茶合理的沖泡和飲用提供參考和科學(xué)依據(jù)。

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