殺青及干燥工藝對碾茶品質的影響

汪 芳，汪潔瓊,2，曹青青,2，毛雅琳,2*，尹軍峰，許勇泉

1. 中國農業(yè)科學院 茶葉研究所/浙江省茶葉加工工程重點實驗室，浙江 杭州 310008；2. 中國農業(yè)科學院 研究生院，北京 100081

碾茶是抹茶的前體，它經過研磨工藝加工制成抹茶。制作碾茶的茶樹鮮葉在收獲前需進行7 ～21 d 的遮陽覆蓋。這種遮陽處理導致茶葉的氨基酸含量和葉綠素含量升高，兒茶素含量降低，從而使抹茶色澤上更綠、滋味上更鮮甜、收斂性減弱，并形成抹茶獨特的“海苔香”（覆蓋香）[1-4]。碾茶的加工不同于普通綠茶，鮮葉經蒸汽殺青后迅速冷卻，然后進行干燥（初干）、梗葉分離，最后再進行足干形成粗制碾茶。其中，殺青和干燥是碾茶加工的關鍵工序。

蒸汽殺青是目前碾茶殺青普遍采用的方式，利用穿透力強的高溫水蒸汽使鮮葉中的酶類在短時間內徹底失活[5-9]。蒸汽殺青具有速度快、殺青徹底、均勻等特點，能更好地保留葉綠素，固定茶葉的天然綠色，最適合碾茶加工[10-11]。葉飛等[12]對比4 種殺青方式發(fā)現(xiàn)，蒸青所制綠茶的葉底色澤較好，香氣呈清香。陳金磊等[13]研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽殺青處理的綠茶干茶色澤潤綠，酚氨比較低。祁丹丹等[14]研究表明，以蒸汽殺青的綠茶鮮味最好，醇和鮮爽，含有較高的黃酮糖苷、原花青素和聚酯型兒茶素等。王元鳳等[15]也發(fā)現(xiàn)，蒸青富硒抹茶的硒元素、總糖含量和水浸出物均顯著高于炒青富硒抹茶，茶多酚含量比炒青綠茶低。而殺青機滾筒的轉速和蒸汽流量是判斷茶葉蒸青好壞的關鍵，繼而影響茶葉的品質[5]，因此選擇合適的殺青工藝參數(shù)至關重要。

干燥亦是碾茶加工工序的重要環(huán)節(jié)，干燥不僅可降低茶葉水分，同時還是形成碾茶特殊香氣及風味的重要工藝。日本學者 Kohata K.等[16]通過對碾茶生產過程中葉綠素含量和葉綠素酶活性變化研究發(fā)現(xiàn)，高溫環(huán)境（80～200℃）對葉綠素酶有強烈抑制作用，從而使干燥過程中葉綠素的總量下降。方華春等[17]研究不同干燥溫度下烘青綠茶氨基酸含量之間的差異，結果表明偏低溫（60℃以下）和超高溫（130℃以上）烘干條件下的氨基酸含量都較低。陳根生等[18]對比3 個不同的烘焙溫度（90℃、100℃、110℃） 針芽形綠茶的理化成分和感官品質，認為溫度100℃較為適宜。

目前，茶葉殺青和干燥方式對茶葉品質影響的研究較多，但關于不同工藝參數(shù)所制茶葉品質差異研究較少，尤其是碾茶（抹茶）相關方面的研究。實際生產中發(fā)現(xiàn)，蒸汽殺青攪拌軸轉數(shù)/筒體轉數(shù)為260 rpm/26 rpm～400 rpm/40 rpm、蒸汽流量為80 k/h～140 k/h，以及干燥時的燃燒機溫度在230℃ ～250℃均適合碾茶加工生產。在此基礎上，本試驗通過比較殺青機攪拌軸的轉速、殺青機的蒸汽流量、干燥機的燃燒溫度等關鍵性工藝參數(shù)探究對碾茶品質的影響，為碾茶高質高效加工生產及品質改良優(yōu)化提供理論依據(jù)和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料

茶樹春梢采自浙江金華市李漁茶場茶園基地（東經119°，北緯29°），茶樹品種為“藪北種”，當茶芽長到一芽二葉70%以上時，采用85%的遮陽網(wǎng)離地約180 cm 架空覆蓋，覆蓋時間約 20 d，雙人采茶機采摘鮮葉后進行碾茶加工。采用“殺青→散茶→干燥→第一次梗葉分離→第二次梗葉分離→烘干→精制”的方法加工成碾茶，生產線投葉量為80～100 kg/h，殺青時間為35 s，干燥時間為35 min。

1.2 試劑與儀器設備

硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、茚三酮、氯化亞錫、無水乙醇、丙酮等，國產分析純級；葉綠素試劑盒粉劑，江蘇南京建成生物工程研究所；兒茶素及咖啡堿標準品，美國Sigma Aldrich 公司；甲醇、乙腈、乙酸，國產色譜級；純水，浙江杭州娃哈哈集團（市售）。

碾茶蒸機（殺青機）300K-SS 型，日本カpeサfft機工株式會社；AYHF-450K 型碾茶爐，紹興安億智能機械有限公司。

UV-2550 紫外-可見光分光光度計、LC-20AD 高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀，日本島津公司；DHG-9223A 型電熱恒溫鼓風干燥箱、DK-S26型電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備公司；Thermo pH 計，上海谷雨環(huán)?？萍脊?；CM-600d 型手持式分光測色儀、MINOLTA CT-310臺式色差計，柯尼卡美能達（中國）投資有限公司。

1.3 方法

1.3.1 感官審評

碾茶的感官審評參照GB/T 34778—2017《抹茶》，由5 位高級評茶員（3 男，2 女）對茶樣的外形、湯色、香氣、滋味四項因子密碼審評并打分。感官得分=外形（40%）+湯色（15%）+香氣（15%）+滋味（30%）。

1.3.2 茶葉色澤測定

干茶色澤與茶湯色澤分別使用手持式分光測色儀和臺式色差計測定其L*、a*、b*值；其中，茶湯為感官審評沖泡所得碾茶茶湯。L*值表示明亮度，值越高，明亮度越好；a*值從綠色（-a*）到紅色（+a*）；b*值從藍色（-b*）到黃色（+b*）；a*值及b*值絕對值越大，其彩度越大；b*/a*值則決定了顏色的色相，b*/a*值絕對值越大，綠色調占比越小[19]。

1.3.3 茶葉理化品質測定

水分含量的測定參照GB/T 8304—2013《茶水分的測定》中的 103℃恒重法；茶多酚質量濃度的測定參照GB/T 21733—2008 酒石酸亞鐵比色法；氨基酸質量濃度的測定參照GB/T 8314—2013《茶游離氨基酸總量的測定》茚三酮比色法；葉綠素質量濃度的測定使用南京建成生物工程研究所的植物葉綠素試劑盒（A147 50T/48 樣）測定。

兒茶素和咖啡堿質量濃度采用HPLC 進行測定，具體步驟參考尹軍峰[20]、許勇泉[21]等的方法，碾茶茶湯用0.22 μm 微孔濾膜過濾；采用可變波長紫外檢測器（VWD）；色譜柱：ZORBAX SB-C18ODS 柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相A 為2%（體積分數(shù)，下同）甲酸，流動相B 為乙腈，流速1 mL/min，柱溫40℃，檢測波長280 nm，進樣量：10 μL。梯度洗脫，流動相B 在16 min 內由6.5%線性增加到25%，25 min 時回到初始狀態(tài)，平衡5 min。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)經Excel 軟件和IBM SPSS 20.0 軟件處理；采用Duncan’s 新復極差（SSR）法進行差異顯著性分析，P ＜0.05 為差異顯著；采用SIMCA-P 13.0 軟件進行PLS-DA 分析。

2 結果與分析

2.1 殺青機轉速對碾茶品質的影響

殺青機攪拌軸的轉速影響茶葉的殺青程度，如中、高速運轉時（400 ～500 rpm），鮮葉在筒內離散性增大，蒸青時間變長，斷葉現(xiàn)象也會出現(xiàn)；反之，中、低速運轉（250 ～400 rpm），鮮葉在筒內離散性變小，蒸青時間變短，芽葉比較完整[5]。本試驗在殺青機滾筒與攪拌軸標準速比1 ∶10 的條件下（蒸汽流量為110 kg/h，燃燒機溫度為240℃），比較了三種殺青機轉速對碾茶品質的影響。感官品質總得分（表1）以轉速400 rpm/40 rpm加工的碾茶最高，260 rpm/26 rpm 的次之，300 rpm/30 rpm 的最低。理化品質分析如圖1 所示，三種殺青機轉速加工的碾茶，酚氨比無顯著差異（P ＞0.05），轉速為300 rpm/30 rpm 加工的碾茶茶多酚、氨基酸、咖啡堿以及兒茶素含量均為最高（圖1a、圖1b），表明此殺青參數(shù)加工的碾茶風味物質豐富，可能帶來較醇和的口感?？Х葔A是茶湯中苦味成分的貢獻者，與茶湯滋味有較好的正相關性[22]。兒茶素類是茶多酚的主要功能成分，可分為非酯型兒茶素（GC、EGC、C、EC）和酯型兒茶素（EGCG、GCG、ECG、CG）。酯型兒茶素收斂性強，澀味重，非酯型兒茶素收斂性弱，苦澀味較弱[23-24]。殺青機轉速為400 rpm/40 rpm 加工的碾茶咖啡堿、酯型兒茶素、總兒茶素含量及酯型/非酯型兒茶素最低（圖1a、圖1b），因此其苦澀味和收斂性較低，能凸顯茶氨酸帶來的鮮醇滋味。感官品質分析（表1）也表明，轉速為400 rpm/40 rpm 所制的碾茶，茶湯滋味尚鮮醇，得分最高，印證了這一結果。此外，色差分析（表2）結果表明，殺青機轉速為400 rpm/40 rpm 加工的碾茶干茶和茶湯的色相（b*/a*）絕對值較小，且茶湯明亮度L*值最大，表明其干茶和茶湯的色澤綠、湯色明亮。綜上可以看出，殺青機轉速為400 rpm/40 rpm 加工的碾茶感官品質較好，茶葉顏色綠、湯色嫩綠明亮、滋味鮮醇，綜合品質較優(yōu)。

2.2 殺青蒸汽流量對碾茶品質的影響

本試驗探討了蒸汽流量分別為80 k/h、110 k/h、140 k/h 對所加工碾茶品質的影響（殺青機轉速為300 rpm/30 rpm，燃燒機溫度為240℃）。理化品質分析結果表明（圖2），蒸汽流量為110 k/h 加工的碾茶氨基酸含量顯著高于另外兩組（P ＜0.05），而酚氨比最小，酯型兒茶素、非酯型兒茶素以及總兒茶素的含量居中，茶湯口感鮮爽，苦澀味和收斂性協(xié)調適中，與感官滋味審評結果一致（表3）。葉綠素是構成干茶外形、茶湯顏色、葉底色澤的主要色素物質。一般葉綠素a（Chl a）和葉綠素b（Chl b）占葉綠素總百分含量達到60%～70%，它們與茶葉品質呈正相關[25]。對比三種蒸汽流量加工的碾茶葉綠素含量發(fā)現(xiàn)（圖2c），Chl a、Chl b及總葉綠素均以80 k/h 蒸汽流量加工的碾茶中含量最高、110 k/h 的其次，140 k/h 的最低，且差異顯著性分析表明蒸汽流量為80 k/h 和110 k/h 加工的碾茶Chl a 和葉綠素總量無顯著性差異（P ＞0.05）。葉綠素在光和熱的作用下易產生置換和分解反應，使翠綠色的葉綠素脫鎂變成褐色的脫鎂葉綠素。蒸汽流量低對茶葉中葉綠素的破壞作用弱、保留量多；而高蒸汽流量可在短時間內迅速破壞葉綠素，使之降解為脫鎂葉綠素。所以碾茶中葉綠素的含量以蒸汽流量為80 k/h、110 k/h、140 k/h 加工的茶葉呈梯度減少的趨勢。碾茶色差分析結果（表5）可以發(fā)現(xiàn)，蒸汽流量為110 k/h 加工的碾茶干茶明亮度L*值與140 k/h 加工的干茶L*值無顯著差異（P＞0.05），且高于80 k/h 所制的碾茶，茶葉紅綠度a*值為負值且最小、色相（b*/a*）絕對值最小，其茶湯a*值也為負值且最小，表明蒸汽流量為110 k/h 加工的碾茶茶葉色澤明亮、墨綠，湯色也較綠。以上結果可見，蒸汽流量為110 k/h 加工的碾茶，茶葉色澤綠潤、茶湯滋味鮮爽、苦澀味平衡較好、湯色較綠，綜合品質較優(yōu)。

表1 不同殺青機轉速碾茶的感官品質Table 1 Sensory quality of Tencha fixed with different steaming cylinder speeds

表2 不同殺青機轉速碾茶的色澤品質Table 2 Color quality of Tencha fixed with different steaming cylinder speeds

圖1 不同殺青筒轉速碾茶的理化成分Figure 1 Main chemical compositions of Tencha fixed with different steaming cylinder speeds

表3 不同蒸汽流量碾茶的感官品質Table 3 Sensory quality of Tencha fixed with different steaming flow

2.3 干燥溫度對碾茶品質的影響

圖2 不同蒸汽流量碾茶的理化成分Figure 2 Main chemical composition of Tencha fixed with different steaming flow

表4 不同蒸汽流量碾茶的色澤品質Table 4 Color quality of Tencha fixed with different steaming flow

表5 不同干燥溫度碾茶的感官品質Table 5 Sensory quality of Tencha dried with different drying temperatures

圖3 不同干燥溫度碾茶的理化品質Figure 3 Main chemical composition of Tencha dried with different drying temperatures

目前的碾茶加工生產中，干燥工序仍多是在傳統(tǒng)砌磚式碾茶爐內完成，爐內溫度的高低對其品質的形成有著不同程度的影響。本試驗通過設置3 組不同的燃燒機溫度來改變碾茶爐內的干燥溫度（殺青機轉速為300 rpm/30 rpm，蒸汽流量為110 kg/h），以探究干燥溫度對碾茶品質形成的影響。對比感官品質結果（表5）發(fā)現(xiàn)，250℃燃燒機干燥的碾茶有清爽的覆蓋香，總得分最高。由圖3 可知，三種不同燃燒機溫度干燥的碾茶，水分含量以230℃、240℃、250℃依次升高，可能是因為溫度越高，茶葉表面失水速度越快，而內部的水分依然存留在葉片中，致使茶葉整體水分含量較高。茶葉在干燥過程中，高溫會使咖啡堿升華，加速酚類物質的氧化降解反應，以及濕熱作用會引起氨基酸非酶性氧化等。差異顯著性分析表明（圖3），采用燃燒機溫度為240℃干燥的碾茶，其茶多酚、氨基酸、咖啡堿以及兒茶素的含量均顯著低于其他兩種溫度干燥的碾茶，而在230℃加工的碾茶中含量最高（P ＜0.05）?？梢姡?40℃的燃燒機溫度使影響茶葉苦澀滋味成分（多酚類、咖啡堿）含量降低的同時，也降低了茶葉鮮爽滋味（氨基酸）成分的含量[26]。而250℃燃燒機干燥的碾茶中，各滋味成分物質的保留量適中，酚氨比最小，酯型/非酯型兒茶素的值也最小，因此茶湯滋味相對協(xié)調純正，解釋了表5 中感官滋味的分析結果。三種燃燒機溫度對碾茶葉綠素b 的含量無顯著影響（P ＞0.05），而葉綠素a 及總葉綠素含量以250℃干燥的碾茶最高，230℃的次之，240℃的最低，可能是由于250℃的燃燒機溫度干燥碾茶的速度快、時間短，葉綠素保留的較多。三種干燥溫度加工的碾茶色差分析結果表示（表6），240℃燃燒機干燥的碾茶a*值為負且最大，色相（b*/a*）的絕對值也最大，表示其綠度最低。表5 中碾茶外形品質結果表明，240℃燃燒機干燥的碾茶色澤較綠有黃片，所以黃片的存在使色差a*增大，碾茶的整體綠度降低。250℃干燥的碾茶茶湯L*值最大，色相值（b*/a*）絕對值最小，表明其湯色明亮、色澤更綠。由此可見，采用250℃燃燒機溫度干燥的碾茶，較好地保留了鮮葉中的葉綠素，使茶葉和茶湯呈現(xiàn)較綠的色澤，且茶湯滋味較純正，有清爽的覆蓋香，感官品質總體較優(yōu)。

表6 不同干燥溫度碾茶茶湯的色澤品質Table 6 Color of Tencha dried with different temperatures

2.4 碾茶感官品質和理化成分的PLS-DA 差異性分析

偏最小二乘判別分析（Partial Least Squarediscriminant Analysis，PLS-DA）是一種用于反映預測變量和因變量之間線性關系的有監(jiān)督分類方法[27]。為進行不同殺青和干燥工藝參數(shù)條件下差異性指標的篩選，基于碾茶外形（SS）、湯色（LCS）、香氣（AS）、滋味（TS）、總 體感官（TTS）得分5 個感官指標和茶多酚（TP）、游離氨基酸（AA）、酚氨比（PAR）、咖啡堿（CAF）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、酯型兒茶素（TEC）、非酯型兒茶素（TSC）、酯型/非酯型兒茶素（TESR）、總兒茶素（TC）、葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）、總葉綠素（Chl）含量等12 個生化成分指標，以及茶葉色差值L*（L）、a*（a）、b*（b）、C*（C）、h°（h）、干茶色差值L*（TI-L*）、a*（TI-a*）、b*（TI-b）、C*（TI-C）、h°（TI-h）等10 個物理指標構建了不同工藝參數(shù)條件的PLS-DA 分析。結果表明（圖4），三種加工工藝條件得到了有效區(qū)分，即不同殺青、干燥工藝參數(shù)加工的碾茶感官品質和理化成分存在差異，且模型具有較好的概括解釋率（模型擬合參數(shù)R2X(cum)=0.950，R2Y(cum)=0.993，預測優(yōu)度Q2(cum)=0.958）。變量權重重要性排序（Variable Importance in Projection, VIP）值可量化PLS-DA 的每個成分對分類的貢獻度，通過PLS-DA 模型的VIP 圖（圖5）和載荷圖（圖6）可進一步分析貢獻變量指標。VIP 值越大則指標對模型的貢獻率越大，載荷圖中距離加工工藝越近，說明該成分對區(qū)分加工工藝的貢獻率較大。以VIP 值大于1 為界限進行篩選可以看出[28]，碾茶感官品質中的湯色和香氣在不同加工工藝條件下的差異較大，酚氨比、酯型/非酯型兒茶素和游離氨基酸、茶多酚含量等生化成分，以及茶葉的色差h°和L*值等物理指標在不同加工工藝條件下的差異較大。可見，特征差異性品質成分含量的不同導致不同殺青、干燥工藝參數(shù)加工的碾茶品質的差別，在茶葉加工過程中，可通過控制這些貢獻較大的品質成分，以獲得高品質的碾茶。同時，由載荷圖各指標的分布情況（圖6）可以看出，酚氨比、酯型/非酯型兒茶素和兒茶素含量等差異性指標主要受到干燥溫度的影響，干燥溫度可能是碾茶加工過程中最為關鍵的工藝。

圖4 不同工藝參數(shù)的PLS-DA 得分圖Figure 4 PLS-DA score plot of different Processing parameters

圖5 PLS-DA 模型VIP 值條形圖Figure 5 Barplot with OPLS-DA model of VIP

3 討論

抹茶不同于普通的綠茶粉，要求具有“三原三青”的品質特點，即原色、原味、原質，清香、清口、略帶青（草）氣。碾茶作為抹茶的前體，其加工過程對于“三原三青”品質的形成至關重要[29]。碾茶殺青和干燥是影響品質的兩大關鍵工藝，本試驗通過對殺青和干燥工藝參數(shù)的改變，探討其對形成碾茶品質的影響，以挖掘最優(yōu)生產工藝參數(shù)。蒸汽殺青是最適合碾茶生產的殺青方式，研究發(fā)現(xiàn)，當殺青機轉速為400 rpm/40 rpm 時，加工的碾茶感官品質較好，茶葉色澤綠、湯色嫩綠明亮、咖啡堿和酯型兒茶素的含量低，滋味鮮醇，綜合品質較優(yōu)；蒸汽流量為110 k/h 加工的碾茶氨基酸含量顯著高于另外兩組，酚氨比最小，茶湯滋味鮮爽，茶葉的色相（b*/a*）絕對值最小，表明茶葉顏色綠度高，較符合“原色、原味”的特點。通過改變燃燒機的設置溫度來改變碾茶的干燥溫度，發(fā)現(xiàn)采用250℃燃燒機溫度干燥的碾茶，感官評價得分最高，酚氨比最小、酯型/非酯型兒茶素的值也最小，茶湯滋味相對協(xié)調純正；此外，此干燥溫度較好的保留了鮮葉中的葉綠素，使茶葉及湯色呈現(xiàn)較綠的色澤，整體品質較優(yōu)。由于本試驗中探討的工藝參數(shù)均為碾茶實際生產中常用的參數(shù)范圍，因此茶葉品質間的差異較小，且發(fā)現(xiàn)殺青機轉速和干燥溫度的最優(yōu)工藝參數(shù)并非拐點值，所以仍需進一步探究實際應用之外的參數(shù)，以找出更適合碾茶生產的殺青及干燥工藝參數(shù)。

圖6 PLS-DA 因子載荷Figure 6 Loading plot of PLS-DA model

PLS-DA 將三種工藝條件的改變所加工的碾茶明顯區(qū)分，并獲得了差異性指標。其中，感官品質差異指標為湯色和香氣，生化成分差異指標主要為酚氨比、酯型/非酯型兒茶素和游離氨基酸、茶多酚含量，色澤品質的差異指標主要為茶葉的色差h°和L*值等。茶葉內含物質含量的高低使其呈現(xiàn)的感官品質和色差值有所差異，在一定程度上決定了茶葉的品質。PLSDA 的因子載荷圖表明，酚氨比、酯型/非酯型兒茶素和兒茶素含量等生化差異指標主要受干燥溫度的影響，推測干燥溫度可能是碾茶加工過程中最為關鍵的工藝?；诖耍氩柙诩庸み^程中，可以通過工藝參數(shù)的改變來調控這些貢獻較大的品質成分含量，尤其是注意控制干燥的溫度，以獲得高品質的碾茶。