響應(yīng)面法優(yōu)化白茶沖泡工藝的研究

孫 達(dá)，張星海，夏 兵

1.浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江樹人大學(xué)，浙江 杭州 310015；3.浙江省茶葉加工技術(shù)研究院，浙江 杭州 310014

白茶作為輕度發(fā)酵茶，其湯色清淡，味鮮醇、清甜，有毫香，性清涼。由于白茶滋味易被歐洲、東南亞、美洲等國(guó)家和地區(qū)的消費(fèi)者所接受，國(guó)外出口市場(chǎng)一直較好。近年來因其保健功效，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，掀起一股白茶熱[1-2]。白茶具有獨(dú)特的工藝、品質(zhì)和功能特性，如何科學(xué)沖泡白茶，使其色香味等感官品質(zhì)及功效得到最大發(fā)揮，越來越受到研究者們的關(guān)注。

影響白茶滋味成分的浸出率取決于茶葉的沖泡條件，主要包括茶葉用量、沖泡水溫、沖泡次數(shù)、沖泡時(shí)間等因素，浸出率影響茶湯濃度，茶湯濃度影響茶的感官品質(zhì)[3]。目前有關(guān)沖泡條件對(duì)茶葉主要呈味物質(zhì)的浸出規(guī)律研究大多針對(duì)綠茶[4-5]，或者一些其它的茶類[6-7]，白茶相關(guān)方面研究尚不多見。已有一些關(guān)于低溫和延長(zhǎng)沖泡時(shí)間對(duì)白茶浸出規(guī)律的研究[8-9]，但低溫和過長(zhǎng)時(shí)間的沖泡并不符合現(xiàn)代人對(duì)茶葉品飲的習(xí)慣。本試驗(yàn)通過研究沖泡要素對(duì)茶湯感官品質(zhì)和呈味物質(zhì)的影響，揭示傳統(tǒng)白茶沖泡品飲中特征成分浸出規(guī)律，探索白茶中主要成分的浸出與沖泡方式的內(nèi)在關(guān)系，為建立一種更加公正客觀的白茶日常沖泡規(guī)范提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

白牡丹，2016 年產(chǎn)于福建福鼎，由福建綠葉茶業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取茶水比（固定水的用量為150 mL，改變茶葉用量，范圍為2 ～ 4 g），沖泡溫度為70℃ ～ 100℃，沖泡時(shí)間為3 ～ 7 min，用Design expert 軟件中的Box-Behnken 模型進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的因素水平見表1，按照響應(yīng)面設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)水平，分別測(cè)定不同沖泡條件下白茶主要滋味物質(zhì)成分浸出率，包括茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸。

表1 響應(yīng)面因素水平Table 1 Response surface factor levels

水溫控制方法：100℃ 即沸水；70℃ 和85℃， 提前將盛有70℃和85℃左右的水容器分別放進(jìn)70℃和85℃恒溫水浴鍋中保持恒溫。

沖泡方法：泡茶用150 mL 審評(píng)杯和純凈水進(jìn)行。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行沖泡，沖泡好的茶用定性濾紙過濾, 濾液用于測(cè)定化學(xué)成分。

生化成分測(cè)定：游離氨基酸測(cè)定參照GB/T 8314—2002《茶游離氨基酸總量測(cè)定》進(jìn)行；茶多酚測(cè)定參照GB/T 8313—2002《茶多酚測(cè)定》進(jìn)行；咖啡堿測(cè)定參照GB/T 8312—2002《茶咖啡堿測(cè)定》紫外分光光度法進(jìn)行。

茶湯感官評(píng)價(jià)：采用感官審評(píng)方法審評(píng)茶湯的滋味，參照李磊磊、李鳳娟等人[10-11]對(duì)白茶審評(píng)標(biāo)準(zhǔn)加以改進(jìn)，選取10 位實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員組成審評(píng)小組，從湯色（權(quán)重30%）、香氣（權(quán)重30%）、滋味（權(quán)重40%）三方面評(píng)價(jià)，滿分為100 分。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沖泡條件對(duì)白茶茶湯主要滋味成分的影響

2.1.1 不同沖泡條件對(duì)茶多酚浸出率的影響

利用統(tǒng)計(jì)分析軟件design expert 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2 進(jìn)行分析，得到茶多酚浸出率(X1)與沖泡過程中茶葉用量(A)、沖泡時(shí)間 (B)、沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸方程，模型顯著（p＜0.05），失擬項(xiàng)p ＞0.05，回歸模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值差異較小，擬合程度高。

X1=-5421.85+71.82A+233.29B+112.07C+3.3 8AB-5.26A C-0.71BC+127.23A2-3.95B2-0.32C2

如表3 所示，隨著茶葉用量的增加、沖泡時(shí)間的延長(zhǎng)與沖泡溫度的提高，茶湯中茶多酚的浸出率均顯著增加，F(xiàn) 值中C ＞A ＞B，溫度對(duì)茶多酚浸出率的影響最大，其次是茶葉用量和沖泡時(shí)間，溫度可以加快茶多酚分子的熱運(yùn)動(dòng)，使其浸出濃度增加[12]，但不同條件下茶多酚的浸出速率有所差異，與羅文文等人對(duì)黃山毛峰的研究一致[13]。固定溫度和沖泡時(shí)間，茶多酚浸出率在茶葉用量高處時(shí)較低處時(shí)變化更顯著。由于隨著沖泡時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片完全舒展，茶多酚浸出率增加，但茶湯中茶多酚的浸出速率隨時(shí)間的延長(zhǎng)稍有降低，可能是由于長(zhǎng)時(shí)間的浸泡使茶多酚發(fā)生了氧化[3]。茶葉用量與沖泡時(shí)間AB、沖泡溫度與時(shí)間BC、沖泡溫度與茶葉用量AC 的交互作用對(duì)茶多酚浸出率并無顯著性影響。

2.1.2 不同沖泡條件對(duì)游離氨基酸浸出率的影響

利用統(tǒng)計(jì)分析軟件design expert 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2 進(jìn)行分析，得到游離氨基酸浸出率(X2)與茶葉用量 (A)、沖泡時(shí)間 (B)和沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸方程，其模型顯著，擬合程度高，具有較好的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 Box-Benhnken 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果Table 2 Experimental design and results of the Box-Benhnken

表3 響應(yīng)面優(yōu)化沖泡白茶——茶多酚模型方差分析Table 3 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of tea polyphenol model

X2=2336.94-302.58A-166.51B-41.71C+18.63 AB-0.71AC-0.20BC+63.54A2+16.32B2+0.30C2

隨著茶葉用量的增加、沖泡時(shí)間的延長(zhǎng)、沖泡溫度的提高，茶湯中游離氨基酸的浸出率均顯著增加，如表4 所示，茶葉用量和溫度對(duì)游離氨基酸浸出率影響較大，達(dá)到極顯著水平，沖泡時(shí)間的影響較小，達(dá)到顯著水平。無論是茶葉用量、沖泡時(shí)間、還是溫度，對(duì)茶湯中游離氨基酸浸出率的影響均是在高處時(shí)較低處時(shí)的更為明顯，低溫長(zhǎng)時(shí)沖泡茶葉，游離氨基酸的浸出率也可以達(dá)到高溫較短時(shí)的水平，與黃麗娟等人的研究一致[14-15]。茶葉用量與沖泡時(shí)間AB、沖泡溫度與時(shí)間BC、沖泡溫度與茶葉用量AC 的交互作用對(duì)游離氨基酸浸出率并無顯著性影響。

2.1.3 不同沖泡條件對(duì)咖啡堿浸出率的影響

利用統(tǒng)計(jì)分析軟件design expert 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2 進(jìn)行分析，得到咖啡堿浸出率(X3)與茶葉用量 (A)、沖泡時(shí)間 (B)和沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸方程，其模型不顯著。

表4 響應(yīng)面優(yōu)化沖泡白茶——游離氨基酸模型方差分析Table 4 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of amino acid model

隨著茶葉用量的增加、沖泡溫度的增加，茶湯中咖啡堿的浸出率增加，溫度對(duì)咖啡堿浸出率的影響較沖泡時(shí)間、茶葉用量大。茶湯中咖啡堿浸出率在茶葉用量高處時(shí)較低處時(shí)的變化大。固定茶葉用量和沖泡溫度，咖啡堿的浸出率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)先增加而后略微減小，有可能隨著時(shí)間延長(zhǎng)，咖啡堿與其它物質(zhì)如茶多酚發(fā)生絡(luò)合作用[3,16]。固定茶葉用量，短時(shí)間茶湯咖啡堿浸出率隨著溫度的變化較長(zhǎng)時(shí)間沖泡明顯。無論交互作用還是單因素作用，均未達(dá)到顯著水平（表5）。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化沖泡白茶最佳條件的確定

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果上，根據(jù)Box-Behnken設(shè)計(jì)原理，分別以茶葉用量 (A)、沖泡時(shí)間(B)與沖泡溫度(C)為自變量進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以感官評(píng)分值作為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過分析與驗(yàn)證確定優(yōu)化最佳工藝參數(shù)。

2.2.1 模型的適應(yīng)性分析

利用統(tǒng)計(jì)分析軟件design expert 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得到感官審評(píng)得分(Y)與反應(yīng)過程中茶葉用量 (A)，沖泡時(shí)間 (B)，沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸模型：

Y=101.27+10.92A+6.01B-1.30C-0.24AB-0.04AC+0.04BC-0.88A2-0.93B2+0.0086C2

對(duì)該模型方差分析結(jié)果見表6，模型中的p ＜ 0.0001，表明該回歸方程線性顯著，失擬值為0.4447( ＞ 0.05)，失擬不顯著，表明該回歸方程擬合程度好。決定系數(shù)（R2）和調(diào)整系數(shù)（adj.R2）分別為0.9730 和0.9382，具有很好的一致性，表明該模型的準(zhǔn)確性和適用應(yīng)很好。

表5 響應(yīng)面優(yōu)化沖泡白茶——咖啡堿模型方差分析Table 5 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of caffeine model

2.2.2 不同因素對(duì)白茶茶湯感官評(píng)分的影響

茶葉用量、沖泡時(shí)間、沖泡溫度、溫度與時(shí)間的交互作用、沖泡溫度的平方、沖泡時(shí)間的平方對(duì)白茶茶湯感官評(píng)分有顯著性的影響（p ＜ 0.05），其影響力從大到小依次為沖泡溫度、沖泡溫度的平方、沖泡時(shí)間的平方、沖泡時(shí)間、時(shí)間與溫度的交互作用、茶葉用量，茶葉用量與沖泡時(shí)間交互作用、茶葉用量與沖泡溫度交互作用、茶葉用量的平方對(duì)茶湯感官得分沒有顯著影響。

2.2.3 各因素間的交互作用對(duì)茶湯感官評(píng)分的影響

從圖1看出，固定沖泡溫度C和茶葉用量A，響應(yīng)值隨著沖泡時(shí)間B 的延長(zhǎng)先升高而后漸降低，在5 min 達(dá)到最高值，茶多酚、咖啡堿等滋味成分浸出率與白茶的品質(zhì)呈正相關(guān)[17]，沖泡時(shí)間越長(zhǎng)，茶多酚可能發(fā)生進(jìn)一步的氧化，或者與咖啡堿等物質(zhì)絡(luò)合，使其感官品質(zhì)下降[3,18]。固定沖泡時(shí)間B，響應(yīng)值隨著茶葉用量A 的增加而升高，響應(yīng)值在低茶葉用量的變化較高茶葉用量處的變化顯著。

圖1 茶葉用量A 與沖泡時(shí)間B 的交互作用Figure 1 Interaction of tea dosage A and brewing time B

圖2 茶葉用量A 與沖泡溫度C 的交互作用Figure 2 Interaction of tea dosage A and brewing temperature C

從圖2 看出，固定茶葉用量A 和沖泡時(shí)間B，響應(yīng)值隨著沖泡溫度的升高逐漸升高，在高溫處響應(yīng)值的變化較低溫處的變化顯著。固定沖泡溫度，在高溫時(shí)，隨著茶葉用量的增加，響應(yīng)值先增加后減低，變化不顯著，在低溫時(shí)，隨著茶葉用量的增加，響應(yīng)值逐漸增大，溫度介于中間時(shí)，響應(yīng)值隨著茶葉用量的增加變化不明顯。在沖泡時(shí)間恒定的情況下，在一定范圍內(nèi)，可通過提高沖泡溫度來減少茶葉的用量，但是不能通過提高茶葉用量來降低沖泡的溫度。

表6 響應(yīng)面優(yōu)化沖泡白茶茶湯感官模型方差分析Table 6 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of sensory model of tea soup

圖3 沖泡時(shí)間B 與沖泡溫度C 的交互作用Figure 3 Interaction of brewing time B and brewing temperature C

沖泡時(shí)間B 與沖泡溫度C 交互作用達(dá)到顯著水平。從圖3 可看出，固定茶葉用量和溫度，響應(yīng)值隨著沖泡時(shí)間延長(zhǎng)先增加后降低，在4 ～ 5 min 左右達(dá)到最高值，究其原因，隨著沖泡時(shí)間的延長(zhǎng)，茶湯中的內(nèi)含物質(zhì)浸出更多，滋味成分更加豐富，但時(shí)間過長(zhǎng)后，茶多酚、游離氨基酸等物質(zhì)可能發(fā)生氧化。固定茶葉用量和沖泡時(shí)間，響應(yīng)值隨著溫度的增加而增加，在低溫時(shí)，白茶由于毫多，浸出物比較少，呈味物質(zhì)少，感官評(píng)分比較低。

響應(yīng)面及Design expert 軟件分析，得出茶湯感官品質(zhì)最優(yōu)的沖泡條件為：茶葉用量3.05 g、沖泡溫度100℃與沖泡時(shí)間5.03 min，在此條件下進(jìn)行3 組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的茶湯感官品質(zhì)得分為92.40 分，與軟件估測(cè)值92.75 基本一致，說明響應(yīng)面優(yōu)化出來的該工藝條件是可行的。

3 結(jié)論

傳統(tǒng)白茶獨(dú)特的風(fēng)味品質(zhì)是消費(fèi)者評(píng)判白茶品質(zhì)好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，沖泡要素影響白茶茶湯的感官品質(zhì)以及內(nèi)含滋味成分茶多酚、游離氨基酸、咖啡堿的浸出率，這些與前人對(duì)一些綠茶的研究相似[19-21]。茶葉中內(nèi)含物成分浸出率隨著茶葉用量、沖泡溫度、沖泡時(shí)間的增加而增大，茶葉用量對(duì)游離氨基酸浸出率的影響較溫度和時(shí)間大，溫度對(duì)茶湯中茶多酚和咖啡堿浸出率影響最大。以白牡丹為例，以茶湯感官品質(zhì)為評(píng)價(jià)，本試驗(yàn)采用響應(yīng)面法確定分析了沖泡白牡丹的最優(yōu)條件，茶葉用量3.05 g（茶水比約1 ∶50）、沖泡溫度100℃與沖泡時(shí)間5.03min，該條件下沖泡的白茶感官評(píng)價(jià)高，其香氣清純，滋味醇爽，湯色橙黃。