湖南紅茶品質(zhì)特征分析及其等級判別模型的構(gòu)建

盧丹敏，歐陽建，熊一帆，歐行暢，劉春方，唐俊偉，黃建安，劉仲華,

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410128；2.國家植物功能成分工程技術(shù)研究中心，湖南長沙 410128）

湖南是工夫紅茶主產(chǎn)省之一，紅茶產(chǎn)地基本覆蓋湖南全境，在湘中、湘南、湘西等地區(qū)均有生產(chǎn)[1]。傳統(tǒng)的湖南紅茶干茶條索緊細(xì)、色澤烏潤、湯色紅亮、帶有花香、蜜香和果香、滋味甘鮮醇和，是一類以“花蜜香、甘鮮味”為品質(zhì)特色引領(lǐng)的工夫紅茶[2]。

黃浩[3]、銀霞[4]等對不同產(chǎn)地、嫩度、滋味類型的湖南工夫紅茶樣進(jìn)行感官品質(zhì)和生化成分比較研究，總結(jié)出湖南工夫紅茶的基本特點(diǎn)及分類鑒別的品質(zhì)評價(jià)方法。但目前對湖南紅茶的品質(zhì)分析研究相對較少，且未有關(guān)于湖南地區(qū)紅茶等級判別的研究。究其原因一是加工工藝粗放、技術(shù)落后、缺乏相應(yīng)的科技支撐；二是生產(chǎn)企業(yè)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，各地紅茶產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。鑒于此，本研究選取了湖南省26個(gè)具有代表性的紅茶茶樣，采用感官審評和茶湯化學(xué)成分測定國標(biāo)法對其進(jìn)行評定及化學(xué)成分檢測，并進(jìn)行方差分析和主成分分析，同時(shí)通過典型判別分析構(gòu)建湖南紅茶滋味類型判別模型，以期了解湖南紅茶品質(zhì)情況，為湖南地區(qū)紅茶等級判別提供準(zhǔn)確、快捷的參考方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

26個(gè)湖南紅茶樣品 分別由湘西自治州、張家界、安化縣、石門和桃源等地區(qū)的茶葉企業(yè)提供，特級茶7個(gè)（A1～A7）、一級11個(gè)（B1～B11）、二級8個(gè)（C1～C8），均為春茶；福林酚、甲醇、茚三酮、N,N-二甲基甲酰胺、冰乙酸、乙腈等 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；AccQ、氨基酸衍生試劑 美國Waters公司；氨基酸標(biāo)樣（純度≥95%） 英國BDH公司；沒食子酸、谷氨酸、可可堿、咖啡堿、茶黃素、兒茶素 美國Sigma。

TagTM氨基酸分析色譜柱（3.9 mm×150 mm）、2695型高效液相色譜儀 美國Waters公司；ECOSIL-C18色譜柱（4.6 mm×150 mm） 日本；UV-2550型紫外分光光度、LC-2010A HT型高效液相色譜儀 日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 感官審評 7位專業(yè)審評人員參考國標(biāo)GB/T 23776-2018對湖南工夫紅茶樣品質(zhì)進(jìn)行密碼審評。稱取3.0 g湖南工夫紅茶樣品，置于150 mL評審杯中，注滿沸水，5 min后瀝出茶湯。重點(diǎn)對湯色、香氣、滋味進(jìn)行感官評價(jià)。

1.2.2 內(nèi)含成分檢測 按國標(biāo)GB/T 8314-2013[5]方法進(jìn)行游離氨基酸總量檢測；按國標(biāo)GB/T 8313-2018[6]進(jìn)行茶多酚含量檢測。茶氨酸含量按國標(biāo)GB/T 23193-2017檢測[7]；茶黃素含量按國標(biāo)GB/T 30483-2013[8]檢測。

采用液相色譜的方法進(jìn)行兒茶素組分、咖啡堿、可可堿、沒食子酸檢測[4]。流動相A相為水、B相為N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和乙酸的混合溶液，三者比例為39.5:2:1.5。洗脫梯度：初始A相為91%，B相9%。10 min內(nèi)B相上升至14%，17 min內(nèi)B相上升至36%，并保持3 min。隨后B相降至9%，至35 min時(shí)結(jié)束。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 單因素方差統(tǒng)計(jì)分析和主成分分析 每組試驗(yàn)重復(fù)3次。本研究使用IBM SPSS Statistics 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析（Duncan 法）和主成分分析[9-11]，并由Origin 2018軟件繪圖完成。

1.3.2 典型判別分析 根據(jù)方差分析和降維思想，將各項(xiàng)指標(biāo)所構(gòu)成的維度空間投影到另一個(gè)維度空間中，從而構(gòu)造一個(gè)或者多個(gè)線性判別函數(shù)使得組間差異和組內(nèi)差異的比值最大化。應(yīng)用該線性函數(shù)計(jì)算樣本點(diǎn)得分，再根據(jù)親疏程度分清樣品類別[12]。驗(yàn)證采用自身驗(yàn)證法和交叉驗(yàn)證法。自身驗(yàn)證法即用樣品數(shù)據(jù)直接進(jìn)行預(yù)測驗(yàn)證。交叉驗(yàn)證即每次取出某個(gè)樣本數(shù)據(jù)做驗(yàn)證，用剩余樣本數(shù)據(jù)構(gòu)造函數(shù)，進(jìn)行多次驗(yàn)證[13]。本研究使用IBM SPSS Statistics 23.0對結(jié)果進(jìn)行典型判別分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官審評

湖南紅茶樣感官審評結(jié)果（表1）：特級湖南紅茶湯色紅亮或較亮，甜香高長帶有花香，醇濃鮮爽。一級湖南紅茶湯色紅亮或較亮，甜香較高，滋味較醇厚或尚醇厚。二級湖南紅茶湯色以黃為主，多為橙黃、黃棕、棕黃，香氣有出現(xiàn)缺陷性香氣的情況，包含高火、青氣、酸氣、悶味，滋味會出現(xiàn)帶酸、帶澀、焦味等缺陷性滋味的情況。采摘原料、產(chǎn)地環(huán)境、加工工藝等均為紅茶品質(zhì)的影響因素，一款好茶的產(chǎn)生離不開優(yōu)質(zhì)的原料、優(yōu)越的產(chǎn)地及精湛的加工工藝[1,14-15]。本試驗(yàn)茶樣等級劃分主要以感官審評結(jié)果為主，企業(yè)提供的信息作為參考。特級湖南紅茶在原料、產(chǎn)地、加工等方面綜合較好，表現(xiàn)出“花蜜香、甘鮮味”的品質(zhì)特征；一級湖南紅茶由于采摘的原料比特級的粗老，或是好的材料在萎凋和發(fā)酵等生產(chǎn)過程中溫濕度控制稍微不當(dāng)，導(dǎo)致其與特級湖南紅茶相比，花蜜香和鮮爽度不足，但也能表現(xiàn)出紅茶的基本品質(zhì)特征；二級湖南紅茶是在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中條件控制不當(dāng)所致的中下檔茶，沒有表現(xiàn)出紅茶的基本品質(zhì)特征。

表1 湖南紅茶感官審評結(jié)果Table 1 Analysis of taste quality for Hunan black teas

2.2 單因素方差分析

茶葉滋味成分組成、比例的同使茶葉各具獨(dú)特滋味。特級湖南紅茶茶多酚的平均含量顯著（P＜0.05）高于一級和二級，一級和二級之間無顯著差異（圖1）。茶多酚具有抗癌、降脂降壓、防治神經(jīng)疾病和糖尿病等多種保健作用[16-17]，是構(gòu)成茶湯滋味濃度、強(qiáng)度和澀度的重要物質(zhì)[18-19]。在質(zhì)量較好的工夫紅茶發(fā)酵過程中，保留下適量的多酚類物質(zhì)是茶湯濃度、強(qiáng)度、爽口的主要成分。在感官審評中，湖南特級紅茶滋味濃度明顯比一、二級紅茶高，茶多酚含量的差異可能是重要原因。

圖1 不同等級湖南紅茶主要生化成分的平均含量Fig.1 Average contents of biochemical components in Hunan black teas for different grades

特級湖南紅茶的游離氨基酸平均含量最高，一級湖南紅茶次之。二級湖南紅茶的茶氨酸平均含量最高，但三個(gè)等級之間游離氨基酸和茶氨酸含量無顯著差異（圖1）。茶葉中氨基酸含量與茶葉品質(zhì)呈顯著（P＜0.05）正相關(guān)，其決定了茶湯滋味的鮮爽度。它通過參與一些復(fù)雜的反應(yīng)，幫助茶葉風(fēng)味的形成[20]。游離氨基酸的結(jié)果和特級紅茶滋味鮮爽的感官結(jié)果一致。茶氨酸，作為茶葉中的獨(dú)特氨基酸，具有特殊的健康作用，對放松心情，保持良好的情緒狀態(tài)，提高睡眠質(zhì)量，防治癌癥、心血管疾病、肥胖癥和普通感冒均有積極作用[21-22]。茶氨酸具有類似味精的鮮爽味，能緩解紅茶的苦澀味，是品質(zhì)評價(jià)的重要因子。茶鮮葉中的茶氨酸含量占1%～2%。名優(yōu)品種可超過2%。本研究中二級的茶氨酸含量最高，其中有一個(gè)樣品茶氨酸含量達(dá)2%，游離氨基酸含量達(dá)5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)拉高了均值。該樣品具有優(yōu)質(zhì)原料，但由于加工工藝不當(dāng)，湯色以黃為主，滋味帶酸帶青，葉底欠紅，故判為二級紅茶。

湖南工夫紅茶的級別越高，咖啡堿和可可堿的平均含量越高，但在特級、一級之間其含量無顯著差異（圖1）。咖啡堿和可可堿是茶葉生物堿的重要成分。其中，呈苦味的咖啡堿含量最多[23]，它能與茶葉中其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成具有鮮爽味的復(fù)合物[24]?？煽蓧A略有苦味，是咖啡堿重要的合成前體[18]。茶葉越細(xì)嫩，茶葉中的咖啡堿含量越高。特級紅茶樣品的原料總體較嫩，因而咖啡堿、可可堿含量較高。

由圖2可知，各等級湖南紅茶的 EGC 平均含量在2.139%～2.274%，無顯著差異。其他5個(gè)成分平均含量由均為特級＞一級＞二級。其中，一、二級紅茶DL-C、GCG和ECG平均含量無顯著差異，特級紅茶與其他兩個(gè)等級有顯著性差異；各等級湖南紅茶的EC、EGCG平均含量差異顯著（P＜0.05）。茶葉中兒茶素物質(zhì)含量較高，是茶多酚的主體成分。它包括了酯型兒茶素（ECG、GCG、EGCG）和非酯型兒茶素（DL-C、EC、EGC），這二者的比值是評價(jià)茶湯滋味苦澀程度及回甘性的重要指標(biāo)[25-26]，比值越低，滋味越醇和。特級紅茶的酯型/非酯型兒茶素比值為0.534，一級為0.351，二級為0.341。在質(zhì)量較好的工夫紅茶發(fā)酵過程中，適量未被氧化的多酚類物質(zhì)（以酯型兒茶素為主[18]）是茶湯濃度、強(qiáng)度、爽口的主要成分。茶葉的滋味品質(zhì)受其內(nèi)含成分的種類及比例的影響。這一比值并不能成為茶葉滋味品質(zhì)評判的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 不同等級湖南紅茶兒茶素組分的平均含量Fig.2 Average contents of catechins in Hunan black teas for different grades

由圖3可知，各等級湖南紅茶的茶黃素（TF）、茶黃素-3-沒食子酸酯（TF-3G）、茶黃素-3’-沒食子酸酯（TF-3'G）、茶黃素雙沒食子酸酯（TFDG）平均含量由高到低均為特級＞一級＞二級。TF含量在各等級中無顯著差異，特級、一級TFDG含量無顯著差異，與二級紅茶的含量差異顯著（P＜0.05），各等級TF-3G、TF-3'G含量差異顯著（P＜0.05）。茶多酚氧化生成的茶黃素是紅茶重要的品質(zhì)成分，對紅茶的滋味鮮度和濃度及湯色的亮度起著重要作用[27-29]。湖南紅茶等級越高，湯色越亮，滋味越鮮爽，茶黃素含量的檢測結(jié)果和滋味審評的結(jié)果一致。

圖3 不同等級湖南紅茶茶黃素類的平均含量Fig.3 Average contents of theaflavins in Hunan black teas for different grades

2.3 主成分分析

對樣品中最主要的16種品質(zhì)成分進(jìn)行主成分分析，其中，5個(gè)主成分如表2所示。從表2可以看出，這5個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到86.384%，基本能較全面的解釋全部變量的化學(xué)信息。由表3可知，第1主成分（PC1）主要綜合了樣品中沒食子酸、EC、EGCG、TF-3G和TF-3'G等物質(zhì)的變異信息；第2主成分（PC2）主要綜合了樣品中氨基酸類物質(zhì)的變異信息；第3主成分（PC3）主要綜合了樣品中GCG、ECG、茶黃素等物質(zhì)的變異信息；第4主成分（PC4）主要綜合了茶葉中生物堿（可可堿、咖啡堿）的變異信息；第5主成分（PC5）主要綜合了簡單兒茶素EGC的變異信息。

表2 主成分分析特征值和方差貢獻(xiàn)率Table 2 Eigenvalues and explained variance of 6 principal components

第一主成分和第二主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為44.21%和13.80%，根據(jù)這2個(gè)綜合指標(biāo)，形成二維得分散點(diǎn)圖（圖4）。在該散點(diǎn)圖上，同類型的湖南紅茶分布較集中，不同類型的樣品之間又有一定程度的聚類趨勢。特級湖南紅茶主要分布在1、4象限，一級紅茶主要分布在原點(diǎn)附近，與其他兩種類型的樣品均有一定的交叉，而二級湖南紅茶茶樣主要分布在2、3象限。

2.4 判別分析

通過典型判別分析，得到關(guān)于26個(gè)湖南紅茶等級評價(jià)因子的典型判別函數(shù)系數(shù)表（表4），建立了2個(gè)典型判別式函數(shù)：

在這2個(gè)典型判別式函數(shù)中，F(xiàn)1和F2的特征值分別為36.353和3.076（均大于1），其方差貢獻(xiàn)率分別為92.2%和7.8%。根據(jù)以上兩個(gè)判別函數(shù)，計(jì)算不同等級湖南紅茶樣品的得分，分別以這兩個(gè)判別函數(shù)為橫縱坐標(biāo)，得到不同等級湖南紅茶的得分散點(diǎn)圖（圖5），可以看出，樣品根據(jù)其等級的不同，基本上能得到較好的聚類結(jié)果。

表3 五個(gè)主成分的特征向量Table 3 Eigenvectors of five principal components

圖4 主成分分析 PC1、PC2得分圖Fig.4 PCA scores for 26 Hunan black tea on PC1 and PC2

表4 典型判別分析函數(shù)系數(shù)Table 4 Function coefficients of typical discriminant

圖5 不同等級湖南紅茶的典型判別得分圖Fig.5 Scatter plot of typical discriminant scores of Hunan black tea in different grades

本研究采用自身驗(yàn)證法和交互驗(yàn)證法對該典型函數(shù)判別模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。自身驗(yàn)證法所有樣品均被正確回判，準(zhǔn)確率100%。而在交叉驗(yàn)證中，特級一級茶樣中分別有兩個(gè)樣品被錯判，二級茶樣判對率100%，總體準(zhǔn)確率達(dá)84.62%（表4）。表明應(yīng)用該判別模型將特級、一級、二級的湖南紅茶分開來是可行的。

表5 不同等級湖南紅茶典型判別驗(yàn)證結(jié)果Table 5 Results obtained for Hunan black tea classification in different grades by typical discrimination analysis

3 結(jié)論

本研究對湖南省26個(gè)不同等級的工夫紅茶樣品（包含7個(gè)特級茶樣，11個(gè)一級茶樣，8個(gè)二級茶樣）進(jìn)行感官審評、品質(zhì)成分分析與等級典型判別函數(shù)模型的構(gòu)建。感官審評結(jié)果表明：特級湖南紅茶表現(xiàn)出“花蜜香、甘鮮味”的品質(zhì)特征；一級湖南紅茶表現(xiàn)出紅茶“紅湯紅葉”的基本品質(zhì)特征；二級湖南紅茶沒有表現(xiàn)出紅茶的基本品質(zhì)特征。單因素方差結(jié)果表明：特級湖南紅茶的茶多酚、咖啡堿、游離氨基酸、可可堿、5種兒茶素組分（DL-C、EC、EGCG、GCG、ECG）、4種茶黃素（TF、TF-3G、TFDG、TF-3'G）含量最高，二級湖南紅茶的含量最少。二級茶中的茶氨酸和EGC含量最高，特級茶次之，一級茶最少。3個(gè)等級湖南紅茶的游離氨基酸、茶氨酸、EGC含量無顯著性差異，而兩兩等級間的EC、EGCG、TF-3G、TF-3'G含量具有顯著性差異（P＜0.05）。典型判別分析對不同等級湖南紅茶的分類具有較好的準(zhǔn)確性。自身驗(yàn)證法所有樣品均被正確回判，準(zhǔn)確率達(dá)100%。交互驗(yàn)證法有4個(gè)樣品被錯判，但準(zhǔn)確率達(dá)標(biāo)，為84.62%?？梢?，應(yīng)用該模型對湖南紅茶等級進(jìn)行預(yù)測是可行的。本研究通過26個(gè)典型湖南紅茶樣品的主要滋味成分建立了湖南紅茶的等級評判模型，且表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確率，但樣品數(shù)量有限，僅初步為湖南紅茶的等級劃分提供了合理的量化方法。因此，后續(xù)還需進(jìn)一步增加具有典型性的樣品數(shù)量來進(jìn)一步提高該模型的準(zhǔn)確度。