渥堆對黑茶色澤形成的作用及適度判別分析

王輝，劉亞芹，鄭東，周漢琛，黃建琴，雷攀登*

（1.安徽省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所，安徽黃山 245000；2.黃山市天方茶葉有限公司，安徽黃山 245000）

渥堆是黑茶品質(zhì)形成的關(guān)鍵工序[1]，現(xiàn)有在微生物、滋味物質(zhì)、香氣、湯色等方面的研究表明：在濕熱和黑曲霉、酵母屬、冠突散囊菌等微生物的共同作用下[2-6]，促使茶葉中醛、酸、酯類以及芳香族化合物發(fā)生轉(zhuǎn)化，黃酮類、兒茶素類等刺激性、收斂性的物質(zhì)發(fā)生深度的氧化、聚合、降解[7-8]，生成茶 黃 素 類（theaflavins，TFs）、 茶 紅 素 類（thearubigins，TRs）以及茶褐素類（theabrownine，TB）物質(zhì)，脂溶性色素（如葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素）發(fā)生脫鎂和轉(zhuǎn)化，纖維素、果膠和蛋白質(zhì)等物質(zhì)發(fā)生降解和異構(gòu)作用，生成茶多糖、游離氨基酸等[9-10]，最終造就了黑茶獨特的色、香、味品質(zhì)。然而，如何快速準確判別渥堆的程度，成為加工的關(guān)鍵，對提升黑茶加工品質(zhì)具有重要意義。

黑茶色澤作為其品質(zhì)評價的重要特征指標，包括葉色、湯色及干茶色澤[11-12]，在加工過程中變化大、直觀性強，外觀表現(xiàn)反映了其內(nèi)含物質(zhì)的變化[13]，制茶師通常根據(jù)茶葉色澤的變化來判斷加工的程度，但制茶師的判斷以主觀經(jīng)驗為主，缺乏可靠的數(shù)據(jù)支撐和廣泛的操作性。隨著圖像技術(shù)和數(shù)據(jù)分析的發(fā)展，茶葉中已開始利用色澤變化建立相關(guān)數(shù)據(jù)模型，通過數(shù)據(jù)的采集判斷加工含水量、萎凋進程等[14-15]。能否利用黑茶渥堆色澤的變化，建立一種快速準確判別渥堆程度的方法，有待進一步深入研究。因而，試驗通過研究黑茶渥堆過程中葉色、湯色及感官品質(zhì)變化規(guī)律，分析利用色澤與感官品質(zhì)的變化規(guī)律，探討建立一種基于色澤變化的渥堆程度判斷方法，實現(xiàn)渥堆快速準確的數(shù)據(jù)化判斷，對黑茶加工具有重要意義。同時為其他茶類加工適度判別提供研究方向。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶鮮葉原料為舒茶早一芽二、三葉，2021年4月26日采于安徽省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所試驗茶園基地。

50型電熱茶葉殺青機，浙江上洋茶葉機械有限公司；40型茶葉揉捻機，浙江上洋茶葉機械有限公司；斗式烘干機，浙江春江茶葉機械有限公司；人工氣候箱，上海一恒科學儀器有限公司；水分快速測定儀，德國sartorius公司；計算機液晶顯示器，View Sonic公司；圖像傳感器CCD攝像頭及支架、底座，YUESHI公司；便攜式攝影棚（80 cm×80 cm×80 cm，配有白色PVC背景布、LED燈片），德普公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黑茶樣品制備

黑茶加工方法基本工藝流程：鮮葉→攤放→殺青→熱揉捻（→攤涼→初烘→攤涼）→渥堆→毛火→攤涼→足火。處理A與處理B在熱揉捻后進行初烘至實驗要求含水量再渥堆（表1）；ck、處理C與處理D直接熱揉捻后渥堆。渥堆在控溫控濕培養(yǎng)箱進行（依據(jù)現(xiàn)階段黑茶渥堆生產(chǎn)實際情況：溫度大概范圍35~55℃，濕度大概40%~60%。通過單一變量研究渥堆變化情況，設(shè)定相關(guān)實驗參數(shù)），取不同渥堆時間樣進行圖像采集，同時制備成干茶樣100 g，具體樣品信息和編號見表1

表1 樣品信息與編號Table 1 Sample information and number

加工技術(shù)參數(shù)：鮮葉自然攤放10 h，厚度8~10 cm，期間翻葉3~4次；電熱殺青機控溫在280~300℃，葉溫保持在75±5℃，殺青時間2 min，殺青至茶坯含水率58%左右；茶葉殺青后散失部分水蒸汽趁熱重壓揉捻10 min；部分揉捻葉斗式烘干機初烘至含水量40%、48%；將揉捻葉、初烘葉放置于設(shè)定參數(shù)的培養(yǎng)箱渥堆，取渥堆過程中不同時間段茶樣品，進行圖像采集和干茶樣品制備；取400 g渥堆葉放置斗式烘干機120℃打毛火5 min；毛火后攤涼20 min；斗式烘干機90℃足火20 min。

1.2.2 含水率

含水率測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》，利用快速水分測定儀，取3 g樣品放入儀器測定含水量，重復(fù)三次取平均值。

1.2.3 圖像采集

為保證采集圖像數(shù)據(jù)的一致性，利用計算機圖像系統(tǒng)，設(shè)置同一參數(shù)，在同一位置進行圖像采集。根據(jù)渥堆葉采集的圖像與實物接近度，設(shè)定圖像采集參數(shù)：飽和度38、對比度100、紅色24、綠色32、藍色41，取30 g渥堆葉平鋪白色A4紙上，放于攝像頭下方，保證渥堆葉填滿攝像頭鏡頭，同時保持與攝像頭距離相同。茶湯圖像采集設(shè)定參數(shù)：飽和度50、對比度85、紅色25、綠色32、藍色33，將泡好的茶湯冷卻10 min，統(tǒng)一盛放于白色審評杯中，置于攝像頭下方，保證茶湯中心置于攝像鏡頭中心位置，同時保持與攝像頭距離相同。

1.2.4 感官審評與茶湯制備

感官審評在安徽省農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所感官審評室進行，參照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評標準》，以茶（散茶）審評方法制備茶湯，每個樣品稱取3 g茶樣，置于審評杯中，注滿150 mL沸水，加蓋浸泡4 min，按沖泡次序依次等速將茶湯瀝入評茶碗中，過濾去除茶渣，避免茶渣殘留對湯色色澤的影響。

1.2.5 色澤參數(shù)提取

基于Adobe Color CC圖像處理技術(shù)，提取茶湯圖像色澤參數(shù)，即將茶湯圖片依次上傳到Adobe Color CC后移動光標至茶湯區(qū)域，快速讀取對應(yīng)的色澤參數(shù)亮度（L）、紅綠度（a）、黃藍度（b）值。

1.2.6 色澤參數(shù)的驗證

通過渥堆葉脈、葉片a值與感官審評的線性相關(guān)性，建立基于色澤a值的渥堆預(yù)測模型，帶入部分未應(yīng)用建模的a值和渥堆過程中各時期a值的平均值，得出預(yù)測審評值得分，基于預(yù)測審評值與實際審評值計算之間的偏差率，驗證預(yù)測模型的準確度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Adobe Color CC提取圖像L、a、b值；利用Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計；利用origin 9.0繪制折線圖；利用SPSS 22.0完成差異顯著性檢驗（Duncan法，p＜0.05）；利用最小二乘法完成預(yù)測進程分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 渥堆過程中葉色與湯色變化的分析

渥堆過程中受濕熱和微生物的作用，能夠促進兒茶素類物質(zhì)發(fā)生酶促氧化、聚合形成茶黃素類（TFs）、茶紅素類（TRs）、以及茶褐素類（TB）等物質(zhì)，同時葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素等脂溶性色素發(fā)生脫鎂和轉(zhuǎn)化，形成了黑茶特有的色澤品質(zhì)特征[16-17]。實驗通過研究渥堆過程中葉色與湯色的動態(tài)變化，結(jié)果表明：（1）渥堆葉色澤整體上呈現(xiàn)由綠向黃綠、淺黃亮、黃亮轉(zhuǎn)變，在12~18 h葉色呈現(xiàn)黃亮的品質(zhì)特征，其中葉脈由綠向淺綠、淺黃、黃亮轉(zhuǎn)變，葉片由深綠向淺綠、淡黃、黃褐轉(zhuǎn)變（圖1）；分析渥堆中葉脈與葉片色澤值變化（圖2-Ⅰ、2-Ⅱ），兩者L、a、b值變化趨勢相同，葉脈、葉片L值隨渥堆進行呈現(xiàn)顯著性差異，兩者a、b值在渥堆中呈現(xiàn)顯著性增加，主要原因是由于長時間的濕熱作用，導(dǎo)致了代表綠色素的葉綠素a、b和脫鎂葉綠素a、b含量的顯著降低（色澤a值增加，向紅轉(zhuǎn)變），代表黃色素的類胡蘿卜素的增加（色澤b值增加，黃度增加），使葉色向黃逐漸轉(zhuǎn)變，形成黑茶葉色品質(zhì)。（2）渥堆中湯色由淺綠明亮向黃綠明亮、綠黃明亮、淺黃亮、黃亮轉(zhuǎn)變；分析湯色色澤L、a、b值的變化（圖2-Ⅲ），L值和a值渥堆中呈現(xiàn)波動變化，階段性呈現(xiàn)顯著性差異，渥堆18 h與對照無顯著性差異，b值在渥堆中整體呈現(xiàn)顯著逐漸增加，特別是渥堆12 h后，呈現(xiàn)快速直線增加，湯色黃度明顯增加（圖1 CK12-T、CK15-T、CK18-T），表現(xiàn)出黑茶的湯色品質(zhì)，這主要與茶湯內(nèi)氨基酸、茶多酚、茶黃素、茶紅素、茶褐素及黃酮醇等物質(zhì)含量有關(guān)。

圖1 渥堆過程中葉色與湯色變化Fig.1 Changes of leaf color and liquor color during the pile-fermentation

圖2 渥堆中葉脈、葉片及湯色色澤值Fig.2 Color value of leaf veins,leaves and liquor color in pile-fermentation

2.2 渥堆溫度對葉色與湯色的影響

溫度是影響渥堆品質(zhì)的重要因素，分析不同溫度條件下渥堆葉色的變化（圖3），隨渥堆的進行葉色都呈現(xiàn)由綠向綠黃、黃轉(zhuǎn)變，且溫度越高變化速率越快，表明溫度促進葉色由綠向黃轉(zhuǎn)變。比較溫度對葉片與葉脈L、a、b值的影響（表2），溫度對兩者的影響具有相似性，對L值和b值影響較小，對a值的影響較大，渥堆6 h之后出現(xiàn)了顯著差異，其中55℃下渥堆18 h已表現(xiàn)出紅色，說明溫度對渥堆葉a值的影響較大，呈現(xiàn)顯著性差異，且溫度越高，向紅色轉(zhuǎn)變越快，這主要可能是由于低溫葉綠素降解存在延滯期，高溫不存在延滯期，更易快速促進葉綠素降解轉(zhuǎn)化[18-19]。由不同溫度下a值的變化速率可看出，渥堆保持在45~55℃條件下，既可以保證渥堆速率，同時保證渥堆葉在18 h內(nèi)不變紅，結(jié)合不同溫度下葉色的變化情況，45~55℃更有利于黑茶渥堆葉色品質(zhì)的形成。

分析溫度對茶湯色澤的影響（圖3），不同溫度條件下渥堆，茶湯都由綠向淺黃綠、淺黃、黃轉(zhuǎn)變，且溫度越高變化速率越快，表明溫度促進茶湯由綠向黃轉(zhuǎn)變，這與溫度對渥堆葉的影響相同。比較溫度對茶湯色澤L、a、b值的影響（表2），代表亮度的L值在12 h后出現(xiàn)了顯著性差異，且溫度越高亮度越低，代表紅綠度的a值在6 h后有顯著性差異，且溫度越高向紅度方向轉(zhuǎn)化越快，代表黃藍色的b值在6 h后呈現(xiàn)顯著性差異，且溫度越高向黃色轉(zhuǎn)變越快，由此表明：高溫下渥堆湯色轉(zhuǎn)化較快，主要是影響紅色a值與黃色b值，特別是黃色b值變化速率較快，但高溫渥堆不利于湯色亮度增加，這主要是由于高溫下多酚類物質(zhì)容易轉(zhuǎn)化成茶黃素，茶黃素進一步轉(zhuǎn)化成茶紅素、茶褐素，從而影響湯色。因而，45~55℃條件下渥堆更有利于黑茶湯色品質(zhì)的形成。

圖3 溫度對渥堆葉色及湯色的影響Fig.3 Effect of temperature on leaf color and liquor color of pile-fermentation

表2 溫度對渥堆葉片、葉脈及湯色色澤值的影響Table 2 Effect of temperature on the color value of leaves,veins and liquor in pile-fermentation

2.3 含水量對葉色與湯色的影響

分析含水量對渥堆過程中葉片與葉脈色澤變化的影響（圖4），含水量58%的揉捻葉在渥堆過程中呈現(xiàn)由綠向綠黃、黃轉(zhuǎn)變，含水量48%與40%的初烘葉在渥堆過程中呈現(xiàn)深綠向烏黃、烏褐色轉(zhuǎn)變，且初烘含水量越低向烏褐轉(zhuǎn)變越快，表明：揉捻葉與初烘葉在渥堆過程中色澤呈現(xiàn)較大差異，主要是由于經(jīng)過初烘，脂溶性色素葉綠素a、葉綠素b發(fā)生熱作用，形成顏色更深綠的脫鎂葉綠素a、脫鎂葉綠素b。比較含水量對渥堆過程中葉片色澤L、a、b值的影響（表3），揉捻葉葉片L值顯著性高于初烘葉，初烘葉葉片a值顯著性高于揉捻葉，且整體呈現(xiàn)含水量越低值越大，揉捻葉葉片b值顯著高于初烘葉，且整體呈現(xiàn)含水量越高值越大，由此可看出揉捻葉L、a、b值色澤變化趨向于黃亮色，初烘葉L、a、b值色澤趨向于烏褐色，且含水量越低向烏褐呈現(xiàn)越深，這與渥堆葉色的整體變化趨勢一致；比較含水量對渥堆過程中葉脈色澤L、a、b值的影響，揉捻葉亮度L和b值呈現(xiàn)逐漸增加，初烘葉呈現(xiàn)降低，12 h后L值、b值與含水量都呈現(xiàn)顯著性正相關(guān)，6 h后a值與含水量呈現(xiàn)顯著性負相關(guān)，表明：含水量對渥堆過程中葉脈與葉片L、a、b值的影響一致，與渥堆葉色澤的變化趨勢相同。

分析含水量對渥堆過程中茶湯色澤的影響（圖4），隨著渥堆的進行湯色都由綠向淺黃綠、淺黃、黃轉(zhuǎn)變，不同含水量對茶湯色澤變化速率無明顯的影響，表明不同含水量對茶湯色澤變化的影響基本相同。比較不同含水量條件下茶湯色澤L、a、b值的變化（表3），不同含水量渥堆對L值無顯著性影響，對a值整體無顯著性影響，對b值18 h有顯著性影響，但b值差異較小，整體體現(xiàn)出茶湯變化速率無較明顯的差異，都在黑茶渥堆湯色變化的區(qū)域范圍內(nèi)。從茶湯品質(zhì)評價的角度分析，含水量對渥堆工藝的影響較小。

表3 含水量對渥堆葉片、葉脈及湯色色澤值的影響Table 3 Effect of water content on leaf，vein and liquor color value of pile-fermentation

圖4 含水量對渥堆葉色及湯色的影響Fig.4 Effect of water content on leaf color and liquor color of pile-fermentation

2.4 渥堆進程預(yù)測分析模型建立

對渥堆葉片與葉脈L、a、b值及渥堆進程圖像變化分析，表明了葉片及葉脈a值與渥堆進程圖像變化呈現(xiàn)一定的線性趨勢關(guān)系，且渥堆對葉片與葉脈a值具有顯著性影響，同時不同溫度下渥堆葉片與葉脈色澤也表現(xiàn)出相同的變化趨勢。結(jié)合渥堆進程圖片變化和黑茶感官審評結(jié)果，將不同溫度下渥堆進程按適度情況及感官審評結(jié)果劃分成6類：35℃、45℃、55℃渥堆0 h感官評分為75分；35℃渥堆3h感官評分為80分；35℃渥堆9 h，45℃渥堆3 h、6 h，55℃渥堆3 h感官評分為85分；35℃渥堆18 h，45℃、55℃渥堆9 h感官評分為90分；45℃渥堆12 h、15 h、18 h，55℃渥堆15 h、18 h感官評分為95分；55℃渥堆12 h感官評分為100分。依據(jù)本實驗渥堆葉片、葉脈色澤與渥堆進程圖像關(guān)系，建立以葉片及葉脈a值對應(yīng)渥堆葉感官審評結(jié)果的評價模型。圖5-Ⅰ為渥堆葉脈預(yù)測進程模型，線性回歸R2相關(guān)系數(shù)為

0.86，圖5-Ⅱ為渥堆葉片預(yù)測進程模型，線性回歸R2相關(guān)系數(shù)為0.72。通過測量渥堆過程中葉片、葉脈a值，帶入模型得出預(yù)測審評得分，再結(jié)合制茶工人感官評價，可以實現(xiàn)渥堆進程快速準確的判斷。

圖5 渥堆預(yù)測進程模型Fig.5 Pile prediction process model

2.5 渥堆進程分析模型準確性驗證評價

為驗證本實驗建立的葉脈及葉片預(yù)測模型準確性，取不同溫度渥堆過程中各時期a值的平均值，帶入相關(guān)的預(yù)測模型，得出預(yù)測值，結(jié)合感官審評實際值，算出預(yù)測偏差率，結(jié)果見圖6。由圖6-Ⅰ、6-Ⅲ、6-Ⅴ表明：不同溫度下渥堆9 h以后，其進程判斷的偏差率在-2.48%~10.29%，表明葉片預(yù)測進程模型的準確度在89%以上；由圖6-Ⅱ、6-Ⅳ、6-Ⅵ表明：不同溫度下渥堆9 h以后，其進程判斷的偏差率在-5.30%~4.02%，表明葉脈預(yù)測進程模型的準確度在94%以上；由此可見，葉脈預(yù)測模型判斷的準確度高于葉片，兩者可同時用于輔助制茶工人快速準確地判斷渥堆進程情況，提升黑茶渥堆適度的判別準確率。

圖6 基于a值的預(yù)測模型準確性驗證評價Fig.6 Accuracy verification and evaluation of prediction model based on a value

3 討論

渥堆過程中葉色整體上呈現(xiàn)由綠向黃綠、淺黃亮、黃亮變化，主要是因為渥堆過程中葉片與葉脈色澤a、b值顯著增加，同時渥堆過程中葉脈與葉片色澤變化趨勢相同，但呈現(xiàn)顯著性差異；溫度與含水量對渥堆葉主脈與葉片都有顯著影響，前者主要影響紅色a值，后者主要影響L、a、b值。這是由于渥堆過程是一個高濕熱伴隨微生物胞外酶作用的過程，茶葉中的葉綠素a、葉綠素b快速降解Pya（灰褐色）、Pyb（黃褐色），而類胡蘿卜素具有較強的熱穩(wěn)定性，在熱作用下葉色逐漸向黃轉(zhuǎn)變[20-21]。不同溫度對葉脈和葉片a值的顯著影響，體現(xiàn)了溫度升高加快了葉綠素的降解，對b值的影響，體現(xiàn)了類胡蘿卜素的相對穩(wěn)定。不同含水量體現(xiàn)了高溫烘干加熱，導(dǎo)致葉綠素和類胡蘿卜素向黃褐色、灰褐色物質(zhì)轉(zhuǎn)化，葉色L、a、b值發(fā)生巨大變化，與揉捻葉色澤形成顯著性差異。

渥堆過程中湯色由淺綠明亮、黃綠明亮、綠黃明亮、淺黃亮、黃亮、黃褐色轉(zhuǎn)變，主要是因為湯色b值顯著增加，不同溫度與含水量條件下渥堆茶湯色澤轉(zhuǎn)變方向相同，含水量對湯色的轉(zhuǎn)變速率無顯著性影響，表明含水量的差異對多酚的轉(zhuǎn)化影響較??；溫度與湯色向黃轉(zhuǎn)變速率呈顯著正相關(guān)，這是由于多酚類物質(zhì)在濕熱作用下發(fā)生自動氧化，形成茶黃素、茶紅素、茶褐素等物質(zhì)，且高溫加快多酚物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，有利于茶黃素和茶紅素向茶褐素轉(zhuǎn)化，在渥堆24 h后茶紅素和茶褐素快速增加，24 h前茶黃素的含量相對較高[22-24]，表明了試驗中溫度較高下，渥堆時間較長，湯色明顯向黃褐色轉(zhuǎn)變。

色澤是茶葉加工變化最直觀、最明顯的特征，色澤的表現(xiàn)體現(xiàn)了加工中內(nèi)含物的變化，茶葉生產(chǎn)實際中，通常以色澤的變化程度判斷茶葉加工的適度情況，這也是制茶師傅中流傳的“看茶做茶”，但以經(jīng)驗的判斷并不適用于標準化、廣泛性的加工?；诂F(xiàn)代圖像處理和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立數(shù)據(jù)化的圖像判別模型，輔助人工經(jīng)驗，對茶葉加工的判斷具有標準化和廣泛的操作性。本試驗探究了黑茶渥堆色澤變化與感官品質(zhì)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著渥堆的進行葉色由綠向黃轉(zhuǎn)變，色澤a值呈現(xiàn)線性化變大，基于此建立了渥堆葉色澤a值與感官評價的線性相關(guān)模型，通過模型的驗證性分析，基于渥堆葉色澤a值的變化可較好的判斷黑茶的感官適度情況，實現(xiàn)黑茶渥堆加工品質(zhì)的快速判斷，對提升黑茶加工品質(zhì)具有重要的意義。此外，基于黑茶渥堆加工環(huán)境條件、茶樹品種與季節(jié)等條件的改變，實驗判斷模型的數(shù)據(jù)化量還有待增加，建立更廣泛、可靠的預(yù)測模型。同時，基于數(shù)據(jù)化的圖像技術(shù)運用到各類茶葉加工、感官評價、茶葉等級等方面，建立相應(yīng)的評價模型，對提升茶葉的發(fā)展具有重要意義[25-27]。