基于多元統(tǒng)計(jì)分析的抹茶適制品種綜合評價

袁麗萍，雷震東，王歡歡，覃信雪，楊淑雅，溫曉菊，吳位河，倪德江，陳玉瓊

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

抹茶是指采用覆蓋栽培的茶樹鮮葉經(jīng)蒸汽（或熱風(fēng)）殺青后，干燥制成的葉片為原料，經(jīng)研磨工藝加工而成的微粉狀茶產(chǎn)品，其微粉的顆粒（D60）小于或等于18 μm[1]。抹茶原產(chǎn)于我國，進(jìn)入21世紀(jì)得到快速發(fā)展[2-3]。憑借其顆粒細(xì)微均勻、色澤嫩綠鮮活、口感醇和飽滿、香氣清新淡雅的獨(dú)特風(fēng)味以及抗氧化、抗衰老、養(yǎng)顏等健康功效[4-7]被作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑[8]和天然色素添加劑[9]廣泛應(yīng)用到食品、保健品和日用品等諸多行業(yè)。傳統(tǒng)抹茶的感官品質(zhì)具有原質(zhì)、原色、原味等“三原”和清香、清口、略帶青（草）氣等“三清”的特點(diǎn)，要求茶樹品種葉綠素、氨基酸含量高，茶多酚含量低[10-11]。因此生產(chǎn)上通常采用采前遮陰等栽培措施，提高茶樹鮮葉氨基酸、葉綠素和芳香物質(zhì)的含量，降低茶多酚的含量[12-13]。此外，茶樹品種是影響抹茶品質(zhì)的關(guān)鍵因素[14-15]，高品質(zhì)抹茶要求其色澤更為翠綠[16-17]、苦澀味更低，因此對于茶樹品種的選擇更為嚴(yán)苛。

目前我國從國家良種或地方品種中已篩選出一批適宜加工抹茶的茶樹品種，同時部分引進(jìn)日本適宜抹茶加工的茶樹品種[18]。汪素琴等[19]以15 個茶樹品種鮮葉為原料制成碾茶，通過感官審評和理化指標(biāo)分析，并結(jié)合鮮葉單產(chǎn)比較結(jié)果，篩選出中茶108、中茶102、奧綠、龍井43為適合作碾茶原料的品種。毛雅琳等[10]對8 個不同茶樹品種所制碾茶的感官品質(zhì)、理化成分和色差結(jié)果的分析表明，龍井43整體表現(xiàn)最佳，其外觀色澤墨綠，滋味鮮爽，游離氨基酸和葉綠素含量高，酚氨比值低，綜合品質(zhì)優(yōu)于藪北和奧綠。鄔剛等[20]以8 種不同品種（國內(nèi)5 種、國外3 種）抹茶為研究對象，系統(tǒng)比較不同品種抹茶中水浸出物、茶氨酸、茶多酚等生化成分、粒度和體外抗氧化活性的差異，結(jié)果表明我國不同品種抹茶的水浸出物、茶氨酸、茶多酚、可溶性糖等品質(zhì)成分均顯著高于國外抹茶品種（P＜0.05），其中龍井43綜合品質(zhì)得分最高。目前，抹茶適制品種的篩選范圍還比較小，且主要局限于適制綠茶的中小葉品種，抹茶適制品種較為單一。抹茶適制性的評價方法主要根據(jù)感官評定結(jié)合部分理化指標(biāo)分析，基于理化指標(biāo)的綜合評價模型評價抹茶感官品質(zhì)的研究也有報道，如Wu Jizhong等[21]對市售的119 個成品抹茶的理化指標(biāo)進(jìn)行測定，采用最小絕對收縮與選擇算子-主成分分析（principal component analysis，PCA）綜合評價模型，從24 個理化指標(biāo)中篩選出8 個關(guān)鍵指標(biāo)，簡化了抹茶理化指標(biāo)的收集，證明了采用理化指標(biāo)評估抹茶感官品質(zhì)的可行性。但對于茶樹品種加工抹茶適宜性綜合評價的研究較少。為此，本實(shí)驗(yàn)以36 個不同茶類適制性茶樹品種所制抹茶的感官品質(zhì)、理化品質(zhì)等11 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合PCA、聚類分析、多元線性回歸分析等方法，探討抹茶適制品種主要評價標(biāo)準(zhǔn)，并篩選出適制抹茶的茶樹品種，以期為抹茶適制品種的科學(xué)評價和篩選提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

36 個實(shí)驗(yàn)材料的鮮葉于2021年4月上旬采于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)南湖茶園，不同茶類適制性的茶樹品種信息如表1所示。

表1 茶樹品種信息Table 1 Tea cultivars suitable for different purposes tested in this study

藪北品種抹茶（作為對照）杭州茗寶生物科技有限公司；茚三酮、氯化亞錫、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、福林-酚、無水碳酸鈉、丙酮、無水乙醇、濃硫酸、甲醇（均為分析級），葡萄糖、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（均為色譜級）國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；茶氨酸標(biāo)準(zhǔn)品（色譜級）上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

XQM-12文式行星球磨機(jī) 長沙天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司；電蒸鍋 蘇泊爾股份有限公司；722N可見分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司；ME204E電子天平Mettler Toledo儀器（上海）有限公司；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司；L4-5K臺式低速離心機(jī)湖南可成儀器設(shè)備有限公司；DHG-9146A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；CS-820N臺式分光測色儀 上海精密儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 抹茶樣品制備

茶樹遮陰處理：每個茶樹品種選取長1.5 m，寬1 m的茶行，當(dāng)茶樹長出一芽二葉70%左右時，使用黑色高密度聚乙烯遮陽網(wǎng)（遮陰率85%～90%）進(jìn)行遮陰覆蓋，遮陽網(wǎng)高于茶樹蓬面30 cm左右，遮陰時間為21 d，采摘標(biāo)準(zhǔn)為1芽4葉及同等嫩度鮮葉。采摘時間為2021年4月16日—4月26日。

抹茶加工：鮮葉→室內(nèi)自然攤放2 h→蒸汽殺青（選用直徑47 cm蒸鍋，殺青100 s左右）→冷卻散熱→初烘干燥（110 ℃、15 min）→去梗除雜→足干（80 ℃、40 min）→球磨粉碎→抹茶（D60≤18 μm）。

1.3.2 抹茶感官品質(zhì)評價

按照GB/T 34778—2017《抹茶》茶葉感官審評方法[1]，由5 位專業(yè)評茶員對各品種抹茶的干茶色澤、湯色、香氣和滋味4 項(xiàng)因子進(jìn)行感官評價和評分，感官得分＝干茶色澤（25%）＋湯色（15%）＋香氣（25%）＋滋味（35%）。

1.3.3 抹茶理化品質(zhì)測定

1.3.3.1 色度值

采用色差計(jì)法，選取L*a*b*表色系，其中L*值表示明亮度，值越高，明亮度越好；a*值代表紅綠色度，正值表示紅色程度，負(fù)值表示綠色程度，b*值代表黃藍(lán)色度，正值表示黃色程度，負(fù)值表示藍(lán)色程度，a*值和b*值的絕對值越大，代表彩度越高。

1.3.3.2 游離氨基酸總量

采用GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》中茚三酮比色法[22]。

1.3.3.3 可溶性糖含量

蒽酮比色法[23]。

1.3.3.4 茶多酚含量

采用GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》中福林-酚比色法[24]。

1.3.3.5 葉綠素含量

參照趙先明等[25]的丙酮-乙醇混合液浸提法。稱取茶樣0.2 g于50 mL離心管中，加混合液（丙酮-無水乙醇-水（3∶6∶1，V/V））30 mL，放于暗處浸提1 h，使用分光光度計(jì)測定提取液在波長645 nm和663 nm的吸光度（A），以溶劑作空白。葉綠素a（Ca）、葉綠素b（Ca）含量及總量（Ct）計(jì)算公式如下：

式中：V為混合液體積/mL；W為樣品干質(zhì)量/g。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種抹茶的感官品質(zhì)分析

抹茶的感官品質(zhì)要求色澤翠綠鮮活，滋味鮮醇飽滿，香氣清新淡雅。根據(jù)36 個茶樹品種所制抹茶感官審評結(jié)果，按照總分得分劃分為4 個等級：

第1等級得分范圍為90～93 分，主要有中茶108、中茶102、福鼎大白、臺茶12號、茂綠、福鼎大毫6 個品種。這一類品種所制抹茶的干茶翠綠鮮活，湯色綠，滋味鮮醇，干茶色澤、湯色和滋味得分高；香氣具甜香、花香或海苔香，綜合品質(zhì)最好。

第2等級得分范圍為85～90 分，主要有迎霜、五峰310、福云六號、鳧早2號、名選131、梅占、龍井長葉、黃旦、馬邊綠9 個品種以及藪北品種（對照）。這一類品種所制抹茶的干茶色澤綠或深綠，滋味較鮮醇，香氣以海苔香為主，綜合品質(zhì)較好。

第3等級得分范圍為80～85 分，主要有紫牡丹、金牡丹、仙寓早、鳩坑早、金觀音、黔湄106、龍井43、浙農(nóng)117、鐵觀音、鄂茶1號、烏牛早、舒茶早、冷后渾、黃金芽14 個品種。這一類品種所制抹茶的干茶色澤和湯色較綠，香氣以海苔香為主，其中金牡丹有花香，金觀音呈甜香；滋味尚鮮醇，但鐵觀音、鳩坑早滋味濃、較苦澀。

第4等級得分范圍為75～80 分，主要有多抗香、白葉1號、鄂茶10號、恩茶紅、五峰212、福安大白、楚香1號7 個品種。這一類品種所制抹茶的干茶色澤和湯色偏黃；苦澀味明顯，因此得分較低。

2.2 不同品種抹茶的主要理化成分分析

不同品種抹茶的色度值、游離氨基酸、可溶性糖、茶多酚、酚氨比和葉綠素各指標(biāo)含量范圍、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)如表2所示，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為1.61%～4.28%，平均值為2.79%，變異系數(shù)最大，達(dá)22.95%。酚氨比（1.92%～4.93%，平均值為3.11%）和葉綠素總量（0.33%～0.95%，平均值為0.70%）次之，分別為22.46%和19.05%。色度值L*（62.08～69.78，平均值為65.13）和b*（24.81～27.91，平均值為26.55）的變異系數(shù)最小，分別為2.40%和2.70%，其他指標(biāo)的變異系數(shù)范圍為12.35%～12.66%，說明大部分生化指標(biāo)的變異幅度較大。

表2 36 個品種所制抹茶的主要品質(zhì)指標(biāo)含量分析Table 2 Major quality attributes of matcha made from 36 tea cultivars

相關(guān)性分析（表3）表明，色度值L*、a*、b*之間高度相關(guān)，與葉綠素總量、干茶色澤和湯色高度相關(guān)，同時|a*|與茶多酚、可溶性糖呈顯著負(fù)相關(guān)，b*與茶多酚呈顯著負(fù)相關(guān)；茶多酚與游離氨基酸和滋味呈顯著負(fù)相關(guān)；干茶色澤與可溶性糖和茶多酚呈顯著負(fù)相關(guān)；干茶色澤、湯色和葉綠素總量之間呈極顯著正相關(guān)。其他相關(guān)性較弱。

表3 各品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系Table 3 Correlation analysis among different quality characteristics

2.3 不同品種抹茶的聚類分析

采用系統(tǒng)聚類法，以抹茶的感官品質(zhì)、主要生化品質(zhì)為指標(biāo)，對36 個茶樹品種所制抹茶進(jìn)行聚類分析（圖1），根據(jù)不同品種抹茶的品質(zhì)特征可分為三大類。第I類群有17 個品種，分別為紫牡丹、中茶108、中茶102、迎霜、五峰310、烏牛早、臺茶12、名選131、梅占、茂綠、馬邊綠、龍井43、黃旦、福云六號、福鼎大毫、福鼎大白、鄂茶1號。如表4所示，該類群色度值a*值相對最低（平均值-9.31），葉綠素含量相對最高（平均值0.79%）；游離氨基酸含量高（平均值4.91%），茶多酚含量低（平均值12.93%），酚氨比值?。ㄆ骄?.65%），干茶色澤（平均值20.71 分）和湯色（平均值13.11 分）得分最高，綜合品質(zhì)好。

圖1 聚類分析圖Fig.1 Cluster analysis plot

表4 不同類群間品質(zhì)成分的均值比較Table 4 Comparison of mean values of quality indicators among different groups

第II類群有17 個品種，分別為浙農(nóng)117、仙寓早、五峰212、鐵觀音、舒茶早、黔湄106、龍井長葉、冷后渾、鳩坑早、金牡丹、金觀音、福安大白、鳧早2號、恩茶紅、鄂茶10號、楚香1號、多抗香，該類群游離氨基酸含量相對較低（平均值4.32%），茶多酚含量相對較高（平均值15.53%），酚氨比值最高（平均值3.64%），滋味品質(zhì)得分最低（平均值18.82 分）。

第III類群有2 個品種，分別為黃金芽和白葉1號，該類群色度值L值最高（平均值69.77），色度值a*值（平均值-7.07）、葉綠素含量（平均值0.34%）、干茶色澤（平均值16.50 分）、湯色（平均值10.75 分）和香氣（平均值20.75 分）得分低。

2.4 不同品種抹茶的PCA

為進(jìn)一步確定抹茶適制性的代表性品質(zhì)指標(biāo)，采用PCA法對11 項(xiàng)抹茶品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析。PCA結(jié)果如表5、6所示，以累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%作為標(biāo)準(zhǔn)，提取5 個PC，所表達(dá)的綜合信息能夠反映全部性狀的大部分信息[26-27]。前5 個PC的貢獻(xiàn)率分別為42.514%、17.969%、12.886%、7.735%和7.047%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)88.152%。

表5 PC特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Eigenvalues,contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

表6 5 個PC對應(yīng)的11 個特征向量Table 6 Scores of first five principal components for 11 quality indicators

根據(jù)11 個指標(biāo)的特征向量矩陣得到5 個PC的評價函數(shù)，如下：

由函數(shù)式可以看出，PC1主要代表色度值a*、b*、葉綠素、干茶色澤和湯色，反映色澤品質(zhì)；PC2主要代表游離氨基酸、茶多酚、香氣、滋味品質(zhì)；PC3主要代表L*和可溶性糖品質(zhì)特征；PC4主要代表游離氨基酸和滋味品質(zhì)；PC5主要代表游離氨基酸和香氣品質(zhì)。PC2～5累計(jì)貢獻(xiàn)率約為46%，主要反映滋味品質(zhì)，PC1貢獻(xiàn)率為42.5%，主要反映色澤品質(zhì)。

分別以5 個PC的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建PC綜合評價函數(shù)：

將各品種的5 個PC值代入綜合評價函數(shù)，可以得到各品種的綜合評價值及排序結(jié)果，如表7所示。綜合評分較高的品種有中茶102、臺茶12、中茶108、福鼎大毫、梅占、福鼎大白、福云六號等。

表7 36 個品種所制抹茶的綜合評價值及排序Table 7 Comprehensive evaluation scores and ranking of matcha made from 36 tea cultivars

2.5 抹茶品質(zhì)評價指標(biāo)篩選

為進(jìn)一步確定各品質(zhì)指標(biāo)的貢獻(xiàn)權(quán)重，采用多元線性回歸分析建立抹茶感官評分與理化指標(biāo)間的關(guān)系模型，篩選出對樣品感官品質(zhì)具有顯著貢獻(xiàn)的影響指標(biāo)。多元回歸方程變量見表8。采用逐步篩選法，將回歸系數(shù)顯著性F≤0.05的自變量納入回歸方程，F(xiàn)≥0.1的自變量剔除，得到回歸方程y＝3.167|a*|＋46.850（y為感官品質(zhì)總分），可以看出，顯著影響抹茶感官評分的主要因素是色度值|a*|，其余成分全部從回歸方程中剔除，對回歸方程進(jìn)行擬合優(yōu)度及顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示調(diào)整后的R2＝0.710，P＜0.001，表明該模型有效。用該模型對36 個品種進(jìn)行評價，得到排名前10的品種為中茶102、臺茶12、福鼎大白、中茶108、黃旦、福云六號、福鼎大毫、鄂茶1號、迎霜、五峰310，與PC綜合評價模型得到的結(jié)果基本一致，說明該模型能夠?qū)崿F(xiàn)對樣品類別的有效預(yù)測。

表8 多元回歸方程變量Table 8 Significance testing of seven variables evaluated by multiple regression

3 討論

對36 個不同茶樹品種所制抹茶的8 項(xiàng)理化品質(zhì)進(jìn)行分析，其變異系數(shù)范圍為2.40%～22.95%，說明品種對抹茶品質(zhì)成分影響較大。采用PCA，得到綜合評價得分排在前10的品種，為中茶102、臺茶12、中茶108、福鼎大毫、梅占、福鼎大白、福云六號、紫牡丹、茂綠、迎霜。該類品種所制抹茶游離氨基酸含量和葉綠素含量高，茶多酚含量低，酚氨比值小，具有色澤綠潤，滋味鮮醇的特點(diǎn)，與藪北品種相比，香氣更細(xì)膩，鮮醇度更高，|a*|值普遍高于藪北，綜合品質(zhì)好（藪北綜合得分0.936 2，排名第7），是適宜加工高品質(zhì)抹茶的品種。

抹茶品質(zhì)評價指標(biāo)的合理選擇對茶樹品種采制抹茶的品質(zhì)優(yōu)劣起到重要作用。現(xiàn)行的GB/T 34778—2017通過分析抹茶的感官品質(zhì)和茶氨酸含量，對抹茶進(jìn)行分級。感官評審雖然簡單易行，但易受主觀因素影響[28-29]，茶氨酸含量的測定也比較復(fù)雜。本研究通過PCA，提取5 個PC（累計(jì)貢獻(xiàn)率88.152%），其中PC1貢獻(xiàn)率最高，為42.5%，主要反映樣品的色澤品質(zhì)。進(jìn)一步采用多元線性回歸分析建立各品質(zhì)指標(biāo)與感官評分之間的關(guān)系模型，得到回歸方程y＝3.167|a*|＋46.850，R2＝0.710，表明色度值a*（P＜0.01）顯著影響樣品的感官評價。通過相關(guān)性分析，干茶色度值|a*|值與b*值、葉綠素總量、干茶色澤和湯色等色澤品質(zhì)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與茶多酚呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），且測定方法簡便，因此，干茶a*值可選擇作為抹茶品質(zhì)評價的重要方法，也可作為品種加工適宜性的評價指標(biāo)。

茶樹品種是影響茶葉品質(zhì)的重要因素。目前我國篩選的抹茶適制品種主要以中小葉種為主，如中茶108、中茶102、龍井43、鳩坑等[11]，以適制綠茶品種居多，適制品種較為單一。本實(shí)驗(yàn)采用36 個適制不同茶類的品種制成抹茶，研究結(jié)果表明可以用非綠茶品種制作優(yōu)質(zhì)抹茶。如適制烏龍茶品種梅占、黃旦、臺茶12等，紅綠兼制品種福鼎大白、福鼎大毫、福云六號等。同時發(fā)現(xiàn)所制抹茶香型多樣，其中呈海苔香型的品種有29 個，綜合品質(zhì)較優(yōu)的品種有中茶108、福鼎大白、茂綠、迎霜等，具有色澤綠潤、滋味鮮醇（感官總分在89 分以上），游離氨基酸和葉綠素總量高，酚氨比值低的特點(diǎn)。龍井43在已有的研究報道中，是適合加工抹茶的優(yōu)質(zhì)品種。本實(shí)驗(yàn)中，龍井43所制抹茶也具有游離氨基酸和葉綠素總量高，酚氨比值低的特點(diǎn)，但其香氣較低、滋味尚鮮，感官品質(zhì)得分較低，可能與地域生長環(huán)境有關(guān)。呈甜香型的品種有5 個，包括中茶102、金觀音、五峰212、恩茶紅和鄂茶10號，其中，中茶102整體品質(zhì)最優(yōu)，表現(xiàn)為色澤鮮綠，滋味鮮濃；葉綠素含量為9.5 mg/g，為所有品種最高，a*值為-10.17，為所有品種最低。呈花香型的品種有3 個，包括臺茶12、福鼎大毫和金牡丹。其中臺茶12和福鼎大毫所制抹茶品質(zhì)較優(yōu)，綜合排名在第2和第4。在甜香和花香抹茶品種中，金觀音、金牡丹和臺茶12是烏龍茶適制品種，近年來，也廣泛用于加工工夫紅茶[30]，所制成品紅茶既具有烏龍茶濃郁的花果香，又具備紅茶甜醇的滋味特征[31]，備受消費(fèi)者青睞。因此，可以考慮作為芳香型抹茶的加工品種。鄂茶10號和恩茶紅為湖北地方品種，適制綠茶[32]或紅茶，這些品種所制抹茶具有特殊的甜香，但滋味較濃澀，多酚含量高，可考慮作為食品抗氧化添加劑應(yīng)用，以提高食品功能特性。