模糊數(shù)學綜合評價法結(jié)合正交試驗優(yōu)化烏龍茶飲浸提工藝

劉健勇 唐楊 董雪陽 林小秋 龔雪梅

摘要 ［目的］優(yōu)化烏龍茶浸提工藝。［方法］以感官評價和理化指標為評價指標，通過模糊數(shù)學綜合評價法構(gòu)建綜合評價體系，以模糊綜合評價得分為評價指標，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過正交試驗法優(yōu)化烏龍茶浸提工藝。［結(jié)果］各因素對烏龍茶浸提工藝的影響表現(xiàn)為時間＞料液比＞溫度＞β-環(huán)狀糊精添加量，烏龍茶浸提最優(yōu)工藝為浸提溫度75 ℃，β-環(huán)狀糊精添加量0.1%，浸提時間30 min，料水比1∶100。［結(jié)論］經(jīng)驗證試驗表明，在該條件下模糊綜合評價得分最高，該法科學、穩(wěn)定、可行，能為烏龍茶浸提工藝的研究實踐提供一定的理論支持和指導。

關(guān)鍵詞 烏龍茶；模糊數(shù)學；正交試驗；綜合評價法；茶多酚；感官評價

中圖分類號 TS275.2? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）03-0158-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.03.039

Fuzzy Mathematical Comprehensive Evaluation Method Combined with Orthogonal Experiments to Optimize the Oolong Tea Extraction Process

Abstract ［Objective］To optimize the oolong tea extraction process.［Method］By using sensory evaluation and physicochemical indexes as evaluation indexes， building a comprehensive evaluation system using a fuzzy mathematical comprehensive evaluation method， and using the fuzzy comprehensive evaluation score as evaluation indexes by orthogonal experiments based on the results of a single-factor experiment. ［Result］The findings demonstrated that each factor had an impact on the oolong tea extraction process in the following order： time>material-liquid ratio>temperature>addition of-cyclodextrin. The ideal oolong tea extraction process was determined to be： extraction temperature 75 ℃，addition of-cyclodextrin 0.1%，extraction time 30 min，and material-water ratio 1∶100. ［Conclusion］Verified experiments have shown that under this condition， the fuzzy comprehensive evaluation score is the highest， and this method is scientifically stable and feasible. It may offer some theoretical backing and direction for the study and use of the oolong tea extraction process.

Key words Oolong tea;Fuzzy mathematics;Orthogonal experiment;Comprehensive evaluation method;Tea polyphenols;Sensory evaluation

烏龍茶因其較高的營養(yǎng)保健價值［1］，甘甜可口的茶感，豐富多樣且獨具特色的香氣特征［2］，成為世界三大飲料之一。烏龍茶富含多種氨基酸［3］、茶多酚、茶多糖、咖啡因、無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，使得烏龍茶湯甘甜醇厚，變幻莫千，回味無窮［4］。此外，烏龍茶還含有多種揮發(fā)性芳香烴類物質(zhì)［5］，使得其香韻味十足，獨具一格，素有“巖骨花香”等美稱。豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，令人心情愉悅的茶香，使烏龍茶還具有多種保健功效［6］。據(jù)多項研究報道，烏龍茶具有抗氧化，抗腫瘤，抗過敏抗炎，降“三高”，調(diào)節(jié)腸道菌群及緩解阿爾茲海默癥等功效［7-8］。

當今世界快節(jié)奏的生活方式與烏龍茶傳統(tǒng)沖泡法的慢節(jié)奏生活形成了新的矛盾，人們對便捷、高效、高品質(zhì)生活的追求，促使即飲茶的技術(shù)與市場得到不斷發(fā)展［9］。即飲茶技術(shù)中的浸提工藝又是該技術(shù)的核心所在，浸提工藝中任一參數(shù)指標的改變都將造成烏龍茶的風味、口感及理化指標的變化［10］，因此烏龍茶浸提工藝的優(yōu)化成為科技工作者研究的主要方向。目前對茶飲料浸提工藝優(yōu)化的評價指標大多以感官評價為主［11］，而感官評價的主觀性較強，難以量化評價。感官評價主要針對香氣、滋味及色澤等感官指標，較少涉及茶多酚含量等理化指標，而未來茶飲料必定往功能化方向發(fā)展，工藝優(yōu)化的評價指標不能單以感官評價為標準，而應(yīng)加入茶多酚等營養(yǎng)物質(zhì)的含量作為標準之一進行優(yōu)化，即構(gòu)建一套綜合性的優(yōu)化評價體系。

為解決這一問題，筆者引入模糊數(shù)學綜合評價法結(jié)合正交試驗對烏龍茶浸提工藝進行優(yōu)化，且在感官評價的基礎(chǔ)上結(jié)合澄清度、茶多酚浸提率等理化指標，對烏龍茶浸提物進行綜合評價，使得評價體系更具綜合性，優(yōu)化結(jié)果更具科學性，以期為即飲茶浸提工藝研究提供相關(guān)理論支持，并為進一步推動即飲茶技術(shù)發(fā)展及其品質(zhì)評價體系的構(gòu)建提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

茶葉原料：市售大紅袍（產(chǎn)地武夷山）。

試劑：硫酸亞鐵（分析純，西隴科學股份有限公司），酒石酸鉀鈉（分析純，天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司），磷酸氫二鈉（分析純，西隴科學股份有限公司），磷酸二氫鉀（分析純，西隴科學股份有限公司）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

754PC型紫外可見分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）；BS210S 電子分析天平（德國賽多利斯公司）；Finnpipette F3 100～1 000 μL可變量程移液器（美國賽默飛公司）；1～5 mL可變量程移液器（北京大龍儀器公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 理化指標測定及感官評價。

1.3.1.1 茶多酚的測定和茶多酚浸提率的計算。

茶多酚含量的測定［12］：準確移取1 mL樣液到25 mL容量瓶中，加水4 mL和酒石酸亞鐵溶液5 mL，充分混合，再用pH 7.5的緩沖液定容至刻度，測定其吸光值（A1）。同時移取等量的樣液于25 mL容量瓶中，加水4 mL，用pH 7.5磷酸緩沖溶液定容至刻度，測定其吸光度（A2）。以上均用10 mm比色皿，在波長540 nm處，以試劑空白（于25 mL容量瓶中，加4 mL蒸餾水、5 mL酒石酸亞鐵溶液，用pH 7.5磷酸緩沖液定容至刻度）作參比。

樣液中茶多酚的含量按下式計算：

式中：X為樣液中茶多酚的含量，mg/L；A1為樣液顯色后的吸光值；A2為樣液底色的吸光值；K為稀釋倍數(shù)；V為測定時吸取試液的體積，mL。

茶多酚浸提率按下式計算：

式中：m為樣液中茶多酚的含量，g/L；M為樣液中茶葉的用量，g/L。

1.3.1.2 澄清度測定。

用10 mm比色皿，在波長640 nm處，以蒸餾水為空白溶液作參比，測定樣液的透光率。

1.3.1.3 感官評價。

選擇20名（10名男性、10名女性）經(jīng)過感官評價培訓的專業(yè)人員，根據(jù)感官評分標準［13］（表1）對各樣液進行感官評價。每個樣液評價完均需漱口后才能對下一個樣液進行評價，各評審人員均需獨立完成評價，禁止討論。

1.4 烏龍茶浸提工藝優(yōu)化設(shè)計

結(jié)合感官評價和理化指標建立模糊數(shù)學綜合評定法（具體評價標準見表1），以綜合分為考察指標，根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定各因素的水平值，設(shè)定4因素3水平L9（34）正交試驗（正交試驗因素水平設(shè)計見表2、3），綜合分析溫度、時間、料液比、β-環(huán)狀糊精添加量對烏龍茶浸提工藝的影響，最終確定烏龍茶浸提工藝的最佳參數(shù)。

1.5 模糊數(shù)學綜合評價法

1.5.1 評價因素集U、評語集V、評語計分集S及權(quán)重集X的構(gòu)建。

評價因素集合的構(gòu)建：設(shè)樣液因素集為U=（U1，U2，U3，U4，U5），其中U1為茶湯，U2為香氣，U3為滋味，U4為澄清度，U5為茶多酚浸提率。

評語集合的構(gòu)建：設(shè)樣液評語集為V=（V1，V2，V3，V4），其中，V1為差，V2為中，V3為良，V4為優(yōu)，每個評語都與對應(yīng)的得分進行量化，相應(yīng)評語計分集為S=（30，50，70，90）。

評價權(quán)重集合的構(gòu)建［14］：設(shè)樣液權(quán)重集為X=（X1，X2，X3，X4，X5），其中，Xi表示因素Ui的權(quán)重。根據(jù)歸一化原則，權(quán)重集中各因素的權(quán)重總和為1。該研究采用用戶調(diào)查法，邀請15名評審員對反映樣液綜合質(zhì)量的5個因素在綜合評價中的權(quán)重進行評分，總分為100分。在綜合評價中，越重要的因素評分越高，所占權(quán)重越大，收集各因素評分后采用取平均值法得出各因素的得分，根據(jù)歸一化原則進行換算，所得各因素權(quán)重之和為1。

1.5.2 模糊矩陣的確定與模糊數(shù)學綜合評價體系的構(gòu)建。

感官評價各因素各評語隸屬度的確定：收集20位評審員對各項因素的評語次數(shù)進行統(tǒng)計，各項因素對應(yīng)評語次數(shù)除以20即得各因素各評語的隸屬度。

理化指標各因素各評語隸屬度的確定［15］：理化指標為定量指標，采用梯形函數(shù)確定因素Ui對評語Vi的隸屬度。首先確定各評語的理化指標值Z=（Z1，Z2，Z3，Z4），定量指標值Zi與評語Vi對應(yīng)，Zi與Zi+1、Zi-1為等距關(guān)系，各因素各評語具體隸屬函數(shù)W如下：

當實測值Z位于左側(cè)屬于1級隸屬度：

當實測值Z位于中間屬于i級隸屬度：

當實測值Z位于右側(cè)屬于n級隸屬度：

模糊矩陣R的確定：基于感官評價和理化指標各因素各評語的隸屬度，獲得正交試驗相應(yīng)試驗組別隸屬度矩陣，構(gòu)成各試驗組別模糊綜合評價矩陣R=（R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9），其中Ri為正交試驗組別i的模糊綜合評價矩陣。

模糊數(shù)學綜合評價體系的構(gòu)建［16］：采用加權(quán)平均型構(gòu)建模糊綜合評價體系，設(shè)樣液優(yōu)化的模糊綜合評價結(jié)果向量為Y=X·R，正交試驗組別i的模糊綜合評價結(jié)果向量為Yi=X·Ri，綜合評價得分為Pi=Yi×S。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

每個試驗重復(fù)3次，采用Excel 2013、SPPS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析并繪制表格。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗感官評價及理化指標結(jié)果

由20名經(jīng)過感官評價培訓的評審員，對L9（34）正交試驗中各組樣液按照表1的感官標準進行評價，評價結(jié)果見表4。按照“1.3.1.1”“1.3.1.2”中的方法測定試驗組樣液的茶多酚浸提率和澄清度，具體結(jié)果見表4。

2.2 評價權(quán)重集的確定

采用用戶調(diào)查法，選取15名評審員對5個因素指標進行權(quán)重評分（總分100），結(jié)果見表5。根據(jù)各因素權(quán)重的平均得分及歸一化原則得出，該權(quán)重集X=（0.117，0.273，0.390，0.107，0.113）。

2.3 模糊矩陣的確定及模糊綜合評價體系的建立

根據(jù)感官評價及理化指標結(jié)果（表4），按照“1.5.2”中的方法確定感官評價及理化指標各因素各評語的隸屬度，具體結(jié)果見表6。

根據(jù)表6得到正交試驗9個組別的模糊矩陣Ri，其中i表示第i個正交試驗組。各正交試驗組別樣液模糊矩陣如下：

采用加權(quán)評價構(gòu)建模糊綜合評價體系，正交試驗組別i的模糊綜合評價結(jié)果向量Yi=X·Ri，得到每個樣液各評語的綜合隸屬度，以組別1為例，具體運算方式如下：

同理可得，Y2～Y9。評語模糊綜合隸屬度：

Y1=（0.157 85，0.109 20，0.539 19，0.193 76），

Y2=（0.019 50，0.176 25，0.492 50，0.311 75），

Y3=（0.019 50，0.124 80，0.530 88，0.324 82），

Y4=（0.044 85，0.230 10，0.445 23，0.279 82），

Y5=（0.005 85，0.336 35，0.378 05，0.279 75），

Y6=（0.037 05，0.427 50，0.379 45，0.156 00），

Y7=（0.031 20，0.224 65，0.514 15，0.230 00），

Y8=（0.043 43，0.206 07，0.558 50，0.192 00），

Y9=（0.137 23，0.273 97，0.350 44，0.238 36）。

正交試驗各組模糊綜合評價得分為Pi=Yi×S，以組別1為例，具體運算方式如下：

P1=Y1×S=（0.157 85，0.109 20，0.539 19，0.193 76）×（30，50，70，90）=65.38

同理可得P2～P9，結(jié)果見表7。

2.4 正交試驗結(jié)果

根據(jù)單因素試驗結(jié)合模糊綜合評價法所得結(jié)果，對溫度、時間、料液比、β-環(huán)狀糊精添加量4個因素進行正交試驗，以確定烏龍茶浸提工藝的最佳參數(shù)。正交試驗的結(jié)果分析見表7。由表7可知，烏龍茶浸提工藝條件最佳組合為A1B2C3D3，即浸提溫度為75 ℃，β-環(huán)狀糊精添加量為0.1%，浸提時間為30 min，料水比為1∶100。極差分析結(jié)果表明，各因素對烏龍茶浸提工藝綜合評價得分的影響大小依次為C（時間）＞D（料液比）＞A（溫度）＞B（β-環(huán)狀糊精添加量）。

2.5 驗證試驗結(jié)果

根據(jù)模糊數(shù)學綜合評價法結(jié)合正交試驗分析，對烏龍茶浸提工藝最佳組合A1B2C3D3進行驗證，該最優(yōu)組模糊綜合評價得分為73.63，高于正交試驗中的最高得分73.22，說明驗證試驗與正交試驗結(jié)果吻合。這表明采用模糊數(shù)學綜合評價法結(jié)合正交試驗優(yōu)化烏龍茶浸提工藝的試驗條件和結(jié)果均可靠，具有一定的參考借鑒意義，可運用該理論方法指導烏龍茶生產(chǎn)技術(shù)的實踐活動。

3 討論

傳統(tǒng)的烏龍茶飲料品質(zhì)評價皆以感官評價為主，而感官評價受制于審評人的生理條件、喜好、閱歷等因素較為明顯，存在較大的主觀性，難以做到真正的客觀評價。為克服這一問題，目前較多學者采用現(xiàn)代分析技術(shù)對茶飲的品質(zhì)進行客觀分析，如電子鼻［17］、電子舌［18］、氣相色譜［19］、紅外光譜［20］等，但這些儀器設(shè)備及試劑采購成本較高，應(yīng)用并不廣泛。模糊數(shù)學能夠?qū)⒏泄僭u價中的模糊性通過數(shù)學模型的方式定量化，減少因?qū)徳u人的差異性而帶來的主觀影響，從而使得評價結(jié)果更具客觀性［21］。采用模糊數(shù)學結(jié)合感官評價法對產(chǎn)品品質(zhì)進行評價具有較強的簡便性和客觀性，故較多學者將該法應(yīng)用在產(chǎn)品開發(fā)上，如徐菲等［22］用于香辣醬牛肉鹵制工藝的優(yōu)化，周嬋等［23］用于南瓜子酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化，劉玉等［24］用于發(fā)酵河鲀魚腸工藝優(yōu)化。

茶飲料浸提工藝優(yōu)化常采用響應(yīng)面法或正交試驗法，如左小博等［11］采用響應(yīng)面法優(yōu)化六堡黑茶浸提工藝及采用正交試驗法開發(fā)六堡黑茶固體飲料，賴建東等［25］采用響應(yīng)面法優(yōu)化青磚茶水浸提工藝，楊麗娜等［26］基于感官評價采用正交法優(yōu)化刺五加茶工藝。工藝優(yōu)化試驗中采用正交法或響應(yīng)面法，其優(yōu)化評價指標一般較為單一，均為以某種物質(zhì)含量或感官評價得分為評價依據(jù)，難以將二者進行較好結(jié)合。近年來，茶飲料市場的發(fā)展趨向于功能化，這就對茶飲料提出了新的要求，不僅要香氣、滋味好，還要營養(yǎng)物質(zhì)含量高，故單一的評價指標已難以滿足茶飲料浸提工藝優(yōu)化評價的需求，急需一套綜合性的優(yōu)化評價體系。該綜合評價體系需包括具有模糊性的感官評價及具有確定性的營養(yǎng)物質(zhì)浸出率等理化指標評價，二者評價體系具有明顯的差異性。該研究通過模糊數(shù)學將模糊性的感官評價進行量化使其具有確定性，將確定性的理化指標評價進行模糊化使其具有模糊性，以此構(gòu)建模糊數(shù)學綜合評價模型。該模型能夠很好地解決感官評價與理化評價相結(jié)合的問題，構(gòu)建了一套綜合性的優(yōu)化評價體系，為未來茶飲料生產(chǎn)工藝的優(yōu)化評價提供新思路，具有一定的理論價值和參考借鑒意義，并且有助于推動功能茶飲料的發(fā)展及茶飲料品質(zhì)評價體系構(gòu)建。

4 結(jié)論

烏龍茶浸提工藝優(yōu)化研究大多以茶多酚等營養(yǎng)物質(zhì)的提取率或感官評價為指標采用正交試驗或響應(yīng)面法進行優(yōu)化。該研究將感官評價和理化指標相結(jié)合，通過確定各因素的權(quán)重并結(jié)合模糊數(shù)學綜合評價法，以模糊綜合評價得分為最終指標，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合正交試驗設(shè)計，得到烏龍茶浸提工藝的最優(yōu)條件。

烏龍茶浸提工藝最優(yōu)條件為浸提溫度75 ℃，β-環(huán)狀糊精添加量0.1%，浸提時間30 min，料水比1∶100，在該最優(yōu)條件下浸提的烏龍茶樣液模糊綜合評價得分最高。其中各因素對烏龍茶浸提工藝的影響表現(xiàn)為時間＞料液比＞溫度＞β-環(huán)狀糊精添加量。

參考文獻

［1］ 林紅，曾玲珍，林育釗，等.鐵觀音烏龍茶的營養(yǎng)成分和保健功效［J］.保鮮與加工，2020，20（6）：238-242.

［2］ ZENG L T，ZHOU X C，SU X G，et al.Chinese oolong tea：An aromatic beverage produced under multiple stresses［J］.Trends in food science & technology，2020，106：242-253.

［3］ 劉建福，高俊杰，田奧磊，等.武夷巖茶氨基酸組分及含量分析［J］.熱帶作物學報，2017，38（2）：283-287.

［4］ 張欣，劉帥，趙潔，等.烏龍茶品質(zhì)的研究進展［J］.中國食物與營養(yǎng)，2020，26（9）：21-25.

［5］ 曾愉，陳維，馬成英，等.干熱后處理前后花香型烏龍茶的品質(zhì)比較［J］.現(xiàn)代食品科技，2023，39（3）：288-297.

［6］ 藍雪銘，劉志彬，倪莉.烏龍茶保健功效的研究進展［J］.中國食品學報，2014，14（2）：201-207.

［7］ WANG S Z，ZENG T，ZHAO S，et al.Multifunctional health-promoting effects of oolong tea and its products［J］.Food science and human wellness，2022，11（3）：512-523.

［8］ TU Y Y，KANG H，KIM E，et al.Metabolomics study suggests the mechanism of different types of tieguanyin（oolong）tea in alleviating Alzheimer’s disease in APP/PS1 transgenic mice［J］.Metabolites，2022，12（5）：1-17.

［9］ 劉仲華.中國茶葉深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程與趨勢［J］.茶葉科學，2019，39（2）：115-122.

［10］ 矯玉翠.不同萃取條件對茶飲料中主要滋味物質(zhì)的影響［J］.飲料工業(yè)，2021，24（3）：19-23.

［11］ 左小博，蘇小琴，孔俊豪，等.六堡黑茶浸提工藝優(yōu)化及固體飲料開發(fā)［J］.食品工業(yè)科技，2018，39（11）：177-182.

［12］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.茶飲料：GB/T 21733—2008［S］.北京：中國標準出版社，2008：5-6.

［13］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.茶葉感官審評方法：GB/T 23776—2018［S］.北京：中國標準出版社，2018：4-8.

［14］ 肖志剛，周廉舜，王麗爽，等.基于模糊數(shù)學綜合評價法的改性紫薯餅干的制備工藝優(yōu)化［J］.食品工業(yè)科技，2023，44（7）：170-177.

［15］ 閻少宏，王宏.模糊數(shù)學基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2018：44-47.

［16］ 沙芮，丁潔，陳靜，等.模糊數(shù)學感官評價法優(yōu)化桑葉速溶固體茶配方［J］.食品工業(yè)科技，2022，43（11）：200-207.

［17］ SHARMILAN T，PREMARATHNE I，WANNIARACHCHI I，et al.Application of electronic nose to predict the optimum fermentation time for low-country Sri Lankan tea［J］.Journal of food quality，2022，2022：1-12.

［18］ ZHU Y C，WANG J E，WU Y S，et al.A fluorescent sensor array-based electronic tongue for Chinese tea discrimination［J］.Journal of materials chemistry C，2021，9（17）：5676-5681.

［19］ GUO X Y，SCHWAB W，HO C T，et al.Characterization of the aroma profiles of oolong tea made from three tea cultivars by both GC-MS and GC-IMS［J］.Food chemistry，2022，376：1-13.

［20］ WANG Y J，LI M H，LI L Q，et al.Green analytical assay for the quality assessment of tea by using pocket-sized NIR spectrometer［J］.Food chemistry，2021，345：1-7.

［21］ KUMAR R，GHOSH P，RAO P S，et al.Sensory evaluation of microwave assisted ultrasound treated soymilk beverage using fuzzy logic［J］.Journal of the saudi society of agricultural sciences，2021，20（4）：257-264.

［22］ 徐菲，付燕，鮑宇茹.基于模糊數(shù)學分析優(yōu)化香辣醬牛肉鹵制工藝［J］.中國調(diào)味品，2023，48（2）：142-145.

［23］ 周嬋，吳宏，劉婭，等.響應(yīng)面法結(jié)合模糊數(shù)學優(yōu)化南瓜籽酸奶發(fā)酵工藝［J］.食品與生物技術(shù)學報，2021，40（11）：84-89.

［24］ 劉玉，陳曉婷，吳靖娜，等.基于模糊數(shù)學感官評價的發(fā)酵河鲀魚腸工藝優(yōu)化［J］.水產(chǎn)學報，2023，47（9）：184-192.

［25］ 賴建東，杜文泓婕，唐昕，等.響應(yīng)面法優(yōu)化青磚茶水浸提工藝及茶粉加工研究［J］.食品科技，2022，47（11）：72-78.

［26］ 楊立娜，吳凱為，林杉，等.基于感官評價的刺五加茶正交優(yōu)化工藝研究［J］.渤海大學學報（自然科學版），2019，40（1）：11-18.