茶飲料湯色穩定性中主成分分析與聚類分析的應用探析

吳小蘭（福建電力職業技術學院，福建泉州362000）

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茶飲料湯色穩定性中主成分分析與聚類分析的應用探析

吳小蘭
（福建電力職業技術學院，福建泉州362000）

摘要：本文選取多種不同工藝加工的茶葉樣品，應用主成分分析和聚類分析的方法，對其湯色的穩定性進行了分析，并根據分析結果，從17個影響茶飲料品質穩定性的指標中，選取4個主要指標，構建相應的數學評價模型，基于綜合評價得分，對上述茶葉加工進行聚類。最終研究結果表明，可以將38種不同加工工藝獲得的茶葉分為3類，第一類綜合評價得分在10以下，茶飲料湯色穩定性好；第二類綜合評價得分在10-20之間，茶飲料湯色穩定性一般；第三類綜合評價得分在20以上，茶飲料湯色穩定性差。經對比分析，茶葉的干燥處理是影響茶飲料湯色穩定性的主要因素之一。

關鍵詞：茶飲料；湯色；穩定性；主成分分析；聚類分析；應用

茶文化在我國有著悠久的發展歷史，茶飲料也是世界三大無酒精傳統飲料之一，飲用簡單，而且具有營養與保健雙重功能。在茶葉的主要成分中，含有相當豐富的活性物質，這些活性物質很容易與氧氣等發生化學反應，導致茶飲料在制作和儲藏過程中，容易出現變色和沉淀現象，影響茶飲料的營養價值和商業價值。因此，如何有效防止茶飲料變色，確保湯色穩定，是相關技術人員關注和研究的重點。現階段，我國對茶飲料加工技術以及茶葉產品品質的評價，一般是從品質穩定性與產品自身的感官風味兩個方面進行，澄清度和色變程度則是判別茶飲料品質穩定性的關鍵指標，能夠非常直觀地體現茶葉產品的抗高溫褐變能力和低溫渾濁能力。因此，對其進行合理評價和分析是非常必要的。

1　材料與方法

1.1材料與設備

茶葉的品種選擇福鼎大白茶，嫩度為一芽二葉或者一芽三葉。考慮到茶葉加工的流程，主要加工設備包括電加熱6CS-40型殺青機、6CSF500型熱風殺青機、自制小型蒸汽殺青機、6CR-35型揉捻機、烘干機以及6CCQ-50型雙鍋曲毫炒干機等。

1.2加工與處理

將采摘的鮮葉自然攤放晾曬，待其含水率70%后，按照綠茶標準步驟，加工成茶葉[1]。

1.3茶飲料處理

（1）制備：取制作好的茶葉樣品10g，充分磨碎后，與450mL、70益左右的白開水共同放入到500mL錐形瓶中，然后將錐形瓶整個放入70益的水中（避免水進入瓶內），浸提15min，以5min為間隔搖晃均勻。浸提完成后，使用脫脂棉對溶液進行初步過濾，然后倒入500mL容量瓶內，待其冷卻到室溫，重新定容至500mL。以雙層濾紙對稀釋后的茶湯進行抽濾，于常溫常壓條件下，加熱到100益，進行滅菌處理1min，灌入45mL離心管內，密封放置。

（2）貯藏：將密封后的茶湯樣品放入4益以及37益的環境中，分別于41h、7d后取出，待其恢復常溫后，對樣品的濁度和色差進行測定。對滅菌處理后的茶湯樣品的L*、a*、b*值以及濁度值進行分別測定，減去高溫滅菌前的響應值，以吟Lx*、吟ax*、吟bx*、吟濁度x的形式進行記錄，x表示樣品編號。

1.4茶飲料評價

以酒石酸鐵比色法，對茶多酚的含量進行測定；以MINOLTA CTY-310色差計，結合L*a*b*色差系統，對茶飲料的色澤進行測定；以WZT-3A型光電濁度儀，對茶飲料的澄清度進行測定；以SPSS及Excel對測定得到的數據進行統計分析[2]。

2　結果與分析

2.1茶飲料湯色穩定性指標

結合測定數據，針對17個品質指標的變異情況，對不同的加工工藝進行分析，發現吟a*的變異系數偏大，尤其是吟a1*，變異系數達到414.67%；濁度值的變異系數其次，其中較為顯著的吟濁度1*達到了124.88%；其余變異系數相對較小。研究表明，茶飲料在放置過程中，湯色會出現較大的變化，而4益放置41h對于湯色的影響最大，分析原因，可能是由于低溫貯藏導致冷后渾的形成，從而影響了茶飲料的湯色。

2.2茶飲料湯色穩定性主成分分析

以SPSS16.0軟件，對測量得到的原始數據進行主成分分析，為了保證信息的完整性和可靠性，累計方差貢獻率應該達到80%以上。對此，選擇4個主成分，結合其特征向量，構建主成分與茶飲料湯色穩定性之間的線性關系。4個主成分的特征值、貢獻率以及累計貢獻率如表1。

表1　4個主成分的特征值、貢獻率以及累計貢獻率

以主成分Y1為例，其與17個品質指標之間的線性關系為：

Y1 =0.1947X1 +0.565X2 +0.414X3 +0.309X4 +0.268X5 +0.218X6 + 0.2987X7+0.093X8+0.717X9+0.862X10+0.674X11+0.180X12+0.903X13+ 0.547X14+0.495X15-0.366X16+0.836X17

可以看出，在上述函數式中，X13（吟濁度3）的系數最大，然后依次為X17（吟濁度4）、X10（吟L3*）以及X9（吟濁度2），而這也表明，主成分1所反映的，是低溫和高溫貯藏7d、低溫放置41h后濁度的變化，以及低溫貯藏7d后明亮度變化的綜合指標。同理，主成分2反映的是高溫處理對于茶湯色澤的影響，主成分3反映的是低溫放置41h對于茶湯色澤的影響，主成分4則主要反映高溫處理和高溫貯藏7d對于茶湯色澤的影響。

對茶飲料湯色穩定性指標的觀測值進行平均值標準化處理后，結合相應的公式，就能夠分別計算出不同加工工藝在4個主成分上的得分[3]。以所選擇的主成分所對應的特征值在4個特征值總和中所占的比例為權重，計算得到不同加工工藝下，茶飲料湯色穩定性指標的變異程度，得到綜合評價分值，如表2所示。

表2　不同加工工藝下茶飲料穩定性指標變異程度綜合評價得分

2.3茶飲料湯色穩定性聚類分析

由表2中不同加工工藝得到的茶飲料湯色穩定性變異程度綜合評價得分，可以對38種不同加工工藝的綜合變異程度進行相應的聚類分析。這里以最短距離法，將茶葉樣品聚為3類，第一類綜合評價得分在10以下，茶飲料湯色穩定性好；第二類綜合評價得分在10-20之間，茶飲料湯色穩定性一般；第三類綜合評價得分在20以上，茶飲料湯色穩定性差。

將茶飲料湯色穩定性指標變異程度的綜合評價得分，結合工藝處理類別進行綜合分析，可以發現，在第一類中，A-1、A-4、A-3、A-7以及A-2均屬于干燥處理，第二類則屬于干燥、殺青處理，第三類屬于殺青、揉捻處理。結合工藝類別，對其進行隨機單位組資料方差分析，可以看出，在不同的工藝類別之間，存在著非常顯著的差異，因此，對殺青、揉捻以及干燥等處理工藝進行深入研究是非常必要的[4]。

由不同工藝描述性統計分析結果，不同干燥處理工藝之間，穩定性指標變化的平均值約為11.50，標準差為3.27；不同殺青處理工藝之間，穩定性指標變化的平均值為約21.12，標準差為9.44；不同揉捻處理工藝之間，穩定性指標變化的平均值約為19.74，標準差為11.58。由此可知，對于茶飲料而言，在干燥處理階段，湯色穩定性指標的變異最低，表明其穩定性最佳，殺青處理階段的穩定性次之，揉捻處理階段的穩定性最差。

3　討論

在茶葉中，多酚類占據了其干物質的30%左右，占據了茶湯浸出物的75%以上。相關研究表明，TP是造成茶湯沉淀的關鍵所在，茶乳酪就是由TP包裹蛋白質，在分子間形成氫鍵，破壞了質點的水化層，導致體系不斷增大而產生的，其本質是在咖啡堿分子中，含有大量的氫鍵結合位點，于低溫環境下，多元酚物質與咖啡堿通過氫鍵，逐漸形成絡合物，而且伴隨著溫度的下降而增大，最終形成茶乳酪。因此，TP含量是輔助濁度、L*值等，對茶飲料品質穩定性進行評價的重要指標之一。傳統對于茶飲料品質的判定，主要是依靠人的感官進行，評判結果容易受主觀因素的影響，缺乏客觀性和準確性。本文以茶飲料的湯色為對象，利用明亮度、紅綠色度、黃藍色度、渾濁度以及TP含量等，對茶飲料的品質穩定性進行分析，結合主成分分析和聚類分析的方法，避免了人為因素造成的誤差，具有良好的可行性和可靠性。

參考文獻

[1]王麗霞,肖麗霞,陸蒸,等.氣調干制綠茶和熱風干制綠茶湯色穩定性的研究[J].揚州大學學報(農業與生命科學版),2010,31(2):64-67.

[2]張瑞蓮,尹軍峰,袁海波,等.基于主成分分析法研究茶葉加工工藝對茶飲料湯色穩定性的影響[J].食品科學,2010,(13):82-87.

[3]駱銳,邵宛芳,昊紅.茶飲料沉淀的成因與澄清技術的應用[J].中國農學通報,2005,21(12):95-98.

[4]張瑞蓮,尹軍峰,袁海波,等.主成分分析與聚類分析在茶飲料湯色穩定性評價中的應用[J].茶葉科學,2010,30(4):287-294.

作者簡介：吳小蘭（1981-），女，福建泉州人，碩士，講師，研究方向：高職數學教學。