臨滄工夫紅茶季節判定模型及風味輪的構建

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(1.湖南農業大學教育部茶學重點實驗室,湖南長沙 410128; 2.國家植物功能成分利用工程技術研究中心,湖南長沙 410128; 3.湖南省植物功能成分利用協同創新中心,湖南長沙 410128; 4.云南省臨滄市發展生物產業辦公室,云南臨滄 677000)

工夫紅茶是中國的特色紅茶,云南臨滄大葉種紅茶更憑借其特有的香氣、滋味等特點在中國紅茶中占有極其重要的地位。但由于茶葉品質受采摘嫩度、季節,加工工藝等多方面的影響,很難對其品質進行量化的評判。因此,科研工作者應廣泛借鑒學習其它作物的研究技術,如主成分分析方法在水果、蔬菜等作物上的研究和應用技術[1-3],定量描述分析在食醋、葡萄酒感官評定中的應用[4-5]等方法進行茶葉研究工作。

風味輪(Flavor wheel)是品質標準化定量分析的基礎框架,風味描述語按照類型歸類整理成圓盤形狀。風味輪的建立與推廣應用,能夠使感官評價有可靠的依據,亦可用于產品質量控制,方便研究工作者針對性地研究茶葉不同風味的形成機理[6-8]。2013年,張穎彬[9]利用風味輪技術對浙江省十大名茶進行感官審評并構建其風味輪,2017年,李向波[10]簡單構建了普洱茶感官品質風味輪。但目前還少有紅茶風味輪的相關研究。

茶葉判定模型是以茶葉含水量、茶多酚總量、游離氨基酸總量等指標為基礎,采用主成分分析法、聚類分析法、判別分析等適當的統計分析方法構建出的判定茶葉某種特性的模型。目前有關茶葉判定模型的報道多為茶葉質量評價模型[11]、茶葉質量等級模型[12],但關于茶葉采摘季節的判定模型還比較少見。本研究參考茶葉判定模型的構建方法,對春夏季臨滄工夫紅茶進行主成分分析與聚類分析,構建質量評價模型,提出一種依據紅茶理化品質判定采摘季節的方法,對其品質審定提供參考價值,也為今后紅茶及其他茶類的品質判定提供一種可參考的判定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2017年于臨滄市收集的工夫紅茶共61個樣品 本研究中所采用的茶樣均為云南省臨滄市各茶葉龍頭企業生產,由臨滄市發展生物產業辦公室提供,其中春季樣品為1～30號和47～56號，夏季樣品為31～46號和57～61號；甲醇、乙腈、茚三酮、蒽酮等 國藥集團。

e2695型高效液相色譜儀 美國Waters公司;紫外分光光度計 日本島津公司;AE240型電子天平 瑞士Mettler公司;101-3AB型電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限備公司;DK-S28型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 理化檢測方法 咖啡堿CAF、可可堿TB含量檢測參考GB/T 8312-2013[13]進行;沒食子酸GA、兒茶素類(包括表沒食子兒茶素EGC、兒茶素DL-C、表兒茶素EC、表沒食子兒茶素沒食子酸酯EGCG、沒食子兒茶素沒食子酸酯GCG、表兒茶素沒食子酸ECG)和茶多酚含量參考國家標準GB/T 8313-2008[14]采用HPLC檢測法;游離氨基酸總量參照國家標準GB/T 8314-2013[15]進行;茶黃素TF參照國家標準GB/T 30483-2013[16]進行檢測;以上各指標均做3次平行測定后取平均值。

1.2.2 主成分分析與聚類分析 采用主成分分析法(PCA)[17],對1.2.1中的各理化指標數據求特征向量及特征值、選取主成分、得出指標權重、計算綜合得分的步驟達到降維效果。

二階聚類分析法(CA)[17]以各樣品的主成分綜合得分為參考指標進行預分類、正式分類。

數據采用SPSS 23.0軟件進行。

1.2.3 感官審評方法 由高級評茶師、評茶師、高級評茶員構成的7人審評小組,參考GB/T 23776-2018[18]中工夫紅茶的審評方法進行沖泡。稱取3 g茶樣,用150 mL沸水沖泡5 min,著重對茶樣香氣、湯色和滋味三項因子進行審評,并參照《茶葉感官審評術語》[19]記錄評語,為風味輪的構建提供風味描述語。

1.2.4 風味輪的構建 臨滄工夫紅茶風味輪的構建參照綠茶、普洱茶的風味輪,由專業的品評小組分別對茶樣進行描述性分析,按如下步驟進行:

a. 專業審評小組經過多次研究、討論,依照《茶葉感官審評術語》[19]整理出臨滄工夫紅茶香氣(花香、果香、甜香、毫香、清香、高火、雜氣、酸氣、青氣、悶)、湯色(紅、紅濃、紅艷、黃橙、橙黃、欠紅)、滋味(濃、鮮、醇、厚、澀、粗、酸、青、陳、火)的描述語;

b. 品評員對各樣品進行味覺、嗅覺和色度感官分析,每輪品評之間間隔10 min,提供純凈水給品評員漱口;

c. 品評員根據整理出的工夫紅茶風味描述語對樣品的所有氣味、色澤、滋味特征用適當的描述語記錄下來;

d. 參考綠茶、普洱茶的風味輪,經專家品評小組討論,對整理后的描述語進行整理歸類;

e. 按照歸類繪制出代表臨滄工夫紅茶風味性質的風味輪。

2 結果與分析

2.1 不同季節臨滄工夫紅茶化學成分對比

利用上述檢測方法對選取的46個樣品進行檢測(表1)。各樣品季節信息及咖啡堿CAF(X1)、可可堿TB(X2)、沒食子酸GA(X3)、表沒食子兒茶素EGC(X4)、兒茶素DL-C(X5)、表兒茶素EC(X6)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯EGCG(X7)、沒食子兒茶素沒食子酸酯GCG(X8)、表兒茶素沒食子酸ECG(X9)、茶多酚(X10)、游離氨基酸總量(X11)和茶黃素TF(X12)含量如表1所示。

表1 檢測樣品茶樣化學成分與分析結果Table 1 The list of chemical composition and analysis results of samples

春季和夏季的工夫紅茶品質由于季節影響,其化學成分含量不同。游離氨基酸總量和兒茶素類物質影響茶湯滋味,茶黃素有利于提高茶湯色澤的明亮度,為探究臨滄工夫紅茶的季節性差異,還需對各化學成分進行深入分析。

2.2 主成分分析法構建臨滄工夫紅茶季節判定模型

2.2.1 主成分提取 由表2結果可知,前3個主成分(F1、F2、F3)的特征值依次為5.577,2.303,1.861,其中第一主成分的貢獻度為46.475%,能夠反映樣品46.475%的信息;第二主成分的貢獻度為19.192%,能夠反映樣品19.192%的信息;第三個主成分反映了樣品15.509%的信息。三個主成分的積累方差貢獻率為81.176%,能反映原始數據的大部分信息。因此,選前三個主成分對臨滄工夫紅茶化學成分質量進行分析。

表2 主成分特征值與累積貢獻率Table 2 Characteristic value and accumulative contribution rate of each principal component

2.2.2 特征向量計算與主成分分析 對前三個主成分進行主成分的特征向量計算,計算結果如表3。

由各主成分的特征向量值可見:主成分F1在各因子變量CAF、TB、GA、EGC、DL-C、EC、EGCG、GCG、ECG、茶多酚、游離氨基酸總量、TF的載荷分別是0.35、0.33、0.40、0.09、0.25、0.27、0.38、0.27、0.38、0.22、0.13、-0.21,其中在X3有較高的載荷,說明主成分F1主要是由變量X3決定的,沒食子酸GA是評判臨滄工夫紅茶品質的重要因子;主成分F2中變量X5、X6的載荷都很高,說明臨滄工夫紅茶品質受兒茶素、表兒茶素影響較大;主成分F3則說明紅茶品質與GCG(X8)的含量相關。

2.2.3 季節判定模型構建 依據主成分的特征向量值(表3)可得出各主成分的與理化成分的關系:

表3 各主成分的特征向量Table 3 Characteristic eigenvector of each principal component

F1=0.35X1+0.33X2+0.40X3+0.09X4+0.25X5+0.27X6+0.38X7+0.27X8+0.38X9+0.22X10+0.13X11-0.21X12

F2=-0.28X1-0.29X2-0.07X3-0.06X4+0.46X5+0.46X6+0.09X7-0.12X8+0.27X9+0.08X10-0.39X11+0.39X12

F3=-0.19X1+0.07X2-0.07X3-0.63X4+0.03X5-0.10X6-0.21X7+0.43X8+0.11X9+0.37X10+0.34X11+0.25X12

綜合各主成分的方差貢獻率得出評估云南工夫紅茶品質的F值,構建出以內含化學成分為依據的臨滄工夫紅茶季節判定模型:

F=46.475% F1+19.192% F2+15.509% F3

2.3 基于F值的臨滄工夫紅茶二階聚類分析

利用構建出的臨滄工夫紅茶季節判定模型計算各樣品的F值(結果如表1),以季節為分類變量,各樣品的F值為連續變量進行二階聚類分析,分析結果與實際標注的季節吻合(二階聚類的樣品結果如表2和表4,其中“1”為“春季”,“2”為“夏季”)。

分析表1與表4可知,46個樣品被分為春夏兩個季節茶樣,其中1～30號聚類結果為“1”,為春季云南紅茶總比例的100%,31～46號聚類結果為“2”,占夏季云南紅茶總比重的100%,與樣品本身的季節信息一致。利用該模型來判斷春夏季臨滄工夫紅茶的季節性是可行的,在一定程度上能夠減少數據分析工作量,也有利于為風味輪的繪制提供數據參考。

表4 二階聚類分析結果Table 4 The two step cluster analysis results of samples

2.4 臨滄工夫紅茶季節判定模型的檢驗

為檢驗春夏季臨滄工夫紅茶季節判定模型的判定效果,本試驗對隨機選取后剩余的15個紅茶樣品進行理化檢測(表5)和模型評價,評價結果如表6所示。春季樣品檢驗結果均為“1”類,夏季樣品檢驗結果均為“2”類,表明所建立的臨滄工夫紅茶春夏季節判定模型具有較高的判定準確率,對臨滄工夫紅茶品質的研究具有重要指導意義。

表5 檢驗樣品茶樣化學成分表Table 5 The list of chemical composition of samples tested

表6 臨滄工夫紅茶季節判定模型的檢驗結果Table 6 The test result of Lincang Gongfu black tea’s mathematic model

3 臨滄工夫紅茶風味輪的構建

食品風味術語是對產品所引起的感覺性質的表達,是使用經過訓練的評價組通過對大量代表性樣品的評價、討論而來建立起來,能夠描述產品的風味特征、區別不同風味的產品[20-22]。紅茶風味術語是食品風味術語的一個分支,由于紅茶原料品種、嫩度、加工工藝的不同,其香氣、滋味、湯色也呈現出多種類型。本研究參考《茶葉感官審評術語》對收集樣品進行香氣、滋味、湯色的審評和風味術語的建立,將有利于云南紅茶品質的香氣、滋味類型表述為特征香型、特征滋味類型;將不利于云南紅茶品質的香氣、滋味類型表述為缺陷香型、缺陷滋味類型;并依據樣品茶湯的顏色進行湯色審評和分類。

3.1 臨滄工夫紅茶香氣分析

常見的紅茶特征香氣類型有毫香、花香、清香、果香、甜香等。結合臨滄工夫紅茶的風味描述結果(表7)與特征香氣類型(圖1)發現:春季與夏季臨滄工夫紅茶均以甜香為主,其次是花香。竹尾忠一等[23]對中國紅茶進行香氣分析發現,不同地域、品種的茶樹鮮葉原料制造的紅茶具有不同的香型,由云南大葉種所加工而成的滇紅中芳樟醇、香葉醇及芳樟醇氧化物含量較高,其香氣富有高銳的花香。

圖1 云南特征香氣類型Fig.1 Different aroma of Yunnan black tea

表7 臨滄紅茶風味描述結果Table 7 Flavor description results of Lincang black tea

續表

對照缺陷香氣類型(圖2)發現:本研究茶樣的主要缺陷香氣類型有高火、欠純、酸氣、青氣、粗氣、陳和悶。由于春季茶葉原料較嫩,發酵容易過度,出現酸氣的情況較多(4個酸氣香型樣品中有3個春季樣),而干燥溫度較難把控則會產生高火香型(6個高火香型樣品中有4個于春季采摘)。夏季芽葉生長速度加快,若采用嫩度較低的鮮葉加工紅茶則容易出現“粗氣”,本研究中兩個粗氣香型的樣品均為夏季樣品。

圖2 云南紅茶香氣缺陷類型Fig.2 Aroma defects of Yunnan black tea

3.2 臨滄工夫紅茶滋味分析

工夫紅茶在審評過程中因滋味的差異呈現出濃、厚、醇、鮮、純的滋味特點。其中,“濃”指的是茶湯浸出物豐富,給人較強刺激性的感覺;“厚”是指茶湯內含物豐富,有粘稠感;“醇”表示茶湯濃淡適中,口感柔和;“鮮”則代表鮮潔的審評感受[24]。

云南大葉種較中小葉種茶多酚、水浸出物含量較高,其滋味品質較好,本研究的云南省臨滄市紅茶樣品特征滋味(圖3)以醇、鮮、濃、厚為主,缺陷滋味類型主要有澀、粗、酸、青、陳、火六種。其中鮮度較好的8個樣品為春季樣品,春季(特別是初春)的鮮葉各種化學成分含量豐富而又協調,所以春茶初期的茶味醇厚、鮮爽。相反,夏季鮮葉嫩度隨茶樹生長輪次增多而降低,其多酚類、兒茶素類含量豐富,若加工不慎則會出現酸澀味等降低紅茶品質的滋味類型(圖4)。

圖3 云南紅茶特征滋味類型Fig.3 Different taste of Yunnan black tea

圖4 云南紅茶滋味缺陷類型Fig.4 Taste defects of Yunnan black tea

3.3 臨滄工夫紅茶湯色分析

湯色在工夫紅茶的審評中占有10%的比重。通過對各個樣品的湯色評語總結歸納得出云南工夫紅茶湯色一般呈紅色系,按其紅的程度特點又可分為“紅艷”、“紅濃”、“紅”。有些樣品也會呈現近紅的色系,如“欠紅”、“黃橙”、“橙黃”,但這種情況較少。各湯色數據如圖5所示。

圖5 云南紅茶湯色類型Fig.5 Liquid color of Yunnan black tea

臨滄市地處低緯度地區,溫度高,日照強,有利于碳水化合物及多酚的合成,云南大葉種所制紅茶湯色多以紅為主。春季芽毫肥壯,蛋白質、黃酮類物質含量豐富,更容易使湯色具有紅濃、紅艷的特點,這在一定程度上有利于紅茶品質的提升。

3.4 臨滄工夫紅茶風味輪繪制

對不同季節臨滄工夫紅茶進行審評,以茶葉感官審評術語為主要依據,提取臨滄工夫紅茶的香氣、滋味和湯色的風味特征描述語,分別繪制春季、夏季臨滄工夫紅茶風味輪(圖6)。

圖6 云南臨滄紅茶風味輪Fig.6 Flavor wheel of Yunnan Lincang black tea

臨滄工夫紅茶特征香型包括花香、果香、甜香、毫香、清香,但春季顯毫香,夏季有果香;特征滋味類型有濃、厚、醇、鮮,夏季紅茶鮮度稍低于春季;降低紅茶品質的缺陷性香氣包含高火、酸、陳、粗氣、悶、青氣、雜,夏季紅茶有出現粗氣的情況;缺陷性滋味有青、澀、粗、陳、酸餿、高火幾種,有的春季紅茶會產生青澀而影響滋味;春季紅茶湯色主要為紅色系的紅艷、紅濃、紅色以及近紅色系的黃橙、欠紅色,夏季紅茶湯色的近紅色系則多為橙黃色。

4 結論與討論

本研究以云南臨滄工夫紅茶為材料,對茶葉化學成分進行檢測與分析,結果表明,不同季節的紅茶樣品其可可堿、咖啡堿、兒茶素類、茶多酚、游離氨基酸總量、茶黃素等物質含量有所不同,由于影響茶葉品質的因素復雜且具有重疊性,一般的審評方式或化學物質含量無法準確判定其加工季節。為尋求一種能夠判定臨滄工夫紅茶采制季節的方法,本研究以因子分析與主成分分析相結合的方式構造數學模型,以樣品理化成分含量為基礎進行數學計算,得出在一定程度上代表樣品品質得分的F值。經二階聚類分析發現,春季茶樣均表現為“1”,夏季茶樣表現為“2”,具有季節的區分性,此模型為判定春夏季臨滄工夫紅茶的采制季節提供一種可供參考的方法。

此外,研究結果顯示不同季節的工夫紅茶具有共通的香氣、湯色、滋味類型,也具有因季節而產生的差異類型。春季茶樣原料嫩度較高,容易產生有花香、湯色紅艷、滋味鮮濃的紅茶,夏季茶樣則偏于甜香、湯色紅濃、滋味醇厚。為描述不同季節臨滄工夫紅茶的風味特征,本研究廣泛分析借鑒國內外對咖啡、酒類等食品的審評研究,借鑒咖啡風味輪、中國黃酒風味輪[25]、清酒風味輪[26]等的繪制方法,將春季與夏季臨滄工夫紅茶的風味用專業描述語按照類型歸納整理成圓盤形狀。這在一定程度上能夠加快茶葉品質的判定,方便審評工作的開展與加工工藝的改進,從而達到提升茶葉品質的目的。

本研究基于茶樣理化成分含量所構建的紅茶季節判定模型在一定程度上能夠判定其采制季節。然而參照臨滄工夫紅茶風味輪發現,紅茶品質受多因素影響而展現不同的風味。因此,為進一步探究臨滄紅茶品質,日后的研究需在季節因素的基礎上結合樣品采集地的海拔、氣溫、降雨量等多個方面綜合考慮。