基于多酚類物質的紅茶滋味特征分類與判別

陳文鳳，練開明，劉江洪，戴秋香，李志輝，郭雅玲*

1福建農林大學園藝學院；2福建農林大學農產品品質研究所，福州 350002

紅茶起源于中國，是目前世界上消費區域最廣、生產量最多、國際總貿易量最大的茶類，具有紅湯紅葉和香甜味醇的特征。不同的紅茶其內含成分及成分相互間的比例不同，有著不同的風味特征，紅茶風味特征最直接的體現是滋味特征，滋味是紅茶審評中最重要的評價因子，也是茶葉鑒別中的關鍵因素。茶葉的滋味判別主要通過人的感官審評來評定，而感官審評很大程度上依賴人的經驗，易受主觀因素和感官疲勞的影響，為消除審評中的不利因素，提高茶葉品質評價的科學性和效率，近年來，國內針對如何建立簡單、快速、有效、準確鑒別茶葉滋味品質的技術展開了廣泛的研究。陳冬[1]結合人工感官審評、智能感官分析和化學分析研究了優質祁門紅茶的滋味特征，為優質祁門紅茶的鑒定和分析提供理論依據；金恩惠[2]研究了紅茶茶湯滋味與呈味物質含量之間的關系，建立了紅茶主要呈味物質含量與審評得分之間的函數關系；程煥[3]利用尺度評價法對茶湯滋味的10個分屬性進行評定，并將各個屬性與化學組分進行相關性分析，實現了茶葉感官品質的定量分析。

當前研究主要集中在茶葉內部化學成分與其滋味品質關系的研究上，且對茶葉滋味區分和鑒別的主要智能手段是電子舌，但電子舌是通過模擬人的舌頭對樣品進行分析、識別和判斷，而通過茶葉內部化學成分區分和鑒別不同茶葉滋味特征尚未見報道。多酚類物質是茶葉中的主要呈味成分，且是對紅茶風味影響最為重要的成分。本研究以化學分析法為依據，綜合運用高效液相色譜技術和主成分分析、系統聚類和判別分析等數據分析手段，對不同紅茶的滋味類型進行分類，以期找出基于多酚類物質對紅茶滋味進行分類和感官審評對紅茶滋味進行分類兩者的關聯性，為多酚類物質為指標對茶葉滋味類型分類和鑒別提供理論依據，也為茶葉不同風味類型判別提供更為客觀、高效、智能的方式作參考[4]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試茶樣為全國主要工夫紅茶和小種紅茶(共13個)，由福建元泰茶業有限公司提供，供試紅茶樣品產地如下表所示。

表1 供試茶樣產地來源Table 1 The region of tea

主要試劑：GA(gallic acid,沒食子酸)、EGC(epigallocatechin,表沒食子兒茶素)、C(catechin,兒茶素)、CAF(caffeine,咖啡堿)、EC(L-Epicatechin,表兒茶素)、EGCG(epigallocatechin gallate,表沒食子兒茶素沒食子酸酯)、GCG(gallocatechingallate,沒食子兒茶素沒食子酸酯)、ECG(epicatechin gallate,表兒茶素沒食子酸酯)、CG(catechin gallate,兒茶素沒食子酸酯)標準樣品(純度≥99.8%)：美國Sigma-Aldrich公司產品；福林酚(分析純)、甲醇(色譜純)美國Sigma-Aldrich公司；乙酸乙酯、乙醇、正丁醇、沒食子酸、碳酸氫鈉(均為分析純)北京化學試劑公司，等。

1.2 儀器與設備

UPLC 超高效液相色譜儀Waters；分析天平(感重0.000 1 g):Sartoriu BSA1245-CW產品；離心機(轉速：3 500 rpm,10 min)：美國Sigma產品；真空過濾器(濾膜0.45 μm)；針筒式過濾器(孔徑0.45 μm)；移液管、分液漏斗等。

1.3 方法

1.3.1 感官審評

按照紅茶審評方法GB/T 23776-2009進行，由10名專業審評員完成，結合評語法和加權平均法，各因子評分權重為外形25%，湯色10%，香氣25%，滋味30%，葉底10%。

1.3.2 指標測定

取樣：按照GB/T 8302-2013進行。磨碎試樣的制備：按照GB/T 8303-2013進行。含水率測定：采用GB/T 8304-2013 120 ℃烘干法測定。茶多酚的測定：采用GB/T 31740.2-2015 福林酚試劑法測定。茶色素測定：采用Roberts 系統分析法。兒茶素咖啡堿：參考GB/T 8313-2008茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法，并略做優化。

以上各指標均做3次生物學平行測定后取平均值。

1.4 數據分析

數據采集分析采用Microsoft Excel 2013和IBM SPSS Statistics 20.0軟件，差異顯著性分析采用Student’s-test。

2 結果與分析

2.1 不同紅茶理化性質與感官審評分析

2.1.1 不同紅茶理化性質

表2 不同紅茶品質生化成分含量 單位(%)Table 2 The content of biochemical components in different black tea(%)

注：同列小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)；大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)。下同。

Note:Different lowercase letters in the same column indicates significant differences(P<0.05);different capital letters in the same column indicates very significant(P<0.01).Same as below.

對紅茶風味影響最為重要的是茶多酚，在紅茶制造過程中，茶多酚會受到酶的催化作用，形成有色氧化產物，茶黃素、茶紅素和茶褐素。多酚類物質的含量、組成比例不同形成了不同紅茶獨特的滋味特征[5,6]。

茶多酚是決定茶湯滋味的主要呈味成分，由表2可知13種紅茶茶多酚含量在8%～18%之間，英德紅茶茶多酚含量最高，為17.73%，正山小種(煙熏)茶多酚含量最低，約為8.20%，正山小種(無煙)茶多酚含量極顯著高于正山小種(煙熏)的茶多酚含量；坦洋工夫、祁門紅茶、蘇紅工夫、川紅工夫、云南滇紅、海南紅茶、桂紅工夫茶多酚含量相差不大，相互之間無顯著差異。

茶黃素是紅茶湯色“亮”的主要成分，也是形成茶湯“金圈”的主要成分，茶黃素具有滋味強烈鮮爽的特征，影響紅茶茶湯的濃度、強度和鮮度。由表2可知，茶黃素含量在0.35%～0.95%之間。茶黃素含量最高的是海南工夫，云南滇紅、川紅、桂紅茶黃素含量無顯著差異，白琳工夫、坦洋工夫、政和工夫、正山小種(煙熏)、正山小種(無煙)、英德紅茶、祁門紅茶、蘇紅工夫這8種紅茶茶黃素含量無顯著差異；云南滇紅、川紅工夫、桂紅工夫三者茶黃素無顯著差異。

茶紅素是紅茶茶湯“紅”的主要成分，與茶湯紅艷度、濃度有關，有一定的刺激性和收斂性，具有滋味醇和的特征。TR/TFs比值合適，茶湯色亮紅明，滋味強。由表2可知,茶紅素含量在2.62%～5.26%之間,茶紅素含量最高的是英德紅茶，含量最低的是正山小種系列，正山小種(煙熏)與正山小種(無煙)無顯著差異；祁門紅茶、政和工夫、蘇紅工夫、白琳工夫、川紅工夫、坦洋工夫茶紅素相互間無顯著差異；云南滇紅、桂紅工夫、海南工夫、永泰紅茶無顯著差異。

茶褐素是紅茶湯暗的主要原因，部分溶于茶湯，滋味淡欠鮮爽。由表2可知，茶褐素含量在4.94%～12.12%之間，滇紅的茶褐素含量最高，與其剩余紅茶含量有顯著差異；海南工夫茶褐素含量最低，與其剩余紅茶含量有顯著差異；桂紅工夫、川紅工夫、蘇紅工夫、白琳工夫無顯著差異；正山小種(煙熏)、英德紅茶、永泰紅茶、祁門紅茶相互間無顯著差異。

由上述分析可知，正山小種與其他工夫紅茶相比其氨基酸、咖啡堿、水浸出物、茶黃素、茶紅素含量均低于其他紅茶，與正山小種獨特的滋味類型相符。

2.1.2 不同紅茶感官審評

13種紅茶感官審評見表3，13種紅茶因滋味特征的不同被歸為4類，永泰紅茶(B-2)、坦洋工夫(B-4)、祁門紅茶(B-6)、蘇紅工夫(B-7)、川紅工夫(B-8)為SG型，滋味特征為甜醇溫潤；白琳工夫(B-3)、政和工夫(B-5)為SF型，滋味特征為清甜鮮爽；云南滇紅(B-9)、海南紅茶(B-10)、英德紅茶(B-11)、桂紅工夫(B-12)為SA型，滋味特征為甜醇濃烈；正山小種(煙熏)(B-1)、正山小種(無煙)(B-13)為XZ型，滋味特征為小種類型。

表3 不同紅茶滋味感官審評表Table 3 The sensory review of teaste in different black tea

注：表中“SG”代表甜醇溫潤，“SF”代表清甜鮮爽，“SA”代表甜醇濃烈，“XZ”代表小種類型。下同。

Note:In the table,"SG" stands for sweet and gentle,“SF" stands for sweet and fresh,"SA" stands for sweet and alcohol ,and "XZ" stands for xiaozhong type..Same as below.

13種紅茶中，屬于SG類甜醇溫潤有5種紅茶，屬于SF類清甜鮮爽的有2種紅茶，屬于SA類甜醇濃烈的有4種，屬于XZ類小種類型的有2種(見圖1)。

2.2 不同品種紅茶兒茶素單體分析

利用超高效液相色譜技術(UPLC)對紅茶中GA(沒食子酸)、表沒食子兒茶素(EGC)、兒茶素(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)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)7種成分進行定量分析，結果見下表。

圖1 13種紅茶感官審評不同滋味類型Fig.1 Different taste types of 13 kinds of black tea

表4 13種紅茶兒茶素組分及GA含量 單位(mg/g)Table 4 The content of catechin and GA in 13 kinds of black tea(mg/g)

茶葉中的多酚類物質主要是兒茶素，兒茶素是形成茶色香味的主要物質，對茶葉品質影響很大[7]。兒茶素分為酯型兒茶素和非酯型兒茶素，酯型兒茶素亦稱“復雜兒茶素”，占兒茶素總量約占70%，具有強烈收斂性，苦澀味較重，是影響茶葉苦澀味的主要成分，主要有表沒食子兒茶素沒食子酸酯EGCG和表兒茶素沒食子酸酯ECG。非酯型兒茶素亦稱“簡單兒茶素”，含量占兒茶素總量的23%～25%，其味醇和，收斂性較弱，回味爽口，主要包括表兒茶素EC、表兒茶素EGC、兒茶素C、沒食子兒茶素沒食子酸酯GCG和沒食子兒茶素GC。只有酯型兒茶素與非酯型兒茶素組合適當，才能產生良好味感。

由表4可知，不同紅茶兒茶素含量存在差異(P<0.05)，13種紅茶兒茶素總量范圍在27.96 ～78.20 mg/g，海南工夫兒茶素總量最高，為78.20 mg/g；正山小種(無煙)兒茶素總量最少，為27.96 mg/g，其次含量少的是正山小種(煙熏)為28.96 mg/g，正山小種兒茶素總量明顯低于其他紅茶，這與葉小輝的研究結果一致[8]，這應該與正山小種獨特的加工工藝有關。

GA的呈味特征為酸澀，含量最高的為海南工夫，且與其他紅茶GA含量有極顯著差異，最低的是正山小種(煙熏)；EGC的呈味特征是苦澀帶甜，含量范圍在2.19～6.35 mg/g，最高為蘇紅工夫，最低為桂紅工夫；C的呈味特征為苦澀帶甜，含量范圍在0.00～17.76 mg/g，含量最高的是政和工夫，且與其它紅茶的C含量有極顯著差異，最低的是正山小種(煙熏)；EC的呈味特征是苦澀帶甜，含量范圍在6.17～27.53 mg/g，含量最高的是海南工夫，最低的是白琳工夫；EGCG的呈味特征是苦澀，含量范圍在6.36～18.1 mg/g，含量最高的是永泰紅茶，最低的是正山小種(無煙)；GCG呈味特征是苦澀，含量范圍在5.22～17.10 mg/g，含量最高的是蘇紅工夫，最低的是桂紅工夫，正山小種系列也較低；ECG的呈味特征是苦澀，Narukawa[9]研究發現ECG在兒茶素中顯示出最強的味覺特征，由表可知，13種紅茶ECG含量范圍在4.11～25.18 mg/g，含量最高的是英德紅茶，與其剩余紅茶有顯著差異，最低的是正山小種(煙熏)，白琳工夫、永泰紅茶、蘇紅工夫、政和工夫、川紅工夫、海南紅茶ECG含量無顯著差異。

2.3 不同紅茶主成分分析、聚類分析、判別分析

2.3.1 不同紅茶主成分分析

主成分分析的目的之一就是用少量的因子來描述多種指標或因素之間的關系。以13種紅茶中的茶多酚、茶三素、GA(沒食子酸)、表沒食子兒茶素(EGC)、兒茶素(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)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)的相對含量為變量，利用SPSS軟件進行因子分析，抽取方法為主成分，旋轉方法為最大方差法，相關矩陣的特征值如表5.所示，特征向量如表6.所示，由表可知提取出三個主成分，3個主成分累計方差為78.063%，累計方差貢獻率大于60%，說明提取出的三個主成分是有效的，它保留了原始數據的大部分信息，可用這3個主成分得分進行后續的分析。

表5 多酚類物質主成分的特征值Table 5 The characteristic value of principal component in polyphenols

表6 多酚類物質主成分的特征向量Table 6 The feature vector of principal component in polyphenols

以樣本的各主成分得分為坐標，建立主成分得分3D圖，見圖2。通過主成分分析，并參照感官審評對紅茶不同滋味類型的分類結果，可從圖2看出，不同紅茶可明顯的被區分，B-2、B-6、B-7相距很近歸為一類，即永泰紅茶、祁門紅茶、蘇紅工夫為一類；B-3、B-4、B-5、B-8相距較近歸為一類，即白琳工夫、坦洋工夫、政和工夫、川紅工夫為一類；B-1、B-13、B-10相距較近歸為一類，即正山小種(煙熏)、正山小種(無煙)和海南工夫為一類；B-9、B-11、B-12相距較近歸為一類，即云南滇紅、英德紅茶、桂紅工夫為一類；13種紅茶中，只有川紅工夫、坦洋工夫和海南紅茶的歸類與感官審評結果中的歸類不同，其它紅茶分類結果與感官審評分類結果相同。可見主成分分析結果與感官審評分為的四類結果有較強的相似度，相似度達77%，說明以多酚類物質為指標采用主成分分析方法對紅茶的滋味特征進行分類是有效可行的。

圖2 不同紅茶主成分得分3D圖Fig.2 3D picture of principal component socre in different black tea

2.3.2 不同紅茶聚類分析

聚類分析目前已被廣泛用于許多領域，如模式識別、數據分析、圖像處理等。它是將一批樣本數據根據其諸多特征，按照性質上的親疏程度進行自動分類的統計方法。試驗中以多酚類主成分分析的前三個主成分子得分為指標，以歐式平方距離為度量準則，類間采用Ward’s算法做出分類,聚類結果見圖3。聚類結果表明，當臨界值取為15時，13種紅茶聚為四類，B-2、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8為一類，即永泰紅茶、坦洋工夫、政和工夫、祁門紅茶、蘇紅工夫、川紅工夫為一類，滋味特征對應感官審評分類中的甜醇溫潤(SG)型；B-10海南紅茶為一類；B-3、B-13、B-1歸為一類，即白琳工夫、正山小種(無煙)、正山小種(煙熏)為一類；B-9、B-11、B-12歸為一類，即云南滇紅、英德紅茶、桂紅工夫為一類，對應感官審評分類中的甜醇濃烈(SA)型。13種紅茶聚類分析中，只有政和工夫、白琳工夫和云南滇紅的歸類與感官審評結果中的歸類不同，其它紅茶分類結果與感官審評分類結果相同，聚類分析結果與感官審評分類結果相似度達77%。可見聚類分析結果與感官審評分為的四類結果有較強的相似度，說明以多酚類物質為指標采用系統聚類方法對不同紅茶的滋味特征進行分類是有效可行的。

2.3.3 不同紅茶判別分析

圖3 不同紅茶聚類分析譜系圖Fig.3 The picture of cluster analysis in different black tea

判別分析是在分類確定的條件下，根據某一研究對象的各種特征值判別其類型歸屬問題的一種多變量統計分析方法[10]。本研究以感官審評的分類結果為依據，即13種紅茶根據滋味特征分為SG型、SF型、SA型和XZ型，以兒茶素單體、茶多酚和茶三素為指標對13種紅茶的不同類型進行判別分析，通過典則判別函數分析得到判別函數散點圖，見圖4，分析中使用了前3個典則判別函數(見表7)對原始樣本進行交叉驗證，已對交叉驗證分組案例中的92.3%個進行了正確分類，即39個樣品中，只有3個SG型的樣品被錯誤歸為SF類，其余樣都被正確歸類，正確率為92.3%，見表8。由圖4可看出不同類型紅茶有明顯區分，證明了以多酚類物質含量為指標應用判別函數分析可有效區分不同紅茶的風味特征。

表7 典型判別式函數特征值Table 7 The characteristic value of typical discriminant function

圖4 不同紅茶典則判別函數圖Fig.4 The picture of canonical discriminant function in different black tea

3 討論

人們對茶的追隨，源于口感。滋味因子在茶葉品質中所占比重較大，人們通常以測定影響滋味的貢獻化學成分含量來確定其對茶葉品質的貢獻。紅茶主要多酚類化合物含量與其滋味品質密切相關，多酚類化合物的組成、含量的差異是形成紅茶獨特品質的重要因素[11]。

本試驗以中國13種典型紅茶為材料，對13種紅茶進行人工感官審評和化學分析，證明了以茶葉內的化學成分對茶葉滋味類型進行分類與判別的可

表8 不同紅茶判別分析結果Table 8 Discriminant analysis results of different black tea

靠性，即基于紅茶多酚類物質含量可以作為紅茶滋味特征分類和鑒別的依據。

隨著科學技術的快速發展，為了彌補感官審評和化學成分檢測在鑒別茶葉風味特征和品質上的不足，提高茶葉品質評價的客觀性、準確性和審評效率，將茶葉內含成分與專家感官審評建立相關關系，以期實現智能化感官分析成為研究熱潮[12,13]。郭雅玲、賴玲玲[14]以滋味品質因子和湯色品質因子為指標，建立了3個決策樹可有效區分三種不同外觀類型的福建綠茶，并發現因子分析的綠茶滋味品質歸類與感官審評結果基本一致，并且提出后續增加茶葉中的多酚類物質這個指標將提高茶葉外形和滋味品質的區分和判別率，它們的研究涉及到對不同茶葉滋味品質進行區分，而本文是以多酚類物質為指標實現對茶葉滋味類型的區分和判別。楊晨[15]等對不同產地普洱生茶滋味品質關系進行了研究分析，推測了不同產地普洱生茶滋味特征與其化合物含量的相關性，發現不同產地的普洱茶滋味特征不同與其多酚類物質含量有關，這與本文以茶葉多酚類物質含量實現對茶葉滋味特征分類和鑒別相一致。張磊[16]等基于氣相色譜-質譜聯用和液相色譜-質譜聯用的代謝組學方法，證明了兒茶素、氨基酸、糖、有機酸和黃酮苷類與茶葉滋味密切相關，這也印證了本文以多酚類物質對茶葉滋味特征進行分類的可行性與可靠性。張穎彬[17]等研究了茶葉理化成分與茶葉等級的關系，將茶多酚、兒茶素、咖啡堿、氨基酸、總糖和水浸出物這些指標與茶葉等級進行擬合，結果總體判別趨勢良好，且與感官審評結果一致，而本文將感官審評作出的茶葉滋味類型分類結果與以多酚類物質含量對茶葉滋味類型進行分類的結果相比較，相似度達77%，這都說明了茶葉中的理化成分與茶葉品質特征的強相關性。國外對茶葉滋味的研究主要集中在對影響某個滋味的成分進行深入研究。Cesarettin Alasalvar[18]等研究了7種等級紅茶的風味特點，發現味道活性化合物與芳香活性化合物的結合產生的組合效應形成了每一等級紅茶的特色風味，本文只研究了多酚類物質對茶葉滋味的影響，今后可結合香氣的研究提高對茶葉滋味分類的正確率；Scharbert S[19]等用儀器分析和生物反應相結合的方法鑒定紅茶中澀味化合物，發現了14個類黃酮-3-醇苷類多酚化合物作為紅茶飲用后的澀味的主要來源，表明了紅茶滋味特征與其多酚類物質的相關性和緊密性，而本文以紅茶的多酚類物質含量為指標實現了對不同紅茶滋味特征的分類，其分類結果與感官審評分類結果基本一致。

基于化學成分分析方法在紅茶滋味鑒別與分類上的研究處于初始階段，未來的發展還面臨諸多挑戰[20]。影響茶葉滋味的化學組分多且復雜，呈味物質的種類、含量及其相互間的組合和比例都可影響茶葉風味特征，今后應當在影響茶葉風味特征的物質上進行更為深入的研究，深入探究不同茶葉風味與其內在化學組分的相關關系，揭示茶葉風味形成的內在機理，為實現茶葉智能化感官分析奠定堅實的理論基礎。隨著現代科學技術和科學理念的不斷發展，將理化成分和人工模擬味覺系統有機結合，實現高效、自動、智能化的茶葉分類與鑒別，具有十分廣闊的市場前景。