基于模糊數學評價茶葉質量安全品質的研究

謝基雄，劉遠明，劉藝昌，何素萍，陳其忠

（華祥苑（福建）茶科技有限公司，廈門市茶葉深加工研發重點實驗室，福建泉州 362434）

茶作為中國特有的傳統飲料之一，在茶葉的加工和銷售過程中，茶葉的分級及質量評估直接影響茶葉的經濟效益及相關產業鏈的發展。然而，茶葉的分級一直比較模糊，用經典的數學模型或檢測方法往往不能達到令人滿意的效果[1，2]。迄今為止，對于茶葉的品質評價主要視覺、味覺、嗅覺等。盡管感官評價的實用性強、辨識度高、易操作，但在實際茶葉加工銷售過程中，茶葉的感官品質無法量化評價，易受到個人喜好等諸多不確定因素的影響茶葉的分級及品質評估[3，4]。這對于茶葉質量品質的控制及分級提出了比較大的挑戰。

一般來說，影響茶葉銷售過程中的感官品質主要包括加工過程中的異物殘留、茶葉是否有粉碎現象、茶葉的色澤等因素。另外一方面，在茶葉的種植、采摘和加工過程中，茶葉的安全品質面同時還面臨著重金屬、農藥含量超標等品質監控問題[5-8]。如何通過茶葉感官品質及其重金屬和農藥殘留含量等問題對茶葉的品質進行分級或質量安全評定成為茶葉加工與銷售亟待解決的問題之一。

模糊數學評價的方法可以對人體感官特性進行數學化和定量化的描述和處理，進而把定性評價轉變為定量評價，最終減少評價員受主觀因素的影響錯誤判斷被評價目標的感官品質，所得結果更客觀和準確[3，4，9]。因此，本文采用不同特征的茶葉，運用模糊數學感官評價協同現代儀器分析技術對茶葉的色澤、顆粒污染物、重金屬含量和農藥殘留量進行分析與評價，弄清茶葉的質量品質與各因素的影響比重，以獲得茶葉質量品質的有效方法，為茶葉質量分級提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

鐵觀音鮮葉、毛茶、成品茶均由華祥苑（福建）茶科技有限公司及其茶葉合作基地（福建安溪縣龍涓鄉石塔村合作基地）提供；30%雙氧水、濃硝酸購買于國藥集團化學試劑有限公司；甲醇、乙腈、丙酮、正己烷、二氯甲烷（色譜純）均購自美國Tedia公司。

1.2 重金屬含量的測定

以銅、鉛、鎘為重金屬檢測指標，參考GВ 5009.268-2016《食品中多元素的測定》，采用電感耦合等離子體質譜法測定這三個金屬離子的含量。參考NY/T 288-2012《綠色食品茶葉》、NY 659-2003《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》、GВ2762-2017《食品中污染限量》，確定安全含量為：銅≤30.0 mg/kg，鉛≤5.0 mg/kg，鎘≤1mg/kg。

1.3 農藥殘留的測定

以菊酯類農藥、三氯殺螨醇、六六六和滴滴涕等農藥殘留為指標，參考參考GВ/T 23376-2009《茶葉中農藥多殘留測定氣相色譜/質譜法》和GВ 23200.13-2016《茶葉中448種農藥及相關化學品殘留量的測定液相色譜-質譜法》，利用氣相色譜-質譜法和高效液相色譜-串聯質譜法測定茶葉中上述農藥的含量，最大殘留限量安全含量參考GВ 2763-2016《食品中農藥最大殘留限量》。

1.4 感官評價

1.4.1 感官評價實驗前的準備工作

感官評價的測定要求感官評價實驗室無噪音，以日光燈照明，所有茶葉樣品放于陶瓷盤中，感官評價員在獨立的評價小間里對茶葉的色澤、顆粒污染物等進行感官評價，不得討論。

1.4.2 感官評價人員的選擇

參考GВ/T 16291.1-2012《感官分析選拔、培訓與管理評價員一般導則第1部分：優選評價員》，從專業從事茶葉加工、銷售、消費人員中挑選50名感官評價員，根據評價員的健康狀態，對茶葉的喜愛程度，以及對茶葉相關知識的了解程度，從中挑選20人作為候選人。

隨機提供給20人候選人一批茶葉，要求其描述茶葉的感官品質。能正確識別或作出正確描述的得分為3分；能大體上識別或描述茶葉特征的得分為2分；經過討論后能大體識別或描述茶葉特征的得分為1分；不能識別或描述茶葉特征的得分為0分。候選評價員得分應至少得到滿分的65%，否則不作為茶葉感官評價員的候選人。

1.4.3 感官評價標

從上述20名感官評價員中篩選10人感官評價能力較好的人員作為茶葉分級的一般評價員。根據茶葉質量安全品質分級的重要因素制定下列每個樣品的評定標準，見表1。評價員依據表1進行茶葉的感官評價。要求評價員在感官評價前一天不熬夜、不過度使用眼睛，每評定一個樣品則休息10 min再進行下一個樣品的評定。

表1 茶葉評定依據

為評定某種茶葉的等級，每個感官評價員對10種不同茶葉進行顆粒污染物和色澤的感官評定，總計100個茶葉樣品。經過重金屬和農藥殘留含量測定，以及感官評定的結果，計算茶葉達到很好、良好、差和很差的個數。以每100個茶葉達到很好級別的個數為指標，制定每批茶葉的分級標準，見表2。

表2 茶葉分級標準

1.5 模糊數學模型的建立

確定反應茶葉質量安全品質的因素集U={重金屬，農藥殘留，顆粒污染物，色澤}，設定茶葉質量安全品質的評語集為：V={V1，V2，V3，V4}；V1=很好，V2=良好，V3=差，V4=很差。依據現代儀器分析方法和感官評價員評定結果，使用改進后的模糊數學評定方法，對茶葉的重金屬、農藥殘留、顆粒污染物和色澤4個因素進行評定，再通過數據處理對所有因素進行綜合評判。

1.6 數據處理

采用Microsoft Excel軟件進行數據分析與作圖。

2 結果與討論

2.1 模糊因素集、評語集的建立

因素集（Factor set）是指最能反映被評定事物品質質量的評價指標集合[2，10]，根據茶葉質量安全品質評價依據，確定反應茶葉質量品質的因素集U={重金屬，農藥殘留，顆粒污染物，色澤}。

評語集（Remark set）是評價員對各評價因素的評價指標反饋信息的集合，表示對每個因素的評價，可用文字、具體數值或等級表示[4，9]。設定茶葉質量品質的評語集為：V={V1，V2，V3，V4}；V1=很好，V2=良好，V3=差，V4=很差。

2.2 權重集的建立

評價因素的權重集是各評價因素對被評價指標整體質量品質中的重要程度[4，10]。各指標的權重向量用X表示，X=（x1，x2，…xn），規定∑xi=1[4，10]。實驗采用評價員評定及現代儀器分析結果的“很好”個數對各因素進行一一對比，以某因素“很好”個數與各因素“很好”總個數（即380）之比，確定權重集X={0.26，0.26，0.24，0.24}，見表 3。

表3 茶葉品質因素評價權重分布

從表3的結果可以看出，代表茶葉品質的4個因素中，重金屬和農藥殘留的權重最高，均為0.26；其次是顆粒污染物（0.24）和茶葉色澤（0.24）。對茶葉品質因素所占的權重進行分析和量化，有利于對茶葉品質及安全特征進行更加客觀和準確的分析。基于以上分析可見，重金屬和農藥殘留含量對茶葉品質控制的影響比重最大，也是監控茶葉質量安全品質最關鍵的因素。

2.3 單因素評價

針對不同加工程度的鐵觀音茶葉（鮮茶葉、毛茶和成品茶），感官評價員按照評定方法和制定的標準對10批鐵觀音鮮茶葉、毛茶、成品茶的顆粒污染物和色澤進行感官評定；同時，測定茶葉的重金屬含量和農藥殘留含量。最終，計算達到“很好”級別的茶葉批數，結果如表4所示。

表4 茶葉品質因素評價結果

由表4的結果可知，以鐵觀音鮮茶葉的重金屬含量為例，有9批樣品達到“很好”的級別，有1批則只有“良好”的水平，沒有“差”和“很差”級別的鮮茶葉。其中，“良好”水平的茶葉出現可能是由于當地種植環境導致部分鐵觀音茶葉重金屬含量超標。

將各等級的茶葉個數除以總批數10（即總的評定數10），得到形如Rk=（rij）的模糊矩陣（其中k=1，2，…，為鐵觀音茶葉的批次編號；i=1，2，…，n；j=1，2，…，n），表示第i個指標對應第j個評價等級。

2.4 綜合評價

2.4.1 計算綜合隸屬度

權重與單因素隸屬度的乘積xirij能夠反應樣本就茶葉品質因素Ui對類Vj的隸屬情況。用普通矩陣乘法代替取大取小算法，綜合考慮各單因素的影響后，樣本對Vj的綜合隸屬度為

已知茶葉品質4個評價指標的權重集X={0.26，0.26，0.24，0.24}，計算鐵觀音對各類的綜合隸屬度

2.4.2 模糊數學綜合評判

把Vj的下標作為量化指標，把bj看成鐵觀音茶葉樣本對類Vj歸屬的權重，按照綜合評分公式分別計算不同加工程度的鐵觀音茶葉的綜合評分。

則H1=1×0.90+2×0.10+3×0.00+4×0.00=1.00；H2=1×0.852+2×0.124+3×0.024+4×0.000=1.170；H3=1×0.876+2×0.100+3×0.024+4×0.000=1.152。

根據H的計算值與哪一等級的j最接近，判斷鐵觀音茶葉樣本屬于或接近哪一等級[10，11]。結果表明，由華祥苑（福建）茶科技有限公司及其茶葉合作基地（福建安溪縣龍涓鄉石塔村合作基地）提供的鐵觀音鮮茶葉、毛茶和成品茶的綜合評分均小于2，說明其茶葉的品質均在“良好”以上；特別是鐵觀音鮮茶葉，其H值為1.00，表明其綜合品質達到“很好”的水平。相比于鮮茶葉，毛茶和成品茶的品質較差，這可能是由于鮮茶葉在加工過程中由于儀器設備、制茶工藝欠佳等因素導致重金屬含量增加、茶葉色澤劣變及顆粒污染物的引入。因此，針對華祥苑鐵觀音的品質監控，特別需要注意在制茶和茶葉包裝過程中的質量安全品質控制。

3 結論

本文通過模糊數學綜合評判法評價了不同加工程度的華祥苑鐵觀音茶葉的質量安全品質，試驗確定了鐵觀音茶葉的重金屬、農藥殘留、顆粒污染物和色澤權重分數由大到小為重金屬（0.26）=農藥殘留（0.26）>顆粒污染物（0.24）=色澤（0.24）。此外，發現華祥苑鐵觀音的鮮茶葉、毛茶和成品茶的綜合評分在區間1≤H<2，其中鮮茶葉的H值為1，表明鮮茶葉的質量安全品質達到“很好”的水平、毛茶和成品茶均在“良好”水平以上。影響華祥苑鐵觀音茶葉的主要因素可能是由加工過程的工藝欠佳制茶或包裝工藝引起的。研究結果為茶葉的分級及質量安全品質監控提供新的技術。