響應面法優化白茶沖泡工藝的研究

孫 達，張星海，夏 兵

1.浙江經貿職業技術學院，浙江 杭州 310018；2.浙江樹人大學，浙江 杭州 310015；3.浙江省茶葉加工技術研究院，浙江 杭州 310014

白茶作為輕度發酵茶，其湯色清淡，味鮮醇、清甜，有毫香，性清涼。由于白茶滋味易被歐洲、東南亞、美洲等國家和地區的消費者所接受，國外出口市場一直較好。近年來因其保健功效，國內市場發展勢頭迅猛，掀起一股白茶熱[1-2]。白茶具有獨特的工藝、品質和功能特性，如何科學沖泡白茶，使其色香味等感官品質及功效得到最大發揮，越來越受到研究者們的關注。

影響白茶滋味成分的浸出率取決于茶葉的沖泡條件，主要包括茶葉用量、沖泡水溫、沖泡次數、沖泡時間等因素，浸出率影響茶湯濃度，茶湯濃度影響茶的感官品質[3]。目前有關沖泡條件對茶葉主要呈味物質的浸出規律研究大多針對綠茶[4-5]，或者一些其它的茶類[6-7]，白茶相關方面研究尚不多見。已有一些關于低溫和延長沖泡時間對白茶浸出規律的研究[8-9]，但低溫和過長時間的沖泡并不符合現代人對茶葉品飲的習慣。本試驗通過研究沖泡要素對茶湯感官品質和呈味物質的影響，揭示傳統白茶沖泡品飲中特征成分浸出規律，探索白茶中主要成分的浸出與沖泡方式的內在關系，為建立一種更加公正客觀的白茶日常沖泡規范提供依據。

1 材料和方法

1.1 材料

白牡丹，2016 年產于福建福鼎，由福建綠葉茶業有限公司提供。

1.2 試驗方法

本試驗在預實驗的基礎上，選取茶水比（固定水的用量為150 mL，改變茶葉用量，范圍為2 ～ 4 g），沖泡溫度為70℃ ～ 100℃，沖泡時間為3 ～ 7 min，用Design expert 軟件中的Box-Behnken 模型進行響應面優化實驗設計，響應面優化實驗的因素水平見表1，按照響應面設計的實驗水平，分別測定不同沖泡條件下白茶主要滋味物質成分浸出率，包括茶多酚、咖啡堿和游離氨基酸。

表1 響應面因素水平Table 1 Response surface factor levels

水溫控制方法：100℃ 即沸水；70℃ 和85℃， 提前將盛有70℃和85℃左右的水容器分別放進70℃和85℃恒溫水浴鍋中保持恒溫。

沖泡方法：泡茶用150 mL 審評杯和純凈水進行。按試驗設計進行沖泡，沖泡好的茶用定性濾紙過濾, 濾液用于測定化學成分。

生化成分測定：游離氨基酸測定參照GB/T 8314—2002《茶游離氨基酸總量測定》進行；茶多酚測定參照GB/T 8313—2002《茶多酚測定》進行；咖啡堿測定參照GB/T 8312—2002《茶咖啡堿測定》紫外分光光度法進行。

茶湯感官評價：采用感官審評方法審評茶湯的滋味，參照李磊磊、李鳳娟等人[10-11]對白茶審評標準加以改進，選取10 位實驗室技術人員組成審評小組，從湯色（權重30%）、香氣（權重30%）、滋味（權重40%）三方面評價，滿分為100 分。

2 結果與分析

2.1 不同沖泡條件對白茶茶湯主要滋味成分的影響

2.1.1 不同沖泡條件對茶多酚浸出率的影響

利用統計分析軟件design expert 對實驗結果表2 進行分析，得到茶多酚浸出率(X1)與沖泡過程中茶葉用量(A)、沖泡時間 (B)、沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸方程，模型顯著（p＜0.05），失擬項p ＞0.05，回歸模型預測值與實際值差異較小，擬合程度高。

X1=-5421.85+71.82A+233.29B+112.07C+3.3 8AB-5.26A C-0.71BC+127.23A2-3.95B2-0.32C2

如表3 所示，隨著茶葉用量的增加、沖泡時間的延長與沖泡溫度的提高，茶湯中茶多酚的浸出率均顯著增加，F 值中C ＞A ＞B，溫度對茶多酚浸出率的影響最大，其次是茶葉用量和沖泡時間，溫度可以加快茶多酚分子的熱運動，使其浸出濃度增加[12]，但不同條件下茶多酚的浸出速率有所差異，與羅文文等人對黃山毛峰的研究一致[13]。固定溫度和沖泡時間，茶多酚浸出率在茶葉用量高處時較低處時變化更顯著。由于隨著沖泡時間的延長，葉片完全舒展，茶多酚浸出率增加，但茶湯中茶多酚的浸出速率隨時間的延長稍有降低，可能是由于長時間的浸泡使茶多酚發生了氧化[3]。茶葉用量與沖泡時間AB、沖泡溫度與時間BC、沖泡溫度與茶葉用量AC 的交互作用對茶多酚浸出率并無顯著性影響。

2.1.2 不同沖泡條件對游離氨基酸浸出率的影響

利用統計分析軟件design expert 對實驗結果表2 進行分析，得到游離氨基酸浸出率(X2)與茶葉用量 (A)、沖泡時間 (B)和沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸方程，其模型顯著，擬合程度高，具有較好的統計學意義。

表2 Box-Benhnken 實驗設計方案和結果Table 2 Experimental design and results of the Box-Benhnken

表3 響應面優化沖泡白茶——茶多酚模型方差分析Table 3 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of tea polyphenol model

X2=2336.94-302.58A-166.51B-41.71C+18.63 AB-0.71AC-0.20BC+63.54A2+16.32B2+0.30C2

隨著茶葉用量的增加、沖泡時間的延長、沖泡溫度的提高，茶湯中游離氨基酸的浸出率均顯著增加，如表4 所示，茶葉用量和溫度對游離氨基酸浸出率影響較大，達到極顯著水平，沖泡時間的影響較小，達到顯著水平。無論是茶葉用量、沖泡時間、還是溫度，對茶湯中游離氨基酸浸出率的影響均是在高處時較低處時的更為明顯，低溫長時沖泡茶葉，游離氨基酸的浸出率也可以達到高溫較短時的水平，與黃麗娟等人的研究一致[14-15]。茶葉用量與沖泡時間AB、沖泡溫度與時間BC、沖泡溫度與茶葉用量AC 的交互作用對游離氨基酸浸出率并無顯著性影響。

2.1.3 不同沖泡條件對咖啡堿浸出率的影響

利用統計分析軟件design expert 對實驗結果表2 進行分析，得到咖啡堿浸出率(X3)與茶葉用量 (A)、沖泡時間 (B)和沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸方程，其模型不顯著。

表4 響應面優化沖泡白茶——游離氨基酸模型方差分析Table 4 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of amino acid model

隨著茶葉用量的增加、沖泡溫度的增加，茶湯中咖啡堿的浸出率增加，溫度對咖啡堿浸出率的影響較沖泡時間、茶葉用量大。茶湯中咖啡堿浸出率在茶葉用量高處時較低處時的變化大。固定茶葉用量和沖泡溫度，咖啡堿的浸出率隨著時間的延長先增加而后略微減小，有可能隨著時間延長，咖啡堿與其它物質如茶多酚發生絡合作用[3,16]。固定茶葉用量，短時間茶湯咖啡堿浸出率隨著溫度的變化較長時間沖泡明顯。無論交互作用還是單因素作用，均未達到顯著水平（表5）。

2.2 響應面優化沖泡白茶最佳條件的確定

在單因素實驗結果上，根據Box-Behnken設計原理，分別以茶葉用量 (A)、沖泡時間(B)與沖泡溫度(C)為自變量進行優化實驗，以感官評分值作為響應值進行響應面法優化實驗，經過分析與驗證確定優化最佳工藝參數。

2.2.1 模型的適應性分析

利用統計分析軟件design expert 對實驗結果進行分析，得到感官審評得分(Y)與反應過程中茶葉用量 (A)，沖泡時間 (B)，沖泡溫度(C)之間的二次多元回歸模型：

Y=101.27+10.92A+6.01B-1.30C-0.24AB-0.04AC+0.04BC-0.88A2-0.93B2+0.0086C2

對該模型方差分析結果見表6，模型中的p ＜ 0.0001，表明該回歸方程線性顯著，失擬值為0.4447( ＞ 0.05)，失擬不顯著，表明該回歸方程擬合程度好。決定系數（R2）和調整系數（adj.R2）分別為0.9730 和0.9382，具有很好的一致性，表明該模型的準確性和適用應很好。

表5 響應面優化沖泡白茶——咖啡堿模型方差分析Table 5 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of caffeine model

2.2.2 不同因素對白茶茶湯感官評分的影響

茶葉用量、沖泡時間、沖泡溫度、溫度與時間的交互作用、沖泡溫度的平方、沖泡時間的平方對白茶茶湯感官評分有顯著性的影響（p ＜ 0.05），其影響力從大到小依次為沖泡溫度、沖泡溫度的平方、沖泡時間的平方、沖泡時間、時間與溫度的交互作用、茶葉用量，茶葉用量與沖泡時間交互作用、茶葉用量與沖泡溫度交互作用、茶葉用量的平方對茶湯感官得分沒有顯著影響。

2.2.3 各因素間的交互作用對茶湯感官評分的影響

從圖1看出，固定沖泡溫度C和茶葉用量A，響應值隨著沖泡時間B 的延長先升高而后漸降低，在5 min 達到最高值，茶多酚、咖啡堿等滋味成分浸出率與白茶的品質呈正相關[17]，沖泡時間越長，茶多酚可能發生進一步的氧化，或者與咖啡堿等物質絡合，使其感官品質下降[3,18]。固定沖泡時間B，響應值隨著茶葉用量A 的增加而升高，響應值在低茶葉用量的變化較高茶葉用量處的變化顯著。

圖1 茶葉用量A 與沖泡時間B 的交互作用Figure 1 Interaction of tea dosage A and brewing time B

圖2 茶葉用量A 與沖泡溫度C 的交互作用Figure 2 Interaction of tea dosage A and brewing temperature C

從圖2 看出，固定茶葉用量A 和沖泡時間B，響應值隨著沖泡溫度的升高逐漸升高，在高溫處響應值的變化較低溫處的變化顯著。固定沖泡溫度，在高溫時，隨著茶葉用量的增加，響應值先增加后減低，變化不顯著，在低溫時，隨著茶葉用量的增加，響應值逐漸增大，溫度介于中間時，響應值隨著茶葉用量的增加變化不明顯。在沖泡時間恒定的情況下，在一定范圍內，可通過提高沖泡溫度來減少茶葉的用量，但是不能通過提高茶葉用量來降低沖泡的溫度。

表6 響應面優化沖泡白茶茶湯感官模型方差分析Table 6 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of sensory model of tea soup

圖3 沖泡時間B 與沖泡溫度C 的交互作用Figure 3 Interaction of brewing time B and brewing temperature C

沖泡時間B 與沖泡溫度C 交互作用達到顯著水平。從圖3 可看出，固定茶葉用量和溫度，響應值隨著沖泡時間延長先增加后降低，在4 ～ 5 min 左右達到最高值，究其原因，隨著沖泡時間的延長，茶湯中的內含物質浸出更多，滋味成分更加豐富，但時間過長后，茶多酚、游離氨基酸等物質可能發生氧化。固定茶葉用量和沖泡時間，響應值隨著溫度的增加而增加，在低溫時，白茶由于毫多，浸出物比較少，呈味物質少，感官評分比較低。

響應面及Design expert 軟件分析，得出茶湯感官品質最優的沖泡條件為：茶葉用量3.05 g、沖泡溫度100℃與沖泡時間5.03 min，在此條件下進行3 組平行驗證實驗的茶湯感官品質得分為92.40 分，與軟件估測值92.75 基本一致，說明響應面優化出來的該工藝條件是可行的。

3 結論

傳統白茶獨特的風味品質是消費者評判白茶品質好壞的重要標準，沖泡要素影響白茶茶湯的感官品質以及內含滋味成分茶多酚、游離氨基酸、咖啡堿的浸出率，這些與前人對一些綠茶的研究相似[19-21]。茶葉中內含物成分浸出率隨著茶葉用量、沖泡溫度、沖泡時間的增加而增大，茶葉用量對游離氨基酸浸出率的影響較溫度和時間大，溫度對茶湯中茶多酚和咖啡堿浸出率影響最大。以白牡丹為例，以茶湯感官品質為評價，本試驗采用響應面法確定分析了沖泡白牡丹的最優條件，茶葉用量3.05 g（茶水比約1 ∶50）、沖泡溫度100℃與沖泡時間5.03min，該條件下沖泡的白茶感官評價高，其香氣清純，滋味醇爽，湯色橙黃。