临沧工夫红茶季节判定模型及风味轮的构建

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(1.湖南农业大学教育部茶学重点实验室,湖南长沙 410128; 2.国家植物功能成分利用工程技术研究中心,湖南长沙 410128; 3.湖南省植物功能成分利用协同创新中心,湖南长沙 410128; 4.云南省临沧市发展生物产业办公室,云南临沧 677000)

工夫红茶是中国的特色红茶,云南临沧大叶种红茶更凭借其特有的香气、滋味等特点在中国红茶中占有极其重要的地位。但由于茶叶品质受采摘嫩度、季节,加工工艺等多方面的影响,很难对其品质进行量化的评判。因此,科研工作者应广泛借鉴学习其它作物的研究技术,如主成分分析方法在水果、蔬菜等作物上的研究和应用技术[1-3],定量描述分析在食醋、葡萄酒感官评定中的应用[4-5]等方法进行茶叶研究工作。

风味轮(Flavor wheel)是品质标准化定量分析的基础框架,风味描述语按照类型归类整理成圆盘形状。风味轮的建立与推广应用,能够使感官评价有可靠的依据,亦可用于产品质量控制,方便研究工作者针对性地研究茶叶不同风味的形成机理[6-8]。2013年,张颖彬[9]利用风味轮技术对浙江省十大名茶进行感官审评并构建其风味轮,2017年,李向波[10]简单构建了普洱茶感官品质风味轮。但目前还少有红茶风味轮的相关研究。

茶叶判定模型是以茶叶含水量、茶多酚总量、游离氨基酸总量等指标为基础,采用主成分分析法、聚类分析法、判别分析等适当的统计分析方法构建出的判定茶叶某种特性的模型。目前有关茶叶判定模型的报道多为茶叶质量评价模型[11]、茶叶质量等级模型[12],但关于茶叶采摘季节的判定模型还比较少见。本研究参考茶叶判定模型的构建方法,对春夏季临沧工夫红茶进行主成分分析与聚类分析,构建质量评价模型,提出一种依据红茶理化品质判定采摘季节的方法,对其品质审定提供参考价值,也为今后红茶及其他茶类的品质判定提供一种可参考的判定方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

2017年于临沧市收集的工夫红茶共61个样品 本研究中所采用的茶样均为云南省临沧市各茶叶龙头企业生产,由临沧市发展生物产业办公室提供,其中春季样品为1～30号和47～56号，夏季样品为31～46号和57～61号；甲醇、乙腈、茚三酮、蒽酮等 国药集团。

e2695型高效液相色谱仪 美国Waters公司;紫外分光光度计 日本岛津公司;AE240型电子天平 瑞士Mettler公司;101-3AB型电热鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器有限备公司;DK-S28型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 理化检测方法 咖啡碱CAF、可可碱TB含量检测参考GB/T 8312-2013[13]进行;没食子酸GA、儿茶素类(包括表没食子儿茶素EGC、儿茶素DL-C、表儿茶素EC、表没食子儿茶素没食子酸酯EGCG、没食子儿茶素没食子酸酯GCG、表儿茶素没食子酸ECG)和茶多酚含量参考国家标准GB/T 8313-2008[14]采用HPLC检测法;游离氨基酸总量参照国家标准GB/T 8314-2013[15]进行;茶黄素TF参照国家标准GB/T 30483-2013[16]进行检测;以上各指标均做3次平行测定后取平均值。

1.2.2 主成分分析与聚类分析 采用主成分分析法(PCA)[17],对1.2.1中的各理化指标数据求特征向量及特征值、选取主成分、得出指标权重、计算综合得分的步骤达到降维效果。

二阶聚类分析法(CA)[17]以各样品的主成分综合得分为参考指标进行预分类、正式分类。

数据采用SPSS 23.0软件进行。

1.2.3 感官审评方法 由高级评茶师、评茶师、高级评茶员构成的7人审评小组,参考GB/T 23776-2018[18]中工夫红茶的审评方法进行冲泡。称取3 g茶样,用150 mL沸水冲泡5 min,着重对茶样香气、汤色和滋味三项因子进行审评,并参照《茶叶感官审评术语》[19]记录评语,为风味轮的构建提供风味描述语。

1.2.4 风味轮的构建 临沧工夫红茶风味轮的构建参照绿茶、普洱茶的风味轮,由专业的品评小组分别对茶样进行描述性分析,按如下步骤进行:

a. 专业审评小组经过多次研究、讨论,依照《茶叶感官审评术语》[19]整理出临沧工夫红茶香气(花香、果香、甜香、毫香、清香、高火、杂气、酸气、青气、闷)、汤色(红、红浓、红艳、黄橙、橙黄、欠红)、滋味(浓、鲜、醇、厚、涩、粗、酸、青、陈、火)的描述语;

b. 品评员对各样品进行味觉、嗅觉和色度感官分析,每轮品评之间间隔10 min,提供纯净水给品评员漱口;

c. 品评员根据整理出的工夫红茶风味描述语对样品的所有气味、色泽、滋味特征用适当的描述语记录下来;

d. 参考绿茶、普洱茶的风味轮,经专家品评小组讨论,对整理后的描述语进行整理归类;

e. 按照归类绘制出代表临沧工夫红茶风味性质的风味轮。

2 结果与分析

2.1 不同季节临沧工夫红茶化学成分对比

利用上述检测方法对选取的46个样品进行检测(表1)。各样品季节信息及咖啡碱CAF(X1)、可可碱TB(X2)、没食子酸GA(X3)、表没食子儿茶素EGC(X4)、儿茶素DL-C(X5)、表儿茶素EC(X6)、表没食子儿茶素没食子酸酯EGCG(X7)、没食子儿茶素没食子酸酯GCG(X8)、表儿茶素没食子酸ECG(X9)、茶多酚(X10)、游离氨基酸总量(X11)和茶黄素TF(X12)含量如表1所示。

表1 检测样品茶样化学成分与分析结果Table 1 The list of chemical composition and analysis results of samples

春季和夏季的工夫红茶品质由于季节影响,其化学成分含量不同。游离氨基酸总量和儿茶素类物质影响茶汤滋味,茶黄素有利于提高茶汤色泽的明亮度,为探究临沧工夫红茶的季节性差异,还需对各化学成分进行深入分析。

2.2 主成分分析法构建临沧工夫红茶季节判定模型

2.2.1 主成分提取 由表2结果可知,前3个主成分(F1、F2、F3)的特征值依次为5.577,2.303,1.861,其中第一主成分的贡献度为46.475%,能够反映样品46.475%的信息;第二主成分的贡献度为19.192%,能够反映样品19.192%的信息;第三个主成分反映了样品15.509%的信息。三个主成分的积累方差贡献率为81.176%,能反映原始数据的大部分信息。因此,选前三个主成分对临沧工夫红茶化学成分质量进行分析。

表2 主成分特征值与累积贡献率Table 2 Characteristic value and accumulative contribution rate of each principal component

2.2.2 特征向量计算与主成分分析 对前三个主成分进行主成分的特征向量计算,计算结果如表3。

由各主成分的特征向量值可见:主成分F1在各因子变量CAF、TB、GA、EGC、DL-C、EC、EGCG、GCG、ECG、茶多酚、游离氨基酸总量、TF的载荷分别是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有较高的载荷,说明主成分F1主要是由变量X3决定的,没食子酸GA是评判临沧工夫红茶品质的重要因子;主成分F2中变量X5、X6的载荷都很高,说明临沧工夫红茶品质受儿茶素、表儿茶素影响较大;主成分F3则说明红茶品质与GCG(X8)的含量相关。

2.2.3 季节判定模型构建 依据主成分的特征向量值(表3)可得出各主成分的与理化成分的关系:

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

综合各主成分的方差贡献率得出评估云南工夫红茶品质的F值,构建出以内含化学成分为依据的临沧工夫红茶季节判定模型:

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

2.3 基于F值的临沧工夫红茶二阶聚类分析

利用构建出的临沧工夫红茶季节判定模型计算各样品的F值(结果如表1),以季节为分类变量,各样品的F值为连续变量进行二阶聚类分析,分析结果与实际标注的季节吻合(二阶聚类的样品结果如表2和表4,其中“1”为“春季”,“2”为“夏季”)。

分析表1与表4可知,46个样品被分为春夏两个季节茶样,其中1～30号聚类结果为“1”,为春季云南红茶总比例的100%,31～46号聚类结果为“2”,占夏季云南红茶总比重的100%,与样品本身的季节信息一致。利用该模型来判断春夏季临沧工夫红茶的季节性是可行的,在一定程度上能够减少数据分析工作量,也有利于为风味轮的绘制提供数据参考。

表4 二阶聚类分析结果Table 4 The two step cluster analysis results of samples

2.4 临沧工夫红茶季节判定模型的检验

为检验春夏季临沧工夫红茶季节判定模型的判定效果,本试验对随机选取后剩余的15个红茶样品进行理化检测(表5)和模型评价,评价结果如表6所示。春季样品检验结果均为“1”类,夏季样品检验结果均为“2”类,表明所建立的临沧工夫红茶春夏季节判定模型具有较高的判定准确率,对临沧工夫红茶品质的研究具有重要指导意义。

表5 检验样品茶样化学成分表Table 5 The list of chemical composition of samples tested

表6 临沧工夫红茶季节判定模型的检验结果Table 6 The test result of Lincang Gongfu black tea’s mathematic model

3 临沧工夫红茶风味轮的构建

食品风味术语是对产品所引起的感觉性质的表达,是使用经过训练的评价组通过对大量代表性样品的评价、讨论而来建立起来,能够描述产品的风味特征、区别不同风味的产品[20-22]。红茶风味术语是食品风味术语的一个分支,由于红茶原料品种、嫩度、加工工艺的不同,其香气、滋味、汤色也呈现出多种类型。本研究参考《茶叶感官审评术语》对收集样品进行香气、滋味、汤色的审评和风味术语的建立,将有利于云南红茶品质的香气、滋味类型表述为特征香型、特征滋味类型;将不利于云南红茶品质的香气、滋味类型表述为缺陷香型、缺陷滋味类型;并依据样品茶汤的颜色进行汤色审评和分类。

3.1 临沧工夫红茶香气分析

常见的红茶特征香气类型有毫香、花香、清香、果香、甜香等。结合临沧工夫红茶的风味描述结果(表7)与特征香气类型(图1)发现:春季与夏季临沧工夫红茶均以甜香为主,其次是花香。竹尾忠一等[23]对中国红茶进行香气分析发现,不同地域、品种的茶树鲜叶原料制造的红茶具有不同的香型,由云南大叶种所加工而成的滇红中芳樟醇、香叶醇及芳樟醇氧化物含量较高,其香气富有高锐的花香。

图1 云南特征香气类型Fig.1 Different aroma of Yunnan black tea

表7 临沧红茶风味描述结果Table 7 Flavor description results of Lincang black tea

续表

对照缺陷香气类型(图2)发现:本研究茶样的主要缺陷香气类型有高火、欠纯、酸气、青气、粗气、陈和闷。由于春季茶叶原料较嫩,发酵容易过度,出现酸气的情况较多(4个酸气香型样品中有3个春季样),而干燥温度较难把控则会产生高火香型(6个高火香型样品中有4个于春季采摘)。夏季芽叶生长速度加快,若采用嫩度较低的鲜叶加工红茶则容易出现“粗气”,本研究中两个粗气香型的样品均为夏季样品。

图2 云南红茶香气缺陷类型Fig.2 Aroma defects of Yunnan black tea

3.2 临沧工夫红茶滋味分析

工夫红茶在审评过程中因滋味的差异呈现出浓、厚、醇、鲜、纯的滋味特点。其中,“浓”指的是茶汤浸出物丰富,给人较强刺激性的感觉;“厚”是指茶汤内含物丰富,有粘稠感;“醇”表示茶汤浓淡适中,口感柔和;“鲜”则代表鲜洁的审评感受[24]。

云南大叶种较中小叶种茶多酚、水浸出物含量较高,其滋味品质较好,本研究的云南省临沧市红茶样品特征滋味(图3)以醇、鲜、浓、厚为主,缺陷滋味类型主要有涩、粗、酸、青、陈、火六种。其中鲜度较好的8个样品为春季样品,春季(特别是初春)的鲜叶各种化学成分含量丰富而又协调,所以春茶初期的茶味醇厚、鲜爽。相反,夏季鲜叶嫩度随茶树生长轮次增多而降低,其多酚类、儿茶素类含量丰富,若加工不慎则会出现酸涩味等降低红茶品质的滋味类型(图4)。

图3 云南红茶特征滋味类型Fig.3 Different taste of Yunnan black tea

图4 云南红茶滋味缺陷类型Fig.4 Taste defects of Yunnan black tea

3.3 临沧工夫红茶汤色分析

汤色在工夫红茶的审评中占有10%的比重。通过对各个样品的汤色评语总结归纳得出云南工夫红茶汤色一般呈红色系,按其红的程度特点又可分为“红艳”、“红浓”、“红”。有些样品也会呈现近红的色系,如“欠红”、“黄橙”、“橙黄”,但这种情况较少。各汤色数据如图5所示。

图5 云南红茶汤色类型Fig.5 Liquid color of Yunnan black tea

临沧市地处低纬度地区,温度高,日照强,有利于碳水化合物及多酚的合成,云南大叶种所制红茶汤色多以红为主。春季芽毫肥壮,蛋白质、黄酮类物质含量丰富,更容易使汤色具有红浓、红艳的特点,这在一定程度上有利于红茶品质的提升。

3.4 临沧工夫红茶风味轮绘制

对不同季节临沧工夫红茶进行审评,以茶叶感官审评术语为主要依据,提取临沧工夫红茶的香气、滋味和汤色的风味特征描述语,分别绘制春季、夏季临沧工夫红茶风味轮(图6)。

图6 云南临沧红茶风味轮Fig.6 Flavor wheel of Yunnan Lincang black tea

临沧工夫红茶特征香型包括花香、果香、甜香、毫香、清香,但春季显毫香,夏季有果香;特征滋味类型有浓、厚、醇、鲜,夏季红茶鲜度稍低于春季;降低红茶品质的缺陷性香气包含高火、酸、陈、粗气、闷、青气、杂,夏季红茶有出现粗气的情况;缺陷性滋味有青、涩、粗、陈、酸馊、高火几种,有的春季红茶会产生青涩而影响滋味;春季红茶汤色主要为红色系的红艳、红浓、红色以及近红色系的黄橙、欠红色,夏季红茶汤色的近红色系则多为橙黄色。

4 结论与讨论

本研究以云南临沧工夫红茶为材料,对茶叶化学成分进行检测与分析,结果表明,不同季节的红茶样品其可可碱、咖啡碱、儿茶素类、茶多酚、游离氨基酸总量、茶黄素等物质含量有所不同,由于影响茶叶品质的因素复杂且具有重叠性,一般的审评方式或化学物质含量无法准确判定其加工季节。为寻求一种能够判定临沧工夫红茶采制季节的方法,本研究以因子分析与主成分分析相结合的方式构造数学模型,以样品理化成分含量为基础进行数学计算,得出在一定程度上代表样品品质得分的F值。经二阶聚类分析发现,春季茶样均表现为“1”,夏季茶样表现为“2”,具有季节的区分性,此模型为判定春夏季临沧工夫红茶的采制季节提供一种可供参考的方法。

此外,研究结果显示不同季节的工夫红茶具有共通的香气、汤色、滋味类型,也具有因季节而产生的差异类型。春季茶样原料嫩度较高,容易产生有花香、汤色红艳、滋味鲜浓的红茶,夏季茶样则偏于甜香、汤色红浓、滋味醇厚。为描述不同季节临沧工夫红茶的风味特征,本研究广泛分析借鉴国内外对咖啡、酒类等食品的审评研究,借鉴咖啡风味轮、中国黄酒风味轮[25]、清酒风味轮[26]等的绘制方法,将春季与夏季临沧工夫红茶的风味用专业描述语按照类型归纳整理成圆盘形状。这在一定程度上能够加快茶叶品质的判定,方便审评工作的开展与加工工艺的改进,从而达到提升茶叶品质的目的。

本研究基于茶样理化成分含量所构建的红茶季节判定模型在一定程度上能够判定其采制季节。然而参照临沧工夫红茶风味轮发现,红茶品质受多因素影响而展现不同的风味。因此,为进一步探究临沧红茶品质,日后的研究需在季节因素的基础上结合样品采集地的海拔、气温、降雨量等多个方面综合考虑。