茶飲料湯色穩(wěn)定性中主成分分析與聚類分析的應(yīng)用探析

吳小蘭（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建泉州362000）

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茶飲料湯色穩(wěn)定性中主成分分析與聚類分析的應(yīng)用探析

吳小蘭
（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建泉州362000）

摘要：本文選取多種不同工藝加工的茶葉樣品，應(yīng)用主成分分析和聚類分析的方法，對(duì)其湯色的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并根據(jù)分析結(jié)果，從17個(gè)影響茶飲料品質(zhì)穩(wěn)定性的指標(biāo)中，選取4個(gè)主要指標(biāo)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，基于綜合評(píng)價(jià)得分，對(duì)上述茶葉加工進(jìn)行聚類。最終研究結(jié)果表明，可以將38種不同加工工藝獲得的茶葉分為3類，第一類綜合評(píng)價(jià)得分在10以下，茶飲料湯色穩(wěn)定性好；第二類綜合評(píng)價(jià)得分在10-20之間，茶飲料湯色穩(wěn)定性一般；第三類綜合評(píng)價(jià)得分在20以上，茶飲料湯色穩(wěn)定性差。經(jīng)對(duì)比分析，茶葉的干燥處理是影響茶飲料湯色穩(wěn)定性的主要因素之一。

關(guān)鍵詞：茶飲料；湯色；穩(wěn)定性；主成分分析；聚類分析；應(yīng)用

茶文化在我國(guó)有著悠久的發(fā)展歷史，茶飲料也是世界三大無(wú)酒精傳統(tǒng)飲料之一，飲用簡(jiǎn)單，而且具有營(yíng)養(yǎng)與保健雙重功能。在茶葉的主要成分中，含有相當(dāng)豐富的活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)很容易與氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致茶飲料在制作和儲(chǔ)藏過(guò)程中，容易出現(xiàn)變色和沉淀現(xiàn)象，影響茶飲料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。因此，如何有效防止茶飲料變色，確保湯色穩(wěn)定，是相關(guān)技術(shù)人員關(guān)注和研究的重點(diǎn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)茶飲料加工技術(shù)以及茶葉產(chǎn)品品質(zhì)的評(píng)價(jià)，一般是從品質(zhì)穩(wěn)定性與產(chǎn)品自身的感官風(fēng)味兩個(gè)方面進(jìn)行，澄清度和色變程度則是判別茶飲料品質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)，能夠非常直觀地體現(xiàn)茶葉產(chǎn)品的抗高溫褐變能力和低溫渾濁能力。因此，對(duì)其進(jìn)行合理評(píng)價(jià)和分析是非常必要的。

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

茶葉的品種選擇福鼎大白茶，嫩度為一芽二葉或者一芽三葉?？紤]到茶葉加工的流程，主要加工設(shè)備包括電加熱6CS-40型殺青機(jī)、6CSF500型熱風(fēng)殺青機(jī)、自制小型蒸汽殺青機(jī)、6CR-35型揉捻機(jī)、烘干機(jī)以及6CCQ-50型雙鍋曲毫炒干機(jī)等。

1.2加工與處理

將采摘的鮮葉自然攤放晾曬，待其含水率70%后，按照綠茶標(biāo)準(zhǔn)步驟，加工成茶葉[1]。

1.3茶飲料處理

（1）制備：取制作好的茶葉樣品10g，充分磨碎后，與450mL、70益左右的白開水共同放入到500mL錐形瓶中，然后將錐形瓶整個(gè)放入70益的水中（避免水進(jìn)入瓶?jī)?nèi)），浸提15min，以5min為間隔搖晃均勻。浸提完成后，使用脫脂棉對(duì)溶液進(jìn)行初步過(guò)濾，然后倒入500mL容量瓶?jī)?nèi)，待其冷卻到室溫，重新定容至500mL。以雙層濾紙對(duì)稀釋后的茶湯進(jìn)行抽濾，于常溫常壓條件下，加熱到100益，進(jìn)行滅菌處理1min，灌入45mL離心管內(nèi)，密封放置。

（2）貯藏：將密封后的茶湯樣品放入4益以及37益的環(huán)境中，分別于41h、7d后取出，待其恢復(fù)常溫后，對(duì)樣品的濁度和色差進(jìn)行測(cè)定。對(duì)滅菌處理后的茶湯樣品的L*、a*、b*值以及濁度值進(jìn)行分別測(cè)定，減去高溫滅菌前的響應(yīng)值，以吟Lx*、吟ax*、吟bx*、吟濁度x的形式進(jìn)行記錄，x表示樣品編號(hào)。

1.4茶飲料評(píng)價(jià)

以酒石酸鐵比色法，對(duì)茶多酚的含量進(jìn)行測(cè)定；以MINOLTA CTY-310色差計(jì)，結(jié)合L*a*b*色差系統(tǒng)，對(duì)茶飲料的色澤進(jìn)行測(cè)定；以WZT-3A型光電濁度儀，對(duì)茶飲料的澄清度進(jìn)行測(cè)定；以SPSS及Excel對(duì)測(cè)定得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[2]。

2　結(jié)果與分析

2.1茶飲料湯色穩(wěn)定性指標(biāo)

結(jié)合測(cè)定數(shù)據(jù)，針對(duì)17個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的變異情況，對(duì)不同的加工工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)吟a*的變異系數(shù)偏大，尤其是吟a1*，變異系數(shù)達(dá)到414.67%；濁度值的變異系數(shù)其次，其中較為顯著的吟濁度1*達(dá)到了124.88%；其余變異系數(shù)相對(duì)較小。研究表明，茶飲料在放置過(guò)程中，湯色會(huì)出現(xiàn)較大的變化，而4益放置41h對(duì)于湯色的影響最大，分析原因，可能是由于低溫貯藏導(dǎo)致冷后渾的形成，從而影響了茶飲料的湯色。

2.2茶飲料湯色穩(wěn)定性主成分分析

以SPSS16.0軟件，對(duì)測(cè)量得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，為了保證信息的完整性和可靠性，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率應(yīng)該達(dá)到80%以上。對(duì)此，選擇4個(gè)主成分，結(jié)合其特征向量，構(gòu)建主成分與茶飲料湯色穩(wěn)定性之間的線性關(guān)系。4個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)率以及累計(jì)貢獻(xiàn)率如表1。

表1　4個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)率以及累計(jì)貢獻(xiàn)率

以主成分Y1為例，其與17個(gè)品質(zhì)指標(biāo)之間的線性關(guān)系為：

Y1 =0.1947X1 +0.565X2 +0.414X3 +0.309X4 +0.268X5 +0.218X6 + 0.2987X7+0.093X8+0.717X9+0.862X10+0.674X11+0.180X12+0.903X13+ 0.547X14+0.495X15-0.366X16+0.836X17

可以看出，在上述函數(shù)式中，X13（吟濁度3）的系數(shù)最大，然后依次為X17（吟濁度4）、X10（吟L3*）以及X9（吟濁度2），而這也表明，主成分1所反映的，是低溫和高溫貯藏7d、低溫放置41h后濁度的變化，以及低溫貯藏7d后明亮度變化的綜合指標(biāo)。同理，主成分2反映的是高溫處理對(duì)于茶湯色澤的影響，主成分3反映的是低溫放置41h對(duì)于茶湯色澤的影響，主成分4則主要反映高溫處理和高溫貯藏7d對(duì)于茶湯色澤的影響。

對(duì)茶飲料湯色穩(wěn)定性指標(biāo)的觀測(cè)值進(jìn)行平均值標(biāo)準(zhǔn)化處理后，結(jié)合相應(yīng)的公式，就能夠分別計(jì)算出不同加工工藝在4個(gè)主成分上的得分[3]。以所選擇的主成分所對(duì)應(yīng)的特征值在4個(gè)特征值總和中所占的比例為權(quán)重，計(jì)算得到不同加工工藝下，茶飲料湯色穩(wěn)定性指標(biāo)的變異程度，得到綜合評(píng)價(jià)分值，如表2所示。

表2　不同加工工藝下茶飲料穩(wěn)定性指標(biāo)變異程度綜合評(píng)價(jià)得分

2.3茶飲料湯色穩(wěn)定性聚類分析

由表2中不同加工工藝得到的茶飲料湯色穩(wěn)定性變異程度綜合評(píng)價(jià)得分，可以對(duì)38種不同加工工藝的綜合變異程度進(jìn)行相應(yīng)的聚類分析。這里以最短距離法，將茶葉樣品聚為3類，第一類綜合評(píng)價(jià)得分在10以下，茶飲料湯色穩(wěn)定性好；第二類綜合評(píng)價(jià)得分在10-20之間，茶飲料湯色穩(wěn)定性一般；第三類綜合評(píng)價(jià)得分在20以上，茶飲料湯色穩(wěn)定性差。

將茶飲料湯色穩(wěn)定性指標(biāo)變異程度的綜合評(píng)價(jià)得分，結(jié)合工藝處理類別進(jìn)行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)，在第一類中，A-1、A-4、A-3、A-7以及A-2均屬于干燥處理，第二類則屬于干燥、殺青處理，第三類屬于殺青、揉捻處理。結(jié)合工藝類別，對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)單位組資料方差分析，可以看出，在不同的工藝類別之間，存在著非常顯著的差異，因此，對(duì)殺青、揉捻以及干燥等處理工藝進(jìn)行深入研究是非常必要的[4]。

由不同工藝描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，不同干燥處理工藝之間，穩(wěn)定性指標(biāo)變化的平均值約為11.50，標(biāo)準(zhǔn)差為3.27；不同殺青處理工藝之間，穩(wěn)定性指標(biāo)變化的平均值為約21.12，標(biāo)準(zhǔn)差為9.44；不同揉捻處理工藝之間，穩(wěn)定性指標(biāo)變化的平均值約為19.74，標(biāo)準(zhǔn)差為11.58。由此可知，對(duì)于茶飲料而言，在干燥處理階段，湯色穩(wěn)定性指標(biāo)的變異最低，表明其穩(wěn)定性最佳，殺青處理階段的穩(wěn)定性次之，揉捻處理階段的穩(wěn)定性最差。

3　討論

在茶葉中，多酚類占據(jù)了其干物質(zhì)的30%左右，占據(jù)了茶湯浸出物的75%以上。相關(guān)研究表明，TP是造成茶湯沉淀的關(guān)鍵所在，茶乳酪就是由TP包裹蛋白質(zhì)，在分子間形成氫鍵，破壞了質(zhì)點(diǎn)的水化層，導(dǎo)致體系不斷增大而產(chǎn)生的，其本質(zhì)是在咖啡堿分子中，含有大量的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)，于低溫環(huán)境下，多元酚物質(zhì)與咖啡堿通過(guò)氫鍵，逐漸形成絡(luò)合物，而且伴隨著溫度的下降而增大，最終形成茶乳酪。因此，TP含量是輔助濁度、L*值等，對(duì)茶飲料品質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。傳統(tǒng)對(duì)于茶飲料品質(zhì)的判定，主要是依靠人的感官進(jìn)行，評(píng)判結(jié)果容易受主觀因素的影響，缺乏客觀性和準(zhǔn)確性。本文以茶飲料的湯色為對(duì)象，利用明亮度、紅綠色度、黃藍(lán)色度、渾濁度以及TP含量等，對(duì)茶飲料的品質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，結(jié)合主成分分析和聚類分析的方法，避免了人為因素造成的誤差，具有良好的可行性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]王麗霞,肖麗霞,陸蒸,等.氣調(diào)干制綠茶和熱風(fēng)干制綠茶湯色穩(wěn)定性的研究[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版),2010,31(2):64-67.

[2]張瑞蓮,尹軍峰,袁海波,等.基于主成分分析法研究茶葉加工工藝對(duì)茶飲料湯色穩(wěn)定性的影響[J].食品科學(xué),2010,(13):82-87.

[3]駱銳,邵宛芳,昊紅.茶飲料沉淀的成因與澄清技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2005,21(12):95-98.

[4]張瑞蓮,尹軍峰,袁海波,等.主成分分析與聚類分析在茶飲料湯色穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].茶葉科學(xué),2010,30(4):287-294.

作者簡(jiǎn)介：吳小蘭（1981-），女，福建泉州人，碩士，講師，研究方向：高職數(shù)學(xué)教學(xué)。