基于模糊數(shù)學(xué)評價(jià)茶葉質(zhì)量安全品質(zhì)的研究

謝基雄，劉遠(yuǎn)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(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建泉州 362434）

茶作為中國特有的傳統(tǒng)飲料之一，在茶葉的加工和銷售過程中，茶葉的分級及質(zhì)量評估直接影響茶葉的經(jīng)濟(jì)效益及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。然而，茶葉的分級一直比較模糊，用經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型或檢測方法往往不能達(dá)到令人滿意的效果[1，2]。迄今為止，對于茶葉的品質(zhì)評價(jià)主要視覺、味覺、嗅覺等。盡管感官評價(jià)的實(shí)用性強(qiáng)、辨識(shí)度高、易操作，但在實(shí)際茶葉加工銷售過程中，茶葉的感官品質(zhì)無法量化評價(jià)，易受到個(gè)人喜好等諸多不確定因素的影響茶葉的分級及品質(zhì)評估[3，4]。這對于茶葉質(zhì)量品質(zhì)的控制及分級提出了比較大的挑戰(zhàn)。

一般來說，影響茶葉銷售過程中的感官品質(zhì)主要包括加工過程中的異物殘留、茶葉是否有粉碎現(xiàn)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(zhì)面同時(shí)還面臨著重金屬、農(nóng)藥含量超標(biāo)等品質(zhì)監(jiān)控問題[5-8]。如何通過茶葉感官品質(zhì)及其重金屬和農(nóng)藥殘留含量等問題對茶葉的品質(zhì)進(jìn)行分級或質(zhì)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(shù)學(xué)評價(jià)的方法可以對人體感官特性進(jìn)行數(shù)學(xué)化和定量化的描述和處理，進(jìn)而把定性評價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)槎吭u價(jià)，最終減少評價(jià)員受主觀因素的影響錯(cuò)誤判斷被評價(jià)目標(biāo)的感官品質(zhì)，所得結(jié)果更客觀和準(zhǔn)確[3，4，9]。因此，本文采用不同特征的茶葉，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)感官評價(jià)協(xié)同現(xiàn)代儀器分析技術(shù)對茶葉的色澤、顆粒污染物、重金屬含量和農(nóng)藥殘留量進(jìn)行分析與評價(jià)，弄清茶葉的質(zhì)量品質(zhì)與各因素的影響比重，以獲得茶葉質(zhì)量品質(zhì)的有效方法，為茶葉質(zhì)量分級提供理論依據(jù)。

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(xiāng)石塔村合作基地）提供；30%雙氧水、濃硝酸購買于國藥集團(tuán)化學(xué)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(biāo)，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(zhì)譜法測定這三個(gè)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(nóng)藥殘留的測定

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

1.4 感官評價(jià)

1.4.1 感官評價(jià)實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

感官評價(jià)的測定要求感官評價(jià)實(shí)驗(yàn)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(jià)員在獨(dú)立的評價(jià)小間里對茶葉的色澤、顆粒污染物等進(jìn)行感官評價(jià)，不得討論。

1.4.2 感官評價(jià)人員的選擇

參考GВ/T 16291.1-2012《感官分析選拔、培訓(xùn)與管理評價(jià)員一般導(dǎo)則第1部分：優(yōu)選評價(jià)員》，從專業(yè)從事茶葉加工、銷售、消費(fèi)人員中挑選50名感官評價(jià)員，根據(jù)評價(jià)員的健康狀態(tài)，對茶葉的喜愛程度，以及對茶葉相關(guān)知識(shí)的了解程度，從中挑選20人作為候選人。

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

1.4.3 感官評價(jià)標(biāo)

從上述20名感官評價(jià)員中篩選10人感官評價(jià)能力較好的人員作為茶葉分級的一般評價(jià)員。根據(jù)茶葉質(zhì)量安全品質(zhì)分級的重要因素制定下列每個(gè)樣品的評定標(biāo)準(zhǔn)，見表1。評價(jià)員依據(jù)表1進(jìn)行茶葉的感官評價(jià)。要求評價(jià)員在感官評價(jià)前一天不熬夜、不過度使用眼睛，每評定一個(gè)樣品則休息10 min再進(jìn)行下一個(gè)樣品的評定。

表1 茶葉評定依據(jù)

為評定某種茶葉的等級，每個(gè)感官評價(jià)員對10種不同茶葉進(jìn)行顆粒污染物和色澤的感官評定，總計(jì)100個(gè)茶葉樣品。經(jīng)過重金屬和農(nóng)藥殘留含量測定，以及感官評定的結(jié)果，計(jì)算茶葉達(dá)到很好、良好、差和很差的個(gè)數(shù)。以每100個(gè)茶葉達(dá)到很好級別的個(gè)數(shù)為指標(biāo)，制定每批茶葉的分級標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 茶葉分級標(biāo)準(zhǔn)

1.5 模糊數(shù)學(xué)模型的建立

確定反應(yīng)茶葉質(zhì)量安全品質(zhì)的因素集U={重金屬，農(nóng)藥殘留，顆粒污染物，色澤}，設(shè)定茶葉質(zhì)量安全品質(zhì)的評語集為：V={V1，V2，V3，V4}；V1=很好，V2=良好，V3=差，V4=很差。依據(jù)現(xiàn)代儀器分析方法和感官評價(jià)員評定結(jié)果，使用改進(jìn)后的模糊數(shù)學(xué)評定方法，對茶葉的重金屬、農(nóng)藥殘留、顆粒污染物和色澤4個(gè)因素進(jìn)行評定，再通過數(shù)據(jù)處理對所有因素進(jìn)行綜合評判。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。

2 結(jié)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(zhì)質(zhì)量的評價(jià)指標(biāo)集合[2，10]，根據(jù)茶葉質(zhì)量安全品質(zhì)評價(jià)依據(jù)，確定反應(yīng)茶葉質(zhì)量品質(zhì)的因素集U={重金屬，農(nóng)藥殘留，顆粒污染物，色澤}。

評語集（Remark set）是評價(jià)員對各評價(jià)因素的評價(jià)指標(biāo)反饋信息的集合，表示對每個(gè)因素的評價(jià)，可用文字、具體數(shù)值或等級表示[4，9]。設(shè)定茶葉質(zhì)量品質(zhì)的評語集為：V={V1，V2，V3，V4}；V1=很好，V2=良好，V3=差，V4=很差。

2.2 權(quán)重集的建立

評價(jià)因素的權(quán)重集是各評價(jià)因素對被評價(jià)指標(biāo)整體質(zhì)量品質(zhì)中的重要程度[4，10]。各指標(biāo)的權(quán)重向量用X表示，X=（x1，x2，…xn），規(guī)定∑xi=1[4，10]。實(shí)驗(yàn)采用評價(jià)員評定及現(xiàn)代儀器分析結(jié)果的“很好”個(gè)數(shù)對各因素進(jìn)行一一對比，以某因素“很好”個(gè)數(shù)與各因素“很好”總個(gè)數(shù)（即380）之比，確定權(quán)重集X={0.26，0.26，0.24，0.24}，見表 3。

表3 茶葉品質(zhì)因素評價(jià)權(quán)重分布

從表3的結(jié)果可以看出，代表茶葉品質(zhì)的4個(gè)因素中，重金屬和農(nóng)藥殘留的權(quán)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(zhì)因素所占的權(quán)重進(jìn)行分析和量化，有利于對茶葉品質(zhì)及安全特征進(jìn)行更加客觀和準(zhǔn)確的分析?；谝陨戏治隹梢?，重金屬和農(nóng)藥殘留含量對茶葉品質(zhì)控制的影響比重最大，也是監(jiān)控茶葉質(zhì)量安全品質(zhì)最關(guān)鍵的因素。

2.3 單因素評價(jià)

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(jià)員按照評定方法和制定的標(biāo)準(zhǔn)對10批鐵觀音鮮茶葉、毛茶、成品茶的顆粒污染物和色澤進(jìn)行感官評定；同時(shí)，測定茶葉的重金屬含量和農(nóng)藥殘留含量。最終，計(jì)算達(dá)到“很好”級別的茶葉批數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 茶葉品質(zhì)因素評價(jià)結(jié)果

由表4的結(jié)果可知，以鐵觀音鮮茶葉的重金屬含量為例，有9批樣品達(dá)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(xiàn)可能是由于當(dāng)?shù)胤N植環(huán)境導(dǎo)致部分鐵觀音茶葉重金屬含量超標(biāo)。

將各等級的茶葉個(gè)數(shù)除以總批數(shù)10（即總的評定數(shù)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(hào)；i=1，2，…，n；j=1，2，…，n），表示第i個(gè)指標(biāo)對應(yīng)第j個(gè)評價(jià)等級。

2.4 綜合評價(jià)

2.4.1 計(jì)算綜合隸屬度

權(quán)重與單因素隸屬度的乘積xirij能夠反應(yīng)樣本就茶葉品質(zhì)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(zhì)4個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重集X={0.26，0.26，0.24，0.24}，計(jì)算鐵觀音對各類的綜合隸屬度

2.4.2 模糊數(shù)學(xué)綜合評判

把Vj的下標(biāo)作為量化指標(biāo)，把bj看成鐵觀音茶葉樣本對類Vj歸屬的權(quán)重，按照綜合評分公式分別計(jì)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(jù)H的計(jì)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(jié)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(xiāng)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(zhì)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(zhì)達(dá)到“很好”的水平。相比于鮮茶葉，毛茶和成品茶的品質(zhì)較差，這可能是由于鮮茶葉在加工過程中由于儀器設(shè)備、制茶工藝欠佳等因素導(dǎo)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(zhì)監(jiān)控，特別需要注意在制茶和茶葉包裝過程中的質(zhì)量安全品質(zhì)控制。

3 結(jié)論

本文通過模糊數(shù)學(xué)綜合評判法評價(jià)了不同加工程度的華祥苑鐵觀音茶葉的質(zhì)量安全品質(zhì)，試驗(yàn)確定了鐵觀音茶葉的重金屬、農(nóng)藥殘留、顆粒污染物和色澤權(quán)重分?jǐn)?shù)由大到小為重金屬（0.26）=農(nóng)藥殘留（0.26）>顆粒污染物（0.24）=色澤（0.24）。此外，發(fā)現(xiàn)華祥苑鐵觀音的鮮茶葉、毛茶和成品茶的綜合評分在區(qū)間1≤H<2，其中鮮茶葉的H值為1，表明鮮茶葉的質(zhì)量安全品質(zhì)達(dá)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(jié)果為茶葉的分級及質(zhì)量安全品質(zhì)監(jiān)控提供新的技術(shù)。