木禾種紅茶不同工藝色澤品質(zhì)的多維度比較

金美霞， 陳曉陽， 王霆， 劉丹， 俞燎遠(yuǎn)

(1.東陽市龍盤玉葉農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，浙江 東陽 322100； 2.浙江農(nóng)藝師學(xué)院，浙江 杭州 310021；3.東陽市種植業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 東陽 322100； 4.浙江農(nóng)林大學(xué) 農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311300；5.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020)

東陽木禾種是有名的茶樹良種，原產(chǎn)地在東陽市東白山。晉代開始繁育，距今已有1 600 a歷史。木禾種與鳩坑種、龍井種并稱為浙江省三大有性系茶樹良種，主要分布在浙江東陽、磐安、嵊州、紹興、諸暨等地，1988年被評(píng)為浙江省省級(jí)茶樹良種。木禾種芽葉持嫩性好、生育力較強(qiáng)，制成的珠茶具有花香，是錢塘龍井和珠茶的當(dāng)家品種之一[1-3]。木禾種加工扁形綠茶和珠茶的工藝技術(shù)已有研究，但目前對(duì)木禾種紅茶加工工藝的研究未見報(bào)道。

計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)能模擬人類的視覺感官系統(tǒng)，對(duì)茶葉的色澤進(jìn)行自動(dòng)化處理。利用計(jì)算機(jī)對(duì)茶葉色澤的識(shí)別是在計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)采集的茶葉圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行RGB和HSV顏色空間模型的構(gòu)建[4]，通過相應(yīng)的算法將采集到的有效圖像進(jìn)行RGB顏色模擬換算，再經(jīng)過兩者之間的轉(zhuǎn)換，得出相應(yīng)的顏色特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)的量化分析，得到茶葉的色澤識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)茶葉顏色的自動(dòng)識(shí)別，減小人的主觀性誤差。

茶葉色澤包括干茶色澤、湯色和葉底色澤3個(gè)方面，是分辨茶葉品質(zhì)的重要因子，也是茶葉主要品質(zhì)特征之一。紅茶外形色澤和葉底色澤主要是由葉綠素降解產(chǎn)物、果膠質(zhì)及多種物質(zhì)產(chǎn)生，如茶多酚、蛋白質(zhì)、糖等參與氧化聚合所形成的有色產(chǎn)物[5]。由于色澤的微小變化不易被人的視覺感知，為了探究木禾種紅茶不同加工工藝處理對(duì)茶葉色澤品質(zhì)的影響，本文利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)模擬人類視覺系統(tǒng)，進(jìn)行圖像采集和數(shù)據(jù)處理，通過構(gòu)建HSV顏色空間得到數(shù)據(jù)集，進(jìn)行多維度的分析來比較茶葉色澤品質(zhì)的變化，從而得出最適合的木禾種紅茶加工工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 茶樣制備

在萎凋、揉捻、烘干環(huán)節(jié)各設(shè)置3個(gè)不同工藝參數(shù)(萎凋7.0、8.0、9.0 h；揉捻1.5、2.0、2.5 h；烘干1.5、2.0、3.0 h)，采制木禾種1芽2葉初展鮮葉，在溫度30～35 ℃、空氣濕度90%的環(huán)境下，經(jīng)萎凋、揉捻、發(fā)酵、干燥基本工序加工，得到木禾種紅茶茶樣共9個(gè)。加工時(shí)間和地點(diǎn)：2021年3月下旬，東陽市龍盤玉葉農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司。生產(chǎn)設(shè)備：自制萎凋槽，増榮55型揉捻機(jī)，自制發(fā)酵房，6CHZ-9B型茶葉烘干機(jī)。

1.2 圖像采集方法

干茶取樣，每種茶樣混勻取10 g，放入相同器皿，勻齊度相似，進(jìn)行拍照，重復(fù)5次；茶湯取樣，每種茶樣取3 g，150 mL沸水，沖泡5 min，重復(fù)2次，將每次得到的茶湯取100 mL放入同一茶具中進(jìn)行拍照，再將2次得到的茶湯混勻，取100 mL放入同一茶具中進(jìn)行拍照；葉底取樣，將2次沖泡后得到的葉底取相同的量放入同一器皿中拍照，再混勻取相同的量放入相同器皿中拍一張。

為了保證拍攝的一致性，減小實(shí)驗(yàn)的偶然性誤差。本次實(shí)驗(yàn)的圖像采集在小攝影棚里進(jìn)行。將LED燈條作為上方光源，無影燈作為底部光源，并鋪設(shè)白色遮光布，防止亮度過高。攝影棚為Deep Photo Accessores,材質(zhì)為白色塑料板。拍照設(shè)備為日本尼康公司的NikonD750，使用的鏡頭是尼克爾24-120，分辨率為1 920×1 080像素，相機(jī)參數(shù)光圈設(shè)為F4，快門速度為1/200，ISO(感光度)設(shè)為200。產(chǎn)出照片格式為JPG，顏色表示為RGB。將得到的圖片裁剪成977×758像素大小，并利用摳圖軟件進(jìn)行摳圖，除去多余部分，只留干茶、茶湯、葉底有效區(qū)域，得到干茶有效圖片45張，茶湯有效圖片45張，葉底有效圖片27張。

1.3 數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計(jì)分析

將得到的有效圖片導(dǎo)入到Python 3.7軟件中，利用RGB模式讀取圖像得到RGB三色值，通過Python代碼將RGB空間轉(zhuǎn)換到HSV空間，最終得到茶葉HSV的顏色特征信息，并統(tǒng)計(jì)各顏色所占的比例，從而得到紅茶干茶、茶湯和葉底圖像的H(色相)、S(飽和度)、V(明亮度)數(shù)值。利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算均值和標(biāo)準(zhǔn)差，并采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，比較不同加工工藝參數(shù)對(duì)成品茶色澤的影響。

表1 HSV顏色字典

2 結(jié)果與分析

2.1 不同萎凋時(shí)間的干茶、茶湯、葉底色澤品質(zhì)HSV分析

根據(jù)表2的HSV數(shù)據(jù)，萎凋時(shí)間越長，干茶的HSV數(shù)值逐漸增大。方差分析顯示，不同萎凋時(shí)間干茶的S值有顯著差異，萎凋9.0 h的H值與7.0和8.0 h的有顯著差異，3者V值無顯著差異。且隨著萎凋時(shí)間增加，干茶除黑灰白色外的有色部分的橙色比例在逐漸增大，萎凋7.0、8.0和9.0 h的橙色比例分別為77.4%、81.0%和84.4%；紅色比例在逐漸減小，分別為22.4%、18.8%和15.4%。推測隨著萎凋時(shí)間的增大，細(xì)胞含水量逐漸降低，POD活性持續(xù)增強(qiáng)，兒茶素逐漸減少，但總體茶黃素積累量比茶紅素多[6-9]，導(dǎo)致干茶色澤往橙黃方向變，但主體還是橙色。

表2 不同萎凋時(shí)間干茶的HSV值

根據(jù)表3的HSV數(shù)據(jù)，萎凋時(shí)間越長，茶湯的H值和V值都逐漸減小，S值先變大再變小，茶湯變紅變暗，但整體茶湯都在橙色區(qū)間(占100%，圖1)，且色澤隨著萎凋時(shí)間變化有一個(gè)峰值。方差分析顯示，不同萎凋時(shí)間H值有顯著差異，萎凋7.0 h的S值和V值與萎凋8.0和9.0 h的有顯著差異。圖1茶湯圖片可以看出，7.0 h的偏黃，萎凋稍微不足；9.0 h的發(fā)暗，萎凋稍微過度；8.0 h的明亮度和顏色都最好，橙黃明亮，推測此時(shí)茶紅素與茶黃素比值較適宜。

根據(jù)表4的HSV數(shù)據(jù)，萎凋時(shí)間越長葉底的HSV數(shù)值越大。隨著萎凋時(shí)間的增加，葉底除黑灰白色外的有色部分的橙色比例在逐漸增大，萎凋7.0、8.0和9.0 h的橙色比例分別為76.5%、82.5%和88.5%；紅色比例在逐漸減小，分別為23.6%、17.7%和11.7%。方差分析顯示，不同萎凋時(shí)間的葉底S值和V值有顯著差異；9.0 h的H值與7.0和8.0 h的有顯著差異，但7.0和8.0 h的H值無顯著差異。即隨著HSV數(shù)值增大，葉底顏色向橙紅變化。推測萎凋時(shí)間越長，茶紅素茶褐素逐漸增加，葉綠素破壞增加,脫鎂葉綠素增加[10]，從而帶來色澤的變化。

表3 不同萎凋時(shí)間茶湯的HSV值

圖1 不同萎凋時(shí)間的茶湯

2.2 不同揉捻時(shí)間的干茶、茶湯、葉底色澤品質(zhì)HSV分析

表4 不同萎凋時(shí)間葉底的HSV值

根據(jù)表5的HSV數(shù)據(jù)可以得出，揉捻時(shí)間越長，干茶的H值逐漸減小，S值和V值逐漸增大。隨著揉捻時(shí)間的增加，干茶除黑灰白色外的有色部分的橙色比例先增大后減小，揉捻1.5、2.0和2.5 h的橙色比例分別為57.8%、80.2%和79.6%；紅色比例先減小后增大，分別為40.6%、19.3%和20.2%，干茶向橙紅色轉(zhuǎn)變，但整體處于橙色區(qū)域。方差分析顯示，3個(gè)不同揉捻時(shí)間得到的干茶的S值和V值有顯著差異，隨著揉捻時(shí)間的增加，S值和V值顯著增加；且揉捻1.5 h干茶的H值顯著大于2.0 h和2.5 h的H值，橙紅比例幾乎為1∶1。猜測揉捻1.5 h的干茶細(xì)胞破碎度不夠，萎凋葉中內(nèi)含物沒有充分釋放出來，茶黃素積累量過多，導(dǎo)致干茶偏黃。

表5 不同揉捻時(shí)間干茶的HSV值

表6的HSV數(shù)據(jù)可以看出，揉捻時(shí)間越長，茶湯的H值逐漸減小，S值和V值逐漸增大。方差分析顯示，不同揉捻時(shí)間得到茶湯的H值和S值有顯著差異，揉捻1.5 h茶湯的H值明顯大于揉捻2.0和2.5 h的H值，但S值明顯小于揉捻2.0和2.5 h的S值。隨著揉捻時(shí)間增加，茶湯顏色向橙紅轉(zhuǎn)變，但整體還處于橙黃區(qū)域(占100%，圖2)。就圖2來看，揉捻2.0 h的茶湯紅橙明亮濃度好，猜測此時(shí)細(xì)胞破損率較好，水解作用生成了較多的水溶性產(chǎn)物并易釋放于茶湯中，茶葉的水浸出物、茶多酚和氨基酸含量增加，茶紅素與茶黃素的比值較大[11-12]。

表6 不同揉捻時(shí)間茶湯的HSV值

圖2 不同揉捻時(shí)間的茶湯

根據(jù)表7的HSV數(shù)據(jù)可以看出，揉捻時(shí)間越長，葉底的H值和V值逐漸增大，S值先增大后減小。隨著揉捻時(shí)間的增加，葉底除黑灰白色外的有色部分的橙色比例逐漸增大，揉捻1.5、2.0和2.5 h的橙色比例分別為81.1%、81.1%和85.9%；紅色比例先減小后增大，分別為18.8%、18.2%和14.1%。方差分析顯示，揉捻1.5 h葉底的S值明顯低于其他2個(gè)處理，但3者的H值和V值無顯著差異。揉捻時(shí)間越長，葉底顏色向黃褐色逐漸靠近，但整體都處于紅褐色區(qū)域，推測隨著揉捻程度的增加，葉綠素降解更多[13-14]，脫鎂葉綠素含量和茶褐素逐漸增加。

2.3 不同烘干時(shí)間的干茶、茶湯、葉底色澤品質(zhì)HSV分析

表7 不同揉捻時(shí)間葉底的HSV值

根據(jù)表8的HSV數(shù)據(jù)可以看出，烘干時(shí)間越長，干茶的H值逐漸減小，S值先減小后增大，V值先增大后減小。隨著烘干時(shí)間的增加，干茶除黑灰白色外的有色部分的橙色比例先增大后減小，烘干1.5、2.0和3.0 h的橙色比例分別為82.6%、85.2%和84.0%；紅色比例先減小后增大，分別為17.0%、14.6%和15.9%。方差分析顯示，烘干1.5 h干茶的H值顯著高于其他2個(gè)處理；烘干3.0 h干茶的S值明顯高于其他2個(gè)處理；3個(gè)烘干時(shí)間處理干茶的V值無顯著差異。隨著干燥時(shí)間越長，干茶顏色越紅，明亮度先增加后降低，飽和度先下降再升高，猜測烘干時(shí)間越長，茶褐素逐漸增加[15-16]，脫鎂葉綠素也逐漸增加。

表8 不同烘干時(shí)間干茶的HSV值

根據(jù)表9的HSV數(shù)據(jù)可以看出，隨著烘干時(shí)間的增大，茶湯的H值是先增大后減小，S值和V值先減小后增大，茶湯逐漸偏橙紅色，但整體還在橙色區(qū)域(占100%，圖3)。方差分析顯示，烘干時(shí)間不同，茶湯的V值有顯著差異，H值和S值無顯著差異，且烘干2.0 h茶湯的V值明顯低于其他2個(gè)處理。猜測烘干工藝處理對(duì)茶湯并沒有很大的影響，就圖3來看，烘干2.0 h的茶湯顏色亮度相對(duì)最好。

表9 不同烘干時(shí)間茶湯的HSV值

根據(jù)表10的HSV數(shù)據(jù)可以看出，隨著烘干時(shí)間越長，葉底的H值逐漸減小，S值和V值先減小后增大。且隨著烘干時(shí)間增長，葉底除黑灰白色外的有色部分橙色比例逐漸增大，烘干1.5、2.0和3.0 h的橙色比例分別為87.7%、88.3%和90.2%；紅色比例逐漸減小，分別為12.3%、11.7%和9.8%。方差分析顯示，3個(gè)不同烘干時(shí)間處理得到的葉底HSV值無顯著差異，整體都偏于橙紅色，猜測隨著烘干時(shí)間的增長，茶褐色逐漸增加，導(dǎo)致葉底變紅變褐。試驗(yàn)結(jié)果表明，烘干工藝對(duì)紅茶色澤影響不顯著，烘干2.0 h的茶葉色澤相對(duì)最好。

圖3 不同烘干時(shí)間的茶湯

表10 不同烘干時(shí)間葉底的HSV值

3 小結(jié)

本研究針對(duì)不同的紅茶加工工藝而呈現(xiàn)不同的色澤和品質(zhì)，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)模擬人類視覺感官系統(tǒng)，收集木禾種紅茶干茶、茶湯、葉底的圖像，建立HSV顏色模型，提取不同工藝處理下圖像的顏色特征參數(shù)，從而進(jìn)行色澤品質(zhì)的多維度比較分析，主要結(jié)論如下：

通過提取不同萎凋時(shí)間的紅茶干茶、茶湯、葉底圖像的HSV數(shù)值進(jìn)行比較得到，萎凋時(shí)間越長，干茶和葉底的H值逐漸減小，茶湯的H值逐漸增大；茶湯的V值逐漸減小，S值在8.0 h時(shí)存在一個(gè)峰值，干茶和葉底的S值和V值都增加，即明亮度和飽和度都增加。即萎凋時(shí)間越長，茶湯往紅色方向偏，干茶和葉底都往黃色方向偏，但整體顏色都處于橙色區(qū)域，且橙色比例一直在增加，紅色比例一直在減少，明顯導(dǎo)致茶葉整體色澤都偏橙黃。整體萎凋9.0 h的茶葉色澤品質(zhì)較好。

通過提取不同揉捻時(shí)間的紅茶干茶、茶湯、葉底圖像的HSV數(shù)值進(jìn)行比較得到，揉捻時(shí)間越長，干茶和茶湯H值逐漸減小，葉底H值逐漸增大；干茶和茶湯的V值和S值都逐漸增大；葉底的S值先增大后減小，V值逐漸增大。且隨著揉捻程度的增加，干茶的橙色比例先增加后減少，紅色比例先減小后增加，但整體還是橙色比例明顯高于紅色比例；揉捻時(shí)間越長，干茶和茶湯顏色越紅，明亮度和飽和度都增加；葉底越黃，明亮度先增加后減小，飽和度逐漸增加。整體揉捻2.5 h的茶葉色澤品質(zhì)較好。

通過提取不同烘干時(shí)間的紅茶干茶、茶湯、葉底圖像的HSV數(shù)值進(jìn)行比較得到，烘干時(shí)間越長，干茶和葉底的H值逐漸減小，茶湯的H值先增加后減小，即干茶、茶湯和葉底色澤整體都變紅；干茶的S值、茶湯的S值、V值和葉底的S值、V值都隨著烘干時(shí)間的增加數(shù)值先減小后增大，只有干茶的V值先增大后減小，大部分?jǐn)?shù)值在2.0 h時(shí)有一個(gè)峰值。整體來看，葉底橙紅比例，橙色增加，紅色減少。整體烘干2.0 h的茶葉色澤品質(zhì)較好。

本研究用計(jì)算機(jī)機(jī)器視覺技術(shù)模擬人體感官系統(tǒng)，使用量化的HSV顏色直方圖法提取木禾種紅茶干茶、茶湯、葉底圖像顏色特征，對(duì)紅茶色澤品質(zhì)進(jìn)行了客觀的描述，避免了定性指標(biāo)的模糊性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同加工工藝處理的木禾種紅茶樣色澤品質(zhì)有顯著差異，而計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可為木禾種紅茶工藝提升提供更客觀、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考。研究有利于調(diào)整木禾種紅茶加工萎凋、揉捻和烘干時(shí)間，規(guī)范木禾種紅茶標(biāo)準(zhǔn)化加工技術(shù)，提升木禾種紅茶色澤和品質(zhì)。