黃金茶綠茶風(fēng)味輪及滋味分類模型的構(gòu)建

歐陽建，黃純勇，李適，李娟，彭忠，歐行暢，王英姿，劉洋，劉仲華*，黃建安*

1(國(guó)家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，省部共建植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙，410128) 2(湘西自治州湘農(nóng)大茶產(chǎn)業(yè)研究院，湖南 湘西，416099)

黃金茶是經(jīng)長(zhǎng)期自然選擇而成的特異高氨基酸茶樹資源品種，擁有萌芽早、品質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量高、抗性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，具有“翠、香、鮮、濃”的品質(zhì)特征，以“一兩黃金一兩茶”而出名[1-3]。滋味是構(gòu)成茶葉品質(zhì)的重要因素，與茶葉品種、嫩度、產(chǎn)地和加工工藝密切相關(guān)。當(dāng)前茶葉滋味評(píng)價(jià)主要依靠感官審評(píng)，該方法對(duì)審評(píng)人具有較高的要求，同時(shí)存在難以量化和主觀性強(qiáng)等缺陷，如何快速、科學(xué)、有效地評(píng)價(jià)茶葉滋味品質(zhì)已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[4-5]。

風(fēng)味輪作為一種表現(xiàn)產(chǎn)品風(fēng)味特征的描述語系統(tǒng)，通過把感知到的風(fēng)味屬性進(jìn)行歸納分類形成可視化的實(shí)用工具，有利于產(chǎn)品品質(zhì)科學(xué)評(píng)價(jià)以及質(zhì)量控制，方便從業(yè)者和消費(fèi)者的學(xué)習(xí)交流[6-9]。目前茶葉研究已建立多個(gè)不同季節(jié)、產(chǎn)地和加工方式的風(fēng)味輪，包括浙江十大名茶風(fēng)味輪[10]、臨滄春夏季工夫紅茶風(fēng)味輪[8]、大湘西地區(qū)綠茶風(fēng)味輪[11]和黃大茶風(fēng)味輪[6]等，但目前還沒有關(guān)于黃金茶綠茶風(fēng)味輪的報(bào)道。

茶葉品質(zhì)是多種成分相互作用的結(jié)果，利用主成分分析和聚類分析等統(tǒng)計(jì)方法，通過茶葉化學(xué)成分和感官審評(píng)構(gòu)建茶葉判定模型已在茶葉研究中有較多應(yīng)用[12-13]。盧丹敏等[14]通過理化成分析和典型判別分析構(gòu)建了湖南紅茶不同等級(jí)的量化方法。陳文鳳等[4]利用感官審評(píng)和茶葉多酚類含量構(gòu)建了紅茶滋味分類特征模型。熊一帆等[15]通過茶葉理化成分和主成分分析以及判別模型能有效實(shí)現(xiàn)滇紅滋味的量化。目前關(guān)于黃金茶綠茶品質(zhì)的相關(guān)研究較少，因此本研究以黃金茶感官審評(píng)和理化分析為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用主成分分析、聚類分析和判別分析等手段，構(gòu)建黃金茶綠茶風(fēng)味輪和滋味類型判別模型，期待能為黃金茶綠茶的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本研究中的52個(gè)茶樣均為2021年春季由湖南省湘西州各個(gè)茶企按照同一工藝生產(chǎn)的綠茶，鮮葉采摘時(shí)間從2月下旬至4月初(目前黃金茶綠茶生產(chǎn)主要以春季為主)。福林酚、甲醇、茚三酮、N,N-二甲基甲酰胺、冰乙酸、乙腈等國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；沒食子酸(gallic acid，GA)、谷氨酸、可可堿、咖啡堿(caffeine，CAF)、兒茶素[(+)-catechin, DL-C]，美國(guó)Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ECOSIL-C18色譜柱日本；LC-2010AHT高效液相色譜儀,日本島津公司；MS204TS/00 型電子分析天平,美國(guó)Metttler Toledo公司；DSY-2-8水浴鍋,常州國(guó)華有限公司；低速離心機(jī),北京雷勃爾離心機(jī)有限公司；UV-2250紫外分光光度計(jì),日本島津公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 茶葉審評(píng)

參照GB/T 23776—018，由高級(jí)評(píng)茶師和評(píng)茶員7人組成審評(píng)小組，男女比例3∶4，根據(jù)《茶葉感官審評(píng)術(shù)語》對(duì)茶葉進(jìn)行密碼審評(píng)。稱取3.0 g黃金茶綠茶，用150 mL沸水沖泡茶葉4 min，對(duì)茶葉的香氣和滋味等感官品質(zhì)因子進(jìn)行特征描述。

1.3.2 化學(xué)成分檢測(cè)

水浸出物按GB/T 8305—87測(cè)定，茶多酚(tea polyphenol,TP)總量按GB/T 8313—2018測(cè)定，游離氨基酸(free amino acid,FAA)按GB/T 8314—2013測(cè)定，茶氨酸含量按GB/T 23193—2017測(cè)定。

兒茶素組分、沒食子酸和生物堿采用本實(shí)驗(yàn)室的高效液相色譜法進(jìn)行檢測(cè)[16]。A相流動(dòng)相為純水，B相為N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和乙酸體積比為39.5∶2∶1.5的混合液；B相以9%的初始比例進(jìn)行梯度洗脫，10 min內(nèi)上升至14%，27 min內(nèi)至36%并持續(xù)4 min，32 min下降至9%并持續(xù)到37 min結(jié)束。

1.3.3 風(fēng)味輪和滋味判別模型的構(gòu)建

參照茶葉感官審評(píng)術(shù)語，提取香氣和滋味特征性描述語，繪制風(fēng)味輪；同時(shí)對(duì)滋味類型進(jìn)行分類，利用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并構(gòu)建黃金茶滋味類型判別模型。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用IBM SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行主成分分析、聚類分析和判別分析，并由Graphpad Prism 7軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃金茶綠茶理化成分分析

對(duì)春季52個(gè)黃金茶綠茶茶樣的水浸出物X1、茶多酚X2、游離氨基酸總量X3、茶氨酸X4、可可堿X5、沒食子酸X6、咖啡堿X7、表沒食子兒茶素X8[(-)-epigallocatechin, EGC]、兒茶素X9、表兒茶素X10[(-)-epicatechin, EC]、表沒食子兒茶素沒食子酸酯X11[(-)-epigallocatechin-3-O-gallate, EGCG]、沒食子兒茶素沒食子酸酯X12[(-)-gallocatechin-3-O-gallate, GCG]、表兒茶素沒食子酸酯X13[(-)-epicatechin-3-O-gallate, ECG]等化學(xué)成分進(jìn)行了檢測(cè)分析(表1)。由于生長(zhǎng)溫度、濕度、光照等因素影響，茶葉化學(xué)成分具有一定差異。由表1可知，本批春季黃金茶綠茶水浸出物含量為36.38%～44.06%，茶多酚含量為16.69%～24.63%，游離氨基酸總量為4.21%～6.21%，咖啡堿含量為2.54%～4.08%。

續(xù)表1

2.2 黃金茶感官審評(píng)結(jié)果

茶葉感官審評(píng)應(yīng)用視覺、嗅覺和味覺等感官對(duì)茶葉的湯色、香氣和滋味等風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，目前已成為茶葉品質(zhì)評(píng)價(jià)的主要方式[17]。本研究參考《茶葉感官審評(píng)術(shù)語》以及紅茶[8]和大湘西綠茶[11]風(fēng)味輪構(gòu)建方法，對(duì)春季黃金茶樣品的湯色、香氣和滋味進(jìn)行了評(píng)價(jià)(表2)，同時(shí)根據(jù)是否有鮮爽感將黃金茶樣本分為鮮爽型(S1組，18個(gè)樣品)和醇厚型(S2組，23個(gè)樣品)，含有澀、悶、高火和煙味缺陷類型則歸為其他型(S3組，11個(gè)樣品)。

對(duì)黃金茶各樣品湯色的審評(píng)結(jié)果進(jìn)行歸納分析(圖1)，發(fā)現(xiàn)春季黃金茶綠茶樣品湯色以綠色系為主，常見的類型包括淺綠、綠、淺黃綠和黃綠等，其中黃綠類型的比例最高。

香氣是茶葉感官品質(zhì)的重要部分，對(duì)于茶葉品質(zhì)風(fēng)味、優(yōu)劣和等級(jí)劃分具有重要影響[18]。根據(jù)春季黃金茶綠茶審評(píng)結(jié)果可知，黃金茶特征香型包括花香、嫩香、嫩栗香和栗香，清香為黃金茶綠茶的基礎(chǔ)香型，這與湖南大湘西綠茶的香氣類型相似；而黃金茶缺陷香型包括高火、青氣、悶和煙味。研究表明清香型綠茶香氣成分主要以醛類、醇類、醚類、芳香烴、烷烴類以及酯類等為主，其中芳樟醇、(E)-β-紫羅蘭酮、壬醛、乙苯、(Z)-己酸-3-己烯酯、2-正戊基呋喃等對(duì)清香型品質(zhì)的形成具有重要影響[19]。

滋味是評(píng)價(jià)茶葉的另一項(xiàng)重要指標(biāo)，綠茶的口感主要由苦味、澀味、鮮味和甜味等構(gòu)成。黃金茶綠茶具有較高的游離氨基酸總量和茶氨酸含量，酚氨比適中且水浸出物豐富，茶葉滋味品質(zhì)較好。由圖1可知，本批黃金茶樣品的特征滋味以醇、厚、爽和鮮為主，缺陷滋味類型包括煙、澀、悶和高火。

表2 黃金茶綠茶湯色、香氣、滋味感官審評(píng)結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of the soup color, aroma and taste of Huangjincha green tea

a-湯色；b-香型；c-滋味圖1 黃金茶綠茶的湯色、香氣、滋味類型Fig.1 The soup color, aroma and taste type of Huangjincha green tea

以茶葉感官審評(píng)術(shù)語為基礎(chǔ)，提取茶葉的香氣和滋味等風(fēng)味描述結(jié)果繪制黃金茶綠茶風(fēng)味輪(圖2)。

圖2 黃金茶綠茶風(fēng)味輪Fig.2 Flavor wheel of Huangjincha green tea

2.3 黃金茶綠茶理化成分的主成分分析和二階聚類分析

2.3.1 主成分提取

主成分分析通過線性投影，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效降維并能較好保留數(shù)據(jù)的原始特性。為了進(jìn)一步分析黃金茶綠茶的滋味成分，對(duì)52個(gè)黃金茶綠茶的理化成分進(jìn)行了主成分分析，按照特征值大于1的提取原則得到主成分的特征值和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。前4個(gè)主成分(PC1、PC2、PC3和PC4)的特征值分別為3.943、2.277、2.017和1.397；前4個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率分別為30.329%、17.517%、15.517%和10.745%，累積方差貢獻(xiàn)率為74.108%，能較好反映原始數(shù)據(jù)的信息。因此，選取前4個(gè)主成分對(duì)黃金茶綠茶的化學(xué)成分進(jìn)一步分析。

2.3.2 特征向量計(jì)算和主成分分析

對(duì)前4個(gè)主成分的特征向量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表3。由主成分的特征向量可知：第一主成分主要綜合了各因子變量表兒茶素、表沒食子兒茶素、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、茶多酚和表沒食子兒茶素在黃金茶綠茶中的信息，其中表兒茶素、表沒食子兒茶素和表沒食子兒茶素沒食子酸酯的載荷較高，說明表兒茶素、表沒食子兒茶素和表沒食子兒茶素沒食子酸酯是決定主成分PC1的重要因子；第二主成分中主要綜合了沒食子酸和可可堿在黃金茶中的信息；第三主成分主要綜合了咖啡堿和沒食子兒茶素沒食子酸酯的信息；第四主成分主要綜合了游離氨基酸和茶氨酸在黃金茶中的信息。茶葉多種化學(xué)成分相互配合和影響，共同構(gòu)成黃金茶的優(yōu)異品質(zhì)。

表3 前四個(gè)主成分特征向量Table 3 The first four principal component eigenvectors

2.3.3 黃金茶綠茶的二階聚類分析

二階聚類法可同時(shí)對(duì)連續(xù)變量和類別變量進(jìn)行聚類，自動(dòng)確定最好的分類個(gè)數(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于大型數(shù)據(jù)的處理[20]。本研究基于黃金茶綠茶理化主成分分析可計(jì)算出前4個(gè)主成分子得分，以各樣品的主成分子得分為連續(xù)變量，茶葉滋味類型為分類變量進(jìn)行二階聚類(二階聚類結(jié)果如表4所示，其中“A”為滋味類型S1，“B”為滋味類型S3，“C”為滋味類型S2)。

由表4可知，52個(gè)黃金茶綠茶被分為3種滋味類型，其中18個(gè)茶樣聚類結(jié)果為“A”，占黃金茶綠茶鮮爽型(S1)總比例的100%；23個(gè)茶樣聚類結(jié)果為“C”，占春季黃金茶綠茶醇厚型(S2)總比例的100%；11個(gè)茶樣聚類結(jié)果為“B”，占春季黃金茶綠茶滋味其他型(S3)的100%。結(jié)果表明基于黃金茶理化成分的主成分和二階聚類的聯(lián)合分析對(duì)不同滋味類型的判別具有較高的準(zhǔn)確度。

表4 黃金茶不同滋味類型二階聚類分析結(jié)果Table 4 Second-order cluster analysis results of different flavor types of Huangjincha

2.4 黃金茶綠茶滋味判別模型的構(gòu)建

2.4.1 黃金茶不同滋味類型建模樣本分組

為了進(jìn)一步研究茶葉理化成分與滋味的相關(guān)性，以黃金茶感官審評(píng)滋味類型分組為基礎(chǔ)，將52個(gè)黃金茶樣品按照3∶1的比例分為模型樣本組和檢驗(yàn)樣本組，其中模型組39個(gè)茶樣，檢驗(yàn)組13個(gè)茶樣(表5)。模型樣本組主要用來建立滋味判別模型，而檢驗(yàn)組則對(duì)判別模型的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

2.4.2 黃金茶綠茶滋味貝葉斯(Bayes)判別模型的建立

以模型判別組的39個(gè)黃金茶綠茶理化成分為基礎(chǔ)，通過SPSS進(jìn)行判別分析建立Bayes函數(shù)，構(gòu)建各滋味類型的判別函數(shù)。F1為鮮爽類型，F(xiàn)2為醇厚類型，F(xiàn)3為其他類型：

F1(X)=42.322X1+69.455X2+167.554X3+16.602X4-160.351X5-1 614.138X6+108.142X7-426.820X8-868.868X9+184.902X10+82.402X11+167.523X12-109.904X13-2 088.924

F2(X)=40.349X1+64.511X2+152.354X3+16.490X4-141.773X5-1 472.660X6+107.695X7-382.370X8-799.043X9+144.493X10+71.675X11+150.673X12-98.585X13-1 833.610

F3(X)=37.258X1+71.794X2+167.717X3+14.090X4-157.984X5-1 396.707X6+93.961X7-397.283X8-825.829X9+202.389X10+68.195X11+157.245X12-79.411X13-1 908.818

采用自身驗(yàn)證法和交叉驗(yàn)證法對(duì)樣品的分類進(jìn)行驗(yàn)證，可檢驗(yàn)判別模型的準(zhǔn)確性(表6)。自身驗(yàn)證準(zhǔn)確率為100%，所有樣品都被正確的分類；交叉驗(yàn)證中醇厚滋味類型中有2個(gè)樣品被錯(cuò)判至鮮爽型和其他長(zhǎng)型，其他組類型中有2個(gè)被錯(cuò)判至醇厚型，交叉驗(yàn)證總判對(duì)率89.74%，表明該模型具有較好判別效果。

表5 黃金茶滋味判別模型分組Table 5 Grouping of taste discriminant models of Huangjincha

表6 不同滋味類型黃金茶的判別分析結(jié)果Table 6 Discriminant analysis results of different taste types of Huangjincha

2.4.3 Bayes判別模型的回判檢驗(yàn)

將檢驗(yàn)組13個(gè)樣品的理化成分代入各個(gè)滋味類型的判別函數(shù)中，進(jìn)一步檢驗(yàn)判別模型的效果。由表7可知，鮮爽型(S1)和醇厚型(S2)樣品的正確率均為100%，其他型(S3)有一個(gè)樣品被錯(cuò)判，正確率為66.67%，總的正確率為92.31%，表明基于黃金茶理化成分建立的Bayes判別模型對(duì)滋味分類具有較好的預(yù)測(cè)效果。

表7 黃金茶綠茶預(yù)測(cè)樣品的判別結(jié)果Table 7 Discrimination results of predicted samples of Huangjincha green tea

3 結(jié)論與討論

滋味作為茶葉品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，包括多酚類、氨基酸類、生物堿類等多種滋味成分。目前的研究主要關(guān)注茶葉滋味品質(zhì)與內(nèi)含化學(xué)成分變化，而單一的感官審評(píng)或理化檢測(cè)有一定的缺陷[21-23]。為探索基于理化成分判別黃金茶綠茶滋味類型的可靠性，本研究以52個(gè)黃金茶綠茶感官審評(píng)的特征性描述繪制了風(fēng)味輪，并基于理化成分構(gòu)建了具有較高準(zhǔn)確性的黃金茶綠茶滋味判別類型。

采摘時(shí)間、鮮葉等級(jí)和加工工藝等都會(huì)影響茶葉的化學(xué)成分，從而使其形成獨(dú)特的風(fēng)味品質(zhì)。黃金茶綠茶的主要滋味特征有醇、厚、鮮和爽，醇厚感作為名優(yōu)綠茶的特征滋味之一，表現(xiàn)為入口后的綿延感和滿口感，盧佳純[24]對(duì)綠茶茶湯分離純化和滋味重組發(fā)現(xiàn)，綠茶的醇厚感主要與茶葉中茶氨酸、谷胱甘肽和γ-Glu-Gln的滋味互作有關(guān)。本研究中醇厚型在黃金茶綠茶的3種特征滋味類型中占絕大部分，這可能與黃金茶含有較高含量的醇厚味茶氨酸和肽類有關(guān)。鮮爽型在黃金茶的滋味類型中也占據(jù)較高比例，這可能與黃金茶作為高含量氨基酸品種有關(guān)，同時(shí)咖啡堿與多酚類及其氧化產(chǎn)物的絡(luò)合也有一定貢獻(xiàn)[1]。另外，黃金茶缺陷滋味類型有煙、澀、悶和高火，煙和高火可能是茶葉殺青和干燥過程中過高溫度所致，悶味可能與鮮葉雨水葉以及原料堆悶過久有關(guān)[11。茶葉風(fēng)味輪作為一種表現(xiàn)茶葉風(fēng)味品質(zhì)的工具，目前已有多個(gè)茶類及品種的風(fēng)味輪研究，本研究利用感官審評(píng)構(gòu)建的黃金茶風(fēng)味輪，將在一定程度上能為黃金茶的加工、審評(píng)和品質(zhì)改進(jìn)提供指導(dǎo)作用。

隨著現(xiàn)代儀器技術(shù)的發(fā)展，為了完善感官審評(píng)和理化成分檢測(cè)在茶葉風(fēng)味品質(zhì)鑒定的不足，提高茶葉品質(zhì)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性與客觀性，感官審評(píng)與茶葉理化成分相結(jié)合實(shí)現(xiàn)智能感官判別已成為研究的重要方向[4]。WEN等[25]利用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜和濁度分析并結(jié)合感官審評(píng)發(fā)現(xiàn)黃酮醇苷為祁門紅茶的主要澀味貢獻(xiàn)物，分離鑒定了祁門紅茶的關(guān)鍵澀味物質(zhì)反式-4-O-對(duì)香豆酰奎寧酸并測(cè)定了其滋味閾值，這為探索茶葉中的澀味物質(zhì)提供了新的方法。常睿等[26]對(duì)不同地區(qū)黑茶的主要理化成分進(jìn)行了主成分分析和聚類分析，云南普洱能明顯聚為一類，而本文基于黃金茶綠茶主要理化成分的二階聚類分類結(jié)果與感官滋味分類高度一致，這表明茶葉的理化成分與滋味品質(zhì)密切相關(guān)。此外，熊一帆等[15]和歐行暢等[11]以理化成分構(gòu)建的滇紅和大湘西綠茶滋味判別分類與感官審評(píng)結(jié)果一致，而本研究基于黃金茶綠茶化學(xué)成分的滋味判別模型也具有良好的分類效果，這表明茶葉感官審評(píng)與理化成分相結(jié)合的滋味判別模型具有一定的可行性。

本研究根據(jù)黃金茶風(fēng)味特征繪制了黃金茶綠茶風(fēng)味輪，并以茶葉滋味化學(xué)成分結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析構(gòu)建了黃金茶綠茶滋味判別模型，自身驗(yàn)證、交叉驗(yàn)證和樣本驗(yàn)證表明該模型具有較高的準(zhǔn)確率。然而，綠茶的風(fēng)味特征與茶葉的品種、栽培條件、加工過程和貯藏方式等多因素相關(guān)，后續(xù)需擴(kuò)大樣品數(shù)量和檢測(cè)指標(biāo)以進(jìn)一步完善黃金茶綠茶的風(fēng)味輪和滋味判別模型。