信阳毛尖化学成分主成分分析与感官品质

陈义，郭红萍，李玉霞

（1.信阳农林学院茶学系，信阳市茶产业基础研究重点实验室，河南信阳464000；2.光山县净居寺名胜管理区，河南信阳465450；3.光山县净居寺茶场，河南信阳464000）

信阳毛尖化学成分主成分分析与感官品质

陈义1，郭红萍2，李玉霞3

（1.信阳农林学院茶学系，信阳市茶产业基础研究重点实验室，河南信阳464000；2.光山县净居寺名胜管理区，河南信阳465450；3.光山县净居寺茶场，河南信阳464000）

对信阳群体种所制的不同嫩度、不同等级的15个信阳毛尖样品的主要化学成分进行分析测定，采用主成分分析（principal components analysis，PCA）法，提取3个主成分（即3综合变量），构建数学质量评价模型：F=0.514 69F1+ 0.262 25F2+0.104 84F3；再通过感官评价法进一步对模型评价结果进行检验，结果显示两种方法具有很好的一致性，表明所构建数学评价模型是可行的，在信阳毛尖等级划分方面，具有一定的指导意义。

信阳毛尖；主成分分析；茶多酚；氨基酸

信阳地区产茶历史悠久，信阳毛尖品质优异，内质素以“汤色嫩绿明亮、熟板栗香高长、鲜浓，滋味鲜爽，余味回甘；叶底嫩绿匀整”著称［1］，为全国十大名茶之一。2008年颁布《地理标志产品信阳毛尖茶》（GB/ T22737-2008）国家标准，将信阳毛尖茶分为6个等级。等级划分主要通过感官审评，存在一定的主观性，给样品定级带来一定的困难。

目前，信阳毛尖化学成分分析及其与品质的关系研究较多［2-3］，鲜见利用主成分分析法对信阳毛尖化学成分进行分析的报道，根据前人的研究［4］决定信阳毛尖品质的化学成分主要有茶多酚、儿茶素、氨基酸、咖啡碱、叶绿素等物质，且这些化学成分之间有一定的相关性，在反映感官品质信息时有一定的重叠。笔者采用主成分分析（principal components analysis，PCA）法，对由信阳群体种所制的不同嫩度、不同等级的15个信阳毛尖样品的主要化学成分进行分析测定，构建信阳毛尖化学成分质量数学评价模型，以期为信阳毛尖等级划分提供科学依据。

1材料与方法

1.1材料与试剂

茶样由信阳农林学院茶叶研究所提供：信阳群体种所制的不同嫩度、不同等级的15个信阳毛尖样品。

主要试剂：蒸馏水，碱式乙酸铅，盐酸，硫酸酒石酸亚铁，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾，茚三酮，丙酮，谷氨酸标准品，咖啡碱标准品，无灰滤纸等试剂（每张灰分0.000 103 g）。

1.2设备与仪器

FA2104型分析天平（感量0.000 1 g）：德国赛多利斯；微型植物试样磨碎机、SHB-III型循环水真空泵、756MC型紫外可见分光光度计：上海精科；坩埚（瓷质、高型、容量30 mL）、布氏漏斗、HH型数显恒温水浴锅、202型电热恒温干燥箱、DRI-12型箱式电阻炉：上海博迅。

1.3测定方法

水分含量测定：GB/T 8304-2013《茶—水分测定》103℃恒重法（仲裁法），水浸出物的测定：GB/T8305-2013《茶—水浸出物的测定》全量法，儿茶素的测定：儿茶素总量的快速测定—香荚兰素比色法，茶多酚的测定：GB/T8313-2008《茶—茶多酚的测定》福林酚显色法，氨基酸的测定：GB/T8314-2013《茶—游离氨基酸总量测定》茚三铜比色法，咖啡碱的测定：GB/T8312-2013《茶—咖啡碱测定》紫外分光光度计法；总灰分的测定：GB/T8306-2013《茶总灰分测定》恒重法测定，叶绿素：混合液萃取法［5-6］。

1.4数据处理

采用软件SPSS 19.0对数据进行统计分析［7］。主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）是一种通过降维技术把多个变量化为少数几个主成分（即综合变量）的统计方法。

主成分的提取：将N个样本的X个变量，通过spss19.0处理，提取出K个变量（K＜X，K个主成分的累积方差贡献率将在80%以上，即K个主成分能够反映样本的80%以上的信息）。

本试验N=15个样本，每个样本X=9个变量，主成分Fi的表达式：

Fi=A1iX1+A2iX2+A3iX3+……+A7iX7+A8iX8+ A9iX9（i=1-K），在该因子模型中：A1i，A2i，A3i，……，A7i，A8i，A9i叫做因子载荷，即第i个主成分在对应的X变量上的负荷。

以不同主分量特征值的方差贡献率Bi（1，2，…，K）为加权系数，利用综合评价函数F=B1F1+…+BKFK计算各样本得分，然后根据得分对各个茶样的化学成分质量进行排序评价。

1.5感官审评方法

参照GB/T23776-2009《茶叶感官审评方法》中绿茶审评方法：3 g茶样，150 mL水，5 min，外形（25分）、汤色（10分）、香气（25分）、滋味（30分）、叶底（10分），由于茶叶外形主要是加工过程形成的，与茶叶化学成分关系不大，所以本试验主要从汤色、香气、滋味、叶底4因子对15个样品进行感官评审，总共75分，得分越高，茶叶品质越好，由3位评茶员对10个茶样进行平行感官审评打分，取其平均值［8-9］，每个茶样审评得分在除以0.75转化为百分制。

2结果与分析

2.115份信阳毛尖化学成分测定结果

对15个茶样进行化学成分测定分析，结果如表1。

表115　份信阳毛尖茶样品化学成分数据Table 1The date of 15 Xinyang Mao jian，schemical composition

参照国家标准《地理标志产品信阳毛尖茶》（GB/ T22737-2008）中规定：含水量≤6.5%，总灰分≤6.5%，水浸出物≥32%，可见所选15个茶样均符合标准中对信阳毛尖的各项规定。

2.2信阳毛尖茶样品化学成分指标间相关矩阵

对信阳毛尖化学成分间进行相关性分析，结果如表2。

灰分与水溶性灰分极显著相关，水浸出物与茶多酚、儿茶素、咖啡碱极显著相关，茶多酚与儿茶素、咖啡碱、叶绿素极显著相关，儿茶素与咖啡碱、叶绿素极显著相关，咖啡碱与叶绿素极显著相关、氨基酸与叶绿素极显著相关。根据各指标间相关性得出，各化学成分指标在反映感官品质信息时有一定的重叠。即本试验适合主成分分析。

表2　信阳毛尖茶样品化学成分指标间相关矩阵Table 2Correlation matrix of chemical components in Xinyang Maojian

2.3主成分分析法对信阳毛尖化学成分提取主成分及模型构建

对表1中信阳毛尖化学成分数据利用spss19.0进行主成分分析得表3～表4。

表3　主成分特征值与累积贡献率Table 3Characteristic value and accumulative contribution rate of each pincipal component

表4　各主成分的特征向量Table 4Characteristic eigenvector of each prindpal compopent

2.3.1主成分提取

利用spss19.0对化学成分指标进行主成分分析（表3），由表3可知：第1个主成分特征值4.632，方差贡献率51.469%，即第1个主成分反应信阳毛尖品质51.469%的信息；第2个主成分特征值2.36，方差贡献率26.225%，即第2个主成分反应信阳毛尖品质26.225%的信息；第3个主成分特征值0.944，方差贡献率10.484%，即第3个主成分反应信阳毛尖品质10.484%的信息；前3个主成分分量已包括样本的较大部分信息，累积贡献率达88.178%，即前3个主成分反应信阳毛尖品质88.178%的信息，因此选前3个主成分对样品品质进行分析。

2.3.2信阳毛尖化学成分质量评价模型的构建

各主成分特征向量表示该主成分对该因子所能反应的程度，数值的绝对值越大，对该因子反应程度越高，由表4可见：由主成分F1在各因子变量水分（X1）、灰分（X2）、水溶性灰分（X3）、水浸出物（X4）、茶多酚（X5）、儿茶素（X6）、咖啡碱（X7）、氨基酸（X8）、叶绿素（X9）上的载荷分别是0.470、-0.204、-0.265、0.891、0.979、0.969、0.958、0.382、0.739所以F1主要反应水浸出物（X4）、茶多酚（X5）、儿茶素（X6）、咖啡碱（X7）、叶绿素（X9）在品质上所反应的信息；F1表达式如下：

同理，由表4主成分F2在各因子变量上的载荷得出，F2主要反应灰分（X2）、水溶性灰分（X3）、氨基酸（X8）在品质上所反应的信息；F2表达式：

同理，由表4主成分F3在各因子变量上的载荷得出，F3主要反应氨基酸（X8）在品质上所反应的信息；F3表达式：

以不同主分量特征值的方差贡献率Bi（1，2，…，K）为加权系数，得综合评价函数F的表达式：

2.4信阳毛尖茶化学成分质量评价与感官审评结果

由2.3.1可知，前3个主成分的累积方差贡献率达88.178%，即前3个主成分反应茶叶品质的88.178%的信息，前3个主成分可用来评价信阳毛尖化学成分质量，根据2.3.2构建的信阳毛尖茶化学成分质量评价模型，计算各信阳毛尖茶样品的化学成分质量得分，结果如表5，评价模型计算得分愈高，茶叶品质愈佳。

15分信阳毛尖样品，有3位评茶员进行感官审评，将其打分结果平均，取其平均值再转化为百分制作为茶叶感官审评结果。结果如表5，感官审评得分越高，茶叶品质越好。

表5　信阳毛尖化学成分质量评价与感官审评结果Table 5Chemical composition evaluation resuts and Sensory evaluation results of Xinyang Maojian

由信阳毛尖化学成分质量评价模型计算得分与感官审评得分比较可以看出，感官审评中1号与12号并列第9，质量评价模型计算结果1号略好于12号；2种评价结果3号与10结果不一致，其他基本一致，由此可见，信阳毛尖等级划分由信阳毛尖化学成分质量评价模型来评价是可行的。

3结论与讨论

信阳毛尖感官品质主要有化学成分通过香气、汤色、滋味、叶底4因子体现，根据前人研究［4］，茶叶汤色和叶底色泽与鲜叶色素含量和多酚类物质在加工过程中变化相关，而茶叶色素主要包括脂溶性色素和水溶性色素，这2种色素都是构成干茶色素的主要物质，其中水溶性色素是构成汤色的主要物质，而脂溶性色素是构成叶底的主要物质。脂溶性色素主要是叶绿素，水溶性色素主要多酚类中的花黄素类、花青素类及加工过程多酚氧化形成的色素。构成汤色的主要物质是多酚类中的黄酮醇、黄酮、儿茶素氧化形成的橙黄色物质以及极少量悬浮于茶汤的叶绿素；构成茶汤滋味的主要物质有茶多酚、氨基酸、咖啡碱等物质，茶多酚是构成滋味浓度和强度的重要物质，其中儿茶素占多酚总量的70%左右。儿茶素分为酯型儿茶素和简单儿茶素，酯型儿茶素苦涩味重，简单儿茶素先苦后甘，在加工过程中，酯型儿茶素降解为简单儿茶素，使茶汤苦涩味降低，同时部分简单儿茶素会被氧化成有色物质，氨基酸是茶汤滋味鲜味的主要物质，降低茶汤苦涩味，咖啡碱构成茶汤苦味和缓解茶汤涩味，增强茶汤爽口度，它对茶叶滋味起到协调作用；茶叶香气主要在加工过程中形成，低沸点香气挥发，高沸点香气物质显露出来，其中茶多酚、氨基酸是信阳毛尖香气形成的重要基质，氨基酸可产生脱氨作用和脱羧作用而转化成芳香物质，氨基酸与多酚中儿茶素偶联氧化形成香气物质。

根据信阳毛尖品质形成特点，参考前人［2-3］对信阳毛尖化学成分分析及其与品质关系和GB/T22737—2008《地理标志产品信阳毛尖茶》，本文就对信阳毛尖品质起主要作用的9个化学成分进行测定，利用主成分分分析法（或称主分量分析），通过降维技术把9个变量转化为3个主成分（即3个综合变量），3个主成分的累积方差贡献率达到88.178%，即3个主成分反应了茶叶品质的88.178%信息，构建信阳毛尖化学成分质量评价模型：F=0.514 69F1+0.262 25F2+0.101 84F3，根据信阳毛尖化学成分质量评价模型计算结果与感官审评结果比较可以看出，两者具有较高的一致性，表明所构建的化学成分质量评价模型是可行的，为信阳毛尖等级划分提供科学参考。

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The Principal Component Analysis of Chemical Composition in Xinyang Maojian and its Sensory Quality

CHEN Yi1，GUO Hong-ping2，LI Yu-xia3
（1.Tea Department of Xinyang，College of Agriculture and Forestry，Key Laboratory of Basic Research in Xinyang Tea Industry，Xinyang 464000，Henan，China；2.Scenic Sports Management Area of Jing ju Temple in Guangshan county，Xinyang 465450，Henan，China；3.Tea Plantation of Jing ju Temple in Guangshan county，Xinyang 465450，Henan，China）

The principal components of 15 Xinyang Maojian Tea's chemical composition from different tenderness，different grades，different varieties were extracted using principal components analysis，constructing mathematical evaluation model：F=0.514 69F1+0.262 25F2+0.104 84F3；the results of mathematical evaluation model on 15 Xinyang Maojian Tea was in close agreement with Sensory evaluation results，Showing that the construction of mathematical evaluation model was feasible.The mathematical evaluation model had the objectivity repeatability and a certain popularization value on Xinyang Maojian grading Avoiding subjectivity of Sensory evaluation.

Xinyang Maojian；principal component analysis；tea polyphenols；amino acid

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.17.010

2014-09-10

2015年度河南省高等学校重点科研项目（15B210009）

陈义（1980—），男（汉），讲师，研究生，主要研究茶叶化学与茶叶加工。