响应面设计优化工夫红茶萎凋工艺参数

滑金杰　袁海波　江用文　汪芳　陈根生　刘千录

摘要：对萎凋末期茶样的常规生化成分含量与成品茶感官品质进行相关性分析，而后以萎凋末期高相关性的品质生化组分和成茶感官总分为考察指标，运用响应面设计对萎凋温度、相对湿度、光照强度等工艺参数进行优化。结果表明：茶多酚含量与成茶感官品质呈显著正相关，儿茶素总量和TP+AA+SS 含量（茶多酚、氨基酸、可溶性糖三者总量）与成茶感官得分呈极显著正相关。在单因素试验基础上，采用响应面分析法，以萎凋末期儿茶素总量和TP+AA+SS含量为响应值，对萎凋环境参数进行优化，建立影响因素与响应值之间的二次回归数学模型，获得最佳工艺参数：萎凋温度为27～29 ℃，相对湿度为69%～72%，光照度为5 700～6 400 lx。

关键词：响应面设计；工夫红茶；萎凋末期；生化成分；感官品质；工艺参数

中图分类号： TS272.5+2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0362-05

萎凋作为工夫红茶首道加工工序，显著影响成茶的感官品质，现阶段国内外红茶萎凋的研究已具有很好的理论基础[1-2]，但多局限于对某一单因素的研究，如温度、光照度、相对湿度等[3-5]，并没有将多种因素综合起来探讨不同萎凋工艺参数对茶样生化成分、红茶综合品质的影响。本研究采用SAS软件对萎凋末期茶样的常规生化成分含量与成品茶感官品质建立相关性，选取与成茶品质显著相关的生化成分作为考察指标，在前期单因素试验基础上通过响应面设计，对生化指标和成茶感官总分建立优化的萎凋参数模型，得出较优的萎凋工艺参数，旨在为工夫红茶工业生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 鲜叶原料

鲜叶品种为福鼎大白，采自浙江省杭州市农业科学院茶叶研究所茶园，2013年9月4—8日采摘，标准为1芽1叶至1芽2叶初展为主。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 在前期单因素试验基础上，选取萎凋温度、相对湿度、光照度等3个因素，应用响应面设计中的Box-Behnken设计进行制茶试验，以选取的生化指标、感官审评总分为指标优化萎凋工艺参数。调节人工气候箱的温度、相对湿度、光照度等参数，每处理设置2.5 kg鲜叶，将鲜叶混匀、薄摊，置于人工气候箱内进行萎凋。具体因素、参数设计如表1所示。

1.2.2 工艺流程及取样 鲜叶在人工气候箱内进行萎凋，至含水率达62%～64%时进行取样，置于液氮冷冻固样，低温冷冻干燥（-30、20 ℃）。冷冻干燥样磨碎过100目筛，装于密封袋内，置于-20 ℃冰柜待测，检测生化成分；而后采用25型揉捻机进行揉捻，每处理1.5 kg，程序为：空揉5 min→轻揉5 min→重揉30 min→轻揉5 min→解块，总计45 min。发酵温度26 ℃，相对湿度95%以上（通过加盖湿布调控湿度），发酵时间4 h；用提香机120 ℃初烘15 min，适当摊凉后85 ℃烘至足干（20 min左右）。

1.3 指标测定

1.3.1 生化成分检测 按照GB/T 8304—2002 《茶 水分测定》规定的方法，采用103 ℃恒质量法测定茶叶含水率。按照 GB/T 8313—2002《茶 茶多酚测定》规定的方法，采用酒石酸亚铁比色法测定茶叶茶多酚含量。按照GB/T 8314—2002 《茶 游离氨基酸总量测定》规定的方法，采用茚三酮比色法测定茶叶氨基酸含量。采用蒽酮比色法测定茶叶可溶性糖含量。采用三氯化铝比色法测定茶叶黄酮总量。采用高效液相色谱法（HPLC）[6] 测定茶叶儿茶素含量。

1.3.2 茶汤感官审评 取3 g茶样，加入150 mL沸纯水冲泡5 min后进行密码审评，采用评语与百分制打分相结合的方式评定茶叶品质（包括外形色泽、汤色、香气、滋味4项指标），每项100分，感官总分计算公式如下：

感官总分=（香气得分+滋味得分）×30%+（外形得分+汤色得分）×20%。

1.4 数据处理

采用SAS 9.1软件进行相关性分析，采用Design Expert软件进行响应面分析，绘制响应面三维曲面图。

2 结果与分析

2.1 萎凋末期红茶生化成分与成茶感官品质相关性

表2为笔者前期进行的萎凋光照度、温度、相对湿度、通氧量等4个单因素试验测得的萎凋末期茶样的生化成分（茶多酚、氨基酸、可溶性糖、黄酮、儿茶素等）含量与对应的成茶感官总分。儿茶素作为红茶品质成分茶黄素、茶红素的反应底物，直接影响两者的含量、成茶的感官品质。

由表3可以看出，萎凋末期，茶多酚含量与成品茶感官品质显著相关；氨基酸和黄酮含量与成茶感官总分无显著相关性；儿茶素总量、TP+AA+SS含量与成茶感官得分极显著相关。因此，后续的Box-Behnken设计分别以萎凋末期茶样的儿茶素总量、TP+AA+SS含量以及成茶的感官审评总分作为考察指标，进行对应的萎凋工艺参数优化。

2.2 以萎凋末期儿茶素总量优化萎凋参数

借助人工气候箱、揉捻机、提香机等制茶设备，采用Box-Behnken设计对萎凋工艺参数进行优化，对应的儿茶素含量、TP+AA+SS含量、感官得分等如表4所示。由于制茶原料为秋季鲜叶，因此成茶的感官审评总分整体偏低。针对萎凋末期茶样的儿茶素总量经多项回归优化后得二次回归方程：儿茶素总量=13.04-0.026A+0.26B-0.62C+0.44AB+0.47AC+0.38BC-2.69A2-1.63B2-1.89C2，式中A、B、C分别代表萎凋温度、相对湿度、光照强度，该方程表达了萎凋末期茶样儿茶素含量与所选3个萎凋因子之间的关系。对试验结果进行方差分析（表5），可以看出所建模型的F值为3.85，达到显著水平，表明该数学模型高度显著，此外各平方也对萎凋末期儿茶素总量影响显著。endprint

应用Design-Expert 7.1 软件对上述试验结果进行分析，绘制响应曲面图，由图1可见，3个因子固定2个变量进行双因子降维分析显示，双因子与萎凋末期儿茶素总量均呈倒钟形关系，即存在1个极大值点，对回归方程求极大值，得最佳参数为：温度27.97 ℃、相对湿度71.21%、光照度 5 521.35 lx。

2.3 以萎凋末期茶多酚、氨基酸、可溶性糖总量优化萎凋参数

以福鼎大白为鲜叶原料，采用Box-Behnken设计对萎凋末期茶样TP+AA+SS总量最大化进行萎凋工艺参数优化。根据t检验的P值>|t|的概率小于0.05，回归方程显著；小于0.01则回归方程极显著的判断原则[8]，由表6可以看出，C、AC、A2、B2、C2等均对TP+AA+SS含量影响显著，A、B、AB、BC等均为非显著项。TP+AA+SS含量经优化拟合后得二次回归方程：TP+AA+SS总量=37.39+0.093A-0.015B+0.53C-0.55AB+1.05AC-0.33BC-2.26A2-1.25B2-2.64C2，该方程表达了萎凋末期茶样茶多酚、氨基酸、可溶性糖总量与所选3个萎凋因子之间的关系。对试验结果进行方差分析（表6），可以看出所建模型所建模型的F值为35.02，达到极显著水平，表明该数学模型高度显著。

应用Design-Expert 7.1 软件对上述结果进行分析，制作响应曲面图，由图2可见，对3个因子进行双因子降维分析显示，双因子与萎凋末期茶样TP+AA+SS总量均呈倒钟形关系，均存在1个极大值点，对回归方程求极大值，得相应的最佳参数为：温度28.41 ℃、相对湿度69.37%、光照度6 335.03 lx。

2.4 以成茶感官得分优化萎凋参数

以成茶感官审评总分为优化指标，经多项回归优化后得二次回归方程：成茶感官审评总分=88.91-1.38A+1.70 B+1.31C+2.25AB+7.92A C-0.10BC-3.82A2-807B2-4.56C2，式中A、B、C分别代表萎凋温度、萎凋相对湿度、萎凋光照强度，该方程表达了响应面设计制成红茶的感官品质与所选3个萎凋因子之间的关系。对试验结果进行方差分析（表7），可以看出所建模型的失拟值为4.95（不显著），具有较好的拟合度。

应用Design-Expert 7.1 软件分析绘制响应曲面图（图3），对3个因素固定2个变量进行双因子效应分析，结果显示，双因子与成茶感官审评得分的相关性均呈倒钟形，均存在极大值点，对回归方程求极大值，得到2套符合要求的最佳参茶的预计感官总分为 89.09，显著优于上述测得值。

3 结论与讨论

有研究显示，茶多酚、氨基酸、可溶性糖、儿茶素等含量直接影响工夫红茶的制作工艺，最终影响成茶的香气、滋味、汤色等感官品质[9-10]，但多存在于推测层面。本研究对萎凋末期茶样的常规生化成分与后期成茶的感官品质相关性进行分析，结果表明，茶多酚含量与成茶感官品质呈显著正相关，氨基酸和黄酮含量与成茶感官总分无相关性，儿茶素总量和TP+AA+S含量与成茶感官得分呈极显著正相关。此外，现有萎凋工艺的研究多局限于某一单因素，本研究创新性地将Box-Behnken设计应用于红茶萎凋工艺优化当中，选取萎凋温度、相对湿度、光照度等3个因素，以萎凋末期茶样儿茶素总量、TP+AA+SS总量、成茶感官品质为考察指标，综合探讨多因素共同作用对相应指标的影响，并找出最优参数，即以儿茶素总量为指标时，最佳参数为：温度27.97 ℃、相对湿度71.21%、光照度 5 521.35 lx；以茶多酚、氨基酸、可溶性糖总量为指标时，最优参数为温度28.41 ℃、相对湿度6937%、光照度 6 335.03 lx；以成茶感官得分为指标时，最优参数为：温度27.63 ℃、相对湿度71.98%、光照度为6 307.82 lx，或者温度27.71 ℃、相对湿度71.98%、光照度为6 335.21 lx。由此可见，成茶感官得分的最优参数与萎凋末期茶样生化成分的最优参数近乎接近，即可验证前期的相关性试验，因此若要得到较优的生化成分和感官品质，萎凋温度应控制在27～29 ℃，相对湿度应控制在69%～72%，光照度应控制在 5 700～6 400 lx。因试验条件的限制，本研究仅将3个萎凋因素进行整合用于响应面设计，且只考虑3个对应指标，有待于进一步深入试验，下一步研究应结合更多萎凋因素，并尽可能找到与成茶感官品质显著相关的单一组分进行优化，从而得出更精准的参数，为满足不同需求提供实际指导。

参考文献：

[1]Owuor P O，Tsushida，Horita H，et al. Effects of artificial withering on the chemical composition and quality of black tea[J]. Trop Sci，1987，27（3）：159-166.

[2]滑金杰，袁海波，江用文，等. 萎凋过程鲜叶理化特性变化及其调控技术研究进展[J]. 茶叶科学，2013，33（5）：465-472.

[3]Owuor P O，Obanda M. The impact of withering temperature on black tea quality[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，1996，70（3）：288-292.

[4]张灵枝，王登良，毛明辉.不同光照强度晒青对单枞茶品质的影响[J]. 食品科学，2005，26（6）：185-188.

[5]范仕胜，晋 秀，杨 清，等. 人工光照萎凋对茶叶主要品质成分与酶活性的影响[J]. 湖北农业科学，2012，51（6）：1152-1155.

[6]张正竹. 茶叶生物化学实验教程[M]. 北京：中国农业出版社，2009：33-62.

[7]张宇镭，党 琰，贺平安. 利用Pearson相关系数定量分析生物亲缘关系[J]. 计算机工程与应用，2005，41（33）：79-82，99.

[8]Fay M P，Proschan M A. Wilcoxon-Mann-Whitney or t-test on assumptions for hypothesis tests and multiple interpretations of decision rules[J]. Statistics Surveys，2010，4：1-39.

[9]段红星，邵宛芳. 红茶加工中物质变化与品质形成的关系[J]. 福建茶叶，2004，26（2）：13-14.

[10]池玉洲，黄林敏. 萎凋、发酵等关键工序对工夫红茶品质影响的生产实践与研究进展[J]. 福建茶叶，2011，33（3）：11-14.吴德龙，王志耕，梅 林，等. 真空低温喷雾干燥法制备乳酸菌微胶囊的工艺参数优化[J]. 江苏农业科学，2015，43（10）：367-370.endprint