茶饮料汤色稳定性中主成分分析与聚类分析的应用探析

吴小兰（福建电力职业技术学院，福建泉州362000）



茶饮料汤色稳定性中主成分分析与聚类分析的应用探析

吴小兰
（福建电力职业技术学院，福建泉州362000）

摘要：本文选取多种不同工艺加工的茶叶样品，应用主成分分析和聚类分析的方法，对其汤色的稳定性进行了分析，并根据分析结果，从17个影响茶饮料品质稳定性的指标中，选取4个主要指标，构建相应的数学评价模型，基于综合评价得分，对上述茶叶加工进行聚类。最终研究结果表明，可以将38种不同加工工艺获得的茶叶分为3类，第一类综合评价得分在10以下，茶饮料汤色稳定性好；第二类综合评价得分在10-20之间，茶饮料汤色稳定性一般；第三类综合评价得分在20以上，茶饮料汤色稳定性差。经对比分析，茶叶的干燥处理是影响茶饮料汤色稳定性的主要因素之一。

关键词：茶饮料；汤色；稳定性；主成分分析；聚类分析；应用

茶文化在我国有着悠久的发展历史，茶饮料也是世界三大无酒精传统饮料之一，饮用简单，而且具有营养与保健双重功能。在茶叶的主要成分中，含有相当丰富的活性物质，这些活性物质很容易与氧气等发生化学反应，导致茶饮料在制作和储藏过程中，容易出现变色和沉淀现象，影响茶饮料的营养价值和商业价值。因此，如何有效防止茶饮料变色，确保汤色稳定，是相关技术人员关注和研究的重点。现阶段，我国对茶饮料加工技术以及茶叶产品品质的评价，一般是从品质稳定性与产品自身的感官风味两个方面进行，澄清度和色变程度则是判别茶饮料品质稳定性的关键指标，能够非常直观地体现茶叶产品的抗高温褐变能力和低温浑浊能力。因此，对其进行合理评价和分析是非常必要的。

1　材料与方法

1.1材料与设备

茶叶的品种选择福鼎大白茶，嫩度为一芽二叶或者一芽三叶。考虑到茶叶加工的流程，主要加工设备包括电加热6CS-40型杀青机、6CSF500型热风杀青机、自制小型蒸汽杀青机、6CR-35型揉捻机、烘干机以及6CCQ-50型双锅曲毫炒干机等。

1.2加工与处理

将采摘的鲜叶自然摊放晾晒，待其含水率70%后，按照绿茶标准步骤，加工成茶叶[1]。

1.3茶饮料处理

（1）制备：取制作好的茶叶样品10g，充分磨碎后，与450mL、70益左右的白开水共同放入到500mL锥形瓶中，然后将锥形瓶整个放入70益的水中（避免水进入瓶内），浸提15min，以5min为间隔摇晃均匀。浸提完成后，使用脱脂棉对溶液进行初步过滤，然后倒入500mL容量瓶内，待其冷却到室温，重新定容至500mL。以双层滤纸对稀释后的茶汤进行抽滤，于常温常压条件下，加热到100益，进行灭菌处理1min，灌入45mL离心管内，密封放置。

（2）贮藏：将密封后的茶汤样品放入4益以及37益的环境中，分别于41h、7d后取出，待其恢复常温后，对样品的浊度和色差进行测定。对灭菌处理后的茶汤样品的L*、a*、b*值以及浊度值进行分别测定，减去高温灭菌前的响应值，以吟Lx*、吟ax*、吟bx*、吟浊度x的形式进行记录，x表示样品编号。

1.4茶饮料评价

以酒石酸铁比色法，对茶多酚的含量进行测定；以MINOLTA CTY-310色差计，结合L*a*b*色差系统，对茶饮料的色泽进行测定；以WZT-3A型光电浊度仪，对茶饮料的澄清度进行测定；以SPSS及Excel对测定得到的数据进行统计分析[2]。

2　结果与分析

2.1茶饮料汤色稳定性指标

结合测定数据，针对17个品质指标的变异情况，对不同的加工工艺进行分析，发现吟a*的变异系数偏大，尤其是吟a1*，变异系数达到414.67%；浊度值的变异系数其次，其中较为显著的吟浊度1*达到了124.88%；其余变异系数相对较小。研究表明，茶饮料在放置过程中，汤色会出现较大的变化，而4益放置41h对于汤色的影响最大，分析原因，可能是由于低温贮藏导致冷后浑的形成，从而影响了茶饮料的汤色。

2.2茶饮料汤色稳定性主成分分析

以SPSS16.0软件，对测量得到的原始数据进行主成分分析，为了保证信息的完整性和可靠性，累计方差贡献率应该达到80%以上。对此，选择4个主成分，结合其特征向量，构建主成分与茶饮料汤色稳定性之间的线性关系。4个主成分的特征值、贡献率以及累计贡献率如表1。

表1　4个主成分的特征值、贡献率以及累计贡献率

以主成分Y1为例，其与17个品质指标之间的线性关系为：

Y1 =0.1947X1 +0.565X2 +0.414X3 +0.309X4 +0.268X5 +0.218X6 + 0.2987X7+0.093X8+0.717X9+0.862X10+0.674X11+0.180X12+0.903X13+ 0.547X14+0.495X15-0.366X16+0.836X17

可以看出，在上述函数式中，X13（吟浊度3）的系数最大，然后依次为X17（吟浊度4）、X10（吟L3*）以及X9（吟浊度2），而这也表明，主成分1所反映的，是低温和高温贮藏7d、低温放置41h后浊度的变化，以及低温贮藏7d后明亮度变化的综合指标。同理，主成分2反映的是高温处理对于茶汤色泽的影响，主成分3反映的是低温放置41h对于茶汤色泽的影响，主成分4则主要反映高温处理和高温贮藏7d对于茶汤色泽的影响。

对茶饮料汤色稳定性指标的观测值进行平均值标准化处理后，结合相应的公式，就能够分别计算出不同加工工艺在4个主成分上的得分[3]。以所选择的主成分所对应的特征值在4个特征值总和中所占的比例为权重，计算得到不同加工工艺下，茶饮料汤色稳定性指标的变异程度，得到综合评价分值，如表2所示。

表2　不同加工工艺下茶饮料稳定性指标变异程度综合评价得分

2.3茶饮料汤色稳定性聚类分析

由表2中不同加工工艺得到的茶饮料汤色稳定性变异程度综合评价得分，可以对38种不同加工工艺的综合变异程度进行相应的聚类分析。这里以最短距离法，将茶叶样品聚为3类，第一类综合评价得分在10以下，茶饮料汤色稳定性好；第二类综合评价得分在10-20之间，茶饮料汤色稳定性一般；第三类综合评价得分在20以上，茶饮料汤色稳定性差。

将茶饮料汤色稳定性指标变异程度的综合评价得分，结合工艺处理类别进行综合分析，可以发现，在第一类中，A-1、A-4、A-3、A-7以及A-2均属于干燥处理，第二类则属于干燥、杀青处理，第三类属于杀青、揉捻处理。结合工艺类别，对其进行随机单位组资料方差分析，可以看出，在不同的工艺类别之间，存在着非常显著的差异，因此，对杀青、揉捻以及干燥等处理工艺进行深入研究是非常必要的[4]。

由不同工艺描述性统计分析结果，不同干燥处理工艺之间，稳定性指标变化的平均值约为11.50，标准差为3.27；不同杀青处理工艺之间，稳定性指标变化的平均值为约21.12，标准差为9.44；不同揉捻处理工艺之间，稳定性指标变化的平均值约为19.74，标准差为11.58。由此可知，对于茶饮料而言，在干燥处理阶段，汤色稳定性指标的变异最低，表明其稳定性最佳，杀青处理阶段的稳定性次之，揉捻处理阶段的稳定性最差。

3　讨论

在茶叶中，多酚类占据了其干物质的30%左右，占据了茶汤浸出物的75%以上。相关研究表明，TP是造成茶汤沉淀的关键所在，茶乳酪就是由TP包裹蛋白质，在分子间形成氢键，破坏了质点的水化层，导致体系不断增大而产生的，其本质是在咖啡碱分子中，含有大量的氢键结合位点，于低温环境下，多元酚物质与咖啡碱通过氢键，逐渐形成络合物，而且伴随着温度的下降而增大，最终形成茶乳酪。因此，TP含量是辅助浊度、L*值等，对茶饮料品质稳定性进行评价的重要指标之一。传统对于茶饮料品质的判定，主要是依靠人的感官进行，评判结果容易受主观因素的影响，缺乏客观性和准确性。本文以茶饮料的汤色为对象，利用明亮度、红绿色度、黄蓝色度、浑浊度以及TP含量等，对茶饮料的品质稳定性进行分析，结合主成分分析和聚类分析的方法，避免了人为因素造成的误差，具有良好的可行性和可靠性。

参考文献

[1]王丽霞,肖丽霞,陆蒸,等.气调干制绿茶和热风干制绿茶汤色稳定性的研究[J].扬州大学学报(农业与生命科学版),2010,31(2):64-67.

[2]张瑞莲,尹军峰,袁海波,等.基于主成分分析法研究茶叶加工工艺对茶饮料汤色稳定性的影响[J].食品科学,2010,(13):82-87.

[3]骆锐,邵宛芳,昊红.茶饮料沉淀的成因与澄清技术的应用[J].中国农学通报,2005,21(12):95-98.

[4]张瑞莲,尹军峰,袁海波,等.主成分分析与聚类分析在茶饮料汤色稳定性评价中的应用[J].茶叶科学,2010,30(4):287-294.

作者简介：吴小兰（1981-），女，福建泉州人，硕士，讲师，研究方向：高职数学教学。