基于特征香气的白茶香气品质评价模型构建初探

张应根，陈 林，陈泉宾，王秀萍，王振康，王丽丽

(福建省农业科学院茶叶研究所，福建 福安 355015)

香气是决定茶叶品质的主要因素之一，目前茶叶香气品质的评价主要以感官审评为主，审评人员的主观喜好及环境因素对评价结果产生显著的差异，这在一定程度上限制了评价的客观性[1-3]。研究分析茶叶香气的质量客观评价方法和体系对于丰富和完善茶叶质量评价体系具有重要意义。

主成分分析、多元回归等数理统计手段是多指标综合评价的有效手段，并已在水果[4]、酒类[5, 6]、稻谷食品[7]、食油[8]等产品的香气评价中得以应用，在茶叶香气评价中仅限于确定哪一类香气物质对茶叶香气品质起主要作用，而未能定位于具体成分上[9]。

本研究采用同时蒸馏萃取法(SDE)对同一茶树品种鲜叶制得不同等级的具有典型白茶风味的样品进行香气提取，GC/MS检测分析香气成分，利用主成分分析、多元回归分析等数理统计手段，研究基于香气成分的白茶香气品质等级划分方法，确定决定白茶香气品质的特征香气成分，并建立白茶香气品质评价模型，为实现白茶品质客观评价提供科学手段。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2016年春季，采摘福鼎大毫一芽二、三叶初展鲜叶，经萎凋、干燥等工序制成白牡丹白茶样品17只。

1.2 试验方法

1.2.2 GC-MS分析条件 采用岛津GC/MS-QP2010气质联用仪；色谱柱：DB-5质谱柱；进样口温度：250℃；进样方式：分流进样，分流比2∶1；程序升温：50℃维持0 min→1℃·min-1，升至80℃，维持1 min→5℃·min-1，升至160℃，维持1 min→10℃·min-1，升至250℃，维持5 min。总时间62 min。质谱条件：EI离子源；离子源温度200℃；检测器温度250℃；检索谱库：NIST08；WILEY7

1.2.3 香气成分定性定量方法 未知化合物的定性采用计算机检索NIST08和WILEY7质谱库，选取匹配度≥85%的成分进行定性。定量采用内标相对定量法(半定量)，以癸酸乙酯为内标，在香气样品中的含量为43.25 μg·mL-1。采用面积归一化法测定各化合物的峰面积，并计算各化合物与内标的峰面积比，以此为响应因子计算各化合物相对于内标的质量浓度(含量)。

1.2.4 感官审评方法 邀请3名具有中、高级职称，从事茶叶加工、感官审评达10年以上的专业技术人员，参考《GB/T 23776-2009 茶叶感官审评方法》中的冲泡方法，着重评价样品白茶香气品质，并对各样品的香气品质进行评分，满分为100分。

1.2.5 质量模型分析

1.2.5.1 主成分分析 不同样品的香气化合物构成主成分分析的相关矩阵，根据主成分分析后确定的不同主分量的线性组合与贡献率之积的和来排序不同的样本，进行香气质量评价。具体分析原理为：

(1)将n个样本的p个变量，通过变换将原变量Xp转换成主成分，主成分是原变量的线性组合，即将X1，X2，…，Xp转换成变量F1，F2，…，Fk，综合成k(k

F1=a11X1+a21X2+……+ap1Xp

F2=a12X1+a22X2+……+ap2Xp

在实验二中，A段、B段都有一方与树干相连，为什么具有“库身份”者能得到同化物的供应，而不具有“库身份”者就得不到同化物的供应呢？同化物怎么知道谁具有“库身份”呢？后来，带着这个问题做了第3个实验。

………………………………

Fk=a1kX1+a2kX2+……+apkXp

(2)以不同特征值的方差贡献率βi为加权系数，利用综合评价函数F=β1F1+β2F2+…+βkFk计算各样品的综合品质得分，然后排序评价各个样品的香气质量。

1.2.5.2 回归分析 从主成分分析提取的因子中，选取每个因子中特征向量最大变量的原则，结合已有的文献报道，提取影响样品香气品质的主要成分，以这些成分为自变量，与感官品质得分为因变量，用SPSS统计软件进行回归分析、剔除共线性因子、再次回归，直到不出现共线性因子为止，最后获得品质与成分的回归模型，用t检验对模型进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 感官品质审评结果

感官审评结果表明，17只样品中，出现在品质得分相同、相近的样品较多，这些样品品质的高低不易确定(表1)。

2.2 主成分分析结果

从17个白茶样品中，共检测出164种香气成分，其中33种香气成分为所有样品中共有的成分，并占香气物质总量的65%以上(香气总离子流图见图1)。用SPSS软件对白茶香气成分进行主成分分析，得出白茶香气的16个主成分因子(见表2)。

16个因子累计方贡献率达到100%，其中前12个因子累计贡献率达到88.238%，超过85%，从而可以提取前12个因子作为白茶香气的主成分因子。根据各因子的载荷矩阵可以建立12个主成分因子方程，并根据方程计算各样品的每个主成分值，将每个样品的所有主成分值加到一起即可得出该样品的综合得分，将各样品的主成分综合得分按从高到低排列，作出各样品的综合得分条形图(图2)。

图2结果表明，每个样品的主成分品质综合得分差异明显，不存无法分辩的现象；大部分白茶样品的品质得分落在[-30，30]之间，只有少部分落在[-60，-30]和[30，60]之间。因而可以将白茶样品分为4个等级，优[30，60]，良[0，30]，中[-30，0]，差[-60，-30](表3)。

表1 白茶样品香气感官审评结果

图1 白茶香气总离子流图Fig.1 Total ion current chromatogram of white teas

表2 香气主成分因子与方差贡献率

图 2 白茶综合得分条形图Fig.2 Composite scores of white teas

表3 白茶香气品质等级分级

从表1、3可以看出，优、良级别的白茶样品，除具有典型的白茶品质风味外，还具有浓郁的花香、清香、甜香等较好的香气品质，感官品质综合得分也较高。因此，基于主成分分析的香气主成分综合得分能较好地用于白茶品质等级划分。

2.3 白茶特征香气物质的确定及回归分析

在主成分分析中，根据每个主成分因子在每种物质上载荷矩阵，每个主成分因子可以集中反映某几种或某几类物质的主要信息，根据这些信息，初步确定16种香气物质可能对白茶香气起决定性作用(表4)。将表4中的16种物质定义为变量因子x1，x2，……，x16，品质得分定义为变量因子y，用SPSS统计软件对这16个成分与白茶品质的关系进行回归模型拟合。

表5结果表明，回归拟合模型中，R2=0.787，比较靠近1，方差分析表明(表6)，模型方差F统计量值为3.916，其p=0.004<α=0.05，所以模型的作用是显著的。

对模型进行共线性诊断，结果表明有多个维度(16、17两个维度)的特征值为0(表7)，说明存在共线性因子，并且第17个维度能解释x8因子90%的贡献率，从而判定x8(Geraniol)因子与其他因子存在共线性，应剔除。

剔除x8因子后，再次进行回归分析。

结果表明，剔除x8后拟合模型中，R2=0.752，比较靠近1(表8)，方差分析表明(表9)，模型方差F统计量值为3.646，其p=0.005<α=0.05，所以模型的作用是显著的。

将剔除x8后的15种物质进行回归分析，并再次进行共线性诊断，不存在多个维度的特征值为0，即15个因子(15种香气成分)间不存在共线性，因而根据回归模型系数(表10)得出拟合方程为：

y=90.595+1.026x1+1.439x2+4.245x3-0.61x4+1.521x5-0.423x6-1.691x7+9.425x9+1.005x10-2.556x11+0.09x12-1.014x13+1.146x14-1.001x15-2.511x16

t检验结果表明(表10)，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x9，x10，x11，x12，x13，x14，x15，x16的系数显著不为0，即可以得出剔除x8后的其他15个香气成分指标对白茶香气品质很大的影响。并可以通过指标之间的线性组合得到白茶香气质量的生成函数。

表4 白茶16种特征香气物质

注：“-”表示未检出。

表5 模型概要

表6 模型方差分析

表7 共线性诊断

表8 剔除x8后模型概要

表9 剔除x8后模型方差分析

5 结论与讨论

茶叶香气质量的感官评价采用感官评语描述茶叶香型特征、香气的高低等(香气质量定性鉴定)，并结合品质评分(香气质量定量)确定香气品质的高低。在香气感官评定时，常出现冷嗅、热嗅香气差异明显，样品常出现不同香型特征表现，如本试验样品中出现的毫香、清香、花香等。当这些香气特征分别出现在不同样品中时，审评人员的训练度、主观喜好等对香气评分结果产生显著影响，这也就是经常出现感官审评品质得分相近的主要因素。本试验通过分析样品香气成分，利用主成分分析建立起基于香气分成变化的香气综合品质得分评价方法，能较好地用于白茶品质等级划分，克服主观因素对评价结果的影响，并将白茶样品分为优[30，60]，良[0，30]，中[-30，0]，差[-60，-30]四个等级。

茶叶中内含的香气物质是形成茶叶香气品质的物质基础，不同品质风格茶叶其内含香气成分各异，内含香气成分的变化也将引起茶叶香气品质风格的改变。目前从茶叶中检测出的香气物质有700多种[10]。任何一种茶叶中都存在几十上百种香气成分，但并不是所有香气成分都对某一种茶的香气品质起决定作用，一般只有少数几种能左右某类茶的香气，并且在缺失其中的一种或几种的条件下，将失去这一类茶的香气特征，这在花茶上已经得到研究证实[11, 12]。本研究通过分析样品香气成分，在主成分分析的基础上，初步明确了反-2-己烯醛(具尖锐的青草气味，并带辛辣气味，低浓度时具有令人愉悦的清香和似苹果香)、顺-3-己烯醇(青草刚割下来的气味)、苯甲醛(苦杏仁气味)、芳樟醇氧化物(花香气味、略带佛手柑气味)、环氧芳樟醇(花香气味)[13]、芳樟醇(典型的花香、清香气味，铃兰花香)、苯乙醇(甜花香、玫瑰花香)、α-萜品醇(紫丁香气味)、水杨酸甲酯(香甜，较强的冬青油气味)、β-紫萝兰酮(香甜、紫萝兰样的香气)、棕榈酸(微的腊脂气味)[14]、橙花叔醇(持久温和的花香气味)、苯甲醇(轻微的带甜的气味)、苯乙醛(甜香、清香、风信子气味，低浓度时有杏仁、樱桃香味)、4-壬内酯(具甜香、奶油香、强烈的椰子样的香气)等[15, 16]15种决定白茶香气品质的特征成分，建立了其与白茶香气的质量生成函数，可用于白茶香气质量评价，不受主观因素的影响，易于实现标准化评价，具有客观性。但对于分析所得的15种特征香气成分，仍需要做进一步的香气模拟验证。

表10 剔除x8后模型系数表

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