红茶是世界上消费量最大的茶类,因形美味甘,具有一定的消炎、杀菌、抗癌、养肠护胃等功能而深受消费者喜爱[1-2]。红茶加工包含萎凋、揉捻、发酵、干燥等工序,其中干燥是去除水分、生化反应失活、品质特性形成的关键工序,干燥分毛火和足火,足火是去水足干、便于贮藏、色香味形形成的关键。
现应用于茶叶足火的方式主要有链板热风足火、箱式热风足火、滚筒炒干足火、六角辉锅足火、理条足火、远红外足火、微波足火等[3-4]。根据热传递方式可将足火方式分为热对流、热传导、热辐射3 类,其中热对流,如链板热风足火、箱式热风足火等,为传统方式,通过加热空气,连续流动穿过茶在制品表面,促进水分由毛细孔隙向外扩散,进而完成干燥,其具有投资少、能耗低、茶叶香高等优点,但干燥时间长,成分含量损失较多,且温度分布不均匀,品质不稳定[5]；热传导,如理条足火、六角辉锅足火等,通过茶样与加热筒壁（锅壁）的反复摩擦滚炒,使香气与滋味提升,然反复摩擦会导致叶色发黄发灰[6-7]；热辐射,如微波足火、远红外足火等,微波足火通过高频微波震荡作用,诱导茶叶内部分子高速碰撞而产生大量的摩擦热量迅速提高茶样温度,大量的水分子被蒸发,快速固定品质,达到干燥目的,但香气整体不高[8-9],远红外足火以射线形式进入叶组织,引起分子共振,并迅速转化为热能,使叶内外均匀受热,高效节能、连续性好[10-11]。现茶叶干燥中,联合干燥技术也有广泛应用,研究表明联合干燥省时,减少能耗,能够提高茶叶品质[12-13]。
现有关红茶足火的研究多集中于干燥温度、时间等工艺参数对生化成分及感官品质的影响[14-17],而足火方式对工夫红茶品质成分、滋味和汤色品质的影响研究较少,从热传递方式角度进行分析的研究暂无。因此本研究选取了产业上应用较广泛的5 种足火方式,并按照热传递原理进行分类,以成品茶的冲泡茶汤为对象,进行儿茶素组分、茶黄素（theaflavin,TF）组分、总茶黄素（theaflavins,TFs）、黄酮苷组分、氨基酸组分、茶多酚（tea polyphenols,TPs）、茶红素（thearubigins,TRs）、茶褐素（theabrownines,TBs）、可溶性糖等品质成分检测,同时对茶样外形和汤色色泽属性、滋味进行客观检测,探究热传递方式对工夫红茶品质成分和色泽滋味品质的影响,并进行偏最小二乘法（partial least squares,PLS）分析,以获得不同方式对工夫红茶甜醇、高亮属性影响的关键物质,获得优化的红茶足火传递方式,为优质工夫红茶标准化和定向化加工提供理论支持及技术指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
‘翠峰’品种鲜叶原料,嫩度为一芽二叶,开化,采摘日期为2018年4月。
蒽酮、福林-酚试剂、茚三酮 上海麦克林生化科技有限公司；甲酸、乙腈 德国默克公司；儿茶素标准品 美国Sigma公司；电子舌校正诊断液 天津埃文森科技有限公司；碳酸氢钠 上海沪试化工有限公司；乙酸乙酯、正丁醇、无水乙醇 天津四友精细化学品有限公司。
1.2 仪器与设备
6CR-45型揉捻机 浙江上洋机械有限公司；JY-6CHZ-7B型茶叶烘焙提香机 福建佳友机械有限公司；6CW-6E型微波杀青机 江苏农业机械化研究所；DXCWS-05型茶叶远红外提香机 宜兴市鼎新微波设备有限公司；6CMG-63A型茶叶滚筒辉锅机 浙江新昌县银球机械有限公司；6CMD-6018型名茶多用机 浙江绿峰机械有限公司；LGJ-50C型真空冷冻干燥机 北京四环科学仪器厂有限公司；CM-5型台式分光测色仪、CM-600d型便携式分光测色仪 柯尼卡美能达（中国）投资有限公司；a-Astree电子舌系统 法国Alpha MOS公司；Sartorius Quintix224-1CN型分析天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；2469 series高效液相色谱仪美国Waters公司；UV-3600型紫外-可见近红外分光光度计日本岛津公司；DK-S26型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；JW-B型分液漏斗振荡器常州市顶新实验仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 制茶流程及工艺参数设置
1）萎凋：控温控湿萎凋,温度28 ℃,相对湿度70%,摊叶厚度5 cm,萎凋15.0 h,至含水率62%～64%,进行揉捻。
2）揉捻：以空揉20 min→轻揉15 min→重揉10 min→轻揉15 min→重揉10 min→轻揉5 min→解块进行,总计75 min。
3）发酵：控温控湿发酵,温度28 ℃,相对湿度95%以上,发酵时间3.0 h。
4）干燥：毛火,110 ℃,叶厚2 cm,烘干约15 min,含水率约27%,摊凉30 min后进行足火。设计不同的足火热传递方式：热辐射型,如远红外足火（far infrared second-drying,FISD）、微波足火（microwave second-drying,WMSD）；热对流型,如箱式热风足火（box hot air second-drying,BHSD）；热传导型,如理条足火（carding machine second-drying,CMSD）、六角辉锅足火（rotary pot second-drying,RPSD）。参考产业上应用较广泛的工艺参数进行使用,具体如下：
FISD：温度110 ℃,链板传动转速600 r/min,足火时间8 min。WMSD：温度110 ℃,链板传动转速600 r/min,足火时间5 min。BHSD：温度100 ℃,样盘转动频率7 r/min,足火时间30 min。CMSD：温度110 ℃,传动转速1 200 r/min,足火时间20 min。RPSD：温度150 ℃,转速28 r/min,足火时间10 min。
1.3.2 生化成分测定
以不同热传递方式获得的红茶样为检测对象,称取3.0 g茶叶,150 mL沸纯水在审评杯里浸提5.0 min,后茶水分离,茶汤冷至室温待测。
茶多酚质量分数测定采用福林-酚试剂比色法,参考GB/T 8313—2008《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》；游离氨基酸总量测定采用茚三酮比色法,参考GB/T 8314—2002《茶 游离氨基酸总量测定》；氨基酸质量浓度测定采用氨基酸自动分析仪法；可溶性糖质量分数测定采用蒽酮比色法；儿茶素、茶黄素质量浓度测定采用高效液相色谱法[18-19],茶黄素、茶红素、茶褐素质量分数测定采用系统分析法[20]。
黄酮苷组分的测定参照刘阳等[21]的检测方法。色谱柱：C18柱（4.6 mm×250 mm,5 μm）；流动相A相：0.15%甲酸水溶液,B相：乙腈。流动相洗脱梯度：0～2 min,6%～17% B；2～22 min,17%～19% B；22～23 min,19%～30%；23～25 min,30% B；25～26 min,30%～6%；26～30 min,6%。流速为1 mL/min,柱温35 ℃,进样量20 μL,检测波长360 nm。
1.3.3 茶样外形、汤色色泽属性检测
1）使用便携式色差仪对样品的外形色泽进行三角测定,获得成品茶各色差属性,其中L值代表明亮度；a代表红绿色度,+代表红色程度,-代表绿色程度；b代表黄蓝色度,+代表黄色程度,-代表蓝色程度[22]。
2）取1.3.2节中获得的茶汤作为待测母液,置于比色皿,在CM-5型台式分光测色仪进行色差测定,获得茶汤色泽属性值LL、La、Lb,等。每个样品重复测定3 次。
1.3.4 茶样滋味电子舌检测
取1.3.2节中获得的茶汤作为待测母液,用400 目滤布过滤,冷却至室温（25±2）℃后进行电子舌数据采集,采用王银诚[23]的电子舌检测方法,每个茶汤样品重复测定7 次,选取后3 次的稳定测量数据作为统计分析的原始数据。
1.3.5 品质感官审评
参照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》,由5位高级评茶员组成品质评定小组,取约50 g茶样,把盘、评外形,后称取3 g茶样,加入150 mL沸水冲泡5 min后进行密码审评,采用评价与百分制打分相结合的方式评定茶叶品质,评定外形、香气、汤色、滋味、叶底,每项100 分,感官总分按式（1）计算。
感官总分＝香气得分×25%+滋味得分×30%+外形得分×25%+汤色得分×10%+叶底得分×10% （1）
品质指数（10TFRB）按式（2）计算[20]。
1.4 数据统计处理
实验重复3 次,每次实验结果以3 个重复的平均值表示。SAS 9.4用于分析不同热传递方式下品质成分含量间差异的显著性；Mev-4.9用于不同足火热传递方式下氨基酸组分及总量、可溶性总糖,黄酮苷组分及总量贡献的比较及据此对成茶进行聚类分析；SIMCA-P13用于对不同热传递方式下对色泽和滋味影响的主成分分析。
2 结果与分析
2.1 不同热传递方式对工夫红茶品质成分含量和感官品质的影响
2.1.1 足火热传递方式对茶多酚、儿茶素组分和总量的影响
不同足火热传递方式对茶多酚、儿茶素组分和总量的影响如表1所示。多酚及儿茶素是形成茶叶滋味的重要成分,也是转化形成茶黄素、茶红素、茶褐素等红茶品质成分的重要底物,显著性分析可看出不同足火方式下茶多酚质量分数差异显著（P＜0.05）,以WMSD下质量分数最高,达15.925%,其他4 种方式无显著差异,即WMSD可最大程度保留茶多酚,与Dong Juane等[9]研究结果一致。儿茶素组分和总量亦受足火热传递方式影响,表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate,EGCG）组分和没食子儿茶素（gallocatechin gallate,GC）组分以WMSD处理下显著最高,而RPSD和CMSD处理最有利于儿茶素、表没食子儿茶素（epigallocatechin,EGC）、表儿茶素（epicatechin,EC）、表儿茶素没食子酸酯（epicatechin gallate,ECG）、没食子儿茶素没食子酸酯（gallocatechin gallate,GCG）等组分的积累,以BHSD和FISD处理最低；整体上简单儿茶素的保留量显著高于酯型儿茶素（P＜0.05）,其中总简单儿茶素（total simple catechins,TSC）含量以RPSD、CMSD显著最高,FISD处理显著最低,而总酯型儿茶素（total ester-type catechins,TETC）含量以WMSD处理最高,BHSD处理显著最低,总儿茶素（total amount catechins,TAC）含量以RPSD、CMSD、WMSD等处理最高,FISD处理显著最低,TETC/TSC值则以FISD处理显著最高,其他4 种方式无显著差异。
足火下多酚和儿茶素含量的变化受足火温度、时间及受热方式的共同影响,一方面影响儿茶素组分的氧化、降解等反应；另一方面导致细胞破碎率显著不同,进而影响生化成分的含量和浸出率。不同方式比较,以WMSD方式处理时间最短,故多酚和酯型儿茶素的氧化降解显著最少,保留量显著最大,而RPSD和CMSD使得茶样持续与高温锅壁直接接触、多次摩擦,复杂儿茶素类大量氧化降解,同时细胞破损率较大,进而导致简单儿茶素含量显著最高。儿茶素是构成红茶滋味浓度和收敛性的关键成分,适当的儿茶素组分配比和总量能协调茶汤滋味,浓爽且不苦涩,过高则茶汤苦涩味较重,过低则茶汤轻淡无味。
表1 不同足火热传递方式下红茶样品的茶多酚、儿茶素组分和总量比较
Table 1 Contents of tea polyphenols, and individual and total catechins in black tea under different secondary-drying heat transfer modes
注：同行大写字母不同表示差异显著（P＜0.05）,下同。
化学成分 远红外足火 微波足火 箱式热风足火 理条足火 六角辉锅足火TPs质量分数/% 15.725±0.004AB15.925±0.000A15.858±0.000AB15.86±0.008AB15.622±0.004B儿茶素质量分数/% 0.104±0.039D0.420±0.014B0.333±0.021C0.400±0.044B0.480±0.023A EGC质量分数/% 0.221±0.066B0.243±0.007B0.210±0.004B0.311±0.009A0.304±0.019A GC质量分数/% 0.243±0.062B0.406±0.020A0.243±0.005 B0.344±0.063A0.380±0.009A EGCG质量分数/% 0.027±0.000C0.147±0.004A0.013±0.002D0.045±0.002B0.0291±0.010C EC质量分数/% 0.110±0.017BC0.135±0.037B0.099±0.009C0.214±0.002A0.209±0.008A ECG质量分数/% 0.206±0.044B0.272±0.100AB0.203±0.004B0.300±0.024AB0.356±0.046A GCG质量分数/% 0.040±0.002B0.022±0.003D0.033±0.000C0.043±0.001AB0.045±0.001A TAC质量分数/% 0.955±0.149C1.648±0.045A1.137±0.038B1.659±0.123A1.806±0.089A TSC质量分数/% 0.679±0.145D1.206±0.056B0.886±0.032C1.270±0.100AB1.375±0.041A TETC质量分数/% 0.275±0.043B0.441±0.100A0.250±0.006B0.389±0.023A0.431±0.048A TETC/TSC 0.420±0.121A0.369±0.097AB0.282±0.003B0.306±0.007AB0.313±0.026AB
2.1.2 足火热传递方式对茶黄素组分、茶红素、茶褐素等含量的影响
茶黄素和茶红素是儿茶素的氧化产物,对红茶的汤色和滋味品质形成具有决定性作用,茶黄素是影响汤色亮度、滋味强度和鲜爽度的重要物质,茶红素是汤色红、滋味收敛的主要贡献物,而茶褐素则使汤色发暗,对红茶品质不利[24-25]。
表2 足火热传递方式对红茶样品茶黄素组分、茶红素、茶褐素等质量分数的影响
Table 2 Effects of secondary-drying heat transfer modes on contents of theaflavins, thearubigins, and theabrownins in black tea
化学成分 远红外足火 微波足火 箱式热风足火 理条足火 六角辉锅足火茶黄素质量分数/% 0.042±0.002B0.044±0.001B0.055±0.009 A0.058±0.003A0.054±0.007A TF-3-G质量分数/% 0.052±0.002B0.052±0.003B0.048±0.004B0.077±0.008A0.079±0.006A TF-3'-G质量分数/% 0.032±0.002C0.034±0.001C0.026±0.001D0.055±0.002A0.041±0.001B TF-D-G质量分数/% 0.054±0.003B0.054±0.001B0.049±0.004B0.086±0.005A0.083±0.001A总茶黄素质量分数/% 0.295±0.007B0.304±0.015B0.285±0.011B0.333±0.014A0.343±0.004A茶红素质量分数/% 3.374±0.081A3.318±0.021A3.231±0.069A3.242±0.230A3.299±0.081A茶褐素质量分数/% 3.694±0.032B3.539±0.130B3.502±0.014B3.826±0.092A3.770±0.004A 10TFRB/% 1.713±0.012B1.800±0.106A1.739±0.023B1.719±0.094B1.786±0.014A
如表2所示,足火热传递方式对茶黄素-3-没食子酸酯（theaflavin-3-gallate,TF-3-G）和茶黄素-3,3'-双没食子酸酯（theaflavin-3,3'-gallate,TF-D-G）组分质量分数有显著性影响,而对TF和茶黄素-3'-没食子酸酯（theaflavin-3'-gallate,TF-3'-G）组分质量分数影响相对较小,CMSD和RPSD等热传导方式处理下的茶黄素组分及总量和茶褐素质量分数显著高于其他处理,BHSD显著最低；不同杀青方式茶红素质量分数虽有差异,但未达到显著水平；10TFRB以WMSD方式显著最高,FISD和CMSD方式显著最低。即热传导足火下细胞破损率较大,有利于茶黄素的浸出,但由于温度高、时间长导致茶褐素大量转化形成,短时的热辐射足火有利于茶黄素的保留,箱式热风足火的长时作业使得茶黄素裂解聚合为茶红素和茶褐素,但由于其细胞破损率低,浸出率相对较低,整体以微波足火最优,可获得较高质量分数的茶黄素和茶红素,较低质量分数的茶褐素。
2.1.3 足火热传递方式对黄酮苷组分和总量的影响
黄酮苷在红茶中的含量较低,但其阈值极低,是茶汤涩味的主要贡献物质,且对咖啡碱苦味有显著增强作用[26-29]。足火热传递方式对黄酮苷组分和总量有显著性影响（图1）,本研究鉴定出8 种黄酮苷组分,除牡荆素葡萄糖苷（vitexin-glucoside,Vit-Glc）外,其他7 种黄酮苷组分均以RPSD和CMSD等热传导足火处理显著最高（P＜0.05）,WMSD和FISD等热辐射足火处理次之,BHSD的热对流足火处理显著最低,Vit-Glc、Kea-Glc等组分则呈现CMSD（0.262 g/kg）＞FISD（0.258 g/kg）＞WMSD（0.227 g/kg）＞BHSD（0.198 g/kg）＞RPSD（0.111 g/kg）的趋势,即不同黄酮苷组分的转化机制不同。通过聚类分析可看出,热辐射与热对流下的3 种方式聚为一类,热传导下的2 种方式聚为另一类,即与热传导相比,热辐射和热风对流之间差异较小,热传导为叶与筒体热源直接接触,叶温高、叶组织破损,结合态的黄酮苷水解,游离态的黄酮苷组分含量高,且较易浸出,整体上茶汤中的黄酮苷组分显著最高；而热对流较热辐射,足火时间过长,导致黄酮苷热降解,含量相对最低。
图1 不同足火热传递方式下红茶样品中黄酮苷组分和总量的分布热图
Fig.1 Thermograms of flavonoid glycosides in black tea under different secondary-drying heat transfer modes
2.1.4 足火热传递方式对氨基酸组分及总量和可溶性糖含量的影响
氨基酸是构成红茶鲜爽滋味的重要成分[24,30],亦是红茶香气形成的重要底物,在干燥过程中与还原糖发生缩合反应、美拉德反应,形成挥发性杂环类化合物,包括吡嗪、吡啶、吡咯、呋喃等,此外在热作用下,氨基酸的脱羧、脱氨反应会形成吲哚、醇类、醛类等芳香族物质[31-32]。5 种足火热传递方式对各氨基酸组分影响显著（图2）,以CMSD和RPSD处理下各氨基酸组分质量分数显著最高（P＜0.05）,BHSD处理下氨基酸损失量最大、保留量最小,FISD次之,主要的氨基酸组分,如茶氨酸（L-theanine,The）、谷氨酸、天冬酰胺（asparagine,Asn）、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）等呈现相同的差异规律：CMSD＞RPSD＞FISD＞WMSD＞BHSD。可溶性糖亦是茶汤甜醇滋味和香气形成的重要基础物质[33],不同足火方式比较以CMSD和RPSD显著最高（P＜0.05）,质量分数均在5.05%以上,FISD方式下显著最低,仅4.74%（数据未给出）。
整体上看,热传导足火有利于可溶性糖和氨基酸组分的保留和浸出,这与叶破损率大、组分浸出率高相关,同时持续摩擦,促进蛋白质和不溶性多糖的水解,进而形成最多的氨基酸和可溶性糖,而热辐射处理时间短且叶细胞保持较完整,氨基酸组分和可溶性糖的含量适中,而热对流足火干燥时间过长,导致氨基酸和可溶性糖过度反应,且叶细胞破损率低,故含量最低。氨基酸和可溶性糖的保留量过高,则表明足火过程中呈香反应进行不足,不利于香气品质形成,保留量过低,则会导致茶汤滋味甜醇度、鲜爽度下降,故应保持适中的氨基酸和可溶性糖含量。
图2 不同足火热传递方式下氨基酸组分、总量和可溶性总糖分布热图
Fig.2 Thermograms of amino acid composition and soluble sugars in black tea under different secondary-drying heat transfer modes
2.1.5 足火热传递方式对感官品质的影响
表3 足火热传递方式对工夫红茶感官品质的影响
Table 3 Effects of secondary-drying heat transfer modes on sensory quality of black tea
足火方式外形 汤色 香气 滋味 叶底总分评价 得分 评价 得分 评价 得分 评价 得分 评价 得分远红外足火 有毫、乌较润 89 橙红亮 90 甜香显 94 浓爽,略涩 90 尚红显芽,稍有青张 84 90.15微波足火 带金亮,乌润 90 橙红亮 91 稍有甜香 89 浓,较爽 88 尚红带青叶有青张 85 88.75箱式热风足火 带金亮,乌润 90 橙红亮 90 火工偏高,稍闷 84 浓爽 90 尚红,稍透青 85 88理条足火 带灰,较紧实 87 红亮 94 有甜香 86 浓爽,略涩 85 尚红,带青叶 83 86.45六角滚筒足火 带灰,露锋苗 88 红亮 93 甜香 90 浓,带涩 84 尚红亮,带青叶 85 87.5
不同热传递足火方式对工夫红茶感官品质影响如表3所示,足火热传递方式对红茶的汤色、香气、滋味等内质影响显著,对外形和叶底的影响较小。CMSD和RPSD处理下茶汤红亮,而其他3 种方式下呈橙红亮,这点与热传导下叶细胞破损率大、成分浸出快相对应,香气和滋味均以FISD方式最优,呈甜香显、滋味浓爽的品质,而热传导下较高含量的儿茶素、黄酮苷、茶褐素等导致茶汤涩味,滋味不佳,氨基酸和可溶性糖的较高保留,导致香气品质形成不足,整体感官品质呈FISD＞WMSD＞BHSD＞RPSD＞CMSD的规律,即远红外足火方式所制工夫红茶的感官品质最佳。
2.2 足火热传递方式对工夫红茶客观评价指标的影响
2.2.1 足火热传递方式对茶样外形和汤色色泽属性的影响
表4 足火热传递方式对工夫红茶外形及汤色色泽属性的影响
Table 4 Effects of secondary-drying heat transfer modes on color attributes in black tea and infusion
参数 远红外足火 微波足火 箱式热风足火 理条足火 六角辉锅足火L 16.940±0.296BC 19.25±0.905AB 16.375±0.403C 19.440±1.895AB 20.960±0.296A a 2.280±0.183B 2.835±0.120A 2.165±0.008B 1.995±0.006B 2.235±0.233B b 5.345±0.091B 5.950±0.098AB 5.320±0.509B 6.485±0.332A 6.340±0.212A LL 81.953±0.295A 80.986±0.155A 77.723±1.407B 74.313±0.662C 74.943±0.688C La 8.800±0.409C 10.186±0.215B 7.650±0.545D 14.296±0.683A 14.416±0.879A Lb 74.893±0.824C 77.773±0.515B 70.230±0.893D 82.510±0.668A 83.306±1.039A
由表4可知,足火热传递方式对茶样外形和汤色色泽属性影响显著,其中RPSD、CMSD、WMSD等方式处理下的外形亮度L值和黄度b值显著高于其他2 个处理（P＜0.05）,而外形红度a值以微波足火最优,这点与感官审评的外形结果（表2）较一致。汤色方面,以RPSD、CMSD处理下的汤色红度La值和黄度Lb值显著最高,WMSD处理次之,箱式热风足火显著最低；热传导处理茶汤中品质成分的浸出较高,光线透过率低,故茶汤透亮度LL值显著最低,结合感官审评结果,热传导足火方式可获得较优的红亮汤色的工夫红茶。
2.2.2 足火热传递方式对茶汤滋味影响的电子舌分析
本研究用较为先进的7 根传感器电子舌,包含酸（SRS）、甜（SWS）、苦（BRS）、咸（STS）、鲜（UMS）5 个滋味分属性和2 个综合属性（GPS、SPS）。根据响应值信号雷达图（图3）可看出,FISD、WMSD的电子舌响应轮廓图基本一致,CMSD、RPSD的电子舌响应轮廓图大体一致,仅强度存在差异,即通过电子舌对工夫红茶茶汤的响应雷达图可以明显区分3 类足火方式。通过雷达图可得,FISD和WMSD对SRS、GPS响应良好,对UMS响应强烈,BHSD对SWS、SPS、GPS响应最强烈,响应值达到7以上,而CMSD和RPSD对STS、BRS有较强的响应,响应值均高于7,而对SRS、SWS、GPS响应较差。即通过电子舌滋味分析,热辐射和热对流处理下的工夫红茶甜味值和鲜味值较高,苦味值较低,综合属性较优,而热传导处理低,综合表现较差,这点与人工感官结果较一致。
图3 不同足火热传递方式下工夫红茶茶汤电子舌传感器响应强度雷达图
Fig.3 Radar charts of electronic tongue sensor response intensity for black tea infusion under different secondary-drying heat transfer modes
2.3 基于PLS分析不同足火热传递方式下工夫红茶色泽和滋味的关键差异物
图4 不同足火热传递方式工夫红茶汤色的PLS得分图
Fig.4 PLS score plot for black tea infusion color under different secondary-drying heat transfer modes
PLS已广泛应用于农产品品质分析中,相比于PCA其具有监督作用,可得出科学客观的分类结果[34-35]。基于工夫红茶茶汤的62 个品质成分,以汤色色差值（LL、La、Lb）为因变量,分析影响5 种足火方式所制工夫红茶汤色属性的关键差异物。从图4的PLS得分图可看出,3 类热传递方式可明显区分,其中CMSD、RPSD聚在图的左侧；FISD、WMSD聚在图的右上方,BHSD在图的右下方。参考汤色色差值及感官审评结果可知,BHSD汤色透亮度不如FISD、WMSD,红度不及CMSD和RPSD,因此得分相对较低。采用交叉验证法对模型进行验证,共筛选出了4 个主成分,模型对自变量拟合指数R2X（cum）＝0.951,说明4 个主成分解释95.1%的X变量；对因变量的拟合指数R2Y（cum）＝0.992,说明4 个主成分解释99.2% Y变量；模型预测指Q2（cum）＝0.968,说明模型对不同足火热传递方式所获成品汤色的预测能力为96.8%,表明该模型稳定可靠。
为进一步找出区别不同足火热传递方式工夫红茶茶汤的关键变量,由PLS模型的变量投影重要性（variable importance in projection,VIP）图（图5）,以VIP值大于1为界限进行筛选,可以看出茶黄素、TF-D-G、Arg、Pea、Cit、TF-3-G、咖啡碱（caffeine,CAF）、可溶性糖、EGCG等39 个品质成分为差异成分。对差异性成分含量做显著性分析,发现热传导方式所获茶汤中茶黄素、TF-D-G、TF-3-G、可溶性糖、Arg、Pea显著高于其他两类方式,可作为区分3 类足火热传递方式工夫红茶汤的标志性品质成分。
基于62 个品质成分,以外形色差属性（L、a、b）为因变量,分析影响5 种足火热传递方式所制工夫红茶外形色泽的关键差异物。热传导足火可与另外两类方式明显区分,CMSD、RPSD聚在PLS得分图（图6）的右侧,BHSD、FISD、WMSD等聚在图左侧。采用交叉验证法对模型进行验证,共筛选出了4 个主成分,模型对自变量拟合指数R2X（cum）＝0.943,说明4 个主成分解释94.3%,拟合指数R2Y（cum）＝0.861,说明4 个主成分解释86.1%对Y变量；模型预测指数Q2（cum）＝0.658,说明模型对不同方式所获成品外形色泽的预测能力为65.8%,表明该模型尚可行。
图5 工夫红茶汤色PLS模型的VIP条形图
Fig.5 Variable importance in projection (VIP) bar plot of PLS model for black tea infusion color
图6 不同足火热传递方式工夫红茶外形色泽的PLS得分图
Fig.6 PLS score plot for black tea color under differentsecondarydrying heat transfer modes
由不同足火热传递方式工夫红茶外形色泽PLS模型获得的VIP图（图7）显示,Vit-Glc、天冬酰胺（Asn）、总茶黄素、茶黄素、TF-3'-G、茶红素、茶褐素、Cit、尿素、谷氨酸、没食子酸、Gly等16 个品质成分为差异成分。对差异性成分含量进行显著性分析,发现不同方式下茶黄素、TF-3'-G、总茶黄素、茶褐素、Vit-Glc、Cit、Gly等成分存在显著差异,可作为区分3 类足火热传递方式工夫红茶外形色泽的标志性品质成分。
以电子舌的7 根传感器响应值为因变量,以检测到的62 种品质成分为自变量,分析影响3 种足火热传递方式所制工夫红茶滋味属性的关键差异物。由图8可知,3 类足火热传递所获茶汤滋味可较好区分,其中CMSD、RPSD分布在图的左上方,BHSD在图的右上方,FISD、WMSD在图的右下方。采用交叉验证法对模型进行验证,共筛选出了4 个主成分,模型对自变量拟合指数R2X（cum）＝0.950,说明4 个主成分解释95.0%的X变量；对因变量的拟合指数R2Y（cum）＝0.955,说明4 个主成分解释95.5%对Y变量；模型预测指数Q2（cum）＝0.838,说明模型对不同方式所获成品滋味的预测能力为83.8%,表明该模型稳定可靠。
图8 不同足火热传递方式工夫红茶滋味的PLS得分图
Fig.8 PLS score plot for black tea infusion taste under different secondary-drying heat transfer modes
由不同足火热传递方式工夫红茶滋味PLS模型获得的VIP图如图9所示,以VIP值大于1为界限进行筛选,可以看出茶黄素、TFDG、茶红素、茶褐素、尿素、没食子酸、Que-Glc-Gen、山柰酚-3-O-芸香糖苷（kaempferol-3-O-rutinoside,Kae-Rut）、EGCG、GCG、CAF、Cit、Gly、Arg等18 个品质成分为差异成分。对差异性成分含量做显著性分析,发现不同足火热传递方式所获工夫红茶TF-D-G、茶褐素、Que-Glu-Ge、Kae-Rut、Arg、Cit、Gly等成分存在显著差异,可以作为区分3 种足火热传递方式工夫红茶茶汤滋味的标志性品质成分。
图7 工夫红茶外形色泽PLS模型的VIP条形图
Fig.7 VIP bar plot of PLS model for black tea color
图9 工夫红茶滋味PLS模型的VIP图
Fig.9 VIP Bar plot of PLS model for black tea infusion taste
总体上看,PLS模型可将3 类足火方式所制工夫红茶从汤色和滋味角度明显区分,而外形方面则分为热传导、热辐射和热对流两类。通过PLS模型,结合显著性分析找到了3 种足火热传递方式所制工夫红茶在汤色、滋味、外形等感官分属性上的标志性差异化合物：汤色差异成分为茶黄素、TF-D-G、TF-3-G、可溶性糖、Arg、Pea等；外形色泽差异成分为茶黄素、TF-3'-G、总茶黄素、茶褐素、Vit-Glc、Glc、Cit、Gly等；滋味差异成分为茶黄素、TF-D-G、茶褐素、Que-Glc-Gen、Kae-Rut、Arg、Cit、Gly,等。茶黄素是红茶滋味强度和鲜度的重要成分,也是红茶汤色“金圈”和“亮”的重要成分,由差异性分析看出茶黄素组分和总量对工夫红茶汤色、外形色泽、滋味等属性均有显著影响,是区分3 种工夫红茶足火热传递方式的标志性品质成分,茶褐素是造成红茶色泽发暗、滋味欠醇无收敛的重要因素,差异性分析可以看出茶褐素对工夫红茶外形色泽和滋味均呈显著影响,Arg对工夫红茶汤色和滋味影响显著,这些差异性化合物可作为后续定向化加工“甜醇”和“高亮”工夫红茶的代表性物质,用于制茶工艺方式及参数的筛选优化,为优质工夫红茶的精准化加工提供数字化依据。
3 结 论
本实验以工夫红茶为研究对象,设定热传导、热辐射、热对流等3 类5 种足火热传递方式,检测茶汤内60余种品质成分,同时对茶汤汤色、滋味、外形色泽等属性进行客观指标检测,探究足火热传递方式对工夫红茶品质成分和色泽、滋味品质的影响,结果表明：
不同热传递方式成茶外形不同,细胞破碎率存在差异,导致物质浸出率不同。热传导有利于可溶性糖、氨基酸保留和浸出,热辐射利于保留茶多酚。热传导足火检测到的氨基酸组分、黄酮苷组分、儿茶素组分、茶黄素组分、茶黄素、茶褐素含量最高,其次是热辐射足火,热对流足火最低。
热辐射和热对流足火干茶色泽红度值a、茶汤透亮度LL值高,而热传导茶汤红度值La、黄度值Lb高。电子舌可通过传感器响应值将不同足火方式进行区分,热对流足火的甜味响应值高,热辐射的酸味和鲜味明显,热传导苦涩味偏重掩盖了鲜甜味。
PLS模型可将三类方式所制工夫红茶从汤色和滋味角度明显区分,而外形方面热传导明显区分于热辐射和热对流足火方式,PLS分析结合显著性分析找到关键差异化合物：汤色差异成分为茶黄素、TF-D-G、TF-3-G、可溶性糖、Arg、Pea等；外形色泽差异成分为茶黄素、TF-3'-G、总茶黄素、茶褐素、Vit-Glc、Glc、Cit、Gly等；滋味差异成分为茶黄素、TF-D-G、茶褐素、Que-Glc-Gen、Kae-Rut、Arg、Cit、Gly等。
热辐射和热对流差异小,均可形成色泽乌润,滋味浓爽的品质,热传导利于形成汤色红亮的品质,但滋味较浓带涩,综合考虑茶叶品质和能耗,热辐射传递方式更符合生产需求。本实验仅从3 类热传递方式进行研究和讨论,干燥参数如何优化,不同的热传递方式如何进行有效联合还待进一步研究,以更好地改善和提高红茶品质和指导生产。
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