工夫红茶萎凋及发酵工艺参数优化研究

王振康，陈加友

（1.福建省农业科学院茶叶研究所，福建福安 355000；2.福建省安溪茶业职业技术学校，福建泉州 362400；3.福建佳友茶叶机械智能科技股份有限公司，福建泉州 362400）

工夫红茶萎凋及发酵工艺参数优化研究

王振康1，陈加友2，3

（1.福建省农业科学院茶叶研究所，福建福安 355000；2.福建省安溪茶业职业技术学校，福建泉州 362400；3.福建佳友茶叶机械智能科技股份有限公司，福建泉州 362400）

以优化工夫红茶发酵配套工艺参数为目标，采用三因素三水平的响应面中心试验设计，优化发酵工艺参数。采用不同萎凋时间、发酵温度和发酵时间，同时对加工过程中茶色素的变化做出研究。选取具有代表性的传统加工福建工夫红茶的茶厂，采集加工过程的样品，做出化学测定分析及感官品质分析，找出福建工夫红茶加工工艺的最优参数，新工艺发酵的茶样品质均匀、叶底红亮，香气和滋味品质明显提升，感官品质总分较传统发酵提高2.1分。

工夫红茶；工艺参数；响应面；感官品质

工夫红茶加工工艺包括：萎凋、揉捻、发酵和干燥，虽然每一个步骤都很不可忽视，但是发酵过程是红茶制造中最具有特色的部分。儿茶素，作为多酚类的主要组成成分，是多酚氧化物的底物，其在TFs和TRs形成过程扮演重要的角色[1]。酶促反应对红茶重要品质的形成扮演重要角色的，影响酶促反应的因素包括萎凋和揉捻的条件，发酵温度、湿度、时间、pH和足够的氧气等[2]。

本研究利用自行研制的自动化红茶发酵样机，选用萎凋的时间、发酵的时间、温度作为影响茶叶质量的可控因素，根据福建工夫红茶的原有工艺及经验设置各因素的3个水平。通过中心试验设计（CCD）对福建工夫红茶工艺进行优化，先通过感官审评选出最优参数，再以TFs和TRs为判断依据，选择出最优参数[1，3]。以期通过实验得出优化工艺参数，为提高红茶品质研究提供实验依据。

1 试验材料和方法

1.1 制茶原料

福建政和云根茶业有限公司：政和大白茶。2016年4月21日采于政和县澄源村，一芽一二叶300 kg。

1.2 加工工艺

茶叶采用福建工夫红茶传统加工工艺，设定温湿度和萎凋处理，和取不同发酵时间的样品。用120℃固样，冷却后再用100℃干燥至水分含量4%-6%，待干燥样冷却后用铝箔袋装好储存，以备分析。

1.3 含水量的测定方法

按照GB/T 8304-2002《茶水分测定》120℃快速烘干法[4]，称取试样5 g置于已知重量的烘皿中（不加盖）置于事先预热的干燥箱内，用120℃，烘1 h；加盖取出于干燥器内冷却至室温，再行称量（用千分之一分析天平）。计算方法和公式：

水分（%）=（M1-M2）*100/M

式中M1为试样和烘皿烘前质量（g）；M2为试样和烘皿烘后质量；M0为试样质量。

1.4 感官审评方法

参照GB/T 23776-2009《茶叶感官审评方法》[5]。准确称取茶样3.0 g，用150mL沸水冲泡，浸泡5 min后出汤，将茶汤倒入审评碗，进行汤色、香气、滋味、叶底等的感官评定。

1.5 茶色素检测方法

按照茶叶三素（TFs、TRs、TBs）的检测方法，本实验采用分光光度法对茶叶三素进行测定。

1.6 响应面设计

运用一个三因素三水平的CCD-RSM试验设计[3+]。3个因素分别是萎凋时间（x1）、发酵时间（x2）和发酵温度（x3），-1，0，+1 分别代表各因素的不同水平，如表 1。

表1 中心试验设计的因素和水平

2 结果与分析

2.1 感官审评及响应面试验结果

试验结果经Design Expert进行分析，得出回归方程：

y=87.10-0.69x1-0.47x2+0.20x3+0.18x1x2+0.25x1x3+0.50x2x3+0.79x12+0.094x22-1.76x32

式中y代表总分，x1为萎凋时间、x2为发酵时间、x3为发酵温度。

2.1.1 方差分析

使用Design Expert进行方差分析，模型采用软件建议的Quadratic（二次方程式）。方差分析结果如表2。

表2 响应回归模型方差分析表

根据表1方差分析结果，该模型的F值为5.18，P值为0.0423（小于0.05），模型相关系数R2=0.9032，说明该模型高度显著，具有较好的可信度，试验设计可靠，其中x1、x32均为模型显着因子。

2.1.2 响应面分析

为了提供更好展示出了各种因素以及交互项对感官审评总分的影响，通过Design Expert得出以下三维图和等高线图（图1）。

图1 萎凋时间和发酵温度对感官评价总分影响的响应曲面和等高线图

在发酵温度为30℃时，萎凋时间和发酵时间对感官品质审评评价总分的影响见图2(c)。由图中可看出当发酵时间不变时，萎凋时间较短时，曲面较陡，等高线密度较大，说明萎凋时间较短对总分的影响较显着，总分随着萎凋时间的降低而增高。从图中可以看出，萎凋时间在9-12 h时，发酵时间对感官品质审评评价总分的影响较大，且萎凋时间越短影响越大；总分随着发酵时间减短而增加（图中曲面较陡）。

在发酵时间为3 h时，萎凋时间和发酵温度对感官评价总分的影响见图2。萎凋时间不变时，发酵温度30℃左右（29~31℃），感官评价总分较高；发酵温度不变，萎凋时间在9-12 h之间曲面较陡，说明这段时间对总分的影响较显著，总分随着萎凋时间降低而升高，萎凋时间增长时，总分变化较小，表现为曲面较平缓。

图2 萎凋时间和发酵温度对感官评价总分影响的响应曲面和等高线图

在萎凋时间为12 h，发酵时间和发酵温度对感官评价总分的影响见图3。当发酵时间固定时，发酵温度在30℃左右（29~31℃）时，感官评价总分最高；发酵温度固定时，发酵时间越短总分越高，品质越好。

图3 发酵时间和发酵温度对感官评价总分影响的响应曲面和等高线图

2.1.3 试验优化及验证

使用 Design Expert对响应面分析得出最优工艺参数：x1为 9.02，x2为 2.05，x3为28.95，即最佳加工工艺条件为萎凋9.02 h，发酵2.05 h，发酵温度28.95℃，为实际操作方便，萎凋时间取9 h，发酵时间取2 h，发酵温度取29℃。预测结果是审评总分89.3024。

按照响应面优化出的福建工夫红茶加工工艺参数，做了验证性实验，感官审评结果：外形紧结显金毫88，汤色红亮90，香气高90，滋味醇厚88，叶底红明亮92，审评总分89.1。预测结果与验证性实验基本相符，表明该响应面分析方法可靠。

2.2 茶色素测定及响应面试验结果

目前已有文献报道使用TFs和TRs作为判断红茶品质的依据，在本研究中，将按照响应面设计加工出的红茶分别测定TFs和TRs，（见表3）以此为判断依据研究最佳工艺参数。

试验结果经Design Expert进行分析，得出如下方程：

y TF*=0.40-0.082x1-0.043x2-0.001x3+0.016x1x2+0.039x1x3-0.039x2x3y TR=3.59-0.22x1+0.090x2+0.21 x3

2.2.1 方差分析

使用Design Expert分别对TF和TR进行方差分析，模型分别采用软件建议的2F1（含有2因素交互作用的线性模型）和Linear（线性模型），方差分析结果如表4和表5。

根据表3可知，以TF为判断依据，经过方差分析得出的回归方程模型F值为17.98，P值为0.0003，小于0.01，模型相关系数R2=0.9310，说明该模型高度显著，该模型具有较好的可信度，试验设计可靠。模型显著因子为 x1、x2、x1x3、x2x3。

表3 TFs、TRs测定及响应面试验结果

表4 TF响应回归模型方差分析表

表5 TR响应回归模型方差分析表

2.2.2 响应面分析

在发酵温度为30℃（29~31℃）时，萎凋时间和发酵时间对TF含量的影响见图4。由图4可看出当发酵时间不变时，萎凋时间较短时，曲面较陡，说明萎凋时间较短对TF含量的影响较显著，TF含量随着萎凋时间的降低而增高，有研究表明，降低萎凋时间（即增加萎凋叶含水量）有利于TFs的积累[6]。萎凋时间不变，发酵时间对茶黄素（TFs含量的影响也较显著。茶黄素的含量随着发酵时间的增加而减少，这种现象可能与TFs进一步氧化生成TRs和TBs，导致TFs其本身含量降低有关。试验结果显示，萎凋时间9 h，发酵时间2 h时，TFs含量最高；萎凋时间15 h，发酵时间4h时，TFs含量最低。从等高线密度可看出萎凋时间比发酵时间对TFs响的更大。

图4 萎凋时间和发酵时间对TF含量的影响

在发酵时间为3 h时，萎凋时间和发酵温度对TF含量的影响见图5。萎凋时间9-12 h，TF含量随着发酵温度降低而增加，萎凋12-15 h，TF含量随着发酵的温度降低而减少，这表明在合适的萎凋时间，相同的发酵时间，低温有利于TF的积累，已有相关文献报道[7]。发酵温度不变，TF随着萎凋时间降低而升高，发酵温度较低时，萎凋时间对TF的影响较大，发酵温度越高，萎凋时间对TF的影响越小，表现为曲面较平缓。从等高线密度可看出，萎凋时间对TF含量的影响大于发酵温度的影响。

图5 萎凋时间和发酵温度对TF含量影响的响应曲面和等高线图

在萎凋时间为9 h，发酵时间和发酵温度对TF含量的影响见图6。萎凋时间为9 h时，TFS含量最高的点对应的发酵时间为2 h，发酵温度为35℃；当发酵时间为4 h发酵温度为35℃时，TFs含量最低。在发酵温度相同的条件下，发酵时间短对TFs的积累有利。萎凋时间为9 h时，发酵时间2-3 h，发酵温度增高TFS含量增加；发酵时间3-4 h，发酵温度降低TFS随之增加。

图6 发酵时间和发酵温度对TF含量影响的响应曲面和等高线图

2.2.3 试验优化

以TF和TR最高为优化目标，使用Design Expert对响应面分析得出最优工艺参数：x1为9，x2为2，x3为28.23，即最佳加工工艺条件为萎凋9 h，发酵2 h，发酵温度28.23℃。

3 工艺优化验证试验

红茶自动化发酵设备发酵与传统发酵进行对比实验，采用优化之后参数进行新工艺红茶加工。新工艺优化发酵设定萎凋时间9 h，发酵温度由28.95℃整为29℃，发酵时间2 h，其他工艺参数与传统发酵保持一致。发酵2 h后，取新工艺与传统工艺发酵叶进行拍照处理，观测在制品色泽如图7所示，由图7可见新工艺优化发酵茶样的叶面较传统发酵色泽红亮，发酵效果明显较好。新工艺优化发酵与传统工艺发酵叶经茶叶干燥标准工序进行处理并保存。成品茶经农业部茶叶质量监督检验测试中心感官审评（见表6），结果表明新工艺优化发酵的茶样感官品质总分比传统发酵高2.1分，其发酵均匀、香气和滋味品质明显提升，汤色红亮，叶底红匀。

图7 2种发酵方式对比图

表6 成品茶感官审评结果

4 结论

试验按照响应面中心试验设计，以感官审评和茶色素两方面为判断依据找出福建工夫红茶加工工艺的最优参数，两者优化的结果中，萎凋时间均为9 h，发酵时间均为2 h，不同的是发酵温度，一个是28.23℃，一个是28.95℃。在实际生活中，红茶的质量判断依据主要还是依靠感官审评。结果表明采用新工艺优化发酵的茶样品质均匀、叶底红亮，香气和滋味品质明显提升，感官品质总分较传统发酵提高2.1分。

[1]施兆鹏.茶叶加工学[M].中国农业出版社,1997.

[2]江用文,张建勇,江和源,等.中国红茶产销现状与发展前景 [J].中国食物与营养,2012(2):18-23.

[3]Emdadi L,Nasernajad B,Shokrgozar S T,et al.Optim ization of withering time and fermentation conditions during black tea manufacture using response surface methodology[J].Scientia Iranica,Trans.C,2009,16(1):61-68.

[4]GB/T8304-2002.茶水分测定[S]

[5]GB/T23776-2009.茶叶感官审评方法[S]

[6]U llah M R,Gogoi N,Baruah D.The effect of withering on fermentation of tea leaf and developmentof liquor charactersof black teas[J].Journalof the Science of Food and Agriculture,1984,35(10):1142-1147.

[7]Cloughley JB.The effect of fermentation temperature on the quality parameters and price evaluation of Central African black teas[J].Journalof the Science of Food and Agriculture,1980,31(9):911-919.

国家“十二五”科技支撑计划项目（2014BAD06B06）；福建省科技重大专项项目（2015N3004）；福建省公益项目（2015R1012-1）、（2016R1011-1）

王振康（1975-），男，农业推广硕士，高级农艺师，主要从事多茶类加工技术研究与推广。