变温变频理条工艺对针形茶品质的影响

罗红玉，吴 全，钟应富,3,，袁林颖，张 莹，杨 娟，唐 敏，王明乐，黎星辉

（1.重庆市农业科学院茶叶研究所，重庆 402160；2.重庆市茶叶工程技术研究中心，重庆 402160；3.国家茶叶产业技术体系重庆综合试验站，重庆 402160；4.南京农业大学园艺学院，江苏 南京 210095）

针形茶是我国主要名茶种类之一，因其外形紧秀圆直，色泽翠绿油润，汤色碧绿明亮，香气馥郁高长，滋味鲜醇回甘，叶底嫩绿明亮而深受消费者喜爱[1]。加工的主要工艺流程为：鲜叶→摊放→杀青→揉捻→初烘→做形→干燥[2]。其中，做形不仅是形成秀丽外形的关键，而且是发展内质的重要工序，是在热、力共同作用下发生一系列物理化学变化、能量传递及相互转换的过程。目前，做形方式以振动理条为主[3]。关于振动理条工艺的研究主要集中在投叶量、温度和时间等因素对茶叶品质的影响[4-6]，也有研究理条转速[7-8]、连续理条工艺[9]。生产上若采用高温长时理条，易出现茶叶变黄、干枯、火工香等品质劣变现象，因此控制理条温度和时间是提升针形茶品质的关键。研究发现，采用先高后低[10]或先高后低再高[11]的变温理条方式有利于茶叶品质的形成。然而，变温变频理条工艺尚不完善，且其对提高茶叶品质的原因还有待进一步研究。本实验研究了不同方式的变温变频理条效果，根据针形名茶在恒温恒频理条过程中的热力学变化规律，进一步探索变温变频理条的内在机制，以期为实现针形茶自动化理条提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶鲜叶为福鼎大白茶（Camellia sinensis cv.‘Fuding-dabaicha’）鲜叶1芽1叶开展，采自重庆市农业科学院茶叶研究所实验茶园。

硫酸亚铁、酒石酸钾钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、水合茚三酮、氯化亚锡、碱式乙酸铅、蒽酮、硫酸、丙酮、乙醇均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

6CZS-150型汽热杀青机 浙江上洋机械有限公司；DXWS-15微波杀青干燥设备 宜兴市鼎新微波设备有限公司；6CR-40揉捻机 四川省名山县山峰茶机厂；6CHD-80动态烘干机、6CLZ-60D名茶理条机 四川省名山县山峰茶机厂；6CH-54茶叶烘焙箱 福建安溪兴民茶叶机械厂；UT303C电子测温仪 优利德集团有限公司；HB43-S水分测定仪 梅特勒-托利多国际股份有限公司；TU1901紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；CR-400/410色差计 柯尼卡美能达（中国）投资有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

鲜叶→摊放→杀青→初揉→二青→复揉→理条→干燥

理条工艺研究用茶鲜叶于2016年3月30日采自重庆市农业科学院茶叶研究所实验茶园（北纬29°75′、东经105°71′、海拔440 m），机制研究用茶鲜叶于2015年3月31日采自上述实验茶园，按照上述工艺流程加工针形名茶。茶鲜叶为福鼎大白茶鲜叶1芽1叶开展，芽叶完整，无损伤、无红变，新鲜匀净。具体加工条件见表1。

表1 针形名茶加工工艺参数Table1 Process parameters for production of needle-shaped green tea

1.3.2 变温变频理条工艺

以相同的复揉叶为原料，结合已有研究，采用变温变频理条工艺制作针形茶，分析其对针形名茶感官品质、色差及主要生化成分（茶多酚、氨基酸、咖啡碱、可溶性糖、水浸出物质量分数和总叶绿素含量）的影响。每个茶样取100 g，重复3 次。理条处理参数见表2。

表2 变温变频理条工艺参数Table2 Process parameters of variable-temperature variable-frequencies shaping

1.3.3 变温变频理条机制

以相同的复揉叶为原料，控制槽体温度180 ℃、投叶量180 g/槽（3.24 kg/锅）、振动频率196 次/min、理条10 min。每1 min测定理条叶叶温（手握叶1 cm处测定，每锅重复3 次，连续测7 锅），同时取3 g样测定水分质量分数（100 ℃烘至恒质量，重复3 次）。根据不同阶段理条叶水分含量、叶温计算其热容量、焓和熵变，并分析理条过程中各热力学参数的变化规律。

1.3.4 指标测定

1.3.4.1 感官品质的测定

感官评分参考GB/T 23776—2009《茶叶感官审评方法》[12]，由3 位高级评茶员分别计分，再计算出平均分。

色泽分析采用等色差表色系即Hunter-Lab表色法[13]，干茶测定时，称取50 g茶样，均匀铺开，厚度2 cm，于茶叶表层测定，茶汤测定时，称取3 g茶样于审评杯中，加入150 mL沸水，盖后浸泡5 min，迅速倒出茶汤，趁热量取10 mL茶汤于专用的测量皿中测定，同时测定冲泡后的叶底色泽，其中L*值代表亮度，a*值代表红绿色度（正值表示红色程度，负值表示绿色程度），b*值代表黄蓝色度（正值表示黄色程度，负值表示蓝色程度），测定3 次重复、3 次平行，计算平均值。

1.3.4.2 化学指标的测定

水浸出物质量分数的测定参考GB/T 8305—2013《茶水浸出物测定》[14]；茶多酚质量分数的测定参考GB/T 8313—2008《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》[15]；氨基酸质量分数的测定参考GB/T 8314—2013《茶 游离氨基酸总量的测定》[16]；咖啡碱质量分数的测定参考GB/T 8312—2013《茶 咖啡碱测定》[17]；可溶性糖质量分数的测定采用硫酸-蒽酮比色法[18]；叶绿素测定采用分光光度法[19]。

1.3.4.3 热力学参数测定

水分质量分数的测定采用恒质量法；叶温测定采用电子测温仪；单位质量理条叶热容量（Cp）、焓（H）、熵变（ΔS）计算参考文献[20-22]，具体计算如式（1）～（4）。

式中：T为叶温/℃；X为理条叶水分质量分数/%；CL为水的比热容（4.2 kJ/（kg/℃））；CS为茶叶干物质的平均比热容（1.57 kJ/（kg/℃））；QP为吸收的热量/kJ；ΔH0、Δa、Δb、Δc为脱水反应的特性常数，均由叶温、水分质量分数代入公式（2）计算所得。

1.4 数据分析

数据分析采用DPS v7.05软件进行单因素方差分析，用最小显著差异法（LSD）比较显著性差异，测定结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 变温变频理条对茶叶品质的影响

2.1.1 变温变频理条对茶叶感官品质的影响

变温变频理条对针形茶感官品质影响明显（表3）。6 个处理组间，茶样外形品质无显著差异，但内质差异显著，处理组2、6的感官品质最好、总分最高，分别为93、94 分，二者无显著差异（P＞0.05），处理组6除叶底品质稍次于处理组2，其余品质均同于或优于处理组2；处理组4感官品质较好，得分为92 分；处理组5感官品质最差，得分最低，为88 分，显著低于其他处理组（P＜0.05），表现为汤色偏暗、无鲜味、有涩味。

表3 变温变频理条对茶叶感官品质的影响Table3 Effect of different variable-temperatures variable-frequencies shaping regimes on sensory quality of tea

2.1.2 变温变频理条对茶叶色泽的影响

图1 变温变频理条对茶叶色泽的影响Fig. 1 Effect of different variable-temperatures variable-frequencies shaping regimes on color of tea

由图1可知，随表2中温度、频率的变化，干茶L*值、b*值无显著变化，－a*值逐渐降低，处理组2的干茶－a*值最高，为0.47；对于茶汤，L*值逐渐降低，处理组2的较高，为86.65，－a*值、b*值则先升高后降低，－a*、b*值也均在处理组2中较高，分别为5.07、19.77；对于叶底，L*、b*值无显著性变化，－a*值先升高后降低，处理组2中L*值最低，为44.92，－a*值最高，为3.33，b*值较低，为7.69。结果与感官评定结果一致。

2.1.3 变温变频理条对茶叶化学成分的影响

如表4所示，随表2中温度、频率变化，茶多酚、氨基酸、水浸出物质量分数先降后升，处理组1茶多酚质量分数最高，为29.30%；处理组6氨基酸、水浸出物质量分数最高，分别为2.97%、44.83%；处理组2三者质量分数较高，分别为28.65%、2.64%、43.15%，处理组4、5三者质量分数显著低于其他处理组（P＜0.05）。随表2中温度、频率变化，可溶性糖质量分数、总叶绿素含量先升高后降低，处理组3可溶性糖质量分数最高，为4.16%，处理组4总叶绿素含量最高为3.81 mg/g。处理组2可溶性糖质量分数和总叶绿素含量均较高，分别为3.78%、3.68 mg/g，处理组4可溶性糖质量分数最低，为3.34%，处理组1总叶绿素含量最低，为3.48 mg/g。咖啡碱质量分数随表2中温度、频率变化逐渐降低，处理组1最高，为4.00%，处理组2较高，为3.87%，处理组4、5最低，均为3.36%。

表4 变温变频理条对茶叶化学成分的影响Table4 Eeffect of different variable-temperatures variable-frequencies shaping regimes on chemical components of tea

2.2 变温变频理条机制

2.2.1 理条过程中茶叶水分质量分数及叶温的变化

茶叶在理条过程中，水分质量分数逐渐减少、叶温逐渐升高（图2）。前3 min，水分质量分数无显著变化，叶温迅速升高；3 min时，叶温为64.4 ℃；3～8 min，水分质量分数逐渐减少、叶温逐渐上升；后3 min，水分质量分数下降较快，叶温升高缓慢。理条结束时，水分质量分数17.1%、叶温72.6 ℃。结果表明，在理条前期，热量主要满足叶温的升高；理条中期，热量主要供叶温升高及水分蒸发；理条后期，热量主要供水分蒸发。

图2 理条对茶叶水分质量分数及叶温影响Fig. 2 Effect of shaping on water content and leaf temperature of tea

2.2.2 理条过程中茶叶热容量、焓、熵的变化

茶叶在理条过程中热容量、焓呈现出不同的变化规律（图3），热容量整体增加，焓整体降低。前3 min，热容量、焓显著增加（P＜0.05）；3 min时，焓达最高，为173 kJ/kg，热容量较高，为4.88 kJ/（kg·℃）；3～7 min，热容量维持在较高水平，无显著变化（P＞0.05），焓先减少后趋于稳定；7～10 min，热容量减少并趋于稳定，焓则先增后降（P＜0.05），理条结束时最低，为147 kJ/kg。在理条过程中，茶叶的熵变逐渐降低，结束时最低为2.02 kJ/℃，熵变均大于零。结果表明，理条前期，茶叶吸收的热量（焓）迅速增加，且用于升高叶温的热量亦迅速增加（热容量）；理条中期，吸收的热量迅速减少后趋于稳定，升温所需热量较高且保持稳定；理条后期，吸收的热量迅速减少，升温所需热量亦迅速减少；整个理条过程是不可逆的，且脱水速率较快，平均为2.78%/min。

图3 理条对茶叶热容量、焓、熵变影响Fig. 3 Effect of shaping on caloricity, enthalpy and entropy change of tea

3 结 论

做形是针形茶成形的关键。理条机槽锅振幅和频率共同影响茶叶翻转速率和茶叶落入锅内壁的位置，槽锅振幅和频率越大，茶叶翻转速度越快，落点位置越高[23]。在前期研究中发现，不同的振动理条频率对茶叶品质影响显著，在一定理条温度下，频率的快慢会影响茶坯温度，频率过快，茶坯温度越低；过慢，茶坯温度越高。在使茶坯充分受热、翻转又不越槽的情况下，以180～200 次/min为宜[24]。实验结合温度、频率的互作效应，采取变温变频方式进行理条，结果发现：理条温度、频率宜先高后低，前期高温高频利于快速提升叶温，同时可减少茶叶粘锅，后期适度低温低频可避免茶叶黄变、焦枯，减少茶叶因受力过大而断碎。采取高-高-中（处理2）或高-中-高（处理6）方式所制茶样品质更好，香气尚鲜、滋味尚鲜醇，茶多酚、氨基酸质量分数较高，但后者茶样叶底偏黄，总叶绿素含量较低；采用高-高-高（处理1）或高-中-低（处理5）方式所制茶样品质较差，失去鲜度，滋味不醇，叶底黄变，氨基酸、可溶性糖、水浸出物质量分数和总叶绿素含量较低。因此，采取前期高温高频、后期适当降温降频的理条方式有利于形成针形茶色绿、鲜醇的品质。可能是高-高-高方式温度较高，高-中-低方式温度虽不高，但频率较低，茶叶翻转速率减慢，热量散失减少，使叶温升高。振动理条温度显著影响茶叶香气，随着理条时间延长，茶叶香气成分含量降低[25-27]。振动理条温度也显著影响茶叶品质，理条叶温过高过低对茶氨酸含量不利，以叶温（55±2）℃为宜[28]。在较高温度下，氨基酸与可溶性糖容易向香气物质转化[29]，叶绿素容易裂解[30-31]，导致其含量降低，而氨基酸含量与茶叶鲜爽度密切相关，含量越高，茶叶香气、滋味越鲜爽[32]。

为探索变温变频理条的内在机制，实验在固定温度与频率条件下，研究理条过程中茶叶的热力学特性。结果表明：理条过程中所吸收的热量，不同阶段其作用表现不同，前期，以升温为主；中期，以失水、升温为主；后期，以失水为主，升温为辅。前期，针形名茶水分质量分数无显著变化，叶温迅速升高，热容量、焓迅速增加；中期，水分质量分数逐步减少、叶温逐渐上升，热容量较高且保持稳定，焓迅速降低；后期，水分质量分数下降较快，叶温升高缓慢，热容量及焓降低；理条中的熵变不断降低且大于零，说明整个理条过程是不可逆的，平均失水速率为2.78%/min。此规律可进一步揭示变温变频理条的内在机制，为优化针形茶理条工艺提供科学依据。

针形茶机械做形的连续化、自动化是今后的发展方向[33-35]。本实验研究了变温变频理条的工艺参数以及内在机制，可为实现针形茶连续自动化理条提供理论参考。