基于模糊数学评价茶叶质量安全品质的研究

谢基雄，刘远明，刘艺昌，何素萍，陈其忠

（华祥苑（福建）茶科技有限公司，厦门市茶叶深加工研发重点实验室，福建泉州 362434）

茶作为中国特有的传统饮料之一，在茶叶的加工和销售过程中，茶叶的分级及质量评估直接影响茶叶的经济效益及相关产业链的发展。然而，茶叶的分级一直比较模糊，用经典的数学模型或检测方法往往不能达到令人满意的效果[1，2]。迄今为止，对于茶叶的品质评价主要视觉、味觉、嗅觉等。尽管感官评价的实用性强、辨识度高、易操作，但在实际茶叶加工销售过程中，茶叶的感官品质无法量化评价，易受到个人喜好等诸多不确定因素的影响茶叶的分级及品质评估[3，4]。这对于茶叶质量品质的控制及分级提出了比较大的挑战。

一般来说，影响茶叶销售过程中的感官品质主要包括加工过程中的异物残留、茶叶是否有粉碎现象、茶叶的色泽等因素。另外一方面，在茶叶的种植、采摘和加工过程中，茶叶的安全品质面同时还面临着重金属、农药含量超标等品质监控问题[5-8]。如何通过茶叶感官品质及其重金属和农药残留含量等问题对茶叶的品质进行分级或质量安全评定成为茶叶加工与销售亟待解决的问题之一。

模糊数学评价的方法可以对人体感官特性进行数学化和定量化的描述和处理，进而把定性评价转变为定量评价，最终减少评价员受主观因素的影响错误判断被评价目标的感官品质，所得结果更客观和准确[3，4，9]。因此，本文采用不同特征的茶叶，运用模糊数学感官评价协同现代仪器分析技术对茶叶的色泽、颗粒污染物、重金属含量和农药残留量进行分析与评价，弄清茶叶的质量品质与各因素的影响比重，以获得茶叶质量品质的有效方法，为茶叶质量分级提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

铁观音鲜叶、毛茶、成品茶均由华祥苑（福建）茶科技有限公司及其茶叶合作基地（福建安溪县龙涓乡石塔村合作基地）提供；30%双氧水、浓硝酸购买于国药集团化学试剂有限公司；甲醇、乙腈、丙酮、正己烷、二氯甲烷（色谱纯）均购自美国Tedia公司。

1.2 重金属含量的测定

以铜、铅、镉为重金属检测指标，参考GВ 5009.268-2016《食品中多元素的测定》，采用电感耦合等离子体质谱法测定这三个金属离子的含量。参考NY/T 288-2012《绿色食品茶叶》、NY 659-2003《茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量》、GВ2762-2017《食品中污染限量》，确定安全含量为：铜≤30.0 mg/kg，铅≤5.0 mg/kg，镉≤1mg/kg。

1.3 农药残留的测定

以菊酯类农药、三氯杀螨醇、六六六和滴滴涕等农药残留为指标，参考参考GВ/T 23376-2009《茶叶中农药多残留测定气相色谱/质谱法》和GВ 23200.13-2016《茶叶中448种农药及相关化学品残留量的测定液相色谱-质谱法》，利用气相色谱-质谱法和高效液相色谱-串联质谱法测定茶叶中上述农药的含量，最大残留限量安全含量参考GВ 2763-2016《食品中农药最大残留限量》。

1.4 感官评价

1.4.1 感官评价实验前的准备工作

感官评价的测定要求感官评价实验室无噪音，以日光灯照明，所有茶叶样品放于陶瓷盘中，感官评价员在独立的评价小间里对茶叶的色泽、颗粒污染物等进行感官评价，不得讨论。

1.4.2 感官评价人员的选择

参考GВ/T 16291.1-2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分：优选评价员》，从专业从事茶叶加工、销售、消费人员中挑选50名感官评价员，根据评价员的健康状态，对茶叶的喜爱程度，以及对茶叶相关知识的了解程度，从中挑选20人作为候选人。

随机提供给20人候选人一批茶叶，要求其描述茶叶的感官品质。能正确识别或作出正确描述的得分为3分；能大体上识别或描述茶叶特征的得分为2分；经过讨论后能大体识别或描述茶叶特征的得分为1分；不能识别或描述茶叶特征的得分为0分。候选评价员得分应至少得到满分的65%，否则不作为茶叶感官评价员的候选人。

1.4.3 感官评价标

从上述20名感官评价员中筛选10人感官评价能力较好的人员作为茶叶分级的一般评价员。根据茶叶质量安全品质分级的重要因素制定下列每个样品的评定标准，见表1。评价员依据表1进行茶叶的感官评价。要求评价员在感官评价前一天不熬夜、不过度使用眼睛，每评定一个样品则休息10 min再进行下一个样品的评定。

表1 茶叶评定依据

为评定某种茶叶的等级，每个感官评价员对10种不同茶叶进行颗粒污染物和色泽的感官评定，总计100个茶叶样品。经过重金属和农药残留含量测定，以及感官评定的结果，计算茶叶达到很好、良好、差和很差的个数。以每100个茶叶达到很好级别的个数为指标，制定每批茶叶的分级标准，见表2。

表2 茶叶分级标准

1.5 模糊数学模型的建立

确定反应茶叶质量安全品质的因素集U={重金属，农药残留，颗粒污染物，色泽}，设定茶叶质量安全品质的评语集为：V={V1，V2，V3，V4}；V1=很好，V2=良好，V3=差，V4=很差。依据现代仪器分析方法和感官评价员评定结果，使用改进后的模糊数学评定方法，对茶叶的重金属、农药残留、颗粒污染物和色泽4个因素进行评定，再通过数据处理对所有因素进行综合评判。

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据分析与作图。

2 结果与讨论

2.1 模糊因素集、评语集的建立

因素集（Factor set）是指最能反映被评定事物品质质量的评价指标集合[2，10]，根据茶叶质量安全品质评价依据，确定反应茶叶质量品质的因素集U={重金属，农药残留，颗粒污染物，色泽}。

评语集（Remark set）是评价员对各评价因素的评价指标反馈信息的集合，表示对每个因素的评价，可用文字、具体数值或等级表示[4，9]。设定茶叶质量品质的评语集为：V={V1，V2，V3，V4}；V1=很好，V2=良好，V3=差，V4=很差。

2.2 权重集的建立

评价因素的权重集是各评价因素对被评价指标整体质量品质中的重要程度[4，10]。各指标的权重向量用X表示，X=（x1，x2，…xn），规定∑xi=1[4，10]。实验采用评价员评定及现代仪器分析结果的“很好”个数对各因素进行一一对比，以某因素“很好”个数与各因素“很好”总个数（即380）之比，确定权重集X={0.26，0.26，0.24，0.24}，见表 3。

表3 茶叶品质因素评价权重分布

从表3的结果可以看出，代表茶叶品质的4个因素中，重金属和农药残留的权重最高，均为0.26；其次是颗粒污染物（0.24）和茶叶色泽（0.24）。对茶叶品质因素所占的权重进行分析和量化，有利于对茶叶品质及安全特征进行更加客观和准确的分析。基于以上分析可见，重金属和农药残留含量对茶叶品质控制的影响比重最大，也是监控茶叶质量安全品质最关键的因素。

2.3 单因素评价

针对不同加工程度的铁观音茶叶（鲜茶叶、毛茶和成品茶），感官评价员按照评定方法和制定的标准对10批铁观音鲜茶叶、毛茶、成品茶的颗粒污染物和色泽进行感官评定；同时，测定茶叶的重金属含量和农药残留含量。最终，计算达到“很好”级别的茶叶批数，结果如表4所示。

表4 茶叶品质因素评价结果

由表4的结果可知，以铁观音鲜茶叶的重金属含量为例，有9批样品达到“很好”的级别，有1批则只有“良好”的水平，没有“差”和“很差”级别的鲜茶叶。其中，“良好”水平的茶叶出现可能是由于当地种植环境导致部分铁观音茶叶重金属含量超标。

将各等级的茶叶个数除以总批数10（即总的评定数10），得到形如Rk=（rij）的模糊矩阵（其中k=1，2，…，为铁观音茶叶的批次编号；i=1，2，…，n；j=1，2，…，n），表示第i个指标对应第j个评价等级。

2.4 综合评价

2.4.1 计算综合隶属度

权重与单因素隶属度的乘积xirij能够反应样本就茶叶品质因素Ui对类Vj的隶属情况。用普通矩阵乘法代替取大取小算法，综合考虑各单因素的影响后，样本对Vj的综合隶属度为

已知茶叶品质4个评价指标的权重集X={0.26，0.26，0.24，0.24}，计算铁观音对各类的综合隶属度

2.4.2 模糊数学综合评判

把Vj的下标作为量化指标，把bj看成铁观音茶叶样本对类Vj归属的权重，按照综合评分公式分别计算不同加工程度的铁观音茶叶的综合评分。

则H1=1×0.90+2×0.10+3×0.00+4×0.00=1.00；H2=1×0.852+2×0.124+3×0.024+4×0.000=1.170；H3=1×0.876+2×0.100+3×0.024+4×0.000=1.152。

根据H的计算值与哪一等级的j最接近，判断铁观音茶叶样本属于或接近哪一等级[10，11]。结果表明，由华祥苑（福建）茶科技有限公司及其茶叶合作基地（福建安溪县龙涓乡石塔村合作基地）提供的铁观音鲜茶叶、毛茶和成品茶的综合评分均小于2，说明其茶叶的品质均在“良好”以上；特别是铁观音鲜茶叶，其H值为1.00，表明其综合品质达到“很好”的水平。相比于鲜茶叶，毛茶和成品茶的品质较差，这可能是由于鲜茶叶在加工过程中由于仪器设备、制茶工艺欠佳等因素导致重金属含量增加、茶叶色泽劣变及颗粒污染物的引入。因此，针对华祥苑铁观音的品质监控，特别需要注意在制茶和茶叶包装过程中的质量安全品质控制。

3 结论

本文通过模糊数学综合评判法评价了不同加工程度的华祥苑铁观音茶叶的质量安全品质，试验确定了铁观音茶叶的重金属、农药残留、颗粒污染物和色泽权重分数由大到小为重金属（0.26）=农药残留（0.26）>颗粒污染物（0.24）=色泽（0.24）。此外，发现华祥苑铁观音的鲜茶叶、毛茶和成品茶的综合评分在区间1≤H<2，其中鲜茶叶的H值为1，表明鲜茶叶的质量安全品质达到“很好”的水平、毛茶和成品茶均在“良好”水平以上。影响华祥苑铁观音茶叶的主要因素可能是由加工过程的工艺欠佳制茶或包装工艺引起的。研究结果为茶叶的分级及质量安全品质监控提供新的技术。