杀青及干燥工艺对碾茶品质的影响

汪 芳，汪洁琼,2，曹青青,2，毛雅琳,2*，尹军峰，许勇泉

1. 中国农业科学院 茶叶研究所/浙江省茶叶加工工程重点实验室，浙江 杭州 310008；2. 中国农业科学院 研究生院，北京 100081

碾茶是抹茶的前体，它经过研磨工艺加工制成抹茶。制作碾茶的茶树鲜叶在收获前需进行7 ～21 d 的遮阳覆盖。这种遮阳处理导致茶叶的氨基酸含量和叶绿素含量升高，儿茶素含量降低，从而使抹茶色泽上更绿、滋味上更鲜甜、收敛性减弱，并形成抹茶独特的“海苔香”（覆盖香）[1-4]。碾茶的加工不同于普通绿茶，鲜叶经蒸汽杀青后迅速冷却，然后进行干燥（初干）、梗叶分离，最后再进行足干形成粗制碾茶。其中，杀青和干燥是碾茶加工的关键工序。

蒸汽杀青是目前碾茶杀青普遍采用的方式，利用穿透力强的高温水蒸汽使鲜叶中的酶类在短时间内彻底失活[5-9]。蒸汽杀青具有速度快、杀青彻底、均匀等特点，能更好地保留叶绿素，固定茶叶的天然绿色，最适合碾茶加工[10-11]。叶飞等[12]对比4 种杀青方式发现，蒸青所制绿茶的叶底色泽较好，香气呈清香。陈金磊等[13]研究发现，蒸汽杀青处理的绿茶干茶色泽润绿，酚氨比较低。祁丹丹等[14]研究表明，以蒸汽杀青的绿茶鲜味最好，醇和鲜爽，含有较高的黄酮糖苷、原花青素和聚酯型儿茶素等。王元凤等[15]也发现，蒸青富硒抹茶的硒元素、总糖含量和水浸出物均显著高于炒青富硒抹茶，茶多酚含量比炒青绿茶低。而杀青机滚筒的转速和蒸汽流量是判断茶叶蒸青好坏的关键，继而影响茶叶的品质[5]，因此选择合适的杀青工艺参数至关重要。

干燥亦是碾茶加工工序的重要环节，干燥不仅可降低茶叶水分，同时还是形成碾茶特殊香气及风味的重要工艺。日本学者 Kohata K.等[16]通过对碾茶生产过程中叶绿素含量和叶绿素酶活性变化研究发现，高温环境（80～200℃）对叶绿素酶有强烈抑制作用，从而使干燥过程中叶绿素的总量下降。方华春等[17]研究不同干燥温度下烘青绿茶氨基酸含量之间的差异，结果表明偏低温（60℃以下）和超高温（130℃以上）烘干条件下的氨基酸含量都较低。陈根生等[18]对比3 个不同的烘焙温度（90℃、100℃、110℃） 针芽形绿茶的理化成分和感官品质，认为温度100℃较为适宜。

目前，茶叶杀青和干燥方式对茶叶品质影响的研究较多，但关于不同工艺参数所制茶叶品质差异研究较少，尤其是碾茶（抹茶）相关方面的研究。实际生产中发现，蒸汽杀青搅拌轴转数/筒体转数为260 rpm/26 rpm～400 rpm/40 rpm、蒸汽流量为80 k/h～140 k/h，以及干燥时的燃烧机温度在230℃ ～250℃均适合碾茶加工生产。在此基础上，本试验通过比较杀青机搅拌轴的转速、杀青机的蒸汽流量、干燥机的燃烧温度等关键性工艺参数探究对碾茶品质的影响，为碾茶高质高效加工生产及品质改良优化提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 材料

茶树春梢采自浙江金华市李渔茶场茶园基地（东经119°，北纬29°），茶树品种为“薮北种”，当茶芽长到一芽二叶70%以上时，采用85%的遮阳网离地约180 cm 架空覆盖，覆盖时间约 20 d，双人采茶机采摘鲜叶后进行碾茶加工。采用“杀青→散茶→干燥→第一次梗叶分离→第二次梗叶分离→烘干→精制”的方法加工成碾茶，生产线投叶量为80～100 kg/h，杀青时间为35 s，干燥时间为35 min。

1.2 试剂与仪器设备

硫酸亚铁、酒石酸钾钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、茚三酮、氯化亚锡、无水乙醇、丙酮等，国产分析纯级；叶绿素试剂盒粉剂，江苏南京建成生物工程研究所；儿茶素及咖啡碱标准品，美国Sigma Aldrich 公司；甲醇、乙腈、乙酸，国产色谱级；纯水，浙江杭州娃哈哈集团（市售）。

碾茶蒸机（杀青机）300K-SS 型，日本カpeサfft机工株式会社；AYHF-450K 型碾茶炉，绍兴安亿智能机械有限公司。

UV-2550 紫外-可见光分光光度计、LC-20AD 高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪，日本岛津公司；DHG-9223A 型电热恒温鼓风干燥箱、DK-S26型电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备公司；Thermo pH 计，上海谷雨环保科技公司；CM-600d 型手持式分光测色仪、MINOLTA CT-310台式色差计，柯尼卡美能达（中国）投资有限公司。

1.3 方法

1.3.1 感官审评

碾茶的感官审评参照GB/T 34778—2017《抹茶》，由5 位高级评茶员（3 男，2 女）对茶样的外形、汤色、香气、滋味四项因子密码审评并打分。感官得分=外形（40%）+汤色（15%）+香气（15%）+滋味（30%）。

1.3.2 茶叶色泽测定

干茶色泽与茶汤色泽分别使用手持式分光测色仪和台式色差计测定其L*、a*、b*值；其中，茶汤为感官审评冲泡所得碾茶茶汤。L*值表示明亮度，值越高，明亮度越好；a*值从绿色（-a*）到红色（+a*）；b*值从蓝色（-b*）到黄色（+b*）；a*值及b*值绝对值越大，其彩度越大；b*/a*值则决定了颜色的色相，b*/a*值绝对值越大，绿色调占比越小[19]。

1.3.3 茶叶理化品质测定

水分含量的测定参照GB/T 8304—2013《茶水分的测定》中的 103℃恒重法；茶多酚质量浓度的测定参照GB/T 21733—2008 酒石酸亚铁比色法；氨基酸质量浓度的测定参照GB/T 8314—2013《茶游离氨基酸总量的测定》茚三酮比色法；叶绿素质量浓度的测定使用南京建成生物工程研究所的植物叶绿素试剂盒（A147 50T/48 样）测定。

儿茶素和咖啡碱质量浓度采用HPLC 进行测定，具体步骤参考尹军峰[20]、许勇泉[21]等的方法，碾茶茶汤用0.22 μm 微孔滤膜过滤；采用可变波长紫外检测器（VWD）；色谱柱：ZORBAX SB-C18ODS 柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相A 为2%（体积分数，下同）甲酸，流动相B 为乙腈，流速1 mL/min，柱温40℃，检测波长280 nm，进样量：10 μL。梯度洗脱，流动相B 在16 min 内由6.5%线性增加到25%，25 min 时回到初始状态，平衡5 min。

1.4 数据统计与分析

数据经Excel 软件和IBM SPSS 20.0 软件处理；采用Duncan’s 新复极差（SSR）法进行差异显著性分析，P ＜0.05 为差异显著；采用SIMCA-P 13.0 软件进行PLS-DA 分析。

2 结果与分析

2.1 杀青机转速对碾茶品质的影响

杀青机搅拌轴的转速影响茶叶的杀青程度，如中、高速运转时（400 ～500 rpm），鲜叶在筒内离散性增大，蒸青时间变长，断叶现象也会出现；反之，中、低速运转（250 ～400 rpm），鲜叶在筒内离散性变小，蒸青时间变短，芽叶比较完整[5]。本试验在杀青机滚筒与搅拌轴标准速比1 ∶10 的条件下（蒸汽流量为110 kg/h，燃烧机温度为240℃），比较了三种杀青机转速对碾茶品质的影响。感官品质总得分（表1）以转速400 rpm/40 rpm加工的碾茶最高，260 rpm/26 rpm 的次之，300 rpm/30 rpm 的最低。理化品质分析如图1 所示，三种杀青机转速加工的碾茶，酚氨比无显著差异（P ＞0.05），转速为300 rpm/30 rpm 加工的碾茶茶多酚、氨基酸、咖啡碱以及儿茶素含量均为最高（图1a、图1b），表明此杀青参数加工的碾茶风味物质丰富，可能带来较醇和的口感。咖啡碱是茶汤中苦味成分的贡献者，与茶汤滋味有较好的正相关性[22]。儿茶素类是茶多酚的主要功能成分，可分为非酯型儿茶素（GC、EGC、C、EC）和酯型儿茶素（EGCG、GCG、ECG、CG）。酯型儿茶素收敛性强，涩味重，非酯型儿茶素收敛性弱，苦涩味较弱[23-24]。杀青机转速为400 rpm/40 rpm 加工的碾茶咖啡碱、酯型儿茶素、总儿茶素含量及酯型/非酯型儿茶素最低（图1a、图1b），因此其苦涩味和收敛性较低，能凸显茶氨酸带来的鲜醇滋味。感官品质分析（表1）也表明，转速为400 rpm/40 rpm 所制的碾茶，茶汤滋味尚鲜醇，得分最高，印证了这一结果。此外，色差分析（表2）结果表明，杀青机转速为400 rpm/40 rpm 加工的碾茶干茶和茶汤的色相（b*/a*）绝对值较小，且茶汤明亮度L*值最大，表明其干茶和茶汤的色泽绿、汤色明亮。综上可以看出，杀青机转速为400 rpm/40 rpm 加工的碾茶感官品质较好，茶叶颜色绿、汤色嫩绿明亮、滋味鲜醇，综合品质较优。

2.2 杀青蒸汽流量对碾茶品质的影响

本试验探讨了蒸汽流量分别为80 k/h、110 k/h、140 k/h 对所加工碾茶品质的影响（杀青机转速为300 rpm/30 rpm，燃烧机温度为240℃）。理化品质分析结果表明（图2），蒸汽流量为110 k/h 加工的碾茶氨基酸含量显著高于另外两组（P ＜0.05），而酚氨比最小，酯型儿茶素、非酯型儿茶素以及总儿茶素的含量居中，茶汤口感鲜爽，苦涩味和收敛性协调适中，与感官滋味审评结果一致（表3）。叶绿素是构成干茶外形、茶汤颜色、叶底色泽的主要色素物质。一般叶绿素a（Chl a）和叶绿素b（Chl b）占叶绿素总百分含量达到60%～70%，它们与茶叶品质呈正相关[25]。对比三种蒸汽流量加工的碾茶叶绿素含量发现（图2c），Chl a、Chl b及总叶绿素均以80 k/h 蒸汽流量加工的碾茶中含量最高、110 k/h 的其次，140 k/h 的最低，且差异显著性分析表明蒸汽流量为80 k/h 和110 k/h 加工的碾茶Chl a 和叶绿素总量无显著性差异（P ＞0.05）。叶绿素在光和热的作用下易产生置换和分解反应，使翠绿色的叶绿素脱镁变成褐色的脱镁叶绿素。蒸汽流量低对茶叶中叶绿素的破坏作用弱、保留量多；而高蒸汽流量可在短时间内迅速破坏叶绿素，使之降解为脱镁叶绿素。所以碾茶中叶绿素的含量以蒸汽流量为80 k/h、110 k/h、140 k/h 加工的茶叶呈梯度减少的趋势。碾茶色差分析结果（表5）可以发现，蒸汽流量为110 k/h 加工的碾茶干茶明亮度L*值与140 k/h 加工的干茶L*值无显著差异（P＞0.05），且高于80 k/h 所制的碾茶，茶叶红绿度a*值为负值且最小、色相（b*/a*）绝对值最小，其茶汤a*值也为负值且最小，表明蒸汽流量为110 k/h 加工的碾茶茶叶色泽明亮、墨绿，汤色也较绿。以上结果可见，蒸汽流量为110 k/h 加工的碾茶，茶叶色泽绿润、茶汤滋味鲜爽、苦涩味平衡较好、汤色较绿，综合品质较优。

表1 不同杀青机转速碾茶的感官品质Table 1 Sensory quality of Tencha fixed with different steaming cylinder speeds

表2 不同杀青机转速碾茶的色泽品质Table 2 Color quality of Tencha fixed with different steaming cylinder speeds

图1 不同杀青筒转速碾茶的理化成分Figure 1 Main chemical compositions of Tencha fixed with different steaming cylinder speeds

表3 不同蒸汽流量碾茶的感官品质Table 3 Sensory quality of Tencha fixed with different steaming flow

2.3 干燥温度对碾茶品质的影响

图2 不同蒸汽流量碾茶的理化成分Figure 2 Main chemical composition of Tencha fixed with different steaming flow

表4 不同蒸汽流量碾茶的色泽品质Table 4 Color quality of Tencha fixed with different steaming flow

表5 不同干燥温度碾茶的感官品质Table 5 Sensory quality of Tencha dried with different drying temperatures

图3 不同干燥温度碾茶的理化品质Figure 3 Main chemical composition of Tencha dried with different drying temperatures

目前的碾茶加工生产中，干燥工序仍多是在传统砌砖式碾茶炉内完成，炉内温度的高低对其品质的形成有着不同程度的影响。本试验通过设置3 组不同的燃烧机温度来改变碾茶炉内的干燥温度（杀青机转速为300 rpm/30 rpm，蒸汽流量为110 kg/h），以探究干燥温度对碾茶品质形成的影响。对比感官品质结果（表5）发现，250℃燃烧机干燥的碾茶有清爽的覆盖香，总得分最高。由图3 可知，三种不同燃烧机温度干燥的碾茶，水分含量以230℃、240℃、250℃依次升高，可能是因为温度越高，茶叶表面失水速度越快，而内部的水分依然存留在叶片中，致使茶叶整体水分含量较高。茶叶在干燥过程中，高温会使咖啡碱升华，加速酚类物质的氧化降解反应，以及湿热作用会引起氨基酸非酶性氧化等。差异显著性分析表明（图3），采用燃烧机温度为240℃干燥的碾茶，其茶多酚、氨基酸、咖啡碱以及儿茶素的含量均显著低于其他两种温度干燥的碾茶，而在230℃加工的碾茶中含量最高（P ＜0.05）。可见，240℃的燃烧机温度使影响茶叶苦涩滋味成分（多酚类、咖啡碱）含量降低的同时，也降低了茶叶鲜爽滋味（氨基酸）成分的含量[26]。而250℃燃烧机干燥的碾茶中，各滋味成分物质的保留量适中，酚氨比最小，酯型/非酯型儿茶素的值也最小，因此茶汤滋味相对协调纯正，解释了表5 中感官滋味的分析结果。三种燃烧机温度对碾茶叶绿素b 的含量无显著影响（P ＞0.05），而叶绿素a 及总叶绿素含量以250℃干燥的碾茶最高，230℃的次之，240℃的最低，可能是由于250℃的燃烧机温度干燥碾茶的速度快、时间短，叶绿素保留的较多。三种干燥温度加工的碾茶色差分析结果表示（表6），240℃燃烧机干燥的碾茶a*值为负且最大，色相（b*/a*）的绝对值也最大，表示其绿度最低。表5 中碾茶外形品质结果表明，240℃燃烧机干燥的碾茶色泽较绿有黄片，所以黄片的存在使色差a*增大，碾茶的整体绿度降低。250℃干燥的碾茶茶汤L*值最大，色相值（b*/a*）绝对值最小，表明其汤色明亮、色泽更绿。由此可见，采用250℃燃烧机温度干燥的碾茶，较好地保留了鲜叶中的叶绿素，使茶叶和茶汤呈现较绿的色泽，且茶汤滋味较纯正，有清爽的覆盖香，感官品质总体较优。

表6 不同干燥温度碾茶茶汤的色泽品质Table 6 Color of Tencha dried with different temperatures

2.4 碾茶感官品质和理化成分的PLS-DA 差异性分析

偏最小二乘判别分析（Partial Least Squarediscriminant Analysis，PLS-DA）是一种用于反映预测变量和因变量之间线性关系的有监督分类方法[27]。为进行不同杀青和干燥工艺参数条件下差异性指标的筛选，基于碾茶外形（SS）、汤色（LCS）、香气（AS）、滋味（TS）、总 体感官（TTS）得分5 个感官指标和茶多酚（TP）、游离氨基酸（AA）、酚氨比（PAR）、咖啡碱（CAF）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、酯型儿茶素（TEC）、非酯型儿茶素（TSC）、酯型/非酯型儿茶素（TESR）、总儿茶素（TC）、叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chl b）、总叶绿素（Chl）含量等12 个生化成分指标，以及茶叶色差值L*（L）、a*（a）、b*（b）、C*（C）、h°（h）、干茶色差值L*（TI-L*）、a*（TI-a*）、b*（TI-b）、C*（TI-C）、h°（TI-h）等10 个物理指标构建了不同工艺参数条件的PLS-DA 分析。结果表明（图4），三种加工工艺条件得到了有效区分，即不同杀青、干燥工艺参数加工的碾茶感官品质和理化成分存在差异，且模型具有较好的概括解释率（模型拟合参数R2X(cum)=0.950，R2Y(cum)=0.993，预测优度Q2(cum)=0.958）。变量权重重要性排序（Variable Importance in Projection, VIP）值可量化PLS-DA 的每个成分对分类的贡献度，通过PLS-DA 模型的VIP 图（图5）和载荷图（图6）可进一步分析贡献变量指标。VIP 值越大则指标对模型的贡献率越大，载荷图中距离加工工艺越近，说明该成分对区分加工工艺的贡献率较大。以VIP 值大于1 为界限进行筛选可以看出[28]，碾茶感官品质中的汤色和香气在不同加工工艺条件下的差异较大，酚氨比、酯型/非酯型儿茶素和游离氨基酸、茶多酚含量等生化成分，以及茶叶的色差h°和L*值等物理指标在不同加工工艺条件下的差异较大。可见，特征差异性品质成分含量的不同导致不同杀青、干燥工艺参数加工的碾茶品质的差别，在茶叶加工过程中，可通过控制这些贡献较大的品质成分，以获得高品质的碾茶。同时，由载荷图各指标的分布情况（图6）可以看出，酚氨比、酯型/非酯型儿茶素和儿茶素含量等差异性指标主要受到干燥温度的影响，干燥温度可能是碾茶加工过程中最为关键的工艺。

图4 不同工艺参数的PLS-DA 得分图Figure 4 PLS-DA score plot of different Processing parameters

图5 PLS-DA 模型VIP 值条形图Figure 5 Barplot with OPLS-DA model of VIP

3 讨论

抹茶不同于普通的绿茶粉，要求具有“三原三青”的品质特点，即原色、原味、原质，清香、清口、略带青（草）气。碾茶作为抹茶的前体，其加工过程对于“三原三青”品质的形成至关重要[29]。碾茶杀青和干燥是影响品质的两大关键工艺，本试验通过对杀青和干燥工艺参数的改变，探讨其对形成碾茶品质的影响，以挖掘最优生产工艺参数。蒸汽杀青是最适合碾茶生产的杀青方式，研究发现，当杀青机转速为400 rpm/40 rpm 时，加工的碾茶感官品质较好，茶叶色泽绿、汤色嫩绿明亮、咖啡碱和酯型儿茶素的含量低，滋味鲜醇，综合品质较优；蒸汽流量为110 k/h 加工的碾茶氨基酸含量显著高于另外两组，酚氨比最小，茶汤滋味鲜爽，茶叶的色相（b*/a*）绝对值最小，表明茶叶颜色绿度高，较符合“原色、原味”的特点。通过改变燃烧机的设置温度来改变碾茶的干燥温度，发现采用250℃燃烧机温度干燥的碾茶，感官评价得分最高，酚氨比最小、酯型/非酯型儿茶素的值也最小，茶汤滋味相对协调纯正；此外，此干燥温度较好的保留了鲜叶中的叶绿素，使茶叶及汤色呈现较绿的色泽，整体品质较优。由于本试验中探讨的工艺参数均为碾茶实际生产中常用的参数范围，因此茶叶品质间的差异较小，且发现杀青机转速和干燥温度的最优工艺参数并非拐点值，所以仍需进一步探究实际应用之外的参数，以找出更适合碾茶生产的杀青及干燥工艺参数。

图6 PLS-DA 因子载荷Figure 6 Loading plot of PLS-DA model

PLS-DA 将三种工艺条件的改变所加工的碾茶明显区分，并获得了差异性指标。其中，感官品质差异指标为汤色和香气，生化成分差异指标主要为酚氨比、酯型/非酯型儿茶素和游离氨基酸、茶多酚含量，色泽品质的差异指标主要为茶叶的色差h°和L*值等。茶叶内含物质含量的高低使其呈现的感官品质和色差值有所差异，在一定程度上决定了茶叶的品质。PLSDA 的因子载荷图表明，酚氨比、酯型/非酯型儿茶素和儿茶素含量等生化差异指标主要受干燥温度的影响，推测干燥温度可能是碾茶加工过程中最为关键的工艺。基于此，碾茶在加工过程中，可以通过工艺参数的改变来调控这些贡献较大的品质成分含量，尤其是注意控制干燥的温度，以获得高品质的碾茶。