响应面法优化白茶冲泡工艺的研究

孙 达，张星海，夏 兵

1.浙江经贸职业技术学院，浙江 杭州 310018；2.浙江树人大学，浙江 杭州 310015；3.浙江省茶叶加工技术研究院，浙江 杭州 310014

白茶作为轻度发酵茶，其汤色清淡，味鲜醇、清甜，有毫香，性清凉。由于白茶滋味易被欧洲、东南亚、美洲等国家和地区的消费者所接受，国外出口市场一直较好。近年来因其保健功效，国内市场发展势头迅猛，掀起一股白茶热[1-2]。白茶具有独特的工艺、品质和功能特性，如何科学冲泡白茶，使其色香味等感官品质及功效得到最大发挥，越来越受到研究者们的关注。

影响白茶滋味成分的浸出率取决于茶叶的冲泡条件，主要包括茶叶用量、冲泡水温、冲泡次数、冲泡时间等因素，浸出率影响茶汤浓度，茶汤浓度影响茶的感官品质[3]。目前有关冲泡条件对茶叶主要呈味物质的浸出规律研究大多针对绿茶[4-5]，或者一些其它的茶类[6-7]，白茶相关方面研究尚不多见。已有一些关于低温和延长冲泡时间对白茶浸出规律的研究[8-9]，但低温和过长时间的冲泡并不符合现代人对茶叶品饮的习惯。本试验通过研究冲泡要素对茶汤感官品质和呈味物质的影响，揭示传统白茶冲泡品饮中特征成分浸出规律，探索白茶中主要成分的浸出与冲泡方式的内在关系，为建立一种更加公正客观的白茶日常冲泡规范提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料

白牡丹，2016 年产于福建福鼎，由福建绿叶茶业有限公司提供。

1.2 试验方法

本试验在预实验的基础上，选取茶水比（固定水的用量为150 mL，改变茶叶用量，范围为2 ～ 4 g），冲泡温度为70℃ ～ 100℃，冲泡时间为3 ～ 7 min，用Design expert 软件中的Box-Behnken 模型进行响应面优化实验设计，响应面优化实验的因素水平见表1，按照响应面设计的实验水平，分别测定不同冲泡条件下白茶主要滋味物质成分浸出率，包括茶多酚、咖啡碱和游离氨基酸。

表1 响应面因素水平Table 1 Response surface factor levels

水温控制方法：100℃ 即沸水；70℃ 和85℃， 提前将盛有70℃和85℃左右的水容器分别放进70℃和85℃恒温水浴锅中保持恒温。

冲泡方法：泡茶用150 mL 审评杯和纯净水进行。按试验设计进行冲泡，冲泡好的茶用定性滤纸过滤, 滤液用于测定化学成分。

生化成分测定：游离氨基酸测定参照GB/T 8314—2002《茶游离氨基酸总量测定》进行；茶多酚测定参照GB/T 8313—2002《茶多酚测定》进行；咖啡碱测定参照GB/T 8312—2002《茶咖啡碱测定》紫外分光光度法进行。

茶汤感官评价：采用感官审评方法审评茶汤的滋味，参照李磊磊、李凤娟等人[10-11]对白茶审评标准加以改进，选取10 位实验室技术人员组成审评小组，从汤色（权重30%）、香气（权重30%）、滋味（权重40%）三方面评价，满分为100 分。

2 结果与分析

2.1 不同冲泡条件对白茶茶汤主要滋味成分的影响

2.1.1 不同冲泡条件对茶多酚浸出率的影响

利用统计分析软件design expert 对实验结果表2 进行分析，得到茶多酚浸出率(X1)与冲泡过程中茶叶用量(A)、冲泡时间 (B)、冲泡温度(C)之间的二次多元回归方程，模型显著（p＜0.05），失拟项p ＞0.05，回归模型预测值与实际值差异较小，拟合程度高。

X1=-5421.85+71.82A+233.29B+112.07C+3.3 8AB-5.26A C-0.71BC+127.23A2-3.95B2-0.32C2

如表3 所示，随着茶叶用量的增加、冲泡时间的延长与冲泡温度的提高，茶汤中茶多酚的浸出率均显著增加，F 值中C ＞A ＞B，温度对茶多酚浸出率的影响最大，其次是茶叶用量和冲泡时间，温度可以加快茶多酚分子的热运动，使其浸出浓度增加[12]，但不同条件下茶多酚的浸出速率有所差异，与罗文文等人对黄山毛峰的研究一致[13]。固定温度和冲泡时间，茶多酚浸出率在茶叶用量高处时较低处时变化更显著。由于随着冲泡时间的延长，叶片完全舒展，茶多酚浸出率增加，但茶汤中茶多酚的浸出速率随时间的延长稍有降低，可能是由于长时间的浸泡使茶多酚发生了氧化[3]。茶叶用量与冲泡时间AB、冲泡温度与时间BC、冲泡温度与茶叶用量AC 的交互作用对茶多酚浸出率并无显著性影响。

2.1.2 不同冲泡条件对游离氨基酸浸出率的影响

利用统计分析软件design expert 对实验结果表2 进行分析，得到游离氨基酸浸出率(X2)与茶叶用量 (A)、冲泡时间 (B)和冲泡温度(C)之间的二次多元回归方程，其模型显著，拟合程度高，具有较好的统计学意义。

表2 Box-Benhnken 实验设计方案和结果Table 2 Experimental design and results of the Box-Benhnken

表3 响应面优化冲泡白茶——茶多酚模型方差分析Table 3 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of tea polyphenol model

X2=2336.94-302.58A-166.51B-41.71C+18.63 AB-0.71AC-0.20BC+63.54A2+16.32B2+0.30C2

随着茶叶用量的增加、冲泡时间的延长、冲泡温度的提高，茶汤中游离氨基酸的浸出率均显著增加，如表4 所示，茶叶用量和温度对游离氨基酸浸出率影响较大，达到极显著水平，冲泡时间的影响较小，达到显著水平。无论是茶叶用量、冲泡时间、还是温度，对茶汤中游离氨基酸浸出率的影响均是在高处时较低处时的更为明显，低温长时冲泡茶叶，游离氨基酸的浸出率也可以达到高温较短时的水平，与黄丽娟等人的研究一致[14-15]。茶叶用量与冲泡时间AB、冲泡温度与时间BC、冲泡温度与茶叶用量AC 的交互作用对游离氨基酸浸出率并无显著性影响。

2.1.3 不同冲泡条件对咖啡碱浸出率的影响

利用统计分析软件design expert 对实验结果表2 进行分析，得到咖啡碱浸出率(X3)与茶叶用量 (A)、冲泡时间 (B)和冲泡温度(C)之间的二次多元回归方程，其模型不显著。

表4 响应面优化冲泡白茶——游离氨基酸模型方差分析Table 4 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of amino acid model

随着茶叶用量的增加、冲泡温度的增加，茶汤中咖啡碱的浸出率增加，温度对咖啡碱浸出率的影响较冲泡时间、茶叶用量大。茶汤中咖啡碱浸出率在茶叶用量高处时较低处时的变化大。固定茶叶用量和冲泡温度，咖啡碱的浸出率随着时间的延长先增加而后略微减小，有可能随着时间延长，咖啡碱与其它物质如茶多酚发生络合作用[3,16]。固定茶叶用量，短时间茶汤咖啡碱浸出率随着温度的变化较长时间冲泡明显。无论交互作用还是单因素作用，均未达到显著水平（表5）。

2.2 响应面优化冲泡白茶最佳条件的确定

在单因素实验结果上，根据Box-Behnken设计原理，分别以茶叶用量 (A)、冲泡时间(B)与冲泡温度(C)为自变量进行优化实验，以感官评分值作为响应值进行响应面法优化实验，经过分析与验证确定优化最佳工艺参数。

2.2.1 模型的适应性分析

利用统计分析软件design expert 对实验结果进行分析，得到感官审评得分(Y)与反应过程中茶叶用量 (A)，冲泡时间 (B)，冲泡温度(C)之间的二次多元回归模型：

Y=101.27+10.92A+6.01B-1.30C-0.24AB-0.04AC+0.04BC-0.88A2-0.93B2+0.0086C2

对该模型方差分析结果见表6，模型中的p ＜ 0.0001，表明该回归方程线性显著，失拟值为0.4447( ＞ 0.05)，失拟不显著，表明该回归方程拟合程度好。决定系数（R2）和调整系数（adj.R2）分别为0.9730 和0.9382，具有很好的一致性，表明该模型的准确性和适用应很好。

表5 响应面优化冲泡白茶——咖啡碱模型方差分析Table 5 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of caffeine model

2.2.2 不同因素对白茶茶汤感官评分的影响

茶叶用量、冲泡时间、冲泡温度、温度与时间的交互作用、冲泡温度的平方、冲泡时间的平方对白茶茶汤感官评分有显著性的影响（p ＜ 0.05），其影响力从大到小依次为冲泡温度、冲泡温度的平方、冲泡时间的平方、冲泡时间、时间与温度的交互作用、茶叶用量，茶叶用量与冲泡时间交互作用、茶叶用量与冲泡温度交互作用、茶叶用量的平方对茶汤感官得分没有显著影响。

2.2.3 各因素间的交互作用对茶汤感官评分的影响

从图1看出，固定冲泡温度C和茶叶用量A，响应值随着冲泡时间B 的延长先升高而后渐降低，在5 min 达到最高值，茶多酚、咖啡碱等滋味成分浸出率与白茶的品质呈正相关[17]，冲泡时间越长，茶多酚可能发生进一步的氧化，或者与咖啡碱等物质络合，使其感官品质下降[3,18]。固定冲泡时间B，响应值随着茶叶用量A 的增加而升高，响应值在低茶叶用量的变化较高茶叶用量处的变化显著。

图1 茶叶用量A 与冲泡时间B 的交互作用Figure 1 Interaction of tea dosage A and brewing time B

图2 茶叶用量A 与冲泡温度C 的交互作用Figure 2 Interaction of tea dosage A and brewing temperature C

从图2 看出，固定茶叶用量A 和冲泡时间B，响应值随着冲泡温度的升高逐渐升高，在高温处响应值的变化较低温处的变化显著。固定冲泡温度，在高温时，随着茶叶用量的增加，响应值先增加后减低，变化不显著，在低温时，随着茶叶用量的增加，响应值逐渐增大，温度介于中间时，响应值随着茶叶用量的增加变化不明显。在冲泡时间恒定的情况下，在一定范围内，可通过提高冲泡温度来减少茶叶的用量，但是不能通过提高茶叶用量来降低冲泡的温度。

表6 响应面优化冲泡白茶茶汤感官模型方差分析Table 6 Optimization of brewing white tea by response surface methodology-variance analysis of sensory model of tea soup

图3 冲泡时间B 与冲泡温度C 的交互作用Figure 3 Interaction of brewing time B and brewing temperature C

冲泡时间B 与冲泡温度C 交互作用达到显著水平。从图3 可看出，固定茶叶用量和温度，响应值随着冲泡时间延长先增加后降低，在4 ～ 5 min 左右达到最高值，究其原因，随着冲泡时间的延长，茶汤中的内含物质浸出更多，滋味成分更加丰富，但时间过长后，茶多酚、游离氨基酸等物质可能发生氧化。固定茶叶用量和冲泡时间，响应值随着温度的增加而增加，在低温时，白茶由于毫多，浸出物比较少，呈味物质少，感官评分比较低。

响应面及Design expert 软件分析，得出茶汤感官品质最优的冲泡条件为：茶叶用量3.05 g、冲泡温度100℃与冲泡时间5.03 min，在此条件下进行3 组平行验证实验的茶汤感官品质得分为92.40 分，与软件估测值92.75 基本一致，说明响应面优化出来的该工艺条件是可行的。

3 结论

传统白茶独特的风味品质是消费者评判白茶品质好坏的重要标准，冲泡要素影响白茶茶汤的感官品质以及内含滋味成分茶多酚、游离氨基酸、咖啡碱的浸出率，这些与前人对一些绿茶的研究相似[19-21]。茶叶中内含物成分浸出率随着茶叶用量、冲泡温度、冲泡时间的增加而增大，茶叶用量对游离氨基酸浸出率的影响较温度和时间大，温度对茶汤中茶多酚和咖啡碱浸出率影响最大。以白牡丹为例，以茶汤感官品质为评价，本试验采用响应面法确定分析了冲泡白牡丹的最优条件，茶叶用量3.05 g（茶水比约1 ∶50）、冲泡温度100℃与冲泡时间5.03min，该条件下冲泡的白茶感官评价高，其香气清纯，滋味醇爽，汤色橙黄。