木禾种红茶不同工艺色泽品质的多维度比较

金美霞， 陈晓阳， 王霆， 刘丹， 俞燎远

(1.东阳市龙盘玉叶农业开发有限公司，浙江 东阳 322100； 2.浙江农艺师学院，浙江 杭州 310021；3.东阳市种植业技术推广中心，浙江 东阳 322100； 4.浙江农林大学 农业与食品科学学院，浙江 杭州 311300；5.浙江省农业技术推广中心，浙江 杭州 310020)

东阳木禾种是有名的茶树良种，原产地在东阳市东白山。晋代开始繁育，距今已有1 600 a历史。木禾种与鸠坑种、龙井种并称为浙江省三大有性系茶树良种，主要分布在浙江东阳、磐安、嵊州、绍兴、诸暨等地，1988年被评为浙江省省级茶树良种。木禾种芽叶持嫩性好、生育力较强，制成的珠茶具有花香，是钱塘龙井和珠茶的当家品种之一[1-3]。木禾种加工扁形绿茶和珠茶的工艺技术已有研究，但目前对木禾种红茶加工工艺的研究未见报道。

计算机图像处理技术能模拟人类的视觉感官系统，对茶叶的色泽进行自动化处理。利用计算机对茶叶色泽的识别是在计算机图像处理技术的基础上，对采集的茶叶图像数据进行RGB和HSV颜色空间模型的构建[4]，通过相应的算法将采集到的有效图像进行RGB颜色模拟换算，再经过两者之间的转换，得出相应的颜色特征，进行数据的量化分析，得到茶叶的色泽识别，从而实现计算机对茶叶颜色的自动识别，减小人的主观性误差。

茶叶色泽包括干茶色泽、汤色和叶底色泽3个方面，是分辨茶叶品质的重要因子，也是茶叶主要品质特征之一。红茶外形色泽和叶底色泽主要是由叶绿素降解产物、果胶质及多种物质产生，如茶多酚、蛋白质、糖等参与氧化聚合所形成的有色产物[5]。由于色泽的微小变化不易被人的视觉感知，为了探究木禾种红茶不同加工工艺处理对茶叶色泽品质的影响，本文利用计算机视觉技术模拟人类视觉系统，进行图像采集和数据处理，通过构建HSV颜色空间得到数据集，进行多维度的分析来比较茶叶色泽品质的变化，从而得出最适合的木禾种红茶加工工艺参数。

1 材料与方法

1.1 茶样制备

在萎凋、揉捻、烘干环节各设置3个不同工艺参数(萎凋7.0、8.0、9.0 h；揉捻1.5、2.0、2.5 h；烘干1.5、2.0、3.0 h)，采制木禾种1芽2叶初展鲜叶，在温度30～35 ℃、空气湿度90%的环境下，经萎凋、揉捻、发酵、干燥基本工序加工，得到木禾种红茶茶样共9个。加工时间和地点：2021年3月下旬，东阳市龙盘玉叶农业开发有限公司。生产设备：自制萎凋槽，増荣55型揉捻机，自制发酵房，6CHZ-9B型茶叶烘干机。

1.2 图像采集方法

干茶取样，每种茶样混匀取10 g，放入相同器皿，匀齐度相似，进行拍照，重复5次；茶汤取样，每种茶样取3 g，150 mL沸水，冲泡5 min，重复2次，将每次得到的茶汤取100 mL放入同一茶具中进行拍照，再将2次得到的茶汤混匀，取100 mL放入同一茶具中进行拍照；叶底取样，将2次冲泡后得到的叶底取相同的量放入同一器皿中拍照，再混匀取相同的量放入相同器皿中拍一张。

为了保证拍摄的一致性，减小实验的偶然性误差。本次实验的图像采集在小摄影棚里进行。将LED灯条作为上方光源，无影灯作为底部光源，并铺设白色遮光布，防止亮度过高。摄影棚为Deep Photo Accessores,材质为白色塑料板。拍照设备为日本尼康公司的NikonD750，使用的镜头是尼克尔24-120，分辨率为1 920×1 080像素，相机参数光圈设为F4，快门速度为1/200，ISO(感光度)设为200。产出照片格式为JPG，颜色表示为RGB。将得到的图片裁剪成977×758像素大小，并利用抠图软件进行抠图，除去多余部分，只留干茶、茶汤、叶底有效区域，得到干茶有效图片45张，茶汤有效图片45张，叶底有效图片27张。

1.3 数据采集及统计分析

将得到的有效图片导入到Python 3.7软件中，利用RGB模式读取图像得到RGB三色值，通过Python代码将RGB空间转换到HSV空间，最终得到茶叶HSV的颜色特征信息，并统计各颜色所占的比例，从而得到红茶干茶、茶汤和叶底图像的H(色相)、S(饱和度)、V(明亮度)数值。利用Excel进行数据处理，计算均值和标准差，并采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析，比较不同加工工艺参数对成品茶色泽的影响。

表1 HSV颜色字典

2 结果与分析

2.1 不同萎凋时间的干茶、茶汤、叶底色泽品质HSV分析

根据表2的HSV数据，萎凋时间越长，干茶的HSV数值逐渐增大。方差分析显示，不同萎凋时间干茶的S值有显著差异，萎凋9.0 h的H值与7.0和8.0 h的有显著差异，3者V值无显著差异。且随着萎凋时间增加，干茶除黑灰白色外的有色部分的橙色比例在逐渐增大，萎凋7.0、8.0和9.0 h的橙色比例分别为77.4%、81.0%和84.4%；红色比例在逐渐减小，分别为22.4%、18.8%和15.4%。推测随着萎凋时间的增大，细胞含水量逐渐降低，POD活性持续增强，儿茶素逐渐减少，但总体茶黄素积累量比茶红素多[6-9]，导致干茶色泽往橙黄方向变，但主体还是橙色。

表2 不同萎凋时间干茶的HSV值

根据表3的HSV数据，萎凋时间越长，茶汤的H值和V值都逐渐减小，S值先变大再变小，茶汤变红变暗，但整体茶汤都在橙色区间(占100%，图1)，且色泽随着萎凋时间变化有一个峰值。方差分析显示，不同萎凋时间H值有显著差异，萎凋7.0 h的S值和V值与萎凋8.0和9.0 h的有显著差异。图1茶汤图片可以看出，7.0 h的偏黄，萎凋稍微不足；9.0 h的发暗，萎凋稍微过度；8.0 h的明亮度和颜色都最好，橙黄明亮，推测此时茶红素与茶黄素比值较适宜。

根据表4的HSV数据，萎凋时间越长叶底的HSV数值越大。随着萎凋时间的增加，叶底除黑灰白色外的有色部分的橙色比例在逐渐增大，萎凋7.0、8.0和9.0 h的橙色比例分别为76.5%、82.5%和88.5%；红色比例在逐渐减小，分别为23.6%、17.7%和11.7%。方差分析显示，不同萎凋时间的叶底S值和V值有显著差异；9.0 h的H值与7.0和8.0 h的有显著差异，但7.0和8.0 h的H值无显著差异。即随着HSV数值增大，叶底颜色向橙红变化。推测萎凋时间越长，茶红素茶褐素逐渐增加，叶绿素破坏增加,脱镁叶绿素增加[10]，从而带来色泽的变化。

表3 不同萎凋时间茶汤的HSV值

图1 不同萎凋时间的茶汤

2.2 不同揉捻时间的干茶、茶汤、叶底色泽品质HSV分析

表4 不同萎凋时间叶底的HSV值

根据表5的HSV数据可以得出，揉捻时间越长，干茶的H值逐渐减小，S值和V值逐渐增大。随着揉捻时间的增加，干茶除黑灰白色外的有色部分的橙色比例先增大后减小，揉捻1.5、2.0和2.5 h的橙色比例分别为57.8%、80.2%和79.6%；红色比例先减小后增大，分别为40.6%、19.3%和20.2%，干茶向橙红色转变，但整体处于橙色区域。方差分析显示，3个不同揉捻时间得到的干茶的S值和V值有显著差异，随着揉捻时间的增加，S值和V值显著增加；且揉捻1.5 h干茶的H值显著大于2.0 h和2.5 h的H值，橙红比例几乎为1∶1。猜测揉捻1.5 h的干茶细胞破碎度不够，萎凋叶中内含物没有充分释放出来，茶黄素积累量过多，导致干茶偏黄。

表5 不同揉捻时间干茶的HSV值

表6的HSV数据可以看出，揉捻时间越长，茶汤的H值逐渐减小，S值和V值逐渐增大。方差分析显示，不同揉捻时间得到茶汤的H值和S值有显著差异，揉捻1.5 h茶汤的H值明显大于揉捻2.0和2.5 h的H值，但S值明显小于揉捻2.0和2.5 h的S值。随着揉捻时间增加，茶汤颜色向橙红转变，但整体还处于橙黄区域(占100%，图2)。就图2来看，揉捻2.0 h的茶汤红橙明亮浓度好，猜测此时细胞破损率较好，水解作用生成了较多的水溶性产物并易释放于茶汤中，茶叶的水浸出物、茶多酚和氨基酸含量增加，茶红素与茶黄素的比值较大[11-12]。

表6 不同揉捻时间茶汤的HSV值

图2 不同揉捻时间的茶汤

根据表7的HSV数据可以看出，揉捻时间越长，叶底的H值和V值逐渐增大，S值先增大后减小。随着揉捻时间的增加，叶底除黑灰白色外的有色部分的橙色比例逐渐增大，揉捻1.5、2.0和2.5 h的橙色比例分别为81.1%、81.1%和85.9%；红色比例先减小后增大，分别为18.8%、18.2%和14.1%。方差分析显示，揉捻1.5 h叶底的S值明显低于其他2个处理，但3者的H值和V值无显著差异。揉捻时间越长，叶底颜色向黄褐色逐渐靠近，但整体都处于红褐色区域，推测随着揉捻程度的增加，叶绿素降解更多[13-14]，脱镁叶绿素含量和茶褐素逐渐增加。

2.3 不同烘干时间的干茶、茶汤、叶底色泽品质HSV分析

表7 不同揉捻时间叶底的HSV值

根据表8的HSV数据可以看出，烘干时间越长，干茶的H值逐渐减小，S值先减小后增大，V值先增大后减小。随着烘干时间的增加，干茶除黑灰白色外的有色部分的橙色比例先增大后减小，烘干1.5、2.0和3.0 h的橙色比例分别为82.6%、85.2%和84.0%；红色比例先减小后增大，分别为17.0%、14.6%和15.9%。方差分析显示，烘干1.5 h干茶的H值显著高于其他2个处理；烘干3.0 h干茶的S值明显高于其他2个处理；3个烘干时间处理干茶的V值无显著差异。随着干燥时间越长，干茶颜色越红，明亮度先增加后降低，饱和度先下降再升高，猜测烘干时间越长，茶褐素逐渐增加[15-16]，脱镁叶绿素也逐渐增加。

表8 不同烘干时间干茶的HSV值

根据表9的HSV数据可以看出，随着烘干时间的增大，茶汤的H值是先增大后减小，S值和V值先减小后增大，茶汤逐渐偏橙红色，但整体还在橙色区域(占100%，图3)。方差分析显示，烘干时间不同，茶汤的V值有显著差异，H值和S值无显著差异，且烘干2.0 h茶汤的V值明显低于其他2个处理。猜测烘干工艺处理对茶汤并没有很大的影响，就图3来看，烘干2.0 h的茶汤颜色亮度相对最好。

表9 不同烘干时间茶汤的HSV值

根据表10的HSV数据可以看出，随着烘干时间越长，叶底的H值逐渐减小，S值和V值先减小后增大。且随着烘干时间增长，叶底除黑灰白色外的有色部分橙色比例逐渐增大，烘干1.5、2.0和3.0 h的橙色比例分别为87.7%、88.3%和90.2%；红色比例逐渐减小，分别为12.3%、11.7%和9.8%。方差分析显示，3个不同烘干时间处理得到的叶底HSV值无显著差异，整体都偏于橙红色，猜测随着烘干时间的增长，茶褐色逐渐增加，导致叶底变红变褐。试验结果表明，烘干工艺对红茶色泽影响不显著，烘干2.0 h的茶叶色泽相对最好。

图3 不同烘干时间的茶汤

表10 不同烘干时间叶底的HSV值

3 小结

本研究针对不同的红茶加工工艺而呈现不同的色泽和品质，利用计算机图像处理技术模拟人类视觉感官系统，收集木禾种红茶干茶、茶汤、叶底的图像，建立HSV颜色模型，提取不同工艺处理下图像的颜色特征参数，从而进行色泽品质的多维度比较分析，主要结论如下：

通过提取不同萎凋时间的红茶干茶、茶汤、叶底图像的HSV数值进行比较得到，萎凋时间越长，干茶和叶底的H值逐渐减小，茶汤的H值逐渐增大；茶汤的V值逐渐减小，S值在8.0 h时存在一个峰值，干茶和叶底的S值和V值都增加，即明亮度和饱和度都增加。即萎凋时间越长，茶汤往红色方向偏，干茶和叶底都往黄色方向偏，但整体颜色都处于橙色区域，且橙色比例一直在增加，红色比例一直在减少，明显导致茶叶整体色泽都偏橙黄。整体萎凋9.0 h的茶叶色泽品质较好。

通过提取不同揉捻时间的红茶干茶、茶汤、叶底图像的HSV数值进行比较得到，揉捻时间越长，干茶和茶汤H值逐渐减小，叶底H值逐渐增大；干茶和茶汤的V值和S值都逐渐增大；叶底的S值先增大后减小，V值逐渐增大。且随着揉捻程度的增加，干茶的橙色比例先增加后减少，红色比例先减小后增加，但整体还是橙色比例明显高于红色比例；揉捻时间越长，干茶和茶汤颜色越红，明亮度和饱和度都增加；叶底越黄，明亮度先增加后减小，饱和度逐渐增加。整体揉捻2.5 h的茶叶色泽品质较好。

通过提取不同烘干时间的红茶干茶、茶汤、叶底图像的HSV数值进行比较得到，烘干时间越长，干茶和叶底的H值逐渐减小，茶汤的H值先增加后减小，即干茶、茶汤和叶底色泽整体都变红；干茶的S值、茶汤的S值、V值和叶底的S值、V值都随着烘干时间的增加数值先减小后增大，只有干茶的V值先增大后减小，大部分数值在2.0 h时有一个峰值。整体来看，叶底橙红比例，橙色增加，红色减少。整体烘干2.0 h的茶叶色泽品质较好。

本研究用计算机机器视觉技术模拟人体感官系统，使用量化的HSV颜色直方图法提取木禾种红茶干茶、茶汤、叶底图像颜色特征，对红茶色泽品质进行了客观的描述，避免了定性指标的模糊性。实验结果表明，不同加工工艺处理的木禾种红茶样色泽品质有显著差异，而计算机视觉技术可为木禾种红茶工艺提升提供更客观、更精准的数据参考。研究有利于调整木禾种红茶加工萎凋、揉捻和烘干时间，规范木禾种红茶标准化加工技术，提升木禾种红茶色泽和品质。