基于变温发酵技术的黄金茶工夫红茶品质分析

黄浩 ，余鹏辉 ，2，赵熙 ，钟妮 ，2，郑红发 *，肖力争

（1.湖南省农业科学院茶叶研究所，湖南 长沙 410125）（2.湖南农业大学茶学教育部重点实验室，国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410128）（3.湖南农业大学园艺学院，湖南 长沙 410128）

湖南是工夫红茶主产省之一，近年来，湖南省委省政府高度重视茶产业发展，茶叶湘军抓住国内外红茶消费兴起、国家“一带一路”倡议的战略机遇，于2019年建成“湖南红茶”区域公共品牌，推进全省红茶资源的整合，促进红茶产业快速发展，助推乡村振兴。

保靖黄金茶1号，原产湖南省湘西土家族苗族自治州保靖县吕洞山镇黄金村，是一种高氨基酸含量的特异茶树品种，所制绿茶具有“四高四绝”的品质特征，被誉为“中国最好的绿茶之一”[1]。保靖黄金茶1号也具有较强的红茶适制性，所制工夫红茶乌黑油润显金毫，滋味醇和甘爽，香气高长[2]；近年来，随着国内茶叶消费市场日趋多元化，“红茶热”悄然兴起，引起了高档红茶的畅销，“湖南红茶”反应迅速，积极投身红茶产业发展的大潮，黄金茶工夫红茶掀起了一股红茶消费热，但早春时期湖南地区气温偏低，且发酵难以得到均匀，香气透青，从而使加工的工夫红茶产品风格不一，市场普遍反应黄金茶工夫红茶品质不高，质量参差不齐，因此全面提升黄金茶工夫红茶综合品质是目前产业发展亟待解决的问题。

工夫红茶初制基本工艺流程分为萎凋-揉捻-发酵-干燥等，其中发酵是红茶特征品质形成的关键工序，其实质是以多酚类化合物为主体的酶促氧化作用，伴随着鲜叶其他内含物质产生一系列剧烈的氧化聚合和缩合等复杂的化学反应，形成茶黄素、茶红素和茶褐素等有色物质及其他物质[3]，使绿叶变红，综合形成红茶特有的色、香、味品质的过程。工夫红茶发酵的良好控制是其优良品质形成的重要条件[4]，儿茶素是发酵生化反应的主体物质，茶多酚氧化生成的茶黄素是红茶发酵反应的品控指标，对红茶的滋味鲜度和浓度及汤色的亮度起着重要作用[5-7]，其中环境温度和发酵时间是红茶发酵的主要控制技术因素，发酵方式不同也使发酵进程和结果呈现差异[8]，研究表明发酵进程中复杂的生化反应对影响茶黄素形成与积累起着决定性作用，单一的高温或低温发酵均不能获得更多的茶黄素，陈以义、夏涛等研究认为前高后低的变温发酵可获得较高茶黄素，促进红茶品质提高；而和红州的研究结果表明先高后低的变温发酵方式并不能显著提高茶黄素含量，且感官审评结果也无突出表现。究其原因可能是变温发酵温差设置、高温处理时间控制均有差异，且二者所采用的供试材料及工艺也不同。因此，变温发酵技术在工夫红茶加工中的应用效果及具体参数设置还需进一步探讨。本研究针对早春黄金茶因气温较低导致的发酵不充分、不均匀、品质不高等问题，结合当地工夫红茶加工的实际与经验针对性地设置加工参数，采取先高温、后低温变换（变温发酵）以提高发酵的充分程度，从而全面提高工夫红茶的品质。

1 材料与方法

1.1 茶样与试剂

茶样品制作：在湖南省农业科学院茶叶研究所高桥茶叶基地生产茶园（位于长沙县高桥镇），标准化手工采摘1芽2叶保靖黄金茶1号鲜叶，按照《湖南红茶工夫红茶加工技术规程》制成工夫红茶，试验设置30 ℃、40 ℃以及变温发酵（第一阶段 40 ℃、第二阶段30 ℃）发酵处理，发酵过程中每小时取样1次，所得30个加工过程样品用于生化成分检测，27个成品茶样用于感官审评。

主要试验试剂：儿茶素组分标样购于成都曼思特生物科技有限公司，包括GC（≥98%）、EGC（≥99%）、C（≥99%）、EC（≥99%）、EGCG（≥99%）、GCG（≥98%）、ECG（≥99%）、Caffeine（≥98%）、Theobromine（≥99%）、Theophylline（≥99%）、Gallic acid（≥98%）；N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲醇（均为色谱纯）购于美国TEDIA公司、冰醋酸（色谱纯）购于天津市化学试剂研究所有限公司；乙酸乙酯、正丁醇、无水碳酸钠购于德国默克公司；其他化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

主要仪器与设备包括：LC-20A型高效液相色谱仪，日本Shimadzu公司；Welch C18液相色谱柱（4.6 mm i.d.×250 mm，5 μm）、Welch C18液相色谱柱（4.6 mm i.d.×150 mm，5 μm），美国 Welchrom 公司；0.45 μm聚醚砜针式过滤器（水系）0.45 μm过滤膜（尼龙）、明澈-D 24UV超纯水系统，美国Millipore公司；HHS型电热恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；电子分析天平，Mettler ME155DU；超低温冰箱，青岛海尔特种电器有限公司；UV-2355型紫外可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪器有限公司；BJ-150型高速多功能粉碎机，浙江德清拜杰电器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工夫红茶基本加工流程

以保靖黄金茶1号1芽2叶嫩度鲜叶原料，放置人工气候箱内进行萎凋，待鲜叶含水率达 60%～62%后，采用25型揉捻机进行揉捻，以空揉（15 min）→轻压揉捻（15 min）→中压揉捻（15 min）→重压揉捻（20 min）→松压揉捻（5 min）→下机解块；发酵室温度30 ℃，相对湿度95%，发酵时长4 h；初干用茶叶箱式烘干机在120 ℃下干燥15 min，适当摊凉后进行足干，足干温度90 ℃，时长60 min[9]；开展不同温度变温发酵工艺研究（变温发酵工艺参数设置如表1所示）。

表1 变温发酵试验参数表Table 1 Variable temperature fermentation test parameters

1.3.2 工夫红茶感官审评

参照GB/T 23776-2018《茶叶感官审评方法》和GB/T 14487-2017《茶叶感官审评术语》，由3位具有长期茶叶审评经验的湖南省茶叶专家组成感官评定小组对供试样茶进行感官审评。称取3 g茶样，加入150 mL沸水冲泡4 min后进行密码审评，采用评语与百分制打分相结合的方式评定茶叶品质，外形、香气、汤色、滋味、叶底权重如下：

感官总分=外形得分×25%+汤色得分×10%+香气得分×25%+滋味得分×30%+叶底得分×10%

1.3.3 主要生化成分检测

精确称取3 g茶样，迅速研碎置500 mL具塞锥形瓶中，加入沸水并置100 ℃水浴锅中提取45 min（每隔10 min摇瓶一次），趁热过滤茶汤，滤液转入500 mL容量瓶中，冷却后定容，摇匀，待测。

茶多酚总量测定：参照酒石酸亚铁分光光度法（GB/T 8313-2008）；游离氨基酸总量测定：采用茚三酮显色法（GB/T 8314-2013）；可溶性糖按照 FB/LH 007-2010测定。

儿茶素测定[10]：采用welchrom C18柱（4.6 mm i.d.×250 mm，5 μm）；流动相：水相A：去离子水，有机相 B：N，N-二甲基甲酰胺/甲醇/乙酸=39.5/2/1.5（V/V/V），流速为1.0 mL/min；进样量：10 μL；检测波长：278 nm；重复3次（n=3），分析并计算结果。

茶黄素测定[11]：采用welchrom C18柱（4.6 mm i.d.×150 mm，5 μm）；流动相：水相A：2%醋酸，有机相 B：乙腈/乙酸乙酯=21/3（V/V），流速为 0.8 mL/min；进样量：10 μL；检测波长：280 nm；重复3次（n=3），分析并计算结果。

1.3.4 数据处理

实验重复三次（n=3），取平均值并计算相对偏差；Excle 2010、IBM SPSS Statistics 24、Origin 2017及Adobe Illustrator CS6等软件用于本文所有数据统计分析及相关图片的制作与处理。

2 结果与分析

2.1 恒定温度发酵与变温发酵对黄金茶工夫红茶感官品质的影响

试验设置40 ℃、30 ℃恒温及两个温度组合变温发酵（第一阶段40 ℃ & 第二阶段30 ℃），发酵过程中每间隔1个小时取样1次，90 ℃恒温一次性干燥，共加工得到工夫红茶样品27个，感官审评分3批次进行，详细评价与得分如表2所示。

从表2的结果可知，恒温发酵处理（30 ℃、4 h）和（40 ℃、3 h）号分别是30 ℃恒温发酵组和40 ℃恒温发酵组中综合品质表现较好的，且（30 ℃、4 h）优于（40 ℃、3 h），所制红茶色泽黑褐尚润，滋味甜醇带鲜，甜香尚高，汤色红亮，叶底红亮尚匀。这与段红星[12]研究结果一致，通常认为，恒温发酵温度控制在22～30 ℃，具体需根据鲜叶原料及萎凋、揉捻程度等因素再行确定。两个处理的相似之处是随着发酵时间的延长（1～4 h），汤色由橙红向红亮转变，滋味由青涩向甜醇方向发展，但随着发酵时间持续延长，汤色亮度下降明显，滋味也变得纯和甚至变酸，说明恒温发酵在偏离发酵适度标准后再延长发酵时间就会造成发酵过度，进而导致茶样变酸[13]。

表2 30、40 ℃恒温发酵工夫红茶感官审评结果Table 2 Sensory evaluation results of 30 and 40 ℃ constant temperature fermentation of congou black tea

发酵叶在发酵过程中化学反应不断进行，物质持续转化，其外部特征也出现规律性变化。由图1可知，恒温发酵中，发酵叶随着发酵进程的推进叶色变化按照青绿、青黄或黄→红黄→黄红→红→暗红顺序转变[14]，且随着发酵时间逐渐延长，叶片亮度降低，叶色由红向红暗发展，这与以往研究结果一致[15，16]；变温发酵也表现出类似的变化规律，并随着发酵第一阶段（40 ℃）占据总体发酵时间延长而表现的更加明显。

从表3的成茶感官品质分析可知，变温处理（40 ℃ 1 h+30 ℃ 2 h）和（40 ℃ 1 h+30 ℃ 3 h）是变温发酵组中综合品质表现较好的，综合得分为前者93.40略高于后者93.35，且前者茶汤中的鲜爽度优于后者，所制红茶条索色泽黑褐尚润，滋味甜醇、鲜，甜香尚高长，汤色红亮，叶底尚红亮。与恒温发酵组不同的是，随着发酵进程的深入，茶汤由红亮向红暗转变明显，滋味也由甜醇朝纯和尚甜方向发展，同时叶底逐渐变暗失去光泽（红亮→红褐），且随着发酵第一阶段 40 ℃占据总体发酵时长比例增加而表现的越明显。

表3 变温发酵处理工夫红茶感官审评结果Table 3 Sensory evaluation results of change-temperature fermentation treatment of congou black tea

2.2 工夫红茶加工过程中不同发酵温度对主要生化成分的影响

由表4和表5可知，工夫红茶加工过程中茶多酚、咖啡碱等含量呈下降的趋势；可溶性糖、蛋白质等含量随着发酵程度加深呈少量下降趋势；氨基酸含量前期基本维持稳定，揉捻阶段达最大值，发酵阶段缓慢下降；各儿茶素组分和总量均呈下降趋势，其中酯型儿茶素EGCG、GCG和ECG在揉捻阶段下降幅度较大，分别为71.69%、87.45%和25.17%，同时没食子酸（G.A）含量显著增加，比例为86.67%，这是由于茶坯微环境改变致使酯型儿茶素水解所致；同期EGC、DL-C和EC含量也逐渐下降，其中EGC、EC保留量相对较多，发酵结束样分别占鲜叶的 28%（30 ℃）、30%（40 ℃）和 22%（30 ℃）、15%（40 ℃），EGCG、GCG的保留量最低，且发酵结束后简单儿茶素所占比例显著提高，由鲜叶的44.8%至发酵结束的80.3%（30 ℃）和82.7%（40 ℃）。

表4 不同发酵温度对主要生化成分的影响（%）Table 4 Effects of different fermentation temperature on main biochemical components

表5 不同发酵温度对儿茶素含量的影响（%）Table 5 Effects of different fermentation temperatures on catechins

随着发酵温度升高，多酚氧化酶和过氧化物酶等主要酶类活性增加，加快多酚类的氧化聚合，茶多酚、儿茶素各组分和总量等相对减少；呼吸作用相关酶活性越高，则呼吸作用越剧烈，进而对单糖的消耗越多，可溶性糖含量相对较低；氨基酸的脱氨脱羧反应（水解），含量相对较低。因此，与40 ℃发酵相比，30 ℃发酵温度下各样品中的生化成分的含量相对偏高。

2.3 不同变温发酵组合对工夫红茶主要生化成分的影响

在3～4 h的发酵时长阶段，（40 ℃，3 h）发酵处理后氨基酸最终含量为5.06%，茶多酚含量为19.30%，较（30 ℃，4 h）和（40 ℃ 1 h+30 ℃ 2 h）中氨基酸、茶多酚含量都要低，而可溶性糖和咖啡碱在三种处理间则无显著差异；变温发酵处理（40 ℃ 1 h+30 ℃ 2 h）中最终茶黄素的含量为0.39%，均大于（30 ℃，4 h）和（40 ℃，3 h）中茶黄素的含量，这与感官审评结果相对应。变温发酵工艺中 40 ℃所占的发酵时间越长（1 h～5 h），品质生化成分含量则下降越明显，第一阶段40 ℃处理后转至第二阶段30 ℃发酵处理后茶黄素的含量有小幅度回升，但随着发酵时间的延长又逐渐下降，表明，表明长时高温不利用茶黄素的形成、积累，同时，适当的高温发酵处理有利于加快各生化反应的速度，又不会因长时的高温处理导致反应过度，相反随着高温时间的延长茶叶品质成分如茶多酚、氨基酸等品质成分的含量下降明显，进而使茶汤收敛性减弱，表现为滋味平淡、茶汤发暗，只有适度发酵，多酚类保留适当并与其他水溶性物质相协调、同时保持较高含量茶黄素从而使茶汤爽口而不苦涩，收敛性较强，滋味甜醇。

陈以义等[17]通过红碎茶加工过程中化学动力学及后续试验分析，结果表明，恒温发酵无论是高温或低温茶黄素增加量均不明显，而变温发酵可获得较高茶黄素含量，这与本研究结果基本一致，即试验所得最优发酵茶样中茶黄素的含量较其他处理均有不同程度的提高，与之不同的是本研究在提高茶黄素含量基础上更多地考虑了工夫红茶综合品质的提升。和红州[18]采用三种不同温度方式（先高后低、先低后高、恒定低温）发酵，结果表明先高后低的变温发酵方式茶黄素含量并不高于其他二者，而先高后低的发酵方式在茶多酚、氨基酸含量上较另外两者下降幅度稍大，这与本研究结果较为一致，而其他品质成分则在不同的茶树品种、加工季节间表现出规律不一；同时毛茶感官审评结果亦无突出表现。究其原因可能是加工红茶所采用的的适制品种与黄金茶差异较大，同时除发酵外的其他工序，如萎凋、揉捻等工艺参数的不同亦能导致结果的差异。

感官审评结果与各处理品质成分含量检测结果结合，综合判定变温发酵处理（40 ℃ 1 h+30 ℃ 2 h）为早春黄金茶为原料加工的工夫红茶突出甜醇带鲜（甘鲜味）特征品质的最优工艺。

黄金茶所在产区早春时期气温较低，叶温不高，酶活性较低，加工的红茶发酵过程中多酚类物质的氧化聚合等生化反应在数量上或质量上都难以得到充分体现，导致发酵不匀，叶底靛青明显，导致黄金茶工夫红茶整体质量不高，因此在发酵前期通过短时间增加环境温度以激发发酵叶的酶活性，使部分多酚类在短时间内迅速氧化，待叶温提高后再降低环境温度以减缓发酵反应进程并保持酶活性[19]，本研究结果表明前期适当升高温度再配合相对低温（增温变温法）有利于品质成分茶黄素的积累。

此外，湖南地区5～8月份气温逐渐攀升，最高可超 40 ℃，同理，遇高温茶季时可以采用降温变温法进行红茶发酵，即发酵前期可采用室温而后再降温处理，以形成和积累茶黄素的含量，进而提升黄金茶工夫红茶的整体质量。

3 结论

3.1 关于黄金茶工夫红茶发酵工艺的研究以往主要集中在环境温度、湿度、发酵时间、通氧量等参数的优化，现已形成了一套通用型的发酵参数[9]，但针对发酵方式的研究报道不多，本研究结果表明，变温发酵加工的黄金茶工夫红茶色泽黑褐尚润，滋味甜醇、鲜爽，甜香尚高长，汤色红亮，叶底尚红匀，整体品质优于恒温发酵；同时，随着发酵程度的加深，茶汤颜色由红亮向红暗转变明显，滋味由甜醇向纯和尚甜方向发展，叶底逐渐变暗失去光泽（红亮转为红褐），并随着发酵第一阶段（40 ℃）占据总体发酵时长比例的增加而表现的更为明显；变温发酵处理与30 ℃、40 ℃恒温发酵处理相比，茶多酚、游离氨基酸总量、可溶性糖等含量无显著差异，茶黄素的形成与积累优于恒温发酵处理；基于感官审评结果与品质成分含量检测结果，综合判定变温发酵处理（40 ℃ 1 h+30 ℃ 2 h）是以黄金茶为原料加工工夫红茶甜醇带鲜特征品质的最佳工艺。

3.2 本研究变温发酵参数主要针对湖南地区早春气温偏低，发酵难以得到均匀而设置，无论前段高温还是后段低温均高于届时气温，操作性较强，总发酵时间较传统发酵大大缩短，达到了提高品质和提高效率相统一的效果；但值得注意的是，实际上发酵的前序工序揉捻已启动发酵中的化学反应，因此后续研究把揉捻纳入到发酵进程将有助于进一步扩大该技术的适用范围。