黄金茶绿茶风味轮及滋味分类模型的构建

欧阳建，黄纯勇，李适，李娟，彭忠，欧行畅，王英姿，刘洋，刘仲华*，黄建安*

1(国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南农业大学茶学教育部重点实验室，省部共建植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙，410128) 2(湘西自治州湘农大茶产业研究院，湖南 湘西，416099)

黄金茶是经长期自然选择而成的特异高氨基酸茶树资源品种，拥有萌芽早、品质优、产量高、抗性强等优势，具有“翠、香、鲜、浓”的品质特征，以“一两黄金一两茶”而出名[1-3]。滋味是构成茶叶品质的重要因素，与茶叶品种、嫩度、产地和加工工艺密切相关。当前茶叶滋味评价主要依靠感官审评，该方法对审评人具有较高的要求，同时存在难以量化和主观性强等缺陷，如何快速、科学、有效地评价茶叶滋味品质已成为当前的研究热点[4-5]。

风味轮作为一种表现产品风味特征的描述语系统，通过把感知到的风味属性进行归纳分类形成可视化的实用工具，有利于产品品质科学评价以及质量控制，方便从业者和消费者的学习交流[6-9]。目前茶叶研究已建立多个不同季节、产地和加工方式的风味轮，包括浙江十大名茶风味轮[10]、临沧春夏季工夫红茶风味轮[8]、大湘西地区绿茶风味轮[11]和黄大茶风味轮[6]等，但目前还没有关于黄金茶绿茶风味轮的报道。

茶叶品质是多种成分相互作用的结果，利用主成分分析和聚类分析等统计方法，通过茶叶化学成分和感官审评构建茶叶判定模型已在茶叶研究中有较多应用[12-13]。卢丹敏等[14]通过理化成分析和典型判别分析构建了湖南红茶不同等级的量化方法。陈文凤等[4]利用感官审评和茶叶多酚类含量构建了红茶滋味分类特征模型。熊一帆等[15]通过茶叶理化成分和主成分分析以及判别模型能有效实现滇红滋味的量化。目前关于黄金茶绿茶品质的相关研究较少，因此本研究以黄金茶感官审评和理化分析为基础，综合运用主成分分析、聚类分析和判别分析等手段，构建黄金茶绿茶风味轮和滋味类型判别模型，期待能为黄金茶绿茶的品质评价提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本研究中的52个茶样均为2021年春季由湖南省湘西州各个茶企按照同一工艺生产的绿茶，鲜叶采摘时间从2月下旬至4月初(目前黄金茶绿茶生产主要以春季为主)。福林酚、甲醇、茚三酮、N,N-二甲基甲酰胺、冰乙酸、乙腈等国药集团化学试剂有限公司；没食子酸(gallic acid，GA)、谷氨酸、可可碱、咖啡碱(caffeine，CAF)、儿茶素[(+)-catechin, DL-C]，美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

ECOSIL-C18色谱柱日本；LC-2010AHT高效液相色谱仪,日本岛津公司；MS204TS/00 型电子分析天平,美国Metttler Toledo公司；DSY-2-8水浴锅,常州国华有限公司；低速离心机,北京雷勃尔离心机有限公司；UV-2250紫外分光光度计,日本岛津公司。

1.3 实验方法

1.3.1 茶叶审评

参照GB/T 23776—018，由高级评茶师和评茶员7人组成审评小组，男女比例3∶4，根据《茶叶感官审评术语》对茶叶进行密码审评。称取3.0 g黄金茶绿茶，用150 mL沸水冲泡茶叶4 min，对茶叶的香气和滋味等感官品质因子进行特征描述。

1.3.2 化学成分检测

水浸出物按GB/T 8305—87测定，茶多酚(tea polyphenol,TP)总量按GB/T 8313—2018测定，游离氨基酸(free amino acid,FAA)按GB/T 8314—2013测定，茶氨酸含量按GB/T 23193—2017测定。

儿茶素组分、没食子酸和生物碱采用本实验室的高效液相色谱法进行检测[16]。A相流动相为纯水，B相为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和乙酸体积比为39.5∶2∶1.5的混合液；B相以9%的初始比例进行梯度洗脱，10 min内上升至14%，27 min内至36%并持续4 min，32 min下降至9%并持续到37 min结束。

1.3.3 风味轮和滋味判别模型的构建

参照茶叶感官审评术语，提取香气和滋味特征性描述语，绘制风味轮；同时对滋味类型进行分类，利用SPSS进行统计分析并构建黄金茶滋味类型判别模型。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2019 进行数据统计分析，采用IBM SPSS Statistics 22软件进行主成分分析、聚类分析和判别分析，并由Graphpad Prism 7软件绘图。

2 结果与分析

2.1 黄金茶绿茶理化成分分析

对春季52个黄金茶绿茶茶样的水浸出物X1、茶多酚X2、游离氨基酸总量X3、茶氨酸X4、可可碱X5、没食子酸X6、咖啡碱X7、表没食子儿茶素X8[(-)-epigallocatechin, EGC]、儿茶素X9、表儿茶素X10[(-)-epicatechin, EC]、表没食子儿茶素没食子酸酯X11[(-)-epigallocatechin-3-O-gallate, EGCG]、没食子儿茶素没食子酸酯X12[(-)-gallocatechin-3-O-gallate, GCG]、表儿茶素没食子酸酯X13[(-)-epicatechin-3-O-gallate, ECG]等化学成分进行了检测分析(表1)。由于生长温度、湿度、光照等因素影响，茶叶化学成分具有一定差异。由表1可知，本批春季黄金茶绿茶水浸出物含量为36.38%～44.06%，茶多酚含量为16.69%～24.63%，游离氨基酸总量为4.21%～6.21%，咖啡碱含量为2.54%～4.08%。

续表1

2.2 黄金茶感官审评结果

茶叶感官审评应用视觉、嗅觉和味觉等感官对茶叶的汤色、香气和滋味等风味品质进行系统性评价，目前已成为茶叶品质评价的主要方式[17]。本研究参考《茶叶感官审评术语》以及红茶[8]和大湘西绿茶[11]风味轮构建方法，对春季黄金茶样品的汤色、香气和滋味进行了评价(表2)，同时根据是否有鲜爽感将黄金茶样本分为鲜爽型(S1组，18个样品)和醇厚型(S2组，23个样品)，含有涩、闷、高火和烟味缺陷类型则归为其他型(S3组，11个样品)。

对黄金茶各样品汤色的审评结果进行归纳分析(图1)，发现春季黄金茶绿茶样品汤色以绿色系为主，常见的类型包括浅绿、绿、浅黄绿和黄绿等，其中黄绿类型的比例最高。

香气是茶叶感官品质的重要部分，对于茶叶品质风味、优劣和等级划分具有重要影响[18]。根据春季黄金茶绿茶审评结果可知，黄金茶特征香型包括花香、嫩香、嫩栗香和栗香，清香为黄金茶绿茶的基础香型，这与湖南大湘西绿茶的香气类型相似；而黄金茶缺陷香型包括高火、青气、闷和烟味。研究表明清香型绿茶香气成分主要以醛类、醇类、醚类、芳香烃、烷烃类以及酯类等为主，其中芳樟醇、(E)-β-紫罗兰酮、壬醛、乙苯、(Z)-己酸-3-己烯酯、2-正戊基呋喃等对清香型品质的形成具有重要影响[19]。

滋味是评价茶叶的另一项重要指标，绿茶的口感主要由苦味、涩味、鲜味和甜味等构成。黄金茶绿茶具有较高的游离氨基酸总量和茶氨酸含量，酚氨比适中且水浸出物丰富，茶叶滋味品质较好。由图1可知，本批黄金茶样品的特征滋味以醇、厚、爽和鲜为主，缺陷滋味类型包括烟、涩、闷和高火。

表2 黄金茶绿茶汤色、香气、滋味感官审评结果Table 2 Sensory evaluation results of the soup color, aroma and taste of Huangjincha green tea

a-汤色；b-香型；c-滋味图1 黄金茶绿茶的汤色、香气、滋味类型Fig.1 The soup color, aroma and taste type of Huangjincha green tea

以茶叶感官审评术语为基础，提取茶叶的香气和滋味等风味描述结果绘制黄金茶绿茶风味轮(图2)。

图2 黄金茶绿茶风味轮Fig.2 Flavor wheel of Huangjincha green tea

2.3 黄金茶绿茶理化成分的主成分分析和二阶聚类分析

2.3.1 主成分提取

主成分分析通过线性投影，对原始数据进行有效降维并能较好保留数据的原始特性。为了进一步分析黄金茶绿茶的滋味成分，对52个黄金茶绿茶的理化成分进行了主成分分析，按照特征值大于1的提取原则得到主成分的特征值和累计方差贡献率。前4个主成分(PC1、PC2、PC3和PC4)的特征值分别为3.943、2.277、2.017和1.397；前4个主成分方差贡献率分别为30.329%、17.517%、15.517%和10.745%，累积方差贡献率为74.108%，能较好反映原始数据的信息。因此，选取前4个主成分对黄金茶绿茶的化学成分进一步分析。

2.3.2 特征向量计算和主成分分析

对前4个主成分的特征向量进行计算，结果见表3。由主成分的特征向量可知：第一主成分主要综合了各因子变量表儿茶素、表没食子儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯、茶多酚和表没食子儿茶素在黄金茶绿茶中的信息，其中表儿茶素、表没食子儿茶素和表没食子儿茶素没食子酸酯的载荷较高，说明表儿茶素、表没食子儿茶素和表没食子儿茶素没食子酸酯是决定主成分PC1的重要因子；第二主成分中主要综合了没食子酸和可可碱在黄金茶中的信息；第三主成分主要综合了咖啡碱和没食子儿茶素没食子酸酯的信息；第四主成分主要综合了游离氨基酸和茶氨酸在黄金茶中的信息。茶叶多种化学成分相互配合和影响，共同构成黄金茶的优异品质。

表3 前四个主成分特征向量Table 3 The first four principal component eigenvectors

2.3.3 黄金茶绿茶的二阶聚类分析

二阶聚类法可同时对连续变量和类别变量进行聚类，自动确定最好的分类个数，目前已广泛应用于大型数据的处理[20]。本研究基于黄金茶绿茶理化主成分分析可计算出前4个主成分子得分，以各样品的主成分子得分为连续变量，茶叶滋味类型为分类变量进行二阶聚类(二阶聚类结果如表4所示，其中“A”为滋味类型S1，“B”为滋味类型S3，“C”为滋味类型S2)。

由表4可知，52个黄金茶绿茶被分为3种滋味类型，其中18个茶样聚类结果为“A”，占黄金茶绿茶鲜爽型(S1)总比例的100%；23个茶样聚类结果为“C”，占春季黄金茶绿茶醇厚型(S2)总比例的100%；11个茶样聚类结果为“B”，占春季黄金茶绿茶滋味其他型(S3)的100%。结果表明基于黄金茶理化成分的主成分和二阶聚类的联合分析对不同滋味类型的判别具有较高的准确度。

表4 黄金茶不同滋味类型二阶聚类分析结果Table 4 Second-order cluster analysis results of different flavor types of Huangjincha

2.4 黄金茶绿茶滋味判别模型的构建

2.4.1 黄金茶不同滋味类型建模样本分组

为了进一步研究茶叶理化成分与滋味的相关性，以黄金茶感官审评滋味类型分组为基础，将52个黄金茶样品按照3∶1的比例分为模型样本组和检验样本组，其中模型组39个茶样，检验组13个茶样(表5)。模型样本组主要用来建立滋味判别模型，而检验组则对判别模型的效果进行验证。

2.4.2 黄金茶绿茶滋味贝叶斯(Bayes)判别模型的建立

以模型判别组的39个黄金茶绿茶理化成分为基础，通过SPSS进行判别分析建立Bayes函数，构建各滋味类型的判别函数。F1为鲜爽类型，F2为醇厚类型，F3为其他类型：

F1(X)=42.322X1+69.455X2+167.554X3+16.602X4-160.351X5-1 614.138X6+108.142X7-426.820X8-868.868X9+184.902X10+82.402X11+167.523X12-109.904X13-2 088.924

F2(X)=40.349X1+64.511X2+152.354X3+16.490X4-141.773X5-1 472.660X6+107.695X7-382.370X8-799.043X9+144.493X10+71.675X11+150.673X12-98.585X13-1 833.610

F3(X)=37.258X1+71.794X2+167.717X3+14.090X4-157.984X5-1 396.707X6+93.961X7-397.283X8-825.829X9+202.389X10+68.195X11+157.245X12-79.411X13-1 908.818

采用自身验证法和交叉验证法对样品的分类进行验证，可检验判别模型的准确性(表6)。自身验证准确率为100%，所有样品都被正确的分类；交叉验证中醇厚滋味类型中有2个样品被错判至鲜爽型和其他长型，其他组类型中有2个被错判至醇厚型，交叉验证总判对率89.74%，表明该模型具有较好判别效果。

表5 黄金茶滋味判别模型分组Table 5 Grouping of taste discriminant models of Huangjincha

表6 不同滋味类型黄金茶的判别分析结果Table 6 Discriminant analysis results of different taste types of Huangjincha

2.4.3 Bayes判别模型的回判检验

将检验组13个样品的理化成分代入各个滋味类型的判别函数中，进一步检验判别模型的效果。由表7可知，鲜爽型(S1)和醇厚型(S2)样品的正确率均为100%，其他型(S3)有一个样品被错判，正确率为66.67%，总的正确率为92.31%，表明基于黄金茶理化成分建立的Bayes判别模型对滋味分类具有较好的预测效果。

表7 黄金茶绿茶预测样品的判别结果Table 7 Discrimination results of predicted samples of Huangjincha green tea

3 结论与讨论

滋味作为茶叶品质评价的重要指标，包括多酚类、氨基酸类、生物碱类等多种滋味成分。目前的研究主要关注茶叶滋味品质与内含化学成分变化，而单一的感官审评或理化检测有一定的缺陷[21-23]。为探索基于理化成分判别黄金茶绿茶滋味类型的可靠性，本研究以52个黄金茶绿茶感官审评的特征性描述绘制了风味轮，并基于理化成分构建了具有较高准确性的黄金茶绿茶滋味判别类型。

采摘时间、鲜叶等级和加工工艺等都会影响茶叶的化学成分，从而使其形成独特的风味品质。黄金茶绿茶的主要滋味特征有醇、厚、鲜和爽，醇厚感作为名优绿茶的特征滋味之一，表现为入口后的绵延感和满口感，卢佳纯[24]对绿茶茶汤分离纯化和滋味重组发现，绿茶的醇厚感主要与茶叶中茶氨酸、谷胱甘肽和γ-Glu-Gln的滋味互作有关。本研究中醇厚型在黄金茶绿茶的3种特征滋味类型中占绝大部分，这可能与黄金茶含有较高含量的醇厚味茶氨酸和肽类有关。鲜爽型在黄金茶的滋味类型中也占据较高比例，这可能与黄金茶作为高含量氨基酸品种有关，同时咖啡碱与多酚类及其氧化产物的络合也有一定贡献[1]。另外，黄金茶缺陷滋味类型有烟、涩、闷和高火，烟和高火可能是茶叶杀青和干燥过程中过高温度所致，闷味可能与鲜叶雨水叶以及原料堆闷过久有关[11。茶叶风味轮作为一种表现茶叶风味品质的工具，目前已有多个茶类及品种的风味轮研究，本研究利用感官审评构建的黄金茶风味轮，将在一定程度上能为黄金茶的加工、审评和品质改进提供指导作用。

随着现代仪器技术的发展，为了完善感官审评和理化成分检测在茶叶风味品质鉴定的不足，提高茶叶品质评价的准确性与客观性，感官审评与茶叶理化成分相结合实现智能感官判别已成为研究的重要方向[4]。WEN等[25]利用高效液相色谱串联质谱和浊度分析并结合感官审评发现黄酮醇苷为祁门红茶的主要涩味贡献物，分离鉴定了祁门红茶的关键涩味物质反式-4-O-对香豆酰奎宁酸并测定了其滋味阈值，这为探索茶叶中的涩味物质提供了新的方法。常睿等[26]对不同地区黑茶的主要理化成分进行了主成分分析和聚类分析，云南普洱能明显聚为一类，而本文基于黄金茶绿茶主要理化成分的二阶聚类分类结果与感官滋味分类高度一致，这表明茶叶的理化成分与滋味品质密切相关。此外，熊一帆等[15]和欧行畅等[11]以理化成分构建的滇红和大湘西绿茶滋味判别分类与感官审评结果一致，而本研究基于黄金茶绿茶化学成分的滋味判别模型也具有良好的分类效果，这表明茶叶感官审评与理化成分相结合的滋味判别模型具有一定的可行性。

本研究根据黄金茶风味特征绘制了黄金茶绿茶风味轮，并以茶叶滋味化学成分结合多元统计分析构建了黄金茶绿茶滋味判别模型，自身验证、交叉验证和样本验证表明该模型具有较高的准确率。然而，绿茶的风味特征与茶叶的品种、栽培条件、加工过程和贮藏方式等多因素相关，后续需扩大样品数量和检测指标以进一步完善黄金茶绿茶的风味轮和滋味判别模型。