福鼎白茶中风味检测方案(感官智能分析)

食品科技分析检测·Vol.38，No.12，2017 食品m科技-分析检测Science and Technology of Food Industry 福鼎白茶风味的电子鼻和电子舌评价研究 潘俊娴，段玉伟，蒋玉兰，吕杨俊，张海华，朱跃进，张士康* (中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院， 浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州310016) 摘 要：本文采用电子鼻和电子舌对不同冲泡条件下的福鼎白茶的风味品质进行检测区分，并与感官审评结果相比较分析。运用电子鼻对经不同时间、温度、茶水比、冲泡次数和水质处理的福鼎白茶的挥发性物质变化进行测定，对所得数据进行主成分分析( Principal component analysis，PCA)和线性判别分析(Linear discriminant analysis，LDA)，发现不同冲泡条件下福鼎白茶的风味不同，LDA分析方法比PCA 方法对不同冲泡条件福鼎白茶的区分效果更好。通过电子舌对不同冲泡条件下的福鼎白茶进行检测，发现不同冲泡条件对福鼎白茶的滋味具有一定的影响，对数据进行 PCA 分析结果表明电子舌能够将不同的处理区别开来。不同冲泡条件下福鼎白茶风味感官审评结果具有差异，将电子鼻和电子舌数据与感官审评结果相比较，发现仪器评价替代感官评价尚有距离。 关键词：福鼎白茶，冲泡，电子鼻，电子舌，风味成分 Evaluation of Fuding white tea flavorusing electronic nose and electronic tongue PAN Jun-xian，DUAN Yu-wei，JIANG Yu-lan，LVYang-jun， ZHANG Hai-hua，ZHU Yue-jin，ZHANG Shi-kang ( Hangzhou Tea Research Institute， CHINA COOP，Zhejiang Key Laboratory ofTransboundary Applied Technology for Tea Resources，Hangzhou 310016，China) Abstract：In this study，an electronic nose and an electronic tongue were employed to detect flavor quality of Fuding white teaat different brewing conditions，and compared with the results of sensory evaluation.Electronic nose was used to determine thevolatile compounds of white tea at different time， temperature， ratio of tea and water， brewing time and water quality. The dataobtained were analyzed by the methods of principle component analysis ( Principal component analysis， PCA) and lineardiscrimination analysis(Linear discriminant analysis，LDA).The results showed that the flavor of Fuding white tea was differentat different brewing conditions and LDA was more effective in distinguish white tea from the same species at different brewingconditions. Meanwhile， Fuding white tea under different brewing conditions was also analyzed by electronic tongue. Differentbrewing conditions had an effect on the taste of white tea and electronic tongue could distinguish different treatment by PCA.The results of sensory evaluation of Fuding white tea under different brewing conditions also varied.The data from electronicnose and electronic tongue was compared with the results of sensory evaluation and it was far from replacing sensory evaluationwith instrument evaluation. Key words：Fuding white tea；brewing；electronic nose；electronic tongue；flavor component 中图分类号：TS272.7 文献标识码：A 文章编号：1002-0306(2017)12-0025-07 doi：10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.005 白茶是我国传统六大茶类之一，茶鲜叶采摘后，不经杀青或揉捻，只经过萎凋和干燥加工而成，形成独特的清淡回甘滋味。白茶原产地在福建，主要产区为福鼎、政和、公溪、建阳等地。白茶富含儿茶素?、茶氨酸等活性成分，具有抗氧化”、防癌抗 癌等等用。 目前，对茶叶品质的评价主要靠感官审评，但存在费时费力、主观影响等不足。电子鼻通过模拟人类嗅觉系统实现品质评价，具有样品预处理简单、检测时间短、便于重复、检测结果可靠等特点3。 ( 收稿日期：2016-11-01 ) ( 作者简介：潘俊 娴(199 1-) ，女 ，硕士 ，研 究方向 ： 茶 食品 技 术 与 产 品研 发， E - m ail： xia n z i z m cx@ 16 3 .com。 ) ( * 通讯作者：张士 康(1965 -)， 男，博 士 ，高级工程师，研 究 方向：茶资源 综 合利 用 ， E -mail ： zc y te afood@ 1 63. c om。 ) ( 基金项目：“十二 五 ”国 家 科 技支撑计划项目 ( 2012 BAD36B06) 。 ) 目前，电子鼻在食品工业有着广泛的应用，在茶叶品质方面也有报道，如刘远方等建立了电子鼻研究信阳毛尖茶香气的分析方法，区分指数达90。史波林等利用电子鼻来判别西湖龙井等级，建立了不同等级西湖龙井茶的判别模型，正确率高达95%以上。Yu等110-12也利用电子鼻对不同质量等级的龙井绿茶进行判别。Chen 等3采用电子鼻对绿茶、红茶和乌龙茶进行判别，判别率达100%。也有研究将电子鼻结合其他技术手段评价茶叶品质，如采用电子鼻结合GC-MS对不同等级的绿茶和红茶风味进行分析4，通过电子鼻结合感官评价的方法判别不同产地和等级的绿茶和红茶. 电子舌是模仿人体味觉系统的传感器，具有高灵敏度、可靠性和重复性等优点1。在茶叶中也有一定应用，主要用于不同种类或等级茶叶的区分、茶叶地理位置的鉴别及茶饮料的鉴别等，如贺玮等18采用电子舌与主成分分析相结合能够区分不同等级的普洱茶，姜莎等采用电子舌与主成分分析和聚类分析相结合可以很好地区分市场上的7种红茶饮料。吴瑞梅等201采用电子舌评价绿茶的滋味品质，建立了滋味感官评分与电子舌传感器响应值间的BP-ANN模型，该模型的预测值与实际评分之间无显著差异，相关系数达0.932。 电子鼻和电子舌是从同一种物质的不同方面进行分析评价。甘芝霖等5.21分别采用电子鼻和电子舌均可将不同等级信阳毛尖茶进行良好区分。李达敏等2利用电子鼻和电子舌技术对海南红碎茶进行研究，并与感官审评结果相比较，结果表明电子鼻和电子舌能够区分不同海南红碎茶的香气和滋味，与感官审评结果基本一致。将电子鼻和电子舌结合使用有助于提高结果准确性，如将电子鼻与电子舌结合能够有效提高红茶判别率123.24。目前，电子鼻和电子舌在茶叶方面的应用大都集中于不同等级茶叶品质的检测，而对于不同冲泡条件下茶叶品质检测分析方面的研究报道很少。 同一茶叶样品冲泡过程中，影响品质的因素主要有冲泡温度、时间、茶水比、次数、水质等，研究发现冲泡时间和温度对儿茶素的浸出起到显著影响；低 Ca含量的水有利于绿茶的冲泡261；pH为3~5.3时冲泡绿茶较合适”。不同冲泡条件也影响茶汤的风味品质，研究表明冲泡温度和时间影响土耳其绿茶茶汤的色泽、滋味和香和，85℃冲泡3 min时感官评分最高。目前，有关冲泡条件对茶叶品质景响的研究大多针对绿茶，与白茶相关的研究尚不多见。本文尝试采用电子鼻和电子舌对不同冲泡条件下福鼎白茶的风味品质进行检测，并与感官审评结果相比较，旨在为福鼎白茶的质量分级和风味品质的仪器数字化评价提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 材料与仪器 福鼎白茶，白毫银针(含水量7.02%) 福建八闽茶庄提供；实验用矿泉水 农夫山泉(建德)新安江饮料有限公司；实验用纯净水 娃哈哈食品有限 公司19L桶装水；实验用自来水 测试实验室用自来水。 TS-5000Z味觉分析系统(电子舌) 日本INSENT 公司；PEN3 型便携式电子鼻系统 德国AIRSENSE 公司；BS110S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；GZX-9246鼓风干燥箱 上海博讯事业有限公司；LSY电热恒温水浴锅 北京医疗设备厂。 1.2 实验方法 1.2.1 福鼎白茶的冲泡 采用 GB23776-2009 茶叶感官审评方法中的评审专用杯碗作为福鼎白茶冲泡用具，按表1中的编号和冲泡条件进行冲泡，取茶汤进行相关分析检测。 表1 冲泡条件设计 Table 1 The design of brewing conditions 茶水比 温度 冲泡时间 样品号 (g/mL) (℃) (min) 水质 冲泡次数 1 1：50 100 5 纯水 1 2 1：30 100 5 纯水 1 3 1：60 100 5 纯水 1 4 1：50 100 5 纯水 5 5 1：50 100 7 纯水 1 6 1：50 100 5 纯水 7 1：50 100 5 纯水 3 8 1：50 100 5 纯水 4 9 1：50 100 3 纯水 1 10 1：40 100 5 纯水 1 11 1：50 90 5 纯水 12 1：50 80 5 纯水 1 13 1：50 100 5 矿泉 14 1：50 100 5 自来 1.2.2福鼎白茶茶汤风味感官分析 对表1所得的茶汤参考借鉴 GB/T 23776-2009茶叶感官审评方法中的审评标准对茶汤香气和滋味进行评价，评价地点为国家茶叶质量监督检验中心感官审评室，感官审评小组均具有国家高级评茶师职业资格，具体评价品质评语与因子评分见表2。 表2白茶品质评语与因子评分表 Table 2White tea quality evaluation and factor assessment 因子 档次 品质特征 给分 香气 甲 嫩香、毫香显 90~99 乙 清香、尚有毫香 80~89 (c) 丙 尚纯，或有酵气或有青气 70~79 滋味 甲 毫味明显、甘和鲜爽 90~99 乙 醇厚较鲜爽 80~89 (d) 丙 尚醇、浓稍涩、青涩 70~79 1.2.3 电子鼻检测 分别称取不同冲泡条件下的福鼎白茶茶汤10.0g于顶空瓶中，用于后续电子鼻检测，每个茶样设置6次平行，该电子鼻含有10个不同的金属氧化物传感器(表3)。电子鼻每隔1s采样一次，样品准备时间5 s，连续采样150 s，清洗时间 30 s，归零时间10 s，内部流量260 mL/min，进样流量260 mL/min 表3 传感器性能描述 Table 3 The properties of sensors 传感器 性能描述 检测范围 名称 (mL·m) W1C 对芳香成分灵敏 10 W5S 灵敏度大，对氮氧化合物很灵敏 W3C 对氨水、芳香成分灵敏 10 W6S 主要对氢气有选择性 100 W5C 对烷烃、芳香成分灵敏 1 W1S 对甲烷灵敏 100 W1W 对硫化物灵敏 W2S 对乙醇灵敏 100 W2W 对芳香成分、有机硫化物灵敏 1 W3S 对烷烃灵敏 10 1.2.4 电子舌检测 采用电子舌对茶汤样品进行味觉风味分析。首先进行系统自检和准备，启动分析系统软件，自检结束后，将传感器阵列浸入去离子水中清洗10 s，再在0.01 mol/L 盐酸中清洗120 s，如此反复3次，循环结束后再将传感器阵列浸浸人去离子水中清洗10 s，然后依次是0.01 mol/L盐酸中清洗120s、去离子水中清洗10 s、0.01 mol/L氢氧化钠中清洗120 s、去离子水中清洗10 s、0.01 mol/L谷氨酸钠中清洗120 s，如此循环6次。系统自检后即可测定样品，将35 mL 茶汤装人50 mL专用检测杯中(室温20℃)进行检测。 1.3 期项收作 电子鼻检测数据的信号采集时间为150s，取平稳状态下147~150 s的测量数据作为分析的点，采用PEN3 自带 WinMuster 数据处理软件进行主成分分析法( Principal component analysis，PCA)和线性判别分析法(Linear discriminant analysis，LDA)数据分析。电子舌数据采用自带的软件系统进行主成分分析法(PCA)分析。 2者简稿介通2目摘要基关键日词中图讯金 2.1.1 不同冲泡时间下福鼎白茶的电子鼻检测 采用PCA对不同冲泡时间下茶样的电子鼻数据进行分析，如图1(a)所示。PCA图中个个点代表一个样品，点间距离代表样品之间差异的大小。图中两成分累积贡献率达到99.53%，能反映原始数据的信息。冲泡3min(样品号9)的福鼎白茶能够与5 min(样品号1)、7 min(样品号5)的白茶区分，但冲泡5 min和7 min 的白茶香气质量较为接近，有一定的重叠，不能良好的区分，说明风味物质有一定的共性。因此，需要运用 LDA方法进一步分析。 LDA可以很好地区分不同冲泡时间的福鼎白茶(图1b)，LD，和LD，的贡献率分别为67.28%和10.76%。LDA 注重分析芳香速率(各类中心点间的距离)的变化，因此，从图1(b)分析可得，冲泡 3 min与冲泡 5 min 的 LD，变化很大，说明冲泡过程中风味 成分变化很大，而冲泡 5 min 与 7 min 的LD，变化较小、LD，变化较大。由此说明，福鼎白茶在冲泡过程中随着冲泡时间的延长，风味发生变化。 图1 不同冲泡时间福鼎白茶的(a)PCA和(b)LDA分析图 Fig.1 (a)PCA and(b)LDA graphs ofFuding white tea at different brewing time 2.1.2 不同冲泡温度下福鼎白茶的电子鼻检测 图2为不同冲泡温度下福鼎白茶的PCA 和LDA分析图。由图2(a)可知，两种成分总贡献率虽为99.69%，但在80℃(样品号12)和90℃(样品号11)冲泡温度下的福鼎白茶重叠区域较大，不能够得到区分，但与冲泡温度100℃(样品号1)的白茶能够得到很好的区分。LDA可以区分不同冲泡温度的福鼎白茶图2(b)，LD，的贡献率为94.19%，LD，的贡献率为1.83%，累积贡献率达到96.02%。从图2(b)可以看出，冲泡温度80℃和90℃的LD，在相近数值范围中，风味较为相近，而冲泡温度达到100℃后，在LD方向变化很大，说明冲泡温度上升到100℃时，风味成分变化很大。 2.1.3 不同冲泡茶水比下福鼎白茶的电子鼻检测 对不同茶水比冲泡得到的福鼎白茶的风味物质进行PCA分析，结果如图3(a)所示。四个处理下的福鼎白茶在 PCA 图上的分布都较为分散，而且它们之间的重叠区域较大，不能够得到区分。而图3(b)中LDA分析可以明显区分不同茶水比冲泡的白茶，累积贡献率为89.32%。茶水比1：30(样品号2)和1：60(样品号3)的样品中心距离最近，而与茶水比1：40(样品号10)和1：50(样品号1)距离较远，说明福鼎白茶在茶水比1：30和1：60条件下风味差异较小，而与茶水比1：40和1：50风味差异较大，其中茶水比1：40冲泡的白茶风味差异最大。 2.1.4 7不同冲泡次数下福鼎白茶的电子鼻检测 由图4(a)可知，不同冲泡次数的福鼎白茶 PCA分析中，两成分的累积贡献率为99.76%。第1泡(样品 图2不同冲泡温度福鼎白茶的(a)PCA 和(b)LDA分析图 Fig.2 (a)PCA and(b)LDA graphs ofFuding white tea at different brewing temperature 图3 不同冲泡茶水比福鼎白茶的(a)PCA 和(b)LDA分析图 Fig.3 (a)PCA and(b)LDA graphs ofFuding white tea at different brewing ratio of tea and water 号1)和第2泡(样品号6)的白茶风味得到很好的区分，其中第1泡与第3~5泡(样品号7，8，4)的风味之间的距离相对于第2泡与第3~5泡之间的距离更远，说明第1泡的白茶风味与第2~5泡具有明显的差异。采用 LDA法对数据进行分析，如图4(b)，不同冲泡次数白茶分布的密集程度得到了较大提高，第4泡与5泡的白茶有重叠区域，区分度不高，而第1~3泡的白茶能得到较好的区分，与 PCA分析相似， 第1泡的白茶与其余处理有明显的差异。可以看出冲泡次数越多，图中距离越近，差异越不明显，说明随着冲泡次数的增加，新生成的挥发性成分逐渐减少，风味逐渐趋于相似，主要是因为冲泡初始阶段风味前体物质比较丰富，随着次数的增加，风味前体物质逐渐减少。 3.3 图4 不同冲泡次数福鼎白茶的(a)PCA 和(b)LDA分析图 Fig.4 (a)PCA and(b)LDA graphs ofFuding white tea at different brewing times 2.1.5 不同冲泡水质下福鼎白茶的电子鼻检测 采用PCA和LDA对不同水质冲泡白茶的风味数据进行分析，如图5所示。不同水质冲泡的白茶PCA分析中，两成分的总贡献率为99.38%，旦三个样品在PCA图上分布较为分散，重叠区域较大，不能够得到有效的区分，其中自来水(样品号14)冲泡的白茶能够与纯水(样品号1)冲泡的白茶进行区分。LDA分析可以很好区分不同水质冲泡的白茶，总贡献率达到88.68%，用矿泉水(样号号13)和自来水冲泡的白茶中心距离最近，而与纯水冲泡的白茶距离较远，说明矿泉水和自来水冲泡的福鼎白茶风风差异较小，而与纯水冲泡的白茶风味差异较大。不同水质对白茶风味的影响，与其 pH，离子含量和硬度有关28，研究发现 CaFeAl和 Zn显著地影响绿茶茶汤的香气261，纯水、矿泉水、自来水的离子含量存在差异，所以其冲泡的白茶风味具有差异。 2.2 福鼎白茶滋味的电子舌检测 通过电子舌对不同冲泡条件下的福鼎白茶进行滋味分析，从图6可以看出福鼎白茶在不同冲泡条件下的甜味、酸味、鲜味差异性较大，苦味、涩味和回味-B差异不明显，说明不同冲泡条件对甜味、酸味、鲜味影响较大，而对苦味、涩味和回味影响较小。 对电子舌得到的数据进行 PCA分析，结果如图7所示，第1主成分和第2主成分的贡献率分别为60.17%和26.95%，累计贡献率达到87.12%，表明这 第 福鼎白茶风味的电子鼻和电子舌评价《食品工业科技》 潘俊娴 段玉伟 蒋玉兰 吕杨俊 张海华 朱跃进 张士康中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室 摘要：本文采用电子鼻和电子舌对不同冲泡条件下的福鼎白茶的风味品质进行检测区分,并与感官审评结果相比较分析。运用电子鼻对经不同时间、温度、茶水比、冲泡次数和水质处理的福鼎白茶的挥发性物质变化进行测定,对所得数据进行主成分分析(Principal component analysis,PCA)和线性判别分析(Linear discriminant analysis,LDA),发现不同冲泡条件下福鼎白茶的风味不同,LDA分析方法比PCA方法对不同冲泡条件福鼎白茶的区分效果更好。通过电子舌对不同冲泡条件下的福鼎白茶进行检测,发现不同冲泡条件对福鼎白茶的滋味具有一定的影响,对数据进行PCA分析结果表明电子舌能够将不同的处理区别开来。关键词：福鼎白茶;冲泡;电子鼻;电子舌;风味成分;