,,,*, ,,,,,,

(1.福建农林大学园艺学院,福建福州 350002; 2.福建农林大学茶叶研究所,福建福州 350002;3.福建省茶学重点实验室,福建福州 350002)

乌龙茶起源于福建省,作为中国的特种茶类之一,制茶历史悠久[1-2]。根据地区不同划分为福建省、广东省、台湾省三个主产区,其中以福建省产区最为突出[3],福建乌龙茶又分为闽北乌龙茶和闽南乌龙茶两大类[4]。颗粒形乌龙茶是闽南乌龙茶的典形特征,其外形呈颗粒状,紧结重实,色泽砂绿,被形象地比喻为“蜻蜓头、青蛙腿”,其独特的外形与造型过程直接相关[5]。颗粒形乌龙茶造型关键是基于制叶的柔软性、塑性和弹性的力学特性，利用揉搓挤压扭转力配合烘焙工序,塑造出卷曲紧实的外形特点[6]。

造型是颗粒形乌龙茶加工环节中的重要一环,也是阻碍乌龙茶连续化生产的主要瓶颈[7]。传统人工包揉为布包蹂蹍-解块-再布包蹂蹍,多次循环反复,左右脚交替,一边蹂踏茶叶,一边向后碾转,使茶布包上下左右滚动,布巾内的茶叶受到搓揉力和压力的综合作用[8];乌龙茶机械包揉工艺仍延用人工包揉的原理,凸棱立辊自转和棱骨揉盘旋转均对茶包产生搓揉力,速包机立辊的侧向运动和平板机揉盘的下降运动对茶包产生压力[9-10]。无论人工包揉还是机械包揉,皆服从搓揉力与压力等综合作用使茶叶产生褶叠-紧条-卷曲-颗粒的形变规律,造型后的茶叶体积缩小5～8倍;近年出现的乌龙茶、红绿茶油压机快速造型工艺,则是服从各向压力使茶叶产生褶叠-紧条-弯曲-颗粒的形变规律,反复多次的造型-松包-造型,促使片状茶叶形成颗粒状。目前,不同造型力之间对颗粒形乌龙茶的造型效果以及造型过程乌龙茶力学特性、生化变化及香气感官品质的影响研究较少报道,尤其对以压揉为代表的纯压力造型工艺对茶叶品质影响机制的研究更少。

本文拟对颗粒型乌龙茶不同造型设备进行必要的简化,以搓揉力与压力综合模型(简称A模型)和纯压力模型(简称B模型)分别代表乌龙茶包揉机和油压式压揉机的主要特征,基于两种力模型开展乌龙茶成型过程的叶片塑性、色泽、香气品质变化研究,深入探明不同力模型之间的在制叶力学特性、微观形态及主要生化成分变化、毛茶色泽品质、香气品质以及感官品质的差异,以期为深刻认识不同造型力作用机理及其对乌龙茶品质的影响提供理论支撑,为颗粒形乌龙茶造型设备研制和改进提供科学依据,为进一步提升颗粒型乌龙茶造型工艺技术提供理论和实际指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

铁观音叶梢 按驻芽3、4叶标准秋季采摘,试验分别在福建安溪大宝峰茶叶有限公司和福建农林大学茶学系实验室进行。

NM 6CSBG-22型速包机 南美茶叶机械;NM6CPB-75型平板包揉机 南美茶叶机械;6CYR-100型压揉机 佳友茶机;HD-609A型全电脑式拉力试验机 海达国际仪器有限公司;6890N-5975B型气相色谱-质谱联用仪 安捷伦公司;YS3060型高精密度分光测色仪 深圳三恩时公司;SP-722型可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司;L-500台式低速离心机 湘仪公司;BSA124S型电子天平 赛多利斯科学仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 毛茶的制作 按颗粒形乌龙茶加工工艺流程制备供试样:鲜叶→日光萎凋(30 min)→做青(摇青↔晾青4次)→杀青(220 ℃)。各取杀青叶25 kg,进行A、B两种力模型造型,造型工艺如下。

A处理:杀青叶→速包平板包揉(6次)↔解块(6次)→初烘(170 ℃)→速包平板包揉(4次)↔解块(4次)→复烘(140 ℃)→速包平板包揉(4次)↔解块(4次)→足干(100 ℃)→毛茶。

B处理:杀青叶→压揉(6次)↔解块(6次)→初烘(170 ℃)→压揉(4次)↔解块(4次)→复烘(140 ℃)→压揉(4次)↔解块(4次)→足干(100 ℃)→毛茶。方案设计见表1。

表1 颗粒形乌龙茶不同力模型造型实验方案Table 1 Experimental test on different molding methods of round Oolong tea

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 叶片力学特性 采用HD-609A型全电脑式拉力试验机,测定叶片应力、应变、弹性模量等力学特性。将叶片放入测力仪的特制夹具,沿着叶片主脉方向拉伸,加载速度为(100±5) mm/min,标距22 mm,测定10次,对10条应力-应变曲线等分取16点,取该点平均应力和应变数值,合成总应力-应变曲线。取样点为杀青叶、第2、4、6、8、10、12、14次造型叶,各点次序记为Ai(i=0,2…10,14),Bi(i=0,2…10,14)。

1.2.2.2 石蜡切片光学显微观察 采用石蜡切片法[11-13]。取样点为第6、10、14次的造型叶。

1.2.2.3 生化成分含量 茶-磨碎试样制备及干物质含量测定法(GB/T8303-2013)[14];茶多酚(GB/T8313-2008)[15];游离氨基酸总量(GB/T8314-2013)[16];咖啡碱(GB/T8312-2013)[17];水浸出物(GB/T8305-2013)[18];黄酮类含量(三氯化铝比色法)[19];取样点为杀青叶、第2、4、6、8、10、12、14次造型叶、毛茶,重复3次。

1.2.2.4 毛茶色泽 采用YS3060型高精密度分光测色仪测定茶样干茶粉末色差,用1.2.2.3制备法将磨碎试样装入粉末测试盒中,以黑板为参照。混合液萃取法测定茶样中叶绿素含量[20],取样点为毛茶,重复3次。

1.2.2.5 毛茶香气成分 香气提取采用HS-SPME法[21]:称取10.0 g磨碎茶样加入2 mg/mL癸酸乙酯(内标)25 μL,100 mL沸腾蒸馏水,于磁力搅拌器上(转速450 r/min),在50 ℃干燥箱中平衡5 min后再吸附40 min,最后在GC-MS进样口于230 ℃下解吸5 min。

GC-MS条件:色谱柱:HP-5MS(30 m×0.25 mm ID×0.25 μm);载气为高纯氦气,99.99%;进样口温度:230 ℃;脉冲不分流,进样1 μL,柱流速:1 mL/min;色谱-质谱接口温度:250 ℃。离子源温度:230 ℃;离子化方式:EI;电子能量:70 eV;程序升温参数:50 ℃保持2 min,以5 ℃/min升至180 ℃,保持2 min,再以10 ℃/min升到230 ℃保持5 min。 定性方法:在随机ChemStation工作站NIST08标准谱库上检索匹配,结合相关文献、香气成分相对保留时间以及茶叶中香气成分等进行香气组分定性;定量方法:采用峰面积归一化法。

1.2.2.6 毛茶感官审评 感官审评根据GB/T 23776-2009方法,5位专家密码感官审评,各因子评分权重:外形25%+香气25%+滋味25%+汤色15%+叶底10%。重复3次。

1.3 数据分析方法

图表制作采用Microsoft Office Excel 2010;显著性分析采用SPSS 19.0统计软件。

2 结果与分析

2.1 不同力模型造型的在制叶力学特性变化

茶叶应力与应变反映了茶叶造型过程所受力的变化;弹性模量则描述茶叶的弹性变化[22]。不同力模型乌龙茶造型各阶段的应力-应变曲线变化见图1,力学特性指标见表2。

图1 不同力模型造型的在制叶应力-应变曲线Fig.1 Stress-strain curves of the processing leaves under different force models

表2 不同力模型造型的在制叶的力学指标Table 2 Mechanical properties of tea leaves under different force models

由图1可知，造型初期A2-A6具有相同趋势，较平缓，说明A处理造型是个循序渐进过程，B处理B2-B6曲线从陡而短转变为平而长，表明B处理在持续高压下，叶片此时产生屈服现象，塑性增强，易造型；造型中期A8和B8弹性变形阶段曲线几乎重合，弹性相近，A10曲线较B10曲线更加陡而短，表明此时A处理叶片弹性增大，也达到造型好时机；造型末期A12、A14和B12、B14曲线都较相近，此时造型力度都不易过大。从表2来看，A、B处理在制叶最大应力均值分别为32、35 kgf/cm2,差异显著(p<0.05),最大应力除了B10小于A10外,其余取样点B处理的最大应力均高于A处理,说明在制叶最大应力受造型力度影响较大;两种处理的弹性模量差异不显著(p>0.05),说明A、B处理叶弹性差异不大;造型第6次和第10次,B处理的弹性模量和最大应力出现大幅度下降,这是因为持续的高强度造型力超过其承受极限,叶梢受力大而产生“屈服”现象,促使叶梢的柔软性和塑性提高,使在制叶在短时间内迅速被紧压。A处理的最大应力和弹性模量呈现逐步提高的趋势,因此叶梢在最大应力范围之内,具有循序渐进变形的特点,有利于茶叶逐渐形成紧结卷曲外形。

A、B处理在制叶平均最大应变值分别为31.27%、34.12%,达到显著差异(p<0.05),A处理最大应变波动较小,B处理最大应变造型末期大幅度下降,B14低于A14,说明此时在制叶因为持续较大的作用力,组织结构破损严重,较容易断裂,塑性低于A处理。

2.2 不同力模型造型的在制叶微观形态的变化

不同力模型造型的在制叶的光镜200倍微观形态如图2所示。乌龙茶造型过程中叶片发生皱褶,出现叶细胞间隙变小、叶组织晶格位移、组织细胞排列不整齐的现象,茶汁外溢,叶片柔软性和塑性增大。A处理叶细胞受到搓揉力作用,叶片先皱褶后扭卷,皱褶纹路浅,叶组织损伤较轻;B处理压力为A处理的3倍,反复多次的各向压力使叶组织产生许多纹路较深的皱褶,损伤较严重,这可能是B处理茶叶浸出率比A处理高的主要原因。

图2 不同力模型造型的在制叶微观形态(200×)Fig.2 Microscopic morphology of processing leaves made in different force models(200×)

2.3 不同力模型造型的在制叶和毛茶的生化成分变化

茶叶色、香、味、形的综合表现以生化成分为物质基础。不同力模型造型的在制叶生化成分变化趋势见图3。

图3 不同力模型造型的在制叶的主要生化成分变化Fig.3 Changes of biochemical components of processing leaves made in different force models

水浸出物代表茶叶中可溶性物质含量,关系到茶汤滋味的浓度[23]。由图3可得,在制叶水浸出物含量总体呈下降趋势,原因在于造型中多酚类物质发生氧化缩合反应,导致含量降低，从而影响水浸出物含量[24]。由表3可知,毛茶水浸出物含量A处理与B处理之间差异不显著(p<0.05)。

表3 不同力模型造型的毛茶主要生化成分差异分析Table 3 The average content and difference analysis of biochemical components of primary tea made in different force models

茶多酚对茶汤的涩味和收敛性起重要作用[25],是茶叶品质的重要成分之一。由图3可知,两种处理在制叶的茶多酚,总体呈下降趋势,原因在于湿热条件下,多酚物质发生氧化缩合聚合等反应导致含量减少[24,26]。由表3可知,毛茶茶多酚A处理显著高于B处理(p<0.05),可能与A处理叶细胞损伤小、茶多酚非氧化分解较少有关。

氨基酸不仅在茶叶加工中参与茶叶香气的形成,同时也是构成茶汤鲜爽度的重要化学成分[27]。如图3所示,A、B处理的氨基酸含量在造型过程总体降低。原因在于,氨基酸与糖发生缩合作用以及氨基酸直接脱水形成其他物质[28],导致其含量降低。由表3可知,两种处理的毛茶氨基酸含量差异显著(p<0.05)。

咖啡碱与茶黄素以氢键缔合形成的复合物具有鲜爽味,对茶汤滋味起到重要作用[27]。如图3所示,咖啡碱含量在两种力模型中总体呈下降趋势;由表3可知,A处理毛茶的咖啡碱含量显著低于B处理,这可能是A处理的造型时间较长,茶包在湿热环境下,咖啡碱高温升华损失导致含量减少[29]。

黄酮影响茶汤色泽,是构成汤色形成的重要组分之一[27]。如图3所示,造型过程中,黄酮含量在两种造型处理下总体呈下降趋势,原因在于黄酮本身不稳定,容易氧化,随着造型一步步进行,在热作用下促进其氧化分解,导致其含量降低[26,28]。由表3可知,A处理毛茶的黄酮含量显著低于B处理(p<0.05)。

2.4 不同力模型造型的毛茶色泽比较

2.4.1 不同力模型造型的毛茶色差比较 色差指标中,L*代表光泽度,+表示L*越高,茶叶光泽度越好;a*代表红绿度,+表示红色程度,-表示绿色程度;b*代表黄蓝度,+表示黄色程度,-表示蓝色程度[30]。不同力模型的毛茶色泽指标参数如图4所示。A处理的L*高于B,说明A处理所制毛茶的色泽更亮。A处理和B处理的a*都为负值,说明两者毛茶色泽偏绿,其中A处理的a*更低,说明A处理所制毛茶的色泽绿色程度更深,A处理更能保持茶叶的绿度和亮度。A处理和B处理的b*都为正值,说明乌龙茶毛茶色泽偏黄,A处理的b*值高于B处理,说明A处理的毛茶色泽相较B处理更偏黄些,这可能与A处理造型时间长,茶包在长时间的湿热条件下发生热化学变化,使叶子转黄有关。

图4 不同力模型造型毛茶的色差指标Fig.4 The color indexs of dry leaf of prinary tea made in different forming force

2.4.2 不同力模型造型的毛茶叶绿素含量比较 叶绿素含量的变化对茶叶色泽的变化起重要作用[31]。不同力模型的茶叶叶绿素含量差异如图5所示。两种力模型中,A处理的叶绿素总量以及叶绿素a、叶绿素b均高于B处理,说明压揉力的作用促使叶绿素从叶绿体的蛋白质体中释放,但是在B处理的高压力作用下,叶绿素溶出后不稳定,另一方面,强大的压力作用也可能使得叶绿体直接从细胞中剥落损失，而导致叶绿素含量降低。

图5 不同力模型造型毛茶的叶绿素总量及其组分含量Fig.5 Total chlorophyll and its constituents content difference of primary tea made in different forming force models

2.5 不同力模型造型的毛茶香气品质比较

2.5.1 不同力模型造型的毛茶香气组分分析 不同力模型造型的毛茶香气组分分析如表4。由表4可知,A处理共检测出81种香气成分,B处理共检测出89种香气成分,B处理比A处理多8种,可能是B处理压力比A处理高2倍所致,茶叶的生化反应增强,导致更多种类的香气化合物产生。不同力模型的乌龙茶毛茶香气种类构成差异不大,均由醇类、醛类、酮类、酯类、烯烃类、烷类、杂氧化合物、含氮化合物及其他化合物组成,其中烯烃类、醇类、酯类、含氮化合物为主要香气类型,占毛茶总香气含量的80%以上。

表4 不同力模型造型的毛茶香气成分相对含量Table 4 Aroma component data of primary tea made in different forming force models

续表

续表

烯烃类化合物属于不饱和烃类,对乌龙茶特征香气形成贡献较大,不同处理香气组分以法呢烯(花香)、罗勒烯(花香)为主要呈香物质,占毛茶总香气含量的25%左右,A、B处理的烯烃类化合物含量分别为27.45%、30.26%,B处理比A处理多2.81%;醇类化合物通常带有特殊的花香和果香,不同处理香气组分以橙花叔醇(花果香)、芳樟醇(花香)为主要呈香物质,占毛茶总香气含量的16%以上,A、B处理的醇类化合物含量分别为20.51%、24.87%,B处理比A处理高4.36%。酮类化合物通常表现为花果香[32],B处理的酮类化合物含量(3.42%)比A处理(2.07%)高1.35%。酯类化合物含量在乌龙茶中占有一定比例,对乌龙香气有重要贡献作用[32],A处理酯类化合物含量(23.20%)比B处理(15.35%)高7.85%。两种处理的其他香气组分中A处理的醛类(5.64%)、杂氧化合物(3.28%)的相对含量比B处理(2.85%、1.03%)分别多2.79%、2.25%,B处理的烷烃类(2.23%)、含氮化合物(13.09%)以及其他化合物(5.93%)的相对含量比A处理(1.84%、10.79%、4.37%)分别多0.39%、2.3%、1.56%。

2.5.2 不同力模型造型的毛茶主要香气成分对比 不同力模型造型的毛茶香气的主要香气成分含量见表5。

表5 不同力模型造型的毛茶主要香气成分Table 5 Main aroma components of primary tea made in different forming force

由表5可知,A处理中相对含量较高(相对含量>1%)的前11种物质分别是:α-法呢烯、橙花叔醇、2-丙烯酸丁酯、吲哚、罗勒烯、(Z)-己酸-3-己烯酯、二丁醚、苄异腈、丁酸丁酯、十氢化萘、芳樟醇,占毛茶总香气含量的70.18%。B处理中相对含量较高的前11种物质分别是:α-法呢烯、橙花叔醇、2-丙烯酸丁酯、吲哚、罗勒烯、(Z)-己酸-3-己烯酯、苄异腈、十氢化萘、β-紫罗酮、芳樟醇、苯乙醇,占毛茶总香气含量的71.64%。α-法呢烯、橙花叔醇是乌龙茶赋予特征香气的主导物质,B处理的α-法呢烯(19.36%)、橙花叔醇(19.65%)比A处理多3.22%、5.72%。吲哚低浓度显花香,高浓度致恶臭味,B处理的吲哚(10.48%)比A处理(7.98%)多2.5%。A处理的罗勒烯(7.34%)、(Z)-己酸-3-己烯酯(3.27%)、丁酸丁酯(2.61%)、芳樟醇(2.41%)均比B处理高,这些成分都具有清香、花果香的特征,对茶香贡献大。2-丙烯酸丁酯可能是由一些高级脂肪酸和低级醇脱水缩合而成,这些化合物大多挥发性差且无气味,对茶叶香气贡献不大。二丁醚属于杂氧化合物对茶叶香气贡献不大;十氢化萘属于饱和烃化合物,饱和烃大多无气味,对茶香贡献不大[33]。

2.6 不同力模型造型的毛茶感官品质分析

不同力模型造型的毛茶感官审评结果及其外形、颗粒状、汤色、叶底分别如表6、图6所示。

表6 不同力模型造型毛茶的感官审评结果Table 6 Sensory evaluation results of primary tea made in different forming force

图6 不同力模型造型毛茶的外形、颗粒状、汤色、叶底Fig.6 The appearance,particle,soup color and leaf residue of primary tea under different forming force models

由表6和图6可知,A处理的审评综合总分为83.65分，高于B处理的82.40 分。其中,A处理的外形、汤色、滋味、叶底表现优于B处理,B处理存在欠缺“蜻蜓头、青蛙腿”的典型外形特征以及不耐冲泡,叶底易松散的问题,但是B处理可能由于造型时间短,香气更加淸高,略优于A处理。综上所述A处理的颗粒形乌龙茶综合感官品质更优于B处理。

3 讨论与结论

造型中,A、B处理在制叶最大应力和最大应变均值达到显著差异(p<0.05),B处理造型末期由于持续强大的作用力,在制叶短时内快速变形,茶叶组织结构发生较大的晶格位移,损伤较重;A处理循序渐进造型方式利于茶叶外形圆紧结。两种处理在制叶的主要生化成分总体呈下降趋势;两种处理毛茶的茶多酚、氨基酸、咖啡碱、黄酮含量达到显著差异(p<0.05),A处理毛茶中叶绿素a、叶绿素b更高,干茶色泽也更偏绿偏明亮。两种处理的毛茶香气组分以烯烃类、醇类、酯类、含氮化合物为主,B处理的α-法呢烯、橙花叔醇相对含量高于A处理,A处理的罗勒烯、(Z)-己酸-3-己烯酯、丁酸丁酯、芳樟醇高于B处理,这些成分都具有花果香特征。最后感官审评结果表明,搓揉力与压力模型(A)的毛茶品质优于纯压力模型(B),其中纯压力模型(B)的毛茶外形蜻蜓头、青蛙腿的特征不明显,汤色色泽偏深,叶底易松散。

综上所述,搓揉力与压力模型(A)对茶叶造型表现为循序渐进方式,缓慢作用于茶叶内部,耗时长,品质总体优于纯压力模型(B),但是香气方面略不足,可缩短造型时间减少湿热作用时间改善香气品质。纯压力模型(B)高强度方式,快速作用于茶叶内部,茶叶内化学反应增强,品质形成不如搓揉力与压力模型(A)的毛茶,尤其表现为外形、叶底欠佳。因此颗粒形乌龙茶造型技术未来的重点在于追求效率高和品质优两点兼具,既有 “揉、扭、转、压”等多种作用力结合的方式,使茶叶圆润紧结耐冲泡,又能在适当压力强度范围内提高造型效率,降低劳动强度,实现连续化、自动化、智能化。