卢丹敏，欧阳建，熊一帆，欧行畅，刘春方，唐俊伟，黄建安，刘仲华,

（1.湖南农业大学茶学教育部重点实验室，湖南长沙 410128；2.国家植物功能成分工程技术研究中心，湖南长沙 410128）

湖南是工夫红茶主产省之一，红茶产地基本覆盖湖南全境，在湘中、湘南、湘西等地区均有生产[1]。传统的湖南红茶干茶条索紧细、色泽乌润、汤色红亮、带有花香、蜜香和果香、滋味甘鲜醇和，是一类以“花蜜香、甘鲜味”为品质特色引领的工夫红茶[2]。

黄浩[3]、银霞[4]等对不同产地、嫩度、滋味类型的湖南工夫红茶样进行感官品质和生化成分比较研究，总结出湖南工夫红茶的基本特点及分类鉴别的品质评价方法。但目前对湖南红茶的品质分析研究相对较少，且未有关于湖南地区红茶等级判别的研究。究其原因一是加工工艺粗放、技术落后、缺乏相应的科技支撑；二是生产企业缺乏标准化，各地红茶产品质量不稳定。鉴于此，本研究选取了湖南省26个具有代表性的红茶茶样，采用感官审评和茶汤化学成分测定国标法对其进行评定及化学成分检测，并进行方差分析和主成分分析，同时通过典型判别分析构建湖南红茶滋味类型判别模型，以期了解湖南红茶品质情况，为湖南地区红茶等级判别提供准确、快捷的参考方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

26个湖南红茶样品 分别由湘西自治州、张家界、安化县、石门和桃源等地区的茶叶企业提供，特级茶7个（A1～A7）、一级11个（B1～B11）、二级8个（C1～C8），均为春茶；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；AccQ、氨基酸衍生试剂 美国Waters公司；氨基酸标样（纯度≥95%） 英国BDH公司；没食子酸、谷氨酸、可可碱、咖啡碱、茶黄素、儿茶素 美国Sigma。

TagTM氨基酸分析色谱柱（3.9 mm×150 mm）、2695型高效液相色谱仪 美国Waters公司；ECOSIL-C18色谱柱（4.6 mm×150 mm） 日本；UV-2550型紫外分光光度、LC-2010A HT型高效液相色谱仪 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 感官审评 7位专业审评人员参考国标GB/T 23776-2018对湖南工夫红茶样品质进行密码审评。称取3.0 g湖南工夫红茶样品，置于150 mL评审杯中，注满沸水，5 min后沥出茶汤。重点对汤色、香气、滋味进行感官评价。

1.2.2 内含成分检测 按国标GB/T 8314-2013[5]方法进行游离氨基酸总量检测；按国标GB/T 8313-2018[6]进行茶多酚含量检测。茶氨酸含量按国标GB/T 23193-2017检测[7]；茶黄素含量按国标GB/T 30483-2013[8]检测。

采用液相色谱的方法进行儿茶素组分、咖啡碱、可可碱、没食子酸检测[4]。流动相A相为水、B相为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇和乙酸的混合溶液，三者比例为39.5:2:1.5。洗脱梯度：初始A相为91%，B相9%。10 min内B相上升至14%，17 min内B相上升至36%，并保持3 min。随后B相降至9%，至35 min时结束。

1.3 数据处理

1.3.1 单因素方差统计分析和主成分分析 每组试验重复3次。本研究使用IBM SPSS Statistics 23.0进行数据处理、方差分析（Duncan 法）和主成分分析[9-11]，并由Origin 2018软件绘图完成。

1.3.2 典型判别分析 根据方差分析和降维思想，将各项指标所构成的维度空间投影到另一个维度空间中，从而构造一个或者多个线性判别函数使得组间差异和组内差异的比值最大化。应用该线性函数计算样本点得分，再根据亲疏程度分清样品类别[12]。验证采用自身验证法和交叉验证法。自身验证法即用样品数据直接进行预测验证。交叉验证即每次取出某个样本数据做验证，用剩余样本数据构造函数，进行多次验证[13]。本研究使用IBM SPSS Statistics 23.0对结果进行典型判别分析和作图。

2 结果与分析

2.1 感官审评

湖南红茶样感官审评结果（表1）：特级湖南红茶汤色红亮或较亮，甜香高长带有花香，醇浓鲜爽。一级湖南红茶汤色红亮或较亮，甜香较高，滋味较醇厚或尚醇厚。二级湖南红茶汤色以黄为主，多为橙黄、黄棕、棕黄，香气有出现缺陷性香气的情况，包含高火、青气、酸气、闷味，滋味会出现带酸、带涩、焦味等缺陷性滋味的情况。采摘原料、产地环境、加工工艺等均为红茶品质的影响因素，一款好茶的产生离不开优质的原料、优越的产地及精湛的加工工艺[1,14-15]。本试验茶样等级划分主要以感官审评结果为主，企业提供的信息作为参考。特级湖南红茶在原料、产地、加工等方面综合较好，表现出“花蜜香、甘鲜味”的品质特征；一级湖南红茶由于采摘的原料比特级的粗老，或是好的材料在萎凋和发酵等生产过程中温湿度控制稍微不当，导致其与特级湖南红茶相比，花蜜香和鲜爽度不足，但也能表现出红茶的基本品质特征；二级湖南红茶是在生产的各个环节中条件控制不当所致的中下档茶，没有表现出红茶的基本品质特征。

表1 湖南红茶感官审评结果Table 1 Analysis of taste quality for Hunan black teas

2.2 单因素方差分析

茶叶滋味成分组成、比例的同使茶叶各具独特滋味。特级湖南红茶茶多酚的平均含量显著（P＜0.05）高于一级和二级，一级和二级之间无显著差异（图1）。茶多酚具有抗癌、降脂降压、防治神经疾病和糖尿病等多种保健作用[16-17]，是构成茶汤滋味浓度、强度和涩度的重要物质[18-19]。在质量较好的工夫红茶发酵过程中，保留下适量的多酚类物质是茶汤浓度、强度、爽口的主要成分。在感官审评中，湖南特级红茶滋味浓度明显比一、二级红茶高，茶多酚含量的差异可能是重要原因。

图1 不同等级湖南红茶主要生化成分的平均含量Fig.1 Average contents of biochemical components in Hunan black teas for different grades

特级湖南红茶的游离氨基酸平均含量最高，一级湖南红茶次之。二级湖南红茶的茶氨酸平均含量最高，但三个等级之间游离氨基酸和茶氨酸含量无显著差异（图1）。茶叶中氨基酸含量与茶叶品质呈显著（P＜0.05）正相关，其决定了茶汤滋味的鲜爽度。它通过参与一些复杂的反应，帮助茶叶风味的形成[20]。游离氨基酸的结果和特级红茶滋味鲜爽的感官结果一致。茶氨酸，作为茶叶中的独特氨基酸，具有特殊的健康作用，对放松心情，保持良好的情绪状态，提高睡眠质量，防治癌症、心血管疾病、肥胖症和普通感冒均有积极作用[21-22]。茶氨酸具有类似味精的鲜爽味，能缓解红茶的苦涩味，是品质评价的重要因子。茶鲜叶中的茶氨酸含量占1%～2%。名优品种可超过2%。本研究中二级的茶氨酸含量最高，其中有一个样品茶氨酸含量达2%，游离氨基酸含量达5%，远远拉高了均值。该样品具有优质原料，但由于加工工艺不当，汤色以黄为主，滋味带酸带青，叶底欠红，故判为二级红茶。

湖南工夫红茶的级别越高，咖啡碱和可可碱的平均含量越高，但在特级、一级之间其含量无显著差异（图1）。咖啡碱和可可碱是茶叶生物碱的重要成分。其中，呈苦味的咖啡碱含量最多[23]，它能与茶叶中其他物质发生反应，生成具有鲜爽味的复合物[24]。可可碱略有苦味，是咖啡碱重要的合成前体[18]。茶叶越细嫩，茶叶中的咖啡碱含量越高。特级红茶样品的原料总体较嫩，因而咖啡碱、可可碱含量较高。

由图2可知，各等级湖南红茶的 EGC 平均含量在2.139%～2.274%，无显著差异。其他5个成分平均含量由均为特级＞一级＞二级。其中，一、二级红茶DL-C、GCG和ECG平均含量无显著差异，特级红茶与其他两个等级有显著性差异；各等级湖南红茶的EC、EGCG平均含量差异显著（P＜0.05）。茶叶中儿茶素物质含量较高，是茶多酚的主体成分。它包括了酯型儿茶素（ECG、GCG、EGCG）和非酯型儿茶素（DL-C、EC、EGC），这二者的比值是评价茶汤滋味苦涩程度及回甘性的重要指标[25-26]，比值越低，滋味越醇和。特级红茶的酯型/非酯型儿茶素比值为0.534，一级为0.351，二级为0.341。在质量较好的工夫红茶发酵过程中，适量未被氧化的多酚类物质（以酯型儿茶素为主[18]）是茶汤浓度、强度、爽口的主要成分。茶叶的滋味品质受其内含成分的种类及比例的影响。这一比值并不能成为茶叶滋味品质评判的唯一标准。

图2 不同等级湖南红茶儿茶素组分的平均含量Fig.2 Average contents of catechins in Hunan black teas for different grades

由图3可知，各等级湖南红茶的茶黄素（TF）、茶黄素-3-没食子酸酯（TF-3G）、茶黄素-3’-没食子酸酯（TF-3'G）、茶黄素双没食子酸酯（TFDG）平均含量由高到低均为特级＞一级＞二级。TF含量在各等级中无显著差异，特级、一级TFDG含量无显著差异，与二级红茶的含量差异显著（P＜0.05），各等级TF-3G、TF-3'G含量差异显著（P＜0.05）。茶多酚氧化生成的茶黄素是红茶重要的品质成分，对红茶的滋味鲜度和浓度及汤色的亮度起着重要作用[27-29]。湖南红茶等级越高，汤色越亮，滋味越鲜爽，茶黄素含量的检测结果和滋味审评的结果一致。

图3 不同等级湖南红茶茶黄素类的平均含量Fig.3 Average contents of theaflavins in Hunan black teas for different grades

2.3 主成分分析

对样品中最主要的16种品质成分进行主成分分析，其中，5个主成分如表2所示。从表2可以看出，这5个主成分的累计方差贡献率达到86.384%，基本能较全面的解释全部变量的化学信息。由表3可知，第1主成分（PC1）主要综合了样品中没食子酸、EC、EGCG、TF-3G和TF-3'G等物质的变异信息；第2主成分（PC2）主要综合了样品中氨基酸类物质的变异信息；第3主成分（PC3）主要综合了样品中GCG、ECG、茶黄素等物质的变异信息；第4主成分（PC4）主要综合了茶叶中生物碱（可可碱、咖啡碱）的变异信息；第5主成分（PC5）主要综合了简单儿茶素EGC的变异信息。

表2 主成分分析特征值和方差贡献率Table 2 Eigenvalues and explained variance of 6 principal components

第一主成分和第二主成分的方差贡献率分别为44.21%和13.80%，根据这2个综合指标，形成二维得分散点图（图4）。在该散点图上，同类型的湖南红茶分布较集中，不同类型的样品之间又有一定程度的聚类趋势。特级湖南红茶主要分布在1、4象限，一级红茶主要分布在原点附近，与其他两种类型的样品均有一定的交叉，而二级湖南红茶茶样主要分布在2、3象限。

2.4 判别分析

通过典型判别分析，得到关于26个湖南红茶等级评价因子的典型判别函数系数表（表4），建立了2个典型判别式函数：

在这2个典型判别式函数中，F1和F2的特征值分别为36.353和3.076（均大于1），其方差贡献率分别为92.2%和7.8%。根据以上两个判别函数，计算不同等级湖南红茶样品的得分，分别以这两个判别函数为横纵坐标，得到不同等级湖南红茶的得分散点图（图5），可以看出，样品根据其等级的不同，基本上能得到较好的聚类结果。

表3 五个主成分的特征向量Table 3 Eigenvectors of five principal components

图4 主成分分析 PC1、PC2得分图Fig.4 PCA scores for 26 Hunan black tea on PC1 and PC2

表4 典型判别分析函数系数Table 4 Function coefficients of typical discriminant

图5 不同等级湖南红茶的典型判别得分图Fig.5 Scatter plot of typical discriminant scores of Hunan black tea in different grades

本研究采用自身验证法和交互验证法对该典型函数判别模型的准确性进行检验。自身验证法所有样品均被正确回判，准确率100%。而在交叉验证中，特级一级茶样中分别有两个样品被错判，二级茶样判对率100%，总体准确率达84.62%（表4）。表明应用该判别模型将特级、一级、二级的湖南红茶分开来是可行的。

表5 不同等级湖南红茶典型判别验证结果Table 5 Results obtained for Hunan black tea classification in different grades by typical discrimination analysis

3 结论

本研究对湖南省26个不同等级的工夫红茶样品（包含7个特级茶样，11个一级茶样，8个二级茶样）进行感官审评、品质成分分析与等级典型判别函数模型的构建。感官审评结果表明：特级湖南红茶表现出“花蜜香、甘鲜味”的品质特征；一级湖南红茶表现出红茶“红汤红叶”的基本品质特征；二级湖南红茶没有表现出红茶的基本品质特征。单因素方差结果表明：特级湖南红茶的茶多酚、咖啡碱、游离氨基酸、可可碱、5种儿茶素组分（DL-C、EC、EGCG、GCG、ECG）、4种茶黄素（TF、TF-3G、TFDG、TF-3'G）含量最高，二级湖南红茶的含量最少。二级茶中的茶氨酸和EGC含量最高，特级茶次之，一级茶最少。3个等级湖南红茶的游离氨基酸、茶氨酸、EGC含量无显著性差异，而两两等级间的EC、EGCG、TF-3G、TF-3'G含量具有显著性差异（P＜0.05）。典型判别分析对不同等级湖南红茶的分类具有较好的准确性。自身验证法所有样品均被正确回判，准确率达100%。交互验证法有4个样品被错判，但准确率达标，为84.62%。可见，应用该模型对湖南红茶等级进行预测是可行的。本研究通过26个典型湖南红茶样品的主要滋味成分建立了湖南红茶的等级评判模型，且表现出较高的准确率，但样品数量有限，仅初步为湖南红茶的等级划分提供了合理的量化方法。因此，后续还需进一步增加具有典型性的样品数量来进一步提高该模型的准确度。