陳義，郭紅萍，李玉霞

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院茶學(xué)系，信陽市茶產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究重點實驗室，河南信陽464000；2.光山縣凈居寺名勝管理區(qū)，河南信陽465450；3.光山縣凈居寺茶場，河南信陽464000）

信陽毛尖化學(xué)成分主成分分析與感官品質(zhì)

陳義1，郭紅萍2，李玉霞3

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院茶學(xué)系，信陽市茶產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究重點實驗室，河南信陽464000；2.光山縣凈居寺名勝管理區(qū)，河南信陽465450；3.光山縣凈居寺茶場，河南信陽464000）

對信陽群體種所制的不同嫩度、不同等級的15個信陽毛尖樣品的主要化學(xué)成分進(jìn)行分析測定，采用主成分分析（principal components analysis，PCA）法，提取3個主成分（即3綜合變量），構(gòu)建數(shù)學(xué)質(zhì)量評價模型：F=0.514 69F1+ 0.262 25F2+0.104 84F3；再通過感官評價法進(jìn)一步對模型評價結(jié)果進(jìn)行檢驗，結(jié)果顯示兩種方法具有很好的一致性，表明所構(gòu)建數(shù)學(xué)評價模型是可行的，在信陽毛尖等級劃分方面，具有一定的指導(dǎo)意義。

信陽毛尖；主成分分析；茶多酚；氨基酸

信陽地區(qū)產(chǎn)茶歷史悠久，信陽毛尖品質(zhì)優(yōu)異，內(nèi)質(zhì)素以“湯色嫩綠明亮、熟板栗香高長、鮮濃，滋味鮮爽，余味回甘；葉底嫩綠勻整”著稱［1］，為全國十大名茶之一。2008年頒布《地理標(biāo)志產(chǎn)品信陽毛尖茶》（GB/ T22737-2008）國家標(biāo)準(zhǔn)，將信陽毛尖茶分為6個等級。等級劃分主要通過感官審評，存在一定的主觀性，給樣品定級帶來一定的困難。

目前，信陽毛尖化學(xué)成分分析及其與品質(zhì)的關(guān)系研究較多［2-3］，鮮見利用主成分分析法對信陽毛尖化學(xué)成分進(jìn)行分析的報道，根據(jù)前人的研究［4］決定信陽毛尖品質(zhì)的化學(xué)成分主要有茶多酚、兒茶素、氨基酸、咖啡堿、葉綠素等物質(zhì)，且這些化學(xué)成分之間有一定的相關(guān)性，在反映感官品質(zhì)信息時有一定的重疊。筆者采用主成分分析（principal components analysis，PCA）法，對由信陽群體種所制的不同嫩度、不同等級的15個信陽毛尖樣品的主要化學(xué)成分進(jìn)行分析測定，構(gòu)建信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量數(shù)學(xué)評價模型，以期為信陽毛尖等級劃分提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

茶樣由信陽農(nóng)林學(xué)院茶葉研究所提供：信陽群體種所制的不同嫩度、不同等級的15個信陽毛尖樣品。

主要試劑：蒸餾水，堿式乙酸鉛，鹽酸，硫酸酒石酸亞鐵，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鉀，茚三酮，丙酮，谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)品，咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)品，無灰濾紙等試劑（每張灰分0.000 103 g）。

1.2設(shè)備與儀器

FA2104型分析天平（感量0.000 1 g）：德國賽多利斯；微型植物試樣磨碎機(jī)、SHB-III型循環(huán)水真空泵、756MC型紫外可見分光光度計：上海精科；坩堝（瓷質(zhì)、高型、容量30 mL）、布氏漏斗、HH型數(shù)顯恒溫水浴鍋、202型電熱恒溫干燥箱、DRI-12型箱式電阻爐：上海博迅。

1.3測定方法

水分含量測定：GB/T 8304-2013《茶—水分測定》103℃恒重法（仲裁法），水浸出物的測定：GB/T8305-2013《茶—水浸出物的測定》全量法，兒茶素的測定：兒茶素總量的快速測定—香莢蘭素比色法，茶多酚的測定：GB/T8313-2008《茶—茶多酚的測定》福林酚顯色法，氨基酸的測定：GB/T8314-2013《茶—游離氨基酸總量測定》茚三銅比色法，咖啡堿的測定：GB/T8312-2013《茶—咖啡堿測定》紫外分光光度計法；總灰分的測定：GB/T8306-2013《茶總灰分測定》恒重法測定，葉綠素：混合液萃取法［5-6］。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用軟件SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析［7］。主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）是一種通過降維技術(shù)把多個變量化為少數(shù)幾個主成分（即綜合變量）的統(tǒng)計方法。

主成分的提取：將N個樣本的X個變量，通過spss19.0處理，提取出K個變量（K＜X，K個主成分的累積方差貢獻(xiàn)率將在80%以上，即K個主成分能夠反映樣本的80%以上的信息）。

本試驗N=15個樣本，每個樣本X=9個變量，主成分Fi的表達(dá)式：

Fi=A1iX1+A2iX2+A3iX3+……+A7iX7+A8iX8+ A9iX9（i=1-K），在該因子模型中：A1i，A2i，A3i，……，A7i，A8i，A9i叫做因子載荷，即第i個主成分在對應(yīng)的X變量上的負(fù)荷。

以不同主分量特征值的方差貢獻(xiàn)率Bi（1，2，…，K）為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評價函數(shù)F=B1F1+…+BKFK計算各樣本得分，然后根據(jù)得分對各個茶樣的化學(xué)成分質(zhì)量進(jìn)行排序評價。

1.5感官審評方法

參照GB/T23776-2009《茶葉感官審評方法》中綠茶審評方法：3 g茶樣，150 mL水，5 min，外形（25分）、湯色（10分）、香氣（25分）、滋味（30分）、葉底（10分），由于茶葉外形主要是加工過程形成的，與茶葉化學(xué)成分關(guān)系不大，所以本試驗主要從湯色、香氣、滋味、葉底4因子對15個樣品進(jìn)行感官評審，總共75分，得分越高，茶葉品質(zhì)越好，由3位評茶員對10個茶樣進(jìn)行平行感官審評打分，取其平均值［8-9］，每個茶樣審評得分在除以0.75轉(zhuǎn)化為百分制。

2結(jié)果與分析

2.115份信陽毛尖化學(xué)成分測定結(jié)果

對15個茶樣進(jìn)行化學(xué)成分測定分析，結(jié)果如表1。

表115　份信陽毛尖茶樣品化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)Table 1The date of 15 Xinyang Mao jian，schemical composition

參照國家標(biāo)準(zhǔn)《地理標(biāo)志產(chǎn)品信陽毛尖茶》（GB/ T22737-2008）中規(guī)定：含水量≤6.5%，總灰分≤6.5%，水浸出物≥32%，可見所選15個茶樣均符合標(biāo)準(zhǔn)中對信陽毛尖的各項規(guī)定。

2.2信陽毛尖茶樣品化學(xué)成分指標(biāo)間相關(guān)矩陣

對信陽毛尖化學(xué)成分間進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2。

灰分與水溶性灰分極顯著相關(guān)，水浸出物與茶多酚、兒茶素、咖啡堿極顯著相關(guān)，茶多酚與兒茶素、咖啡堿、葉綠素極顯著相關(guān)，兒茶素與咖啡堿、葉綠素極顯著相關(guān)，咖啡堿與葉綠素極顯著相關(guān)、氨基酸與葉綠素極顯著相關(guān)。根據(jù)各指標(biāo)間相關(guān)性得出，各化學(xué)成分指標(biāo)在反映感官品質(zhì)信息時有一定的重疊。即本試驗適合主成分分析。

表2　信陽毛尖茶樣品化學(xué)成分指標(biāo)間相關(guān)矩陣Table 2Correlation matrix of chemical components in Xinyang Maojian

2.3主成分分析法對信陽毛尖化學(xué)成分提取主成分及模型構(gòu)建

對表1中信陽毛尖化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)利用spss19.0進(jìn)行主成分分析得表3～表4。

表3　主成分特征值與累積貢獻(xiàn)率Table 3Characteristic value and accumulative contribution rate of each pincipal component

表4　各主成分的特征向量Table 4Characteristic eigenvector of each prindpal compopent

2.3.1主成分提取

利用spss19.0對化學(xué)成分指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表3），由表3可知：第1個主成分特征值4.632，方差貢獻(xiàn)率51.469%，即第1個主成分反應(yīng)信陽毛尖品質(zhì)51.469%的信息；第2個主成分特征值2.36，方差貢獻(xiàn)率26.225%，即第2個主成分反應(yīng)信陽毛尖品質(zhì)26.225%的信息；第3個主成分特征值0.944，方差貢獻(xiàn)率10.484%，即第3個主成分反應(yīng)信陽毛尖品質(zhì)10.484%的信息；前3個主成分分量已包括樣本的較大部分信息，累積貢獻(xiàn)率達(dá)88.178%，即前3個主成分反應(yīng)信陽毛尖品質(zhì)88.178%的信息，因此選前3個主成分對樣品品質(zhì)進(jìn)行分析。

2.3.2信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量評價模型的構(gòu)建

各主成分特征向量表示該主成分對該因子所能反應(yīng)的程度，數(shù)值的絕對值越大，對該因子反應(yīng)程度越高，由表4可見：由主成分F1在各因子變量水分（X1）、灰分（X2）、水溶性灰分（X3）、水浸出物（X4）、茶多酚（X5）、兒茶素（X6）、咖啡堿（X7）、氨基酸（X8）、葉綠素（X9）上的載荷分別是0.470、-0.204、-0.265、0.891、0.979、0.969、0.958、0.382、0.739所以F1主要反應(yīng)水浸出物（X4）、茶多酚（X5）、兒茶素（X6）、咖啡堿（X7）、葉綠素（X9）在品質(zhì)上所反應(yīng)的信息；F1表達(dá)式如下：

同理，由表4主成分F2在各因子變量上的載荷得出，F(xiàn)2主要反應(yīng)灰分（X2）、水溶性灰分（X3）、氨基酸（X8）在品質(zhì)上所反應(yīng)的信息；F2表達(dá)式：

同理，由表4主成分F3在各因子變量上的載荷得出，F(xiàn)3主要反應(yīng)氨基酸（X8）在品質(zhì)上所反應(yīng)的信息；F3表達(dá)式：

以不同主分量特征值的方差貢獻(xiàn)率Bi（1，2，…，K）為加權(quán)系數(shù)，得綜合評價函數(shù)F的表達(dá)式：

2.4信陽毛尖茶化學(xué)成分質(zhì)量評價與感官審評結(jié)果

由2.3.1可知，前3個主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)88.178%，即前3個主成分反應(yīng)茶葉品質(zhì)的88.178%的信息，前3個主成分可用來評價信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量，根據(jù)2.3.2構(gòu)建的信陽毛尖茶化學(xué)成分質(zhì)量評價模型，計算各信陽毛尖茶樣品的化學(xué)成分質(zhì)量得分，結(jié)果如表5，評價模型計算得分愈高，茶葉品質(zhì)愈佳。

15分信陽毛尖樣品，有3位評茶員進(jìn)行感官審評，將其打分結(jié)果平均，取其平均值再轉(zhuǎn)化為百分制作為茶葉感官審評結(jié)果。結(jié)果如表5，感官審評得分越高，茶葉品質(zhì)越好。

表5　信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量評價與感官審評結(jié)果Table 5Chemical composition evaluation resuts and Sensory evaluation results of Xinyang Maojian

由信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量評價模型計算得分與感官審評得分比較可以看出，感官審評中1號與12號并列第9，質(zhì)量評價模型計算結(jié)果1號略好于12號；2種評價結(jié)果3號與10結(jié)果不一致，其他基本一致，由此可見，信陽毛尖等級劃分由信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量評價模型來評價是可行的。

3結(jié)論與討論

信陽毛尖感官品質(zhì)主要有化學(xué)成分通過香氣、湯色、滋味、葉底4因子體現(xiàn)，根據(jù)前人研究［4］，茶葉湯色和葉底色澤與鮮葉色素含量和多酚類物質(zhì)在加工過程中變化相關(guān)，而茶葉色素主要包括脂溶性色素和水溶性色素，這2種色素都是構(gòu)成干茶色素的主要物質(zhì)，其中水溶性色素是構(gòu)成湯色的主要物質(zhì)，而脂溶性色素是構(gòu)成葉底的主要物質(zhì)。脂溶性色素主要是葉綠素，水溶性色素主要多酚類中的花黃素類、花青素類及加工過程多酚氧化形成的色素。構(gòu)成湯色的主要物質(zhì)是多酚類中的黃酮醇、黃酮、兒茶素氧化形成的橙黃色物質(zhì)以及極少量懸浮于茶湯的葉綠素；構(gòu)成茶湯滋味的主要物質(zhì)有茶多酚、氨基酸、咖啡堿等物質(zhì)，茶多酚是構(gòu)成滋味濃度和強(qiáng)度的重要物質(zhì)，其中兒茶素占多酚總量的70%左右。兒茶素分為酯型兒茶素和簡單兒茶素，酯型兒茶素苦澀味重，簡單兒茶素先苦后甘，在加工過程中，酯型兒茶素降解為簡單兒茶素，使茶湯苦澀味降低，同時部分簡單兒茶素會被氧化成有色物質(zhì)，氨基酸是茶湯滋味鮮味的主要物質(zhì)，降低茶湯苦澀味，咖啡堿構(gòu)成茶湯苦味和緩解茶湯澀味，增強(qiáng)茶湯爽口度，它對茶葉滋味起到協(xié)調(diào)作用；茶葉香氣主要在加工過程中形成，低沸點香氣揮發(fā)，高沸點香氣物質(zhì)顯露出來，其中茶多酚、氨基酸是信陽毛尖香氣形成的重要基質(zhì)，氨基酸可產(chǎn)生脫氨作用和脫羧作用而轉(zhuǎn)化成芳香物質(zhì)，氨基酸與多酚中兒茶素偶聯(lián)氧化形成香氣物質(zhì)。

根據(jù)信陽毛尖品質(zhì)形成特點，參考前人［2-3］對信陽毛尖化學(xué)成分分析及其與品質(zhì)關(guān)系和GB/T22737—2008《地理標(biāo)志產(chǎn)品信陽毛尖茶》，本文就對信陽毛尖品質(zhì)起主要作用的9個化學(xué)成分進(jìn)行測定，利用主成分分分析法（或稱主分量分析），通過降維技術(shù)把9個變量轉(zhuǎn)化為3個主成分（即3個綜合變量），3個主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到88.178%，即3個主成分反應(yīng)了茶葉品質(zhì)的88.178%信息，構(gòu)建信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量評價模型：F=0.514 69F1+0.262 25F2+0.101 84F3，根據(jù)信陽毛尖化學(xué)成分質(zhì)量評價模型計算結(jié)果與感官審評結(jié)果比較可以看出，兩者具有較高的一致性，表明所構(gòu)建的化學(xué)成分質(zhì)量評價模型是可行的，為信陽毛尖等級劃分提供科學(xué)參考。

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The Principal Component Analysis of Chemical Composition in Xinyang Maojian and its Sensory Quality

CHEN Yi1，GUO Hong-ping2，LI Yu-xia3
（1.Tea Department of Xinyang，College of Agriculture and Forestry，Key Laboratory of Basic Research in Xinyang Tea Industry，Xinyang 464000，Henan，China；2.Scenic Sports Management Area of Jing ju Temple in Guangshan county，Xinyang 465450，Henan，China；3.Tea Plantation of Jing ju Temple in Guangshan county，Xinyang 465450，Henan，China）

The principal components of 15 Xinyang Maojian Tea's chemical composition from different tenderness，different grades，different varieties were extracted using principal components analysis，constructing mathematical evaluation model：F=0.514 69F1+0.262 25F2+0.104 84F3；the results of mathematical evaluation model on 15 Xinyang Maojian Tea was in close agreement with Sensory evaluation results，Showing that the construction of mathematical evaluation model was feasible.The mathematical evaluation model had the objectivity repeatability and a certain popularization value on Xinyang Maojian grading Avoiding subjectivity of Sensory evaluation.

Xinyang Maojian；principal component analysis；tea polyphenols；amino acid

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.17.010

2014-09-10

2015年度河南省高等學(xué)校重點科研項目（15B210009）

陳義（1980—），男（漢），講師，研究生，主要研究茶葉化學(xué)與茶葉加工。