桂安輝,葉飛,龔自明,高士偉,劉盼盼,王勝鵬,鄭鵬程,滕靖,王雪萍,鄭琳,馮琳
(湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所,湖北省茶葉工程技術(shù)研究中心,湖北 武漢 430064)
我國綠茶產(chǎn)區(qū)廣袤、品類眾多,全國21個(gè)產(chǎn)茶?。ㄖ陛犑?、自治區(qū))均有生產(chǎn)。根據(jù)外形的不同,可將其分為扁形綠茶、針(芽)形綠茶、卷曲形綠茶和直條形綠茶等[1]。其中,扁形綠茶外形扁平光滑、挺秀尖削,湯色嫩綠明亮或嫩黃明亮,香氣嫩香或者栗香持久,滋味甘醇爽口,葉底嫩綠勻齊[2]。扁形綠茶生產(chǎn)分布廣泛,獨(dú)特的外形和優(yōu)良的品質(zhì)使其具有較高的市場知名度,如浙江省的龍井茶、四川省的竹葉青茶、貴州省的湄潭翠芽和湖北省的孝感龍劍茶等。
扁形茶炒制機(jī)和多功能理?xiàng)l機(jī)是扁形綠茶外形形成的關(guān)鍵設(shè)備[3-4]。其中,扁形茶炒制機(jī)是通過茶葉在U型炒鍋中的軟性炒茶板和條形翻葉裝置的協(xié)調(diào)作用,隨著茶葉失水進(jìn)程逐步減小炒茶板與鍋面的間隙,逐步降低相連炒鍋的鍋溫,使茶葉從以理?xiàng)l做形為主到理?xiàng)l和壓扁做形結(jié)合,再過渡到以理?xiàng)l做形為輔,壓扁做形為主,從而達(dá)到扁形綠茶特有的扁、平、光、直的外形要求[5]。含水率較高的在制品在多功能理?xiàng)l機(jī)的U形槽中受熱變軟,外形具有一定的可塑性。當(dāng)U形槽進(jìn)行橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),通過外加壓力(加棒),在兩側(cè)徑向推力和棒的壓力共同作用下,在制品會(huì)順著莖梗軸向收縮,隨著水分的逐漸散失茶條也慢慢變直變扁[6]。然而,不同產(chǎn)地的扁形綠茶所采用的加工工藝和專用設(shè)備不盡相同,如龍井茶多采用扁形茶炒制機(jī)加工,竹葉青茶、湄潭翠芽多采用多功能理?xiàng)l機(jī)加工,而孝感龍劍茶則采用多功能理?xiàng)l機(jī)和扁形茶炒制機(jī)組合式進(jìn)行加工。由于工藝流程不一、參數(shù)不一,使得扁形綠茶標(biāo)準(zhǔn)化加工程度低,一定程度限制了扁形綠茶產(chǎn)業(yè)的提檔升級(jí)。
目前重點(diǎn)突破了扁形綠茶連續(xù)化加工關(guān)鍵裝備瓶頸,設(shè)計(jì)并組建了自動(dòng)化生產(chǎn)線。此生產(chǎn)線根據(jù)加工工藝要求,用輸送帶、提升機(jī)等傳輸設(shè)備將單機(jī)科學(xué)組合,實(shí)現(xiàn)了在制品全過程不間斷、不落地加工。生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)采用了基于人機(jī)界面(human machine interface,HMI)和可編程邏輯控制器(programmable logic controller,PLC)的分布式控制系統(tǒng)(distributed control system,DCS),既可保證生產(chǎn)線能全自動(dòng)運(yùn)行,同時(shí)又能手動(dòng)控制,在遇到意外故障時(shí)能及時(shí)處理,保證生產(chǎn)運(yùn)行,方便靈活,易于操作[7-9]。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線加工工藝的標(biāo)準(zhǔn)化,本文以扁形綠茶“扁平光直”特征形成的做形和炒干兩個(gè)關(guān)鍵工序?yàn)閷?duì)象,采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究投葉量、時(shí)間和溫度對(duì)扁形綠茶的感官評(píng)分和主要理化指標(biāo)的影響,在多評(píng)價(jià)指標(biāo)條件下,確定做形和炒干工序最優(yōu)工藝參數(shù),分析優(yōu)化工藝扁形綠茶加工過程中品質(zhì)成分的動(dòng)態(tài)變化及其與傳統(tǒng)工藝扁形綠茶的品質(zhì)差異,科學(xué)指導(dǎo)扁形綠茶標(biāo)準(zhǔn)化加工。
鮮葉:紹興市柯橋區(qū)花塢茶葉專業(yè)合作社,2020年6月11日至13日,按照一芽二葉標(biāo)準(zhǔn)采摘的茶樹新梢,鮮葉機(jī)械組中一芽一葉占比5.27%、一芽二葉占比74.58%、一芽三葉占比18.33%;其它(單片、雜物等)占比1.82%。
福林酚、蒽酮、茚三酮、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、氯化亞錫、葡萄糖:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限責(zé)任公司;甲醇、乙腈、乙酸(均為色譜級(jí)):美國Fisher公司;兒茶素品系、咖啡堿:美國Sigma Aldrich公司。其余均為色譜純或分析純試劑。
ST20紅外線測溫儀:美國Raytek公司;MF-50水分快速測定儀:深圳深博瑞儀器儀表有限公司;HHS型恒溫水浴鍋:上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;島津UV-2550紫外-可見光分光光度計(jì):日本島津公司;Waters 2695高效液相色譜、2998 PDA檢測器:美國Waters公司;Milli-RO PLUS 30純水機(jī):法國Millipore公司。
加工設(shè)備:6CTW-25X型攤青機(jī)×1臺(tái)、6CL-60-13D全自動(dòng)茶葉理?xiàng)l機(jī)×4臺(tái)、6CCB-983X型扁形名茶連續(xù)化自動(dòng)炒制機(jī)×6臺(tái)、6CL-60-5D全自動(dòng)脫毫機(jī)×2臺(tái)、6CCB-980X型扁形名茶自動(dòng)炒制機(jī)×16臺(tái)、6CHT-62B型滾筒茶葉輝干機(jī)×1臺(tái)。該套自動(dòng)化生產(chǎn)線由中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院和浙江豐凱機(jī)械股份有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì),所有機(jī)械設(shè)備均為浙江豐凱機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)。扁形綠茶自動(dòng)化生產(chǎn)線平面設(shè)計(jì)如圖1所示。
圖1 扁形綠茶自動(dòng)化生產(chǎn)線平面設(shè)計(jì)Fig.1 Flat design drawing of flat green tea automatic continuous production line
1.3.1 工藝流程
自動(dòng)化生產(chǎn)線下扁形綠茶加工工藝流程:攤青→殺青→做形→脫毫→炒干→輝鍋。鮮葉進(jìn)入加工車間后,在攤青機(jī)攤青(3 h~4 h),在全自動(dòng)茶葉理?xiàng)l機(jī)中殺青(310 ℃~320 ℃、0.60 kg/次~0.70 kg/次、120 s),在扁形名茶連續(xù)化自動(dòng)炒制機(jī)做形,在全自動(dòng)脫毫機(jī)中脫毫(40 ℃~50 ℃、4 kg/次~6 kg/次、1.5 h),在扁形名茶自動(dòng)炒制機(jī)炒干,在滾筒茶葉輝干機(jī)中輝鍋(100℃~110 ℃、3 kg/次~5 kg/次、20 min)。做形和炒干工藝參數(shù)按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求設(shè)定。其它工序工藝參數(shù)保持不變并按正常生產(chǎn)程序進(jìn)行,溫度參數(shù)均為試驗(yàn)設(shè)備設(shè)定值。
1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.3.2.1 加工工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)
參照傳統(tǒng)工藝參數(shù),設(shè)定5個(gè)水平,依次改變影響扁形綠茶品質(zhì)的做形、炒干工藝條件:投葉量、時(shí)間和溫度,以外形感官評(píng)分(外觀度、色澤度和成形度)為評(píng)價(jià)指標(biāo)。做形工藝參數(shù)固定水平為:投葉量60 g、做形時(shí)間75 s、做形溫度220℃;炒干工藝參數(shù)固定水平為:投葉量50 g、炒干時(shí)間160 s、炒干溫度170℃。具體設(shè)計(jì)見表1。
表1 單因素試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of single factor test
1.3.2.2 加工工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)
以單因素試驗(yàn)結(jié)果確定三因素三水平的做形、炒干工藝參數(shù)見表2、表3,根據(jù)感官評(píng)價(jià)和理化成分指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)分析。
表2 做形工藝正交試驗(yàn)因素水平Table 2 Factors and levels of orthogonal text in the shaping process
表3 炒干工藝正交試驗(yàn)因素水平Table 3 Factors and levels of orthogonal text in the drying process
1.3.3 感官審評(píng)
采用定量描述分析法(quantitative descriptive analysis,QDA)分析扁形綠茶在制品的感官特性[10-11]。由具有中級(jí)評(píng)茶員以上職業(yè)資格的專業(yè)人員對(duì)扁形綠茶加工過程中樣品的外觀度、色澤度和成形度進(jìn)行評(píng)價(jià),采用10分制,樣品綜合感官評(píng)價(jià)得分S=(外觀度得分+色澤度得分+成形度得分)/3。具體見表4。
表4 扁形綠茶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Sensory evaluation standards of flat green tea
1.3.4 容重測定
采用量筒法測定試樣容重[12]。試樣加料方法采用自然堆放法,手工加料,使試驗(yàn)樣品表面基本與容器刻度線平齊,讀取容積數(shù)值,稱量試樣質(zhì)量。計(jì)算公式為:R=G/V,式中:R 為試樣容重,g/L;G 為試樣質(zhì)量,g;V為試樣所占量筒體積,L。容重是指茶葉物料單位容積的質(zhì)量,從一定程度上反映了茶葉的緊結(jié)程度,一般R值越大,茶葉物理性狀越優(yōu)[13]。
1.3.5 色差測定
色差法(紅綠色度a值、黃藍(lán)色度b值)測定(光源D65,角度4°),對(duì)扁形綠茶樣品茶湯進(jìn)行色差值檢測。取3 g茶葉加150 mL沸純凈水沖泡5 min,過濾后用專用比色皿測定[14]。綜合紅綠色度a值、黃藍(lán)色度b值,計(jì)算色相-b/a值作為扁形綠茶茶湯色澤的評(píng)價(jià)指標(biāo),一般-b/a值越大,則茶湯色澤品質(zhì)越優(yōu)[15-16]。
1.3.6 主要化學(xué)成分含量測定
水浸出物含量測定:參照GB/T 8305—2013《茶水浸出物測定》[17];茶多酚含量測定:參照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素含量的檢測方法》中福林-酚法[18];游離氨基酸總量測定:參照GB/T 8314—2013《茶游離氨基酸總量測定》茚三酮比色法[19];可溶性總糖的測定采用蒽酮-硫酸法[20];兒茶素組分以及咖啡堿含量采用高效液相色譜法[21],流動(dòng)相為2%乙酸和乙腈,色譜條件:檢測波長為280 nm,流速:1 mL/min,柱溫:40℃,進(jìn)樣量:10μL。兒茶素品質(zhì)指數(shù)[22]=(EGCG+ECG)/EGC×100,式中:EGCG為表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate);ECG為表兒茶素沒食子酸酯(epicatechin gallate);EGC為表沒食子兒茶素(epigallocatechin)。一般兒茶素品質(zhì)指數(shù)越大,則茶湯滋味品質(zhì)越優(yōu)。
試驗(yàn)均平行測定3次,采用SAS 9.4軟件進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。
加工條件對(duì)扁形綠茶外形品質(zhì)影響見表5。
由表5可知,隨著做形、炒干工序的投葉量、時(shí)間和溫度的增加,扁形綠茶在制品外形綜合感官評(píng)價(jià)得分呈先升高后降低趨勢。在做形工序單因素試驗(yàn)中,投葉量 30 g(6.50分)、90 g(6.33分),做形時(shí)間 45 s(6.73分)、105 s(7.30分),做形溫度 200℃(6.27分)、240℃(6.70分)水平下在制品綜合感官評(píng)價(jià)得分較低,外形品質(zhì)較差。投葉量90 g、做形時(shí)間105 s因素水平下,在制品出現(xiàn)結(jié)塊,外觀度差;投葉量30 g、做形溫度240℃因素水平下,在制品出現(xiàn)爆點(diǎn),甚至焦葉,色澤度差;做形時(shí)間45 s、做形溫度200℃因素水平下,在制品只有少量達(dá)到扁平挺直要求,成形度差。因此,綜合比較選擇投葉量 45 g~75 g、時(shí)間 60 s~90 s、溫度210℃~230℃為做形工藝正交試驗(yàn)參數(shù)范圍。在炒干工序單因素試驗(yàn)中,投葉量 30 g(6.60 分)、40 g(7.23分),炒干時(shí)間 120 s(6.47分)、200 s(6.57分),炒干溫度150℃(6.33分)、190℃(6.30分)因素水平下在制品綜合感官評(píng)價(jià)得分較低,外形品質(zhì)較差。炒干溫度150℃/190℃因素水平下,在制品出現(xiàn)結(jié)塊;投葉量30 g/40 g、炒干時(shí)間120 s因素水平下,在制品扁平挺直程度不夠;炒干時(shí)間200 s、炒干溫度190℃因素水平下,在制品出現(xiàn)焦葉。因此,綜合比較選擇投葉量50 g~70 g、時(shí)間 140 s~180 s、溫度 160 ℃~180 ℃為炒干正交試驗(yàn)參數(shù)范圍。做形、炒干工藝條件對(duì)扁形綠茶的外形品質(zhì)有重要影響,直接決定在制品綜合感官評(píng)價(jià)得分。試驗(yàn)表明在制品的外觀度(結(jié)塊程度)受時(shí)間和投葉量影響較大,投葉量越大、時(shí)間越長,結(jié)塊程度越明顯;在制品色澤度(黃綠程度)在高溫、長時(shí)間炒制條件下較差;而在制品成形度(扁平程度)在低溫、短時(shí)炒制條件下較差。
表5 加工條件對(duì)扁形綠茶外形品質(zhì)影響Table 5 Effect of processing conditions on the shape quality of flat green tea
對(duì)做形、炒干工藝正交試驗(yàn)制得的扁形綠茶,以感官評(píng)分、容重、茶湯-b/a值、兒茶素品質(zhì)指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo),分析加工工藝對(duì)扁形綠茶感官品質(zhì)及主要理化成分的影響,成分檢測和極差分析結(jié)果見表6、表7。
表6 做形工藝正交試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of orthogonal experiment in the shaping process
表7 炒干工藝正交試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of orthogonal experiment in the drying process
由表6可知,在做形工序,對(duì)感官評(píng)分影響的主次關(guān)系是做形溫度(R=0.80)>投葉量(R=0.53)>做形時(shí)間(R=0.50),根據(jù)k值的大小,對(duì)感官評(píng)分的最佳工藝組合是A3B2C1,即投葉量75 g、時(shí)間75 s、溫度210℃。對(duì)容重影響的主次關(guān)系是做形時(shí)間(R=16.00)>投葉量(R=4.66)>做形溫度(R=4.00),根據(jù) k值的大小,對(duì)容重的最佳工藝組合是A3B3C2,即投葉量75 g、時(shí)間90 s、溫度220℃。對(duì)茶湯-b/a值影響的主次關(guān)系是投葉量(R=0.29)>做形溫度(R=0.19)>做形時(shí)間(R=0.12),根據(jù)k值的大小,對(duì)茶湯-b/a值的最佳工藝組合是A3B1C3,即投葉量75 g、做形時(shí)間 60 s、做形溫度230℃。對(duì)兒茶素品質(zhì)指數(shù)影響的主次關(guān)系是投葉量(R=119.33)>做形時(shí)間(R=44.67)>做形溫度(R=27.00),根據(jù)k值的大小,對(duì)兒茶素品質(zhì)指數(shù)的最佳工藝組合是A3B2C2,即投葉量75 g、時(shí)間75 s、溫度220℃。綜合考慮4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),扁形綠茶做形工序最佳工藝參數(shù)為:投葉量75 g、時(shí)間75 s、溫度220℃。
由表7可知,在炒干工序,對(duì)感官評(píng)分影響的主次關(guān)系是投葉量(R=1.87)>炒干溫度(R=1.03)>炒干時(shí)間(R=0.10),根據(jù)k值的大小,對(duì)感官評(píng)分的最佳工藝組合是X2Y2Z2和X2Y3Z2,考慮生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益,選擇炒干時(shí)間短的X2Y2Z2為最佳工藝組合,即投葉量60 g、時(shí)間160 s、溫度160℃。對(duì)容重影響的主次關(guān)系是做形時(shí)間(R=9.33)>投葉量(R=8.67)>做形溫度(R=6.66),根據(jù)k值的大小,對(duì)容重的最佳工藝組合是X2Y3Z1,即投葉量60 g、時(shí)間180 s、溫度160℃。對(duì)茶湯-b/a值影響的主次關(guān)系是投葉量(R=0.40)>炒干溫度(R=0.32)>炒干時(shí)間(R=0.14),根據(jù) k值的大小,對(duì)茶湯-b/a值的最佳工藝組合是X2Y2Z1,即投葉量60 g、時(shí)間160 s、溫度160℃。對(duì)兒茶素品質(zhì)指數(shù)影響的主次關(guān)系是投葉量(R=181.33)>炒干溫度(R=107.67)>炒干時(shí)間(R=98.00),根據(jù)k值的大小,對(duì)兒茶素品質(zhì)指數(shù)的最佳工藝組合是X1Y3Z3,即投葉量50 g、炒干時(shí)間180 s、炒干溫度180℃。綜合考慮4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),加之生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益,扁形綠茶炒干工序最佳工藝參數(shù)為:投葉量60 g、時(shí)間160 s、溫度160℃。
扁形綠茶加工過程理化成分的變化見表8。
由表8可知,在制品的含水率逐漸下降,從攤青工序的68.23%下降到輝鍋工序的4.83%。不同加工工序前后的含水率變化幅度明顯不同,其中做形工序前后的含水率下降幅度最大,達(dá)到33.02%,殺青工序前后的在制品含水率下降幅度達(dá)到13.43%,炒干工序前后的在制品含水率下降幅度也較大,達(dá)到10.21%,而在脫毫、輝鍋工序,在制品含水率降幅相對(duì)較小。由此可見,做形、殺青和炒干是扁形綠茶加工含水率下降的關(guān)鍵工序。有學(xué)者研究表明,在制品在加工過程,形態(tài)的變化主要與含水率變化以及受熱、受力等有關(guān)[23-24],含水率變化的幅度往往與設(shè)備溫度以及加工時(shí)間成正相關(guān)。
表8 扁形綠茶加工過程理化成分的變化Table 8 Physical and chemical changes during the processing of flat green tea%
扁形綠茶加工過程中,在制品的品質(zhì)成分也發(fā)生了一系列變化,水浸出物、茶多酚和咖啡堿含量呈不斷減少趨勢,游離氨基酸總量呈先減少后不斷增加趨勢,在殺青工序含量最低,可溶性糖含量呈先增加后減少趨勢,在炒干工序含量最高。兒茶素是茶多酚的主體,占70%~80%,具有抗氧化特性[25]。兒茶素在濕熱作用下會(huì)發(fā)生異構(gòu)化和熱裂解作用,總量會(huì)減少,其中主要表現(xiàn)為EGCG、ECG等酯型兒茶素的減少,可能轉(zhuǎn)化為C、EC等非酯型兒茶素[26],這可能是茶多酚含量減少的原因,而且酯型兒茶素適量減少,有利于綠茶滋味的醇和爽口。兒茶素在高溫、濕熱、有氧的條件下,還可發(fā)生氧化聚合反應(yīng),如若結(jié)合殘留多酚氧化酶,氧化聚合更快,生成橙黃色的聚合物。當(dāng)氨基酸、蛋白質(zhì)存在時(shí),這些氧化聚合物可隨機(jī)聚合形成有色物質(zhì),是形成綠茶葉底黃綠的成分,使葉底呈現(xiàn)黃綠色,從而改善品質(zhì)[27]??Х葔A的含量總體有所下降,咖啡堿含量的減少可能與其做形、炒干時(shí)受熱溫度有關(guān),溫度越高,越容易升華,從而導(dǎo)致含量減低[28]。在攤青工序,由于呼吸作用,使在制品的部分蛋白質(zhì)水解,游離氨基酸含量增加,提高了茶葉滋味的鮮爽度。而在殺青工序,受濕熱的影響,游離氨基酸參與多種化學(xué)反應(yīng),含量下降[29-30],但在做形、炒干工序又有所上升,脫毫工序變化不大。殺青、做形和炒干工序,可溶性糖的總量有所增加,這可能是因?yàn)椴糠侄嗵菚?huì)水解,水解成可溶性糖類,有利于茶湯滋味的形成[31]。
將優(yōu)化工藝扁形綠茶樣品(試驗(yàn)組)與同一批次傳統(tǒng)工藝扁形綠茶樣品(對(duì)照組)的品質(zhì)進(jìn)行比較分析,其感官品質(zhì)及主要理化指標(biāo)如表9所示。
由表9可知,試驗(yàn)組感官品質(zhì)優(yōu)于對(duì)照組,感官評(píng)分提高了2.27分,茶葉容重增加10.84%,茶湯色澤有明顯改善,兒茶素品質(zhì)指數(shù)上升。表明優(yōu)化后的做形、炒干工藝參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中具有較好的應(yīng)用性。
表9 優(yōu)化工藝扁形綠茶與傳統(tǒng)工藝扁形綠茶品質(zhì)比較分析Table 9 Comparison and analysis of quality between optimized process flat green tea and traditional process flat green tea
以外觀度、色澤度和成形度為評(píng)價(jià)指標(biāo)開展單因素試驗(yàn),以感官評(píng)分、容重、茶湯-b/a值、兒茶素品質(zhì)指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)開展正交試驗(yàn),對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線下扁形綠茶做形、炒干工藝進(jìn)行優(yōu)化,確定了做形工序最佳工藝參數(shù):投葉量75 g、時(shí)間75 s、溫度220℃;炒干工序最佳工藝參數(shù):投葉量60 g、時(shí)間160 s、溫度160℃。在此條件下制成的扁形綠茶外形扁平挺直,湯色黃綠明亮,香氣高,滋味濃醇,綜合品質(zhì)達(dá)到最優(yōu)。扁形綠茶在加工過程中理化成分發(fā)生了一系列變化,在制品的含水率、水浸出物、茶多酚和咖啡堿含量呈不斷減少趨勢;游離氨基酸總量呈先減少后不斷增加趨勢,在殺青工序含量最低;可溶性糖含量呈先增加后減少趨勢,在炒干工序含量最高。通過對(duì)采用優(yōu)化工藝扁形綠茶與傳統(tǒng)工藝扁形綠茶品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組感官品質(zhì)優(yōu)于對(duì)照組,感官評(píng)分提高了2.27分,茶葉容重增加10.84%,茶湯色澤有明顯改善,兒茶素品質(zhì)指數(shù)上升,為扁形綠茶標(biāo)準(zhǔn)化工藝的制定提供了數(shù)據(jù)支撐。