金美霞 陳曉陽 吳政孺 林 杰*

(1.東陽市龍盤玉葉農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，東陽 322100；2.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，臨安 311300)

1 前言

‘木禾種’與‘鳩坑種’、‘龍井種’被并稱為浙江三大有性系茶樹良種，主要分布在浙江東陽、磐安、嵊州、紹興、諸暨等地，在1988年被評為浙江省省級茶樹良種。木禾種持嫩性強(qiáng)，芽葉生育力較強(qiáng)，制成的珠茶具有花香，是錢塘龍井和珠茶的當(dāng)家品種之一[1-3]。在金華東陽，‘木禾種’群體種占據(jù)茶園面積約70%，由2004年始，東陽以木禾種為根基，打造了“東白”系列茶葉品牌，‘木禾種’初步被開發(fā)成不同茶類。然而在品種深入研究方面，‘木禾種’遠(yuǎn)不及‘鳩坑種’與‘龍井種’?！F坑種’[4]、‘龍井種’的成品茶感官特征[5]、理化成分[6]和品種適制性[7]已有較多研究報(bào)告。而‘木禾種’在感官特征、理化指標(biāo)和成品茶適制性方面的研究未見報(bào)道，因此‘木禾種’是否具有一定的品種辨識(shí)度，制成各類茶的理化指標(biāo)和感官分析是否具有特點(diǎn)，需要進(jìn)行對比和分析，為未來‘木禾種’茶樹資源的開發(fā)利用提供參考。近年來卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在植物葉片識(shí)別方面應(yīng)用廣泛，朱良寬[8]等人提出DCGAN與遷移學(xué)習(xí)結(jié)合使用的植物葉片識(shí)別方法，不僅識(shí)別效率高于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)，同時(shí)節(jié)約了大量計(jì)算。有報(bào)道[9]基于使用了殘差模塊的Alexnet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)14輪訓(xùn)練，所有模型識(shí)別率均達(dá)95%以上，因此本文嘗試通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將‘木禾種’成品茶與其他茶樹品種成品茶進(jìn)行區(qū)分，確認(rèn)‘木禾種’成品茶的品種辨識(shí)度。

2 材料與方法

2.1 材料

東陽市龍盤玉葉農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的玉龍白茶三級、玉龍大袍(青茶)二級、東白黑茶三級、茉莉花茶三級、東白毛峰(綠茶)二級、玉龍白茶(緊壓白茶)、東白金紅(紅茶)二級(標(biāo)注產(chǎn)品生產(chǎn)月份、兩批次)。

2.2 感官分析及理化檢測

委托綠城農(nóng)科檢測技術(shù)有限公司感官分析及理化檢測，感官審評均依據(jù)GB/T 23776-2018國家標(biāo)準(zhǔn)鑒定，感官因子都達(dá)到“合格”水平；水分含量檢測方法依照GB 5009.3-2016第一法，總灰分檢測方法依照GB5009.4-2016第一法，酸不溶性灰分檢測方法依照GB5009.4-2016第三法，粉末含量檢測方法依照GB/T 8311-2013，水浸出物含量檢測方法依照GB/T 8305-2013，粗纖維含量檢測方法依照GB/T 8310-2013，水溶性灰分堿度檢測方法依照GB/T 8309-2013，茶多酚與兒茶素含量檢測方法依照GB/T 8313-2018。

2.3 數(shù)據(jù)采集及分析

2.3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 基于Python 語言的深度學(xué)習(xí)、操作系統(tǒng)Windows10專業(yè)版、硬件環(huán)境lntel(R)Core(TM)i7-7700HQ CPU@2.80GHz 2.80GHz，NVIDIA GeForce GTX1060、Anaconda3及Python3.7 版本。

2.3.2圖像采集 將取出的茶樣放入不同茶具，在不同背景，不同角度下進(jìn)行圖片拍攝，拍攝茶樣局部的圖片共50張?jiān)紙D片。網(wǎng)絡(luò)采集7種對應(yīng)茶類外形相似的對比成品茶(麗水香茶、壽眉白茶、貢眉白茶、武夷巖茶、熟普、茉莉花茶、金駿眉)代表性圖片各50張。

2.3.3卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遷移學(xué)習(xí)識(shí)別 原始圖像、對比圖像各裁剪去背景處理，再作圖像水平鏡面翻轉(zhuǎn)增強(qiáng)，擴(kuò)展產(chǎn)生每品種100張圖片，共1400張圖片的數(shù)據(jù)集。各類圖像分別以3:1的比值將圖像隨機(jī)劃分至訓(xùn)練集與測試集。將訓(xùn)練集圖像先隨機(jī)裁切為224×224×3的RGB圖像，再經(jīng)過圖像翻轉(zhuǎn)。測試集圖像則先經(jīng)縮放處理，再以中心為基準(zhǔn)裁切為224×224×3 的RGB圖像。研究表明，對數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖像增強(qiáng)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出中添加噪聲，可使模型的擬合能力與泛化能力增強(qiáng)并解決過擬合，提高圖像識(shí)別準(zhǔn)確率[10]。采用ResNet18卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化算法為SGD，動(dòng)量momentum=0.9，初始學(xué)習(xí)率LR=0.001，調(diào)整倍數(shù)gamma=0.1，調(diào)整間隔step size=7，訓(xùn)練輪數(shù)num epochs=10。

3 結(jié)果與分析

3.1 ‘木禾種’成品茶感官特征

對比國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23776-2018要求，所有7個(gè)‘木禾種’成品茶檢測樣都達(dá)到相應(yīng)茶類的感官因子“合格”水平，具體感官評價(jià)結(jié)果如表1所示，各分析樣的干茶如圖1所示。其中，玉龍白茶散茶在香氣方面稍粗，結(jié)合凈度含有較多的魚葉蠟片、葉底粗雜，表明所用原料較為粗老，因此在香氣上表現(xiàn)稍弱。玉龍白茶緊壓茶葉底中可見泛紅葉，可能是由于鮮葉堆放后未及時(shí)攤放萎凋?qū)е虏枞~紅變，也可能是日曬時(shí)光照過強(qiáng)導(dǎo)致的茶葉紅變。東白黑茶有幼嫩梗，葉底軟，表明原料尚嫩，陳香純正表明黑茶在渥堆工藝上程度適度，形成黑茶的獨(dú)特香氣。東白毛峰茶樣中含有莖梗，選擇含有嫩梗的原料利于形成緊實(shí)的條索，同時(shí)對滋味和香氣有一定提升作用，提升耐泡度。東白金紅因發(fā)酵適度，茶紅素大量生成，揉捻時(shí)間長，充分破壞茶葉細(xì)胞壁，提高茶湯濃度，使得湯色紅明，長時(shí)間提香的工藝形成了甜香的香氣。茉莉花茶茶樣可見筋梗，筋梗內(nèi)含有的內(nèi)含物質(zhì)對滋味有提升作用。玉龍大袍香氣純正，焙火時(shí)火功程度重，揮發(fā)性香氣成分減少，香氣方面稍弱。整體而言，‘木禾種’制成的黑茶(東白黑茶三級)陳香純正，制成的東白金紅二級具有顯著的甜香，在滿足各茶類適制性基礎(chǔ)上，在各別茶類上也能有良好表現(xiàn)。

圖1 ‘木禾種’成品茶干茶

表1 ‘木禾種’成品茶感官特征

表2 ‘木禾種’成品茶理化檢驗(yàn)指標(biāo)(干物重)

3.2 ‘木禾種’成品茶理化檢驗(yàn)指標(biāo)

玉龍白茶散茶、玉龍白茶緊壓茶、東白黑茶含水率均超過8%，可能與這三類茶原料嫩度低、加工過程中莖梗難以達(dá)到足干有關(guān)(表2)。玉龍大袍碎茶含量為0.8%，揉捻時(shí)產(chǎn)生的少量破碎葉是可能原因。東白毛峰、東白金紅、玉龍白茶、東白黑茶水浸出物含量分別為36.9%，31.8%，30.7%，30.7%，水浸出物含量整體偏低，綜合所有茶類的水浸出物含量初步推測是一是采用的原料嫩度整體不高，原料嫩度越高，水浸出物含量越高[11]；二是可能‘木禾種’茶樹可能內(nèi)含物質(zhì)較少。研究表明茶毫中的粗纖維含量顯著高于茶葉[12]，粗纖維含量是作為評價(jià)原料嫩度的重要指標(biāo)[13]，與原料嫩度呈顯著負(fù)相關(guān)，龍翔[14]認(rèn)為可將粗纖維含量作為炒青綠茶的品質(zhì)指標(biāo)。東白毛峰、東白金紅粗纖維含量分別為7.9%與8.23%，對于多毫茶樹品種，原料嫩度與茶毫含量呈正相關(guān)，東白金紅所用原料較嫩，產(chǎn)生較多的茶毫，茶毫中的粗纖維含量較高，可能貢獻(xiàn)了粗纖維含量指標(biāo)；而東白毛峰由于原料中有莖梗，客觀上也會(huì)帶來檢測樣粗纖維指標(biāo)偏高。因此以粗纖維含量作為品質(zhì)指標(biāo)評價(jià)‘木禾種’成品茶嫩度并不恰當(dāng)。東白綠茶的茶多酚含量僅為19.7%，兒茶素含量為14.54%，說明其茶多酚含量整體偏低，可能是造成其水浸出物率偏低的主要原因。倪德江等[15]發(fā)現(xiàn)加工中有無揉捻工藝對茶多酚含量差異較大，同時(shí)注意到做形時(shí)間最長的卷曲型在9種外形的茶葉中茶多酚含量最低，因此初步推測可能是長時(shí)間揉捻造成茶多酚含量低。整體而言，‘木禾種’由于其多為有性系茶園，采摘嫩度一致性不占優(yōu)勢，而制成的白茶、黑茶產(chǎn)品由于原料嫩度較低，莖梗率高，其含水量偏高；水浸出物含量體現(xiàn)茶葉中水溶性物質(zhì)含量[16]，而‘木禾種’的7個(gè)成品茶的水浸出物率整體偏低，特別是其紅茶、綠茶產(chǎn)品的水浸出率指標(biāo)需要更多關(guān)注并加以提升?！竞谭N’綠茶中的莖梗可能帶來粗纖維含量高，需要進(jìn)一步分析原因，并加以關(guān)注。

3.3 ‘木禾種’成品茶辨識(shí)度分析

所有7個(gè)‘木禾種’成品茶和7個(gè)比對茶的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模識(shí)別結(jié)果如表3所示，由‘木禾種’白茶散茶與壽眉、‘木禾種’青茶與武夷巖茶、‘木禾種’茉莉花茶與其他品種茉莉花茶、‘木禾種’黑茶與熟普識(shí)別率達(dá)100%，能做到了完全區(qū)分，‘木禾種’綠茶與麗水香茶、‘木禾種’紅茶與金駿眉、‘木禾種’緊壓白茶與貢眉同樣也達(dá)到非常高的識(shí)別率，分別為99.3%、96.7和98.7%。這些結(jié)果表明，‘木禾種’制成的成品茶與同類茶相比具有較高的辨別度，這可能是由‘木禾種’的加工工藝差別或品種本身差異帶來。

精確率指所有預(yù)測為正的樣本在真正真樣本中所占比例，召回率指真正樣本中被正確預(yù)測的比例[17]。由表4可見‘木禾種’白茶散茶與‘木禾種’黑茶精確率為1，即樣本預(yù)測完全正確且沒有將其他茶誤判為‘木禾種’白茶散茶，召回率為1，即樣本全部被正確預(yù)測且沒有遺漏樣本。這表明‘木禾種’制成的白茶散茶與黑茶在外形上具有極高的辨識(shí)度?！竞谭N’青茶、‘木禾種’綠茶、‘木禾種’茉莉花茶、‘木禾種’紅茶、‘木禾種’緊壓白茶雖有一定的誤判，但精確率與召回率仍高于0.9，外形上同樣有較高的辨識(shí)度。由圖2可見在14種茶同時(shí)分類識(shí)別時(shí)，1張‘木禾種’青茶被誤判為‘木禾種’茉莉花茶，2張其他品種茉莉花茶被誤判為‘木禾種’茉莉花茶，可能是由于同時(shí)14種茶葉共同訓(xùn)練學(xué)習(xí)導(dǎo)致未能完全區(qū)分，在學(xué)習(xí)中將外形相似的茶葉歸為一類造成誤判。

表3 ‘木禾種’成品茶對比識(shí)別率

表4 ‘木禾種’成品茶的精確率、召回率

圖2 ‘木禾種’成品茶的混淆矩陣熱力圖

4 總結(jié)

在本文中，通過感官審評、理化指標(biāo)檢測、干茶識(shí)別三種方法分析了‘木禾種’在感官、理化及外形辨識(shí)度三方面的品種特征，以下是本文的研究結(jié)論：

(1)‘木禾種’制成的7種類均達(dá)到了各自茶類的感官要求，此茶樹品種具有較廣泛的茶類適制性；其中，‘木禾種’制成的黑茶陳香純正與紅茶湯色紅明、帶有甜香，在紅茶與黑茶的適制性上有良好表現(xiàn)。

(2)理化檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，‘木禾種’整體水浸出物率偏低，而制成的綠茶茶多酚含量也偏低；也說明此品種的水浸出物偏低可能是由茶多酚含量偏低帶來；而制成的黑茶、白茶則含水量偏高，分析可能是由于原料中莖梗較多造成。而‘木禾種’綠茶與木禾種紅茶粗纖維含量分別達(dá)到了7.9%與8.23%。

(3)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別結(jié)果表明，‘木禾種’的7類成品茶與對比茶類可以輕易地區(qū)分開(平均預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到了99.23%)；也證明了‘木禾種’成品茶具有較高的辨識(shí)度，這可能是由其茶樹品種或加工工藝的差異帶來。

本研究證明了‘木禾種’茶樹具有較廣泛的茶類適制性，制成的成品茶也具有較高的辨識(shí)度，也得到了一些基礎(chǔ)理化數(shù)據(jù)，這也為‘木禾種’茶樹資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。