黃隆勝，劉庚強(qiáng)，胡光華，丘文杰

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510630；3.廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開(kāi)發(fā)有限公司，廣東 廣州 510555）

0 引言

英紅九號(hào)因滋味醇滑甜爽、鮮香持久的特點(diǎn)深受消費(fèi)者歡迎，是廣東省著名的茶葉品牌。茶葉的發(fā)酵環(huán)節(jié)是形成紅茶色、香、味品質(zhì)特征的關(guān)鍵工序，已有多位學(xué)者進(jìn)行了研究[1-4]。對(duì)于通氧發(fā)酵，朱琳琳[5]研究表明，經(jīng)無(wú)氧發(fā)酵工藝的紅茶品質(zhì)最差，在發(fā)酵過(guò)程中由于沒(méi)有氧氣的供給，茶黃素、茶紅素等有色物質(zhì)生成量偏少，造成茶湯顏色暗淡。潘科[6]、馮林[7]研究指出在紅茶發(fā)酵過(guò)程中采取通氧處理，較傳統(tǒng)發(fā)酵能明顯加快發(fā)酵葉的葉色及香型的轉(zhuǎn)變，縮短發(fā)酵進(jìn)程，隨著通氧時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵前期能夠促進(jìn)茶黃素、茶紅素的轉(zhuǎn)變，較傳統(tǒng)發(fā)酵含量高，但未對(duì)通氧發(fā)酵作出定量的結(jié)論。

目前英紅九號(hào)紅茶加工生產(chǎn)線的發(fā)酵工藝是將揉捻后的茶葉放置于較大空間內(nèi)并輔助加濕加溫，控制精度較低。本文通過(guò)對(duì)不同溫濕度、發(fā)酵時(shí)間及氧氣濃度對(duì)發(fā)酵質(zhì)量的影響研究，以期得出較佳的富氧發(fā)酵加工工藝，為紅茶加工生產(chǎn)線發(fā)酵工藝精準(zhǔn)調(diào)控提供參考。

1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

發(fā)酵機(jī)為自主研發(fā)設(shè)備，相比市場(chǎng)的發(fā)酵設(shè)備，增加了加氧功能，設(shè)置的循環(huán)風(fēng)機(jī)可以在短時(shí)間完成箱體內(nèi)空氣循環(huán)，使發(fā)酵箱內(nèi)物料的發(fā)酵環(huán)境均勻一致。設(shè)備控制采用觸摸屏作為人機(jī)交互界面，用于設(shè)置參數(shù)、儲(chǔ)存發(fā)酵工藝、顯示測(cè)量數(shù)據(jù)以及被控對(duì)象的動(dòng)作狀態(tài)。人機(jī)交互界面的配方功能可以儲(chǔ)存20 種不同的工藝，每種工藝最多可包含25個(gè)分段工藝，每段可設(shè)置不同的溫濕度、氧氣含量和發(fā)酵時(shí)間等工藝參數(shù)。為觀察發(fā)酵過(guò)程物料溫度的變化，增加了發(fā)酵物料的中心溫度采集步驟。

發(fā)酵前，在人機(jī)交互界面設(shè)定好紅茶在不同階段所需的溫度、濕度、含氧量的數(shù)值并保存。然后在發(fā)酵室依次放入裝好發(fā)酵葉的發(fā)酵筐，發(fā)酵葉的厚度約10 cm[8]，在其中一發(fā)酵筐的中心部位放入溫度探頭，以記錄發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵葉內(nèi)部的溫度情況，然后關(guān)閉發(fā)酵門(mén)，啟動(dòng)相應(yīng)的發(fā)酵工藝。發(fā)酵過(guò)程中，控制系統(tǒng)每分鐘采集并記錄1 次工藝參數(shù)，箱式發(fā)酵機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 箱式發(fā)酵機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以溫度、濕度、氧氣濃度和發(fā)酵時(shí)間為變量，其中溫度、氧氣濃度和發(fā)酵時(shí)間為3 水平，濕度為2 水平進(jìn)行正交試驗(yàn)[9]，共取54 個(gè)試驗(yàn)樣，因數(shù)水平如表1 所示。

表1 發(fā)酵試驗(yàn)因數(shù)水平表

制茶過(guò)程中萎凋、揉捻、烘干工藝一致，制成品茶葉由高級(jí)評(píng)茶師進(jìn)行感官評(píng)審，分別從外形（25%）、湯色（10%）、香氣（20%）、滋味（35%）、葉底（10%）5 個(gè)方面評(píng)審打分，各樣品得分錄入茶葉評(píng)審記錄表。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)茶葉評(píng)審記錄表，按濕度不同分別統(tǒng)計(jì)，如表2 和表3 所示。

表2 90%濕度條件下的發(fā)酵樣品得分

表3 95%濕度條件下的發(fā)酵樣品得分

3.1 試驗(yàn)結(jié)果直觀分析

3.1.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)品質(zhì)的影響

由表2 和表3 可知，當(dāng)發(fā)酵溫度在26℃時(shí)，發(fā)酵時(shí)間為6 h 的樣品只有含氧濃度為21%的評(píng)審得分高于5 h 與7 h 樣品的評(píng)審得分(與實(shí)際生產(chǎn)的加工參數(shù)較為接近)，其余樣品的評(píng)審得分普遍隨發(fā)酵時(shí)間增加而下降，說(shuō)明在發(fā)酵環(huán)境富氧的情況下，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，茶葉品質(zhì)有呈下降的趨勢(shì)。

3.1.2 富氧發(fā)酵對(duì)品質(zhì)的影響

紅茶發(fā)酵需要消耗大量的氧氣，若供氧不足，多酚類(lèi)物質(zhì)的正常氧化、芳香物質(zhì)的形成以及其他必要的物質(zhì)轉(zhuǎn)化都會(huì)受到影響[10]。由評(píng)審結(jié)果可知，在發(fā)酵溫度較低情況下，富氧環(huán)境可以強(qiáng)化發(fā)酵過(guò)程，有助于茶黃素和茶紅素的形成，使得茶葉具有較好的品質(zhì)，而當(dāng)發(fā)酵溫度和氧氣濃度都高時(shí)，隨著時(shí)間增加，發(fā)酵品質(zhì)呈下降趨勢(shì)，這是由于高溫和富氧都強(qiáng)化了發(fā)酵，方案中的5h 是否已超過(guò)最佳發(fā)酵時(shí)間，還有待通過(guò)后續(xù)減少發(fā)酵時(shí)間的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

3.1.3 發(fā)酵濕度對(duì)品質(zhì)的影響

水是茶葉發(fā)酵過(guò)程中不可缺少的介質(zhì)，多酚類(lèi)酶促氧化、香氣形成等化學(xué)反應(yīng)都需要水，發(fā)酵環(huán)境也需保持足夠高的相對(duì)濕度才能取得良好的效果。相關(guān)文獻(xiàn)表明[3]，為防止發(fā)酵葉脫水引起酶蛋白膠體的凝固變性，影響酶的活化，發(fā)酵環(huán)境的相對(duì)濕度要達(dá)到90%以上。試驗(yàn)采用了90%和95%不同濕度條件進(jìn)行對(duì)比，90%濕度環(huán)境下最高的樣品得分出現(xiàn)在34 ℃,氧氣濃度21%時(shí)，而95%濕度環(huán)境下最高的樣品得分出現(xiàn)在30 ℃,氧氣濃度22%時(shí)，這有可能是發(fā)酵參數(shù)的交互作用存在最優(yōu)的參數(shù)，原因是95%濕度下，發(fā)酵溫度34 ℃時(shí)，發(fā)酵反應(yīng)強(qiáng)烈，交互作用可能越過(guò)了最佳的發(fā)酵強(qiáng)度點(diǎn)，使得效果不如90%濕度時(shí)發(fā)酵的樣品得分。

3.1.4 發(fā)酵溫度對(duì)品質(zhì)的影響

溫度是影響發(fā)酵質(zhì)量的重要因素，發(fā)酵過(guò)程中，多酚類(lèi)化合物氧化放熱，使葉溫提高，鈍化酶的活性隨著氧化反應(yīng)減弱，葉溫又下降，總體呈現(xiàn)由低到高再到低的變化規(guī)律，多酚氧化酶活化最適溫度在30～45℃。溫度過(guò)低，酶的活性弱，達(dá)不到內(nèi)含成分轉(zhuǎn)化的要求，同時(shí)轉(zhuǎn)化進(jìn)展緩慢，耗時(shí)長(zhǎng)，內(nèi)含物不豐富，香低、味淡、色暗。溫度過(guò)高，會(huì)加速酶蛋白與多酚類(lèi)氧化產(chǎn)物結(jié)合形成不溶性復(fù)合物，而且多酚類(lèi)氧化過(guò)于激烈，造成茶紅素迅速增加，并進(jìn)一步氧化聚合成暗褐色的茶褐素，降低了茶葉的發(fā)酵品質(zhì)。文獻(xiàn)[4]建議發(fā)酵葉的溫度應(yīng)保持在30 ℃左右最適宜，環(huán)境溫度則在24～25℃為宜。本試驗(yàn)研究表明，英紅九號(hào)紅茶的發(fā)酵，在含氧21%的情況下，無(wú)論90%還是95%的相對(duì)濕度，18 個(gè)樣品得分最高均出現(xiàn)在34℃的發(fā)酵溫度，可能與該品種為大葉種，內(nèi)含物豐富有關(guān)，實(shí)測(cè)發(fā)酵時(shí)間在2 h 左右時(shí),發(fā)酵葉的內(nèi)部溫度達(dá)最高37.7 ℃,處于多酚氧化酶活化最適宜范圍內(nèi),之后內(nèi)部溫度開(kāi)始下降,與發(fā)酵的環(huán)境溫度差值逐漸變小。

3.2 試驗(yàn)綜合評(píng)分結(jié)果分析

3.2.1 90%濕度條件下的結(jié)果分析

由表4 可以看出，在90%發(fā)酵濕度的環(huán)境下,各因素對(duì)發(fā)酵品質(zhì)的影響大小依次為氧氣濃度、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度。得出紅茶發(fā)酵的較好工藝為：A3B1C1，即發(fā)酵溫度為34 ℃、發(fā)酵時(shí)間為5 h、氧氣濃度為21%。

表4 90%濕度條件下綜合評(píng)分結(jié)果表

3.2.2 95%濕度條件下的結(jié)果分析

由表5 可以看出：在95%發(fā)酵濕度的環(huán)境下，其余各因素對(duì)發(fā)酵品質(zhì)的影響大小依次為發(fā)酵時(shí)間、氧氣濃度、發(fā)酵溫度。得出紅茶發(fā)酵的較好工藝為：A2B1C2，即發(fā)酵溫度為30 ℃、發(fā)酵時(shí)間為5 h、氧氣濃度為22%。

表5 95%濕度條件下綜合評(píng)分結(jié)果表

續(xù)表

4 結(jié)語(yǔ)

1）研制的箱式發(fā)酵機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵溫度、濕度、含氧量的準(zhǔn)確控制，實(shí)時(shí)采集物料溫度等各加工參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)酵過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

2）對(duì)于箱式發(fā)酵機(jī)，富氧發(fā)酵可以避免發(fā)酵過(guò)程出現(xiàn)厭氧發(fā)酵的情況，所有的發(fā)酵樣品均未出現(xiàn)品質(zhì)低劣現(xiàn)象。

3）試驗(yàn)研究表明，90%濕度環(huán)境下，氧氣濃度是影響茶葉發(fā)酵品質(zhì)最重要的影響因子，發(fā)酵溫度為34 ℃、發(fā)酵時(shí)間為5 h、氧氣濃度為21%時(shí)，茶葉發(fā)酵具有良好的品質(zhì)；95%濕度環(huán)境下，發(fā)酵時(shí)間是影響茶葉發(fā)酵品質(zhì)最重要的影響因子，發(fā)酵溫度為30 ℃、發(fā)酵時(shí)間為5 h、氧氣濃度為22%時(shí)，茶葉發(fā)酵具有良好的品質(zhì)。保證發(fā)酵過(guò)程中充足的氧氣含量，可以增加發(fā)酵強(qiáng)度，有利于提高英紅九號(hào)的發(fā)酵品質(zhì)。