基于多元统计分析的抹茶适制品种综合评价

袁丽萍，雷震东，王欢欢，覃信雪，杨淑雅，温晓菊，吴位河，倪德江，陈玉琼

（华中农业大学园艺林学学院，果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室，湖北 武汉 430070）

抹茶是指采用覆盖栽培的茶树鲜叶经蒸汽（或热风）杀青后，干燥制成的叶片为原料，经研磨工艺加工而成的微粉状茶产品，其微粉的颗粒（D60）小于或等于18 μm[1]。抹茶原产于我国，进入21世纪得到快速发展[2-3]。凭借其颗粒细微均匀、色泽嫩绿鲜活、口感醇和饱满、香气清新淡雅的独特风味以及抗氧化、抗衰老、养颜等健康功效[4-7]被作为营养强化剂[8]和天然色素添加剂[9]广泛应用到食品、保健品和日用品等诸多行业。传统抹茶的感官品质具有原质、原色、原味等“三原”和清香、清口、略带青（草）气等“三清”的特点，要求茶树品种叶绿素、氨基酸含量高，茶多酚含量低[10-11]。因此生产上通常采用采前遮阴等栽培措施，提高茶树鲜叶氨基酸、叶绿素和芳香物质的含量，降低茶多酚的含量[12-13]。此外，茶树品种是影响抹茶品质的关键因素[14-15]，高品质抹茶要求其色泽更为翠绿[16-17]、苦涩味更低，因此对于茶树品种的选择更为严苛。

目前我国从国家良种或地方品种中已筛选出一批适宜加工抹茶的茶树品种，同时部分引进日本适宜抹茶加工的茶树品种[18]。汪素琴等[19]以15 个茶树品种鲜叶为原料制成碾茶，通过感官审评和理化指标分析，并结合鲜叶单产比较结果，筛选出中茶108、中茶102、奥绿、龙井43为适合作碾茶原料的品种。毛雅琳等[10]对8 个不同茶树品种所制碾茶的感官品质、理化成分和色差结果的分析表明，龙井43整体表现最佳，其外观色泽墨绿，滋味鲜爽，游离氨基酸和叶绿素含量高，酚氨比值低，综合品质优于薮北和奥绿。邬刚等[20]以8 种不同品种（国内5 种、国外3 种）抹茶为研究对象，系统比较不同品种抹茶中水浸出物、茶氨酸、茶多酚等生化成分、粒度和体外抗氧化活性的差异，结果表明我国不同品种抹茶的水浸出物、茶氨酸、茶多酚、可溶性糖等品质成分均显著高于国外抹茶品种（P＜0.05），其中龙井43综合品质得分最高。目前，抹茶适制品种的筛选范围还比较小，且主要局限于适制绿茶的中小叶品种，抹茶适制品种较为单一。抹茶适制性的评价方法主要根据感官评定结合部分理化指标分析，基于理化指标的综合评价模型评价抹茶感官品质的研究也有报道，如Wu Jizhong等[21]对市售的119 个成品抹茶的理化指标进行测定，采用最小绝对收缩与选择算子-主成分分析（principal component analysis，PCA）综合评价模型，从24 个理化指标中筛选出8 个关键指标，简化了抹茶理化指标的收集，证明了采用理化指标评估抹茶感官品质的可行性。但对于茶树品种加工抹茶适宜性综合评价的研究较少。为此，本实验以36 个不同茶类适制性茶树品种所制抹茶的感官品质、理化品质等11 项品质指标进行分析，结合PCA、聚类分析、多元线性回归分析等方法，探讨抹茶适制品种主要评价标准，并筛选出适制抹茶的茶树品种，以期为抹茶适制品种的科学评价和筛选提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

36 个实验材料的鲜叶于2021年4月上旬采于华中农业大学南湖茶园，不同茶类适制性的茶树品种信息如表1所示。

表1 茶树品种信息Table 1 Tea cultivars suitable for different purposes tested in this study

薮北品种抹茶（作为对照）杭州茗宝生物科技有限公司；茚三酮、氯化亚锡、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、福林-酚、无水碳酸钠、丙酮、无水乙醇、浓硫酸、甲醇（均为分析级），葡萄糖、没食子酸标准品（均为色谱级）国药集团化学试剂有限公司；茶氨酸标准品（色谱级）上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

XQM-12文式行星球磨机 长沙天创粉末技术有限公司；电蒸锅 苏泊尔股份有限公司；722N可见分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司；ME204E电子天平Mettler Toledo仪器（上海）有限公司；HH-2数显恒温水浴锅 常州澳华仪器有限公司；L4-5K台式低速离心机湖南可成仪器设备有限公司；DHG-9146A电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；CS-820N台式分光测色仪 上海精密仪器仪表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 抹茶样品制备

茶树遮阴处理：每个茶树品种选取长1.5 m，宽1 m的茶行，当茶树长出一芽二叶70%左右时，使用黑色高密度聚乙烯遮阳网（遮阴率85%～90%）进行遮阴覆盖，遮阳网高于茶树蓬面30 cm左右，遮阴时间为21 d，采摘标准为1芽4叶及同等嫩度鲜叶。采摘时间为2021年4月16日—4月26日。

抹茶加工：鲜叶→室内自然摊放2 h→蒸汽杀青（选用直径47 cm蒸锅，杀青100 s左右）→冷却散热→初烘干燥（110 ℃、15 min）→去梗除杂→足干（80 ℃、40 min）→球磨粉碎→抹茶（D60≤18 μm）。

1.3.2 抹茶感官品质评价

按照GB/T 34778—2017《抹茶》茶叶感官审评方法[1]，由5 位专业评茶员对各品种抹茶的干茶色泽、汤色、香气和滋味4 项因子进行感官评价和评分，感官得分＝干茶色泽（25%）＋汤色（15%）＋香气（25%）＋滋味（35%）。

1.3.3 抹茶理化品质测定

1.3.3.1 色度值

采用色差计法，选取L*a*b*表色系，其中L*值表示明亮度，值越高，明亮度越好；a*值代表红绿色度，正值表示红色程度，负值表示绿色程度，b*值代表黄蓝色度，正值表示黄色程度，负值表示蓝色程度，a*值和b*值的绝对值越大，代表彩度越高。

1.3.3.2 游离氨基酸总量

采用GB/T 8314—2013《茶 游离氨基酸总量的测定》中茚三酮比色法[22]。

1.3.3.3 可溶性糖含量

蒽酮比色法[23]。

1.3.3.4 茶多酚含量

采用GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》中福林-酚比色法[24]。

1.3.3.5 叶绿素含量

参照赵先明等[25]的丙酮-乙醇混合液浸提法。称取茶样0.2 g于50 mL离心管中，加混合液（丙酮-无水乙醇-水（3∶6∶1，V/V））30 mL，放于暗处浸提1 h，使用分光光度计测定提取液在波长645 nm和663 nm的吸光度（A），以溶剂作空白。叶绿素a（Ca）、叶绿素b（Ca）含量及总量（Ct）计算公式如下：

式中：V为混合液体积/mL；W为样品干质量/g。

1.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 不同品种抹茶的感官品质分析

抹茶的感官品质要求色泽翠绿鲜活，滋味鲜醇饱满，香气清新淡雅。根据36 个茶树品种所制抹茶感官审评结果，按照总分得分划分为4 个等级：

第1等级得分范围为90～93 分，主要有中茶108、中茶102、福鼎大白、台茶12号、茂绿、福鼎大毫6 个品种。这一类品种所制抹茶的干茶翠绿鲜活，汤色绿，滋味鲜醇，干茶色泽、汤色和滋味得分高；香气具甜香、花香或海苔香，综合品质最好。

第2等级得分范围为85～90 分，主要有迎霜、五峰310、福云六号、凫早2号、名选131、梅占、龙井长叶、黄旦、马边绿9 个品种以及薮北品种（对照）。这一类品种所制抹茶的干茶色泽绿或深绿，滋味较鲜醇，香气以海苔香为主，综合品质较好。

第3等级得分范围为80～85 分，主要有紫牡丹、金牡丹、仙寓早、鸠坑早、金观音、黔湄106、龙井43、浙农117、铁观音、鄂茶1号、乌牛早、舒茶早、冷后浑、黄金芽14 个品种。这一类品种所制抹茶的干茶色泽和汤色较绿，香气以海苔香为主，其中金牡丹有花香，金观音呈甜香；滋味尚鲜醇，但铁观音、鸠坑早滋味浓、较苦涩。

第4等级得分范围为75～80 分，主要有多抗香、白叶1号、鄂茶10号、恩茶红、五峰212、福安大白、楚香1号7 个品种。这一类品种所制抹茶的干茶色泽和汤色偏黄；苦涩味明显，因此得分较低。

2.2 不同品种抹茶的主要理化成分分析

不同品种抹茶的色度值、游离氨基酸、可溶性糖、茶多酚、酚氨比和叶绿素各指标含量范围、平均值、标准差和变异系数如表2所示，可溶性糖质量分数范围为1.61%～4.28%，平均值为2.79%，变异系数最大，达22.95%。酚氨比（1.92%～4.93%，平均值为3.11%）和叶绿素总量（0.33%～0.95%，平均值为0.70%）次之，分别为22.46%和19.05%。色度值L*（62.08～69.78，平均值为65.13）和b*（24.81～27.91，平均值为26.55）的变异系数最小，分别为2.40%和2.70%，其他指标的变异系数范围为12.35%～12.66%，说明大部分生化指标的变异幅度较大。

表2 36 个品种所制抹茶的主要品质指标含量分析Table 2 Major quality attributes of matcha made from 36 tea cultivars

相关性分析（表3）表明，色度值L*、a*、b*之间高度相关，与叶绿素总量、干茶色泽和汤色高度相关，同时|a*|与茶多酚、可溶性糖呈显著负相关，b*与茶多酚呈显著负相关；茶多酚与游离氨基酸和滋味呈显著负相关；干茶色泽与可溶性糖和茶多酚呈显著负相关；干茶色泽、汤色和叶绿素总量之间呈极显著正相关。其他相关性较弱。

表3 各品质指标间的相关关系Table 3 Correlation analysis among different quality characteristics

2.3 不同品种抹茶的聚类分析

采用系统聚类法，以抹茶的感官品质、主要生化品质为指标，对36 个茶树品种所制抹茶进行聚类分析（图1），根据不同品种抹茶的品质特征可分为三大类。第I类群有17 个品种，分别为紫牡丹、中茶108、中茶102、迎霜、五峰310、乌牛早、台茶12、名选131、梅占、茂绿、马边绿、龙井43、黄旦、福云六号、福鼎大毫、福鼎大白、鄂茶1号。如表4所示，该类群色度值a*值相对最低（平均值-9.31），叶绿素含量相对最高（平均值0.79%）；游离氨基酸含量高（平均值4.91%），茶多酚含量低（平均值12.93%），酚氨比值小（平均值2.65%），干茶色泽（平均值20.71 分）和汤色（平均值13.11 分）得分最高，综合品质好。

图1 聚类分析图Fig.1 Cluster analysis plot

表4 不同类群间品质成分的均值比较Table 4 Comparison of mean values of quality indicators among different groups

第II类群有17 个品种，分别为浙农117、仙寓早、五峰212、铁观音、舒茶早、黔湄106、龙井长叶、冷后浑、鸠坑早、金牡丹、金观音、福安大白、凫早2号、恩茶红、鄂茶10号、楚香1号、多抗香，该类群游离氨基酸含量相对较低（平均值4.32%），茶多酚含量相对较高（平均值15.53%），酚氨比值最高（平均值3.64%），滋味品质得分最低（平均值18.82 分）。

第III类群有2 个品种，分别为黄金芽和白叶1号，该类群色度值L值最高（平均值69.77），色度值a*值（平均值-7.07）、叶绿素含量（平均值0.34%）、干茶色泽（平均值16.50 分）、汤色（平均值10.75 分）和香气（平均值20.75 分）得分低。

2.4 不同品种抹茶的PCA

为进一步确定抹茶适制性的代表性品质指标，采用PCA法对11 项抹茶品质指标进行分析。PCA结果如表5、6所示，以累计贡献率大于85%作为标准，提取5 个PC，所表达的综合信息能够反映全部性状的大部分信息[26-27]。前5 个PC的贡献率分别为42.514%、17.969%、12.886%、7.735%和7.047%，累计贡献率达88.152%。

表5 PC特征值、贡献率和累计贡献率Table 5 Eigenvalues,contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

表6 5 个PC对应的11 个特征向量Table 6 Scores of first five principal components for 11 quality indicators

根据11 个指标的特征向量矩阵得到5 个PC的评价函数，如下：

由函数式可以看出，PC1主要代表色度值a*、b*、叶绿素、干茶色泽和汤色，反映色泽品质；PC2主要代表游离氨基酸、茶多酚、香气、滋味品质；PC3主要代表L*和可溶性糖品质特征；PC4主要代表游离氨基酸和滋味品质；PC5主要代表游离氨基酸和香气品质。PC2～5累计贡献率约为46%，主要反映滋味品质，PC1贡献率为42.5%，主要反映色泽品质。

分别以5 个PC的贡献率为权重，构建PC综合评价函数：

将各品种的5 个PC值代入综合评价函数，可以得到各品种的综合评价值及排序结果，如表7所示。综合评分较高的品种有中茶102、台茶12、中茶108、福鼎大毫、梅占、福鼎大白、福云六号等。

表7 36 个品种所制抹茶的综合评价值及排序Table 7 Comprehensive evaluation scores and ranking of matcha made from 36 tea cultivars

2.5 抹茶品质评价指标筛选

为进一步确定各品质指标的贡献权重，采用多元线性回归分析建立抹茶感官评分与理化指标间的关系模型，筛选出对样品感官品质具有显著贡献的影响指标。多元回归方程变量见表8。采用逐步筛选法，将回归系数显著性F≤0.05的自变量纳入回归方程，F≥0.1的自变量剔除，得到回归方程y＝3.167|a*|＋46.850（y为感官品质总分），可以看出，显著影响抹茶感官评分的主要因素是色度值|a*|，其余成分全部从回归方程中剔除，对回归方程进行拟合优度及显著性检验，结果显示调整后的R2＝0.710，P＜0.001，表明该模型有效。用该模型对36 个品种进行评价，得到排名前10的品种为中茶102、台茶12、福鼎大白、中茶108、黄旦、福云六号、福鼎大毫、鄂茶1号、迎霜、五峰310，与PC综合评价模型得到的结果基本一致，说明该模型能够实现对样品类别的有效预测。

表8 多元回归方程变量Table 8 Significance testing of seven variables evaluated by multiple regression

3 讨论

对36 个不同茶树品种所制抹茶的8 项理化品质进行分析，其变异系数范围为2.40%～22.95%，说明品种对抹茶品质成分影响较大。采用PCA，得到综合评价得分排在前10的品种，为中茶102、台茶12、中茶108、福鼎大毫、梅占、福鼎大白、福云六号、紫牡丹、茂绿、迎霜。该类品种所制抹茶游离氨基酸含量和叶绿素含量高，茶多酚含量低，酚氨比值小，具有色泽绿润，滋味鲜醇的特点，与薮北品种相比，香气更细腻，鲜醇度更高，|a*|值普遍高于薮北，综合品质好（薮北综合得分0.936 2，排名第7），是适宜加工高品质抹茶的品种。

抹茶品质评价指标的合理选择对茶树品种采制抹茶的品质优劣起到重要作用。现行的GB/T 34778—2017通过分析抹茶的感官品质和茶氨酸含量，对抹茶进行分级。感官评审虽然简单易行，但易受主观因素影响[28-29]，茶氨酸含量的测定也比较复杂。本研究通过PCA，提取5 个PC（累计贡献率88.152%），其中PC1贡献率最高，为42.5%，主要反映样品的色泽品质。进一步采用多元线性回归分析建立各品质指标与感官评分之间的关系模型，得到回归方程y＝3.167|a*|＋46.850，R2＝0.710，表明色度值a*（P＜0.01）显著影响样品的感官评价。通过相关性分析，干茶色度值|a*|值与b*值、叶绿素总量、干茶色泽和汤色等色泽品质呈极显著正相关（P＜0.01），与茶多酚呈极显著负相关（P＜0.01），且测定方法简便，因此，干茶a*值可选择作为抹茶品质评价的重要方法，也可作为品种加工适宜性的评价指标。

茶树品种是影响茶叶品质的重要因素。目前我国筛选的抹茶适制品种主要以中小叶种为主，如中茶108、中茶102、龙井43、鸠坑等[11]，以适制绿茶品种居多，适制品种较为单一。本实验采用36 个适制不同茶类的品种制成抹茶，研究结果表明可以用非绿茶品种制作优质抹茶。如适制乌龙茶品种梅占、黄旦、台茶12等，红绿兼制品种福鼎大白、福鼎大毫、福云六号等。同时发现所制抹茶香型多样，其中呈海苔香型的品种有29 个，综合品质较优的品种有中茶108、福鼎大白、茂绿、迎霜等，具有色泽绿润、滋味鲜醇（感官总分在89 分以上），游离氨基酸和叶绿素总量高，酚氨比值低的特点。龙井43在已有的研究报道中，是适合加工抹茶的优质品种。本实验中，龙井43所制抹茶也具有游离氨基酸和叶绿素总量高，酚氨比值低的特点，但其香气较低、滋味尚鲜，感官品质得分较低，可能与地域生长环境有关。呈甜香型的品种有5 个，包括中茶102、金观音、五峰212、恩茶红和鄂茶10号，其中，中茶102整体品质最优，表现为色泽鲜绿，滋味鲜浓；叶绿素含量为9.5 mg/g，为所有品种最高，a*值为-10.17，为所有品种最低。呈花香型的品种有3 个，包括台茶12、福鼎大毫和金牡丹。其中台茶12和福鼎大毫所制抹茶品质较优，综合排名在第2和第4。在甜香和花香抹茶品种中，金观音、金牡丹和台茶12是乌龙茶适制品种，近年来，也广泛用于加工工夫红茶[30]，所制成品红茶既具有乌龙茶浓郁的花果香，又具备红茶甜醇的滋味特征[31]，备受消费者青睐。因此，可以考虑作为芳香型抹茶的加工品种。鄂茶10号和恩茶红为湖北地方品种，适制绿茶[32]或红茶，这些品种所制抹茶具有特殊的甜香，但滋味较浓涩，多酚含量高，可考虑作为食品抗氧化添加剂应用，以提高食品功能特性。