恩施玉露茶精揉做形工艺的响应面法优化
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摘要：精揉做形是恩施玉露茶外形品质形成的关键工序之一，为提高茶叶外形品质，在单因素试验基础上，利用SPSS数据统计软件对影响恩施玉露茶品质的因素进行了评价，筛选出具有显著作用的4个因素，即茶坯含水率、做形温度、做形时间和投叶量。利用Design-Expert数据分析软件中响应面分析法的中心组合设计建立了恩施玉露茶加工过程中精揉做形工艺的数据模型，并确立了恩施玉露茶精揉优化后的工艺参数为茶坯含水率26.33%，做形温度91.85 ℃，投叶量3.00 kg，做形时间36.76 min。在此条件下，恩施玉露茶感官品质得分的预测值为94.14，验证试验值为94.10，说明响应面法对恩施玉露茶精揉工艺优化可行。
关键词：茶叶；恩施玉露；精揉做形；感官品质；响应面
中图分类号：TS272.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）02-0350-05
Optimizing the Shaping Process of Enshi Yulu Tea by Response Surface
Analysis Method
YE Fei1，GAO Shi-wei1，ZHANG Qiang2，TENG Jing1，HOU Wei-hua2，GONG Zi-ming1
（1.Institute of Fruit and Tea， Hubei Academy of Agricultural Science/Tea Sub-center of Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center， Wuhan 430064， China； 2.Tea Research Institute， Enshi Autonomous Prefecture Academy of Aagriculture/West Comprehensive Experiment Station of Hubei Province S & T Innovation Cener， Enshi 445002， Hubei， China）
Abstract： Shaping technologies is a crucial process for the quality of Enshi yulu. In order to improve the appearence quality， based on single factor tests， factors influencing the quality of tea were evaluated by SPSS. Four factors having significant influence on tea including time duration for shaping， leaf feeding and temperature， the semi-finished tea container and time were screened. The mathematical model of shaping technologies in processing Enshiyulu tea was established with the central-composite model of response surface methodology in Design-Expert software. The optimal technique of shaping during the Enshi Yulu tea processing were water containing of semi-finished tea container 26.33%， temperature 91.85 ℃， leaf feeding 3.00 kg， and time duration for shaping 36.76 min each time. Under the optimal condition， the experimental value of the sensory quality was 94.10， in good agreement with the predictive value of 94.14. Therefore， the shaping technologies optimized by response surface methodology is practical.
Key words： tea； Enshi Yulu； shaping technology； sensory quality； response surface methodology
恩施玉露茶是湖北省的第一历史名茶，也是中国针形绿茶的典型代表，其外形紧细圆直，色泽翠绿油润，叶底绿亮匀整，汤色绿亮[1-3]。恩施玉露茶的加工工艺较为复杂，依次为蒸青、冷却回潮、揉捻、动态烘干、精揉、提香等[4]，其中精揉工艺对干茶品质的影响较大，操作不当容易出现品质不稳和下降等问题[2]。因为传统手工工艺已经不能满足现代生产的需要，所以恩施玉露的规模化生产主要使用精揉机（60K-S）进行[4，5]。影响精揉的因素较多，如茶坯含水率、加压方式、做形温度和做形时间等，此外对精揉机的操作技术也还不成熟，更没有形成统一的生产规范。试验研究了茶坯含水率、加压方式、精揉温度和投叶量对干茶感官品质的影响，在单因素试验基础上，利用响应面法来优化精揉工艺参数，并进行了验证试验，旨在获得最优的精揉工艺参数，为恩施玉露茶的规模化生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
以福鼎大白实生种茶树鲜叶为试材，一芽一叶，同一方法处理至精揉备用。
主要设备为汽热杀青机（6CSZ-65型，浙江上洋机械有限公司）、精揉机（60K-S型，浙江川崎茶业有限公司）、水分快速测定仪（MF-50型，深圳深博瑞仪器仪表有限公司）等。
1.2 方法
1.2.1 试样处理 鲜叶经汽热杀青、揉捻和烘二青工艺[6]处理后，按照精揉做形工艺分别进行单因素试验，将精揉后的茶坯于70 ℃烘干，进行感官评审。
1.2.2 试验设计 首先分别对茶坯含水率（22%、24%、26%、28%、30%）、加压方式（空压、轻压、中压、重压、加重，具体操作见表1）、做形时间（25、30、35、40、45 min）、投叶量（2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 kg）和做形温度（80、90、100、110、120 ℃）5个因素进行单因素试验，选择茶叶感官品质得分差异显著的因素并找出零水平，在此基础上再选择茶坯含水量、做形时间、做形温度、投叶量进行中心组合试验设计优化精揉工艺参数，其具体设计水平编码见表2。以试验因素的不同水平为自变量，以感官评审得分为响应值进行试验分析。
1.2.3 检测方法及数据处理 按照茶叶感官评审方法（国家标准GB 23776―2009）对茶样进行感官评审，具体公式为：感官品质得分=外形×0.25+汤色×0.10+香气×0.25+滋味×0.30+叶底×0.10。采用SPSS 13.0数据分析软件对单因素试验中各因素进行多重比较；采用Design-Expert 8.05数据处理系统的响应面中心组合设计对精揉做形工艺数据进行参数优化。
2 结果与分析
2.1 单因素试验分析
2.1.1 茶坯含水率 在做形时间35 min、投叶量3.5 kg、做形温度100 ℃、中压做形时，不同茶坯含水率对恩施玉露茶感官品质得分的影响见图1。由图1可知，茶坯含水率为22%～26%时，干茶的感官品质得分随茶坯含水率的升高而升高，但含水率超过26%以后，干茶感官品质得分极显著下降，说明茶坯含水率过高或过低均对干茶感官品质有影响，较合适的茶坯含水量为24%～28%。
2.1.2 加压方式 在茶坯含水率26%、做形时间35 min、投叶量3.5 kg、做形温度100 ℃时，不同加压方式对恩施玉露茶感官品质得分的影响如图2所示。由图2可知，随着精揉做形压力的增大，干茶感官品质得分先升后降，重压处理时感官品质得分最高，加重处理的感官品质得分最低，较合适的加压方式为中压和重压2种方式。多重比较结果发现这2种加压方式对干茶感官品质得分的影响不显著。
2.1.3 做形温度 在茶坯含水率26%、做形时间35 min、投叶量3.5 kg、中压做形时，不同做形温度对恩施玉露茶感官品质得分的影响如图3所示。由图3可知，精揉做形温度在80～100 ℃时，干茶感官品质得分无显著差异，但精揉温度超过100 ℃后，干茶感官品质得分极显著下降，表明做形温度过高对干茶感官品质得分不利，综合考虑认为合适的做形温度为80～100 ℃。
2.1.4 投叶量 在茶坯含水率26%、做形时间35 min、做形温度100 ℃、中压做形时，不同投叶量对恩施玉露茶感官品质得分的影响如图4所示。由图4可知，投叶量为2.5～3.0 kg时，干茶感官品质得分极显著升高，随后下降，当投叶量为4.0 kg时，干茶的感官品质得分极显著下降，说明加大投叶量不利于干茶感官品质得分。
2.1.5 做形时间 在茶坯含水率26%、投叶量3.5 kg、温度100 ℃、中压做形时，不同做形时间对恩施玉露茶感官品质得分的影响如图5所示。由图5可知，做形时间为25～35 min时，干茶感官品质得分显著升高，时间超过35 min后，随着时间的延长，干茶的感官品质得分极显著下降，说明延长精揉做形时间不利于干茶感官品质得分，综合考虑认为合适的时间为30～40 min。
2.2 精揉工艺试验分析及回归方程建立
根据单因素试验和多重比较分析，选择效果显著的因素处理，即茶坯含水率、做形温度、投叶量和做形时间进行组合试验，以恩施玉露茶感官品质得分（Y）为响应值，以茶坯含水率（X1）、做形温度（X2）、投叶量（X3）和做形时间（X4）为自变量进行试验分析。根据单因素试验结果，采用中心组合设计优化精揉工艺条件，试验设计与结果如表3所示[7-9]。
对表3的数据进行回归分析，得到二次多元回归模型为：Y=94+0.062X1+0.350X2-0.190X3+
0.560X4+0.470X1X2-0.590X1X3+0.220X1X4+0.094X2X3
-0.220X2X4-0.031X3X4-0.690X12-0.690X22-0.690X32-0.760X42；回归方程显著性检验结果如表4所示。运用软件对模型进行方差分析，此模型的决定系数R2=0.731 9，响应面回归模型达到了显著水平，一次项做形时间对干茶感官品质得分的影响达显著水平，二次项茶坯含水率、做形温度、投叶量和做形时间对干茶感官品质得分的影响都达极显著水平，交互项对干茶感官品质得分影响较小。说明该方程能够准确反映干茶感官品质得分与茶坯含水率、做形温度、投叶量和做形时间之间的关系。
2.3 精揉工艺试验影响因素交互作用分析
根据对二次多元回归模型系数的显著性检验结果，其交互作用如图6所示。从图6可看出，各因素交互作用对响应值的影响基本呈“凸”字形，具体表现为：在茶坯含水率为25.00%～27.00%，做形温度在85.00～95.00 ℃时，干茶感官品质得分达到最高点（图6a）；在茶坯含水率为25.00%～27.00%，投叶量为2.70～3.10 kg时，干茶感官品质得分达到最高点（图6b）；在茶坯含水率为25.00%～27.00%，做形时间为34.00～38.00 min时，干茶感官品质得分达到最高点（图6c）；做形温度为85.00～95.00 ℃，投叶量为2.70～3.10 kg时，干茶感官品质得分达到最高点（图6d）；在做形温度为85.00～95.00 ℃，做形时间为34.00～38.00 min时，干茶感官品质得分达到最高点（图6e）；在投叶量为2.70～3.10 kg，做形时间为34.00～38.00 min时，干茶感官品质得分达到最高点（图6f）。
2.4 最佳工艺条件的验证
软件分析得到恩施玉露茶干茶感官品质得分最高为94.14，与之对应的工艺条件为茶坯含水率26.33%，做形温度91.85 ℃，投叶量3.00 kg，做形时间36.76 min。采用上述优化条件，进行3 组重复试验，干茶感官品质得分平均为94.10，与预测的理论值相接近，验证了该模型的有效性。
3 结论
1）利用Design-Expert数据分析软件中响应曲面法的中心组合设计建立了恩施玉露茶精揉做形工艺的数学模型，该模型拟合程度良好，试验误差小，可以用此模型对针形绿茶做形工艺进行分析和预测。
2）确定了恩施玉露茶精揉工艺的最佳参数为茶坯含水率为26.33%，做形温度为91.85 ℃，投叶量3.00 kg，做形时间36.76 min。在此条件下，恩施玉露茶感官品质得分的预测值为94.14，验证试验值为94.10，说明响应面法对恩施玉露茶精揉工艺优化可行。
3）影响茶叶精揉的因素有茶坯含水率、做形温度、做形时间、投叶量及加压方式等[10]。单因素试验发现加压方式对干茶感官品质的影响相对较小，可能是因为精揉机内做形空间大，易于热量和水分散失[11，12]，干茶感官品质得分变化不大。本研究中做形时间在数学模型中对干茶感官得分影响最大，茶坯含水率影响最小，可能是由于不同的机械和参数设定造成的。
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