王辉，刘亚芹，郑东，周汉琛，黄建琴，雷攀登*
（1.安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽黄山 245000；
2.黄山市天方茶叶有限公司，安徽黄山 245000）
渥堆是黑茶品质形成的关键工序[1]，现有在微生物、滋味物质、香气、汤色等方面的研究表明：在湿热和黑曲霉、酵母属、冠突散囊菌等微生物的共同作用下[2-6]，促使茶叶中醛、酸、酯类以及芳香族化合物发生转化，黄酮类、儿茶素类等刺激性、收敛性的物质发生深度的氧化、聚合、降解[7-8]，生成茶 黄 素 类（theaflavins，TFs）、 茶 红 素 类（thearubigins，TRs）以及茶褐素类（theabrownine，TB）物质，脂溶性色素（如叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素）发生脱镁和转化，纤维素、果胶和蛋白质等物质发生降解和异构作用，生成茶多糖、游离氨基酸等[9-10]，最终造就了黑茶独特的色、香、味品质。然而，如何快速准确判别渥堆的程度，成为加工的关键，对提升黑茶加工品质具有重要意义。
黑茶色泽作为其品质评价的重要特征指标，包括叶色、汤色及干茶色泽[11-12]，在加工过程中变化大、直观性强，外观表现反映了其内含物质的变化[13]，制茶师通常根据茶叶色泽的变化来判断加工的程度，但制茶师的判断以主观经验为主，缺乏可靠的数据支撑和广泛的操作性。随着图像技术和数据分析的发展，茶叶中已开始利用色泽变化建立相关数据模型，通过数据的采集判断加工含水量、萎凋进程等[14-15]。能否利用黑茶渥堆色泽的变化，建立一种快速准确判别渥堆程度的方法，有待进一步深入研究。因而，试验通过研究黑茶渥堆过程中叶色、汤色及感官品质变化规律，分析利用色泽与感官品质的变化规律，探讨建立一种基于色泽变化的渥堆程度判断方法，实现渥堆快速准确的数据化判断，对黑茶加工具有重要意义。同时为其他茶类加工适度判别提供研究方向。
1.1 材料与仪器
茶鲜叶原料为舒茶早一芽二、三叶，2021年4月26日采于安徽省农业科学院茶叶研究所试验茶园基地。
50型电热茶叶杀青机，浙江上洋茶叶机械有限公司；
40型茶叶揉捻机，浙江上洋茶叶机械有限公司；
斗式烘干机，浙江春江茶叶机械有限公司；
人工气候箱，上海一恒科学仪器有限公司；
水分快速测定仪，德国sartorius公司；
计算机液晶显示器，View Sonic公司；
图像传感器CCD摄像头及支架、底座，YUESHI公司；
便携式摄影棚（80 cm×80 cm×80 cm，配有白色PVC背景布、LED灯片），德普公司。
1.2 实验方法
1.2.1 黑茶样品制备
黑茶加工方法基本工艺流程：鲜叶→摊放→杀青→热揉捻（→摊凉→初烘→摊凉）→渥堆→毛火→摊凉→足火。处理A与处理B在热揉捻后进行初烘至实验要求含水量再渥堆（表1）；
ck、处理C与处理D直接热揉捻后渥堆。渥堆在控温控湿培养箱进行（依据现阶段黑茶渥堆生产实际情况：温度大概范围35~55℃，湿度大概40%~60%。通过单一变量研究渥堆变化情况，设定相关实验参数），取不同渥堆时间样进行图像采集，同时制备成干茶样100 g，具体样品信息和编号见表1
表1 样品信息与编号Table 1 Sample information and number
加工技术参数：鲜叶自然摊放10 h，厚度8~10 cm，期间翻叶3~4次；
电热杀青机控温在280~300℃，叶温保持在75±5℃，杀青时间2 min，杀青至茶坯含水率58%左右；
茶叶杀青后散失部分水蒸汽趁热重压揉捻10 min；
部分揉捻叶斗式烘干机初烘至含水量40%、48%；
将揉捻叶、初烘叶放置于设定参数的培养箱渥堆，取渥堆过程中不同时间段茶样品，进行图像采集和干茶样品制备；
取400 g渥堆叶放置斗式烘干机120℃打毛火5 min；
毛火后摊凉20 min；
斗式烘干机90℃足火20 min。
1.2.2 含水率
含水率测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》，利用快速水分测定仪，取3 g样品放入仪器测定含水量，重复三次取平均值。
1.2.3 图像采集
为保证采集图像数据的一致性，利用计算机图像系统，设置同一参数，在同一位置进行图像采集。根据渥堆叶采集的图像与实物接近度，设定图像采集参数：饱和度38、对比度100、红色24、绿色32、蓝色41，取30 g渥堆叶平铺白色A4纸上，放于摄像头下方，保证渥堆叶填满摄像头镜头，同时保持与摄像头距离相同。茶汤图像采集设定参数：饱和度50、对比度85、红色25、绿色32、蓝色33，将泡好的茶汤冷却10 min，统一盛放于白色审评杯中，置于摄像头下方，保证茶汤中心置于摄像镜头中心位置，同时保持与摄像头距离相同。
1.2.4 感官审评与茶汤制备
感官审评在安徽省农业科学院茶叶研究所感官审评室进行，参照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评标准》，以茶（散茶）审评方法制备茶汤，每个样品称取3 g茶样，置于审评杯中，注满150 mL沸水，加盖浸泡4 min，按冲泡次序依次等速将茶汤沥入评茶碗中，过滤去除茶渣，避免茶渣残留对汤色色泽的影响。
1.2.5 色泽参数提取
基于Adobe Color CC图像处理技术，提取茶汤图像色泽参数，即将茶汤图片依次上传到Adobe Color CC后移动光标至茶汤区域，快速读取对应的色泽参数亮度（L）、红绿度（a）、黄蓝度（b）值。
1.2.6 色泽参数的验证
通过渥堆叶脉、叶片a值与感官审评的线性相关性，建立基于色泽a值的渥堆预测模型，带入部分未应用建模的a值和渥堆过程中各时期a值的平均值，得出预测审评值得分，基于预测审评值与实际审评值计算之间的偏差率，验证预测模型的准确度。
1.3 数据处理
利用Adobe Color CC提取图像L、a、b值；
利用Excel进行数据统计；
利用origin 9.0绘制折线图；
利用SPSS 22.0完成差异显著性检验（Duncan法，p＜0.05）；
利用最小二乘法完成预测进程分析。
2.1 渥堆过程中叶色与汤色变化的分析
渥堆过程中受湿热和微生物的作用，能够促进儿茶素类物质发生酶促氧化、聚合形成茶黄素类（TFs）、茶红素类（TRs）、以及茶褐素类（TB）等物质，同时叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素等脂溶性色素发生脱镁和转化，形成了黑茶特有的色泽品质特征[16-17]。实验通过研究渥堆过程中叶色与汤色的动态变化，结果表明：（1）渥堆叶色泽整体上呈现由绿向黄绿、浅黄亮、黄亮转变，在12~18 h叶色呈现黄亮的品质特征，其中叶脉由绿向浅绿、浅黄、黄亮转变，叶片由深绿向浅绿、淡黄、黄褐转变（图1）；
分析渥堆中叶脉与叶片色泽值变化（图2-Ⅰ、2-Ⅱ），两者L、a、b值变化趋势相同，叶脉、叶片L值随渥堆进行呈现显著性差异，两者a、b值在渥堆中呈现显著性增加，主要原因是由于长时间的湿热作用，导致了代表绿色素的叶绿素a、b和脱镁叶绿素a、b含量的显著降低（色泽a值增加，向红转变），代表黄色素的类胡萝卜素的增加（色泽b值增加，黄度增加），使叶色向黄逐渐转变，形成黑茶叶色品质。（2）渥堆中汤色由浅绿明亮向黄绿明亮、绿黄明亮、浅黄亮、黄亮转变；
分析汤色色泽L、a、b值的变化（图2-Ⅲ），L值和a值渥堆中呈现波动变化，阶段性呈现显著性差异，渥堆18 h与对照无显著性差异，b值在渥堆中整体呈现显著逐渐增加，特别是渥堆12 h后，呈现快速直线增加，汤色黄度明显增加（图1 CK12-T、CK15-T、CK18-T），表现出黑茶的汤色品质，这主要与茶汤内氨基酸、茶多酚、茶黄素、茶红素、茶褐素及黄酮醇等物质含量有关。
图1 渥堆过程中叶色与汤色变化Fig.1 Changes of leaf color and liquor color during the pile-fermentation
图2 渥堆中叶脉、叶片及汤色色泽值Fig.2 Color value of leaf veins,leaves and liquor color in pile-fermentation
2.2 渥堆温度对叶色与汤色的影响
温度是影响渥堆品质的重要因素，分析不同温度条件下渥堆叶色的变化（图3），随渥堆的进行叶色都呈现由绿向绿黄、黄转变，且温度越高变化速率越快，表明温度促进叶色由绿向黄转变。比较温度对叶片与叶脉L、a、b值的影响（表2），温度对两者的影响具有相似性，对L值和b值影响较小，对a值的影响较大，渥堆6 h之后出现了显著差异，其中55℃下渥堆18 h已表现出红色，说明温度对渥堆叶a值的影响较大，呈现显著性差异，且温度越高，向红色转变越快，这主要可能是由于低温叶绿素降解存在延滞期，高温不存在延滞期，更易快速促进叶绿素降解转化[18-19]。由不同温度下a值的变化速率可看出，渥堆保持在45~55℃条件下，既可以保证渥堆速率，同时保证渥堆叶在18 h内不变红，结合不同温度下叶色的变化情况，45~55℃更有利于黑茶渥堆叶色品质的形成。
分析温度对茶汤色泽的影响（图3），不同温度条件下渥堆，茶汤都由绿向浅黄绿、浅黄、黄转变，且温度越高变化速率越快，表明温度促进茶汤由绿向黄转变，这与温度对渥堆叶的影响相同。比较温度对茶汤色泽L、a、b值的影响（表2），代表亮度的L值在12 h后出现了显著性差异，且温度越高亮度越低，代表红绿度的a值在6 h后有显著性差异，且温度越高向红度方向转化越快，代表黄蓝色的b值在6 h后呈现显著性差异，且温度越高向黄色转变越快，由此表明：高温下渥堆汤色转化较快，主要是影响红色a值与黄色b值，特别是黄色b值变化速率较快，但高温渥堆不利于汤色亮度增加，这主要是由于高温下多酚类物质容易转化成茶黄素，茶黄素进一步转化成茶红素、茶褐素，从而影响汤色。因而，45~55℃条件下渥堆更有利于黑茶汤色品质的形成。
图3 温度对渥堆叶色及汤色的影响Fig.3 Effect of temperature on leaf color and liquor color of pile-fermentation
表2 温度对渥堆叶片、叶脉及汤色色泽值的影响Table 2 Effect of temperature on the color value of leaves,veins and liquor in pile-fermentation
2.3 含水量对叶色与汤色的影响
分析含水量对渥堆过程中叶片与叶脉色泽变化的影响（图4），含水量58%的揉捻叶在渥堆过程中呈现由绿向绿黄、黄转变，含水量48%与40%的初烘叶在渥堆过程中呈现深绿向乌黄、乌褐色转变，且初烘含水量越低向乌褐转变越快，表明：揉捻叶与初烘叶在渥堆过程中色泽呈现较大差异，主要是由于经过初烘，脂溶性色素叶绿素a、叶绿素b发生热作用，形成颜色更深绿的脱镁叶绿素a、脱镁叶绿素b。比较含水量对渥堆过程中叶片色泽L、a、b值的影响（表3），揉捻叶叶片L值显著性高于初烘叶，初烘叶叶片a值显著性高于揉捻叶，且整体呈现含水量越低值越大，揉捻叶叶片b值显著高于初烘叶，且整体呈现含水量越高值越大，由此可看出揉捻叶L、a、b值色泽变化趋向于黄亮色，初烘叶L、a、b值色泽趋向于乌褐色，且含水量越低向乌褐呈现越深，这与渥堆叶色的整体变化趋势一致；
比较含水量对渥堆过程中叶脉色泽L、a、b值的影响，揉捻叶亮度L和b值呈现逐渐增加，初烘叶呈现降低，12 h后L值、b值与含水量都呈现显著性正相关，6 h后a值与含水量呈现显著性负相关，表明：含水量对渥堆过程中叶脉与叶片L、a、b值的影响一致，与渥堆叶色泽的变化趋势相同。
分析含水量对渥堆过程中茶汤色泽的影响（图4），随着渥堆的进行汤色都由绿向浅黄绿、浅黄、黄转变，不同含水量对茶汤色泽变化速率无明显的影响，表明不同含水量对茶汤色泽变化的影响基本相同。比较不同含水量条件下茶汤色泽L、a、b值的变化（表3），不同含水量渥堆对L值无显著性影响，对a值整体无显著性影响，对b值18 h有显著性影响，但b值差异较小，整体体现出茶汤变化速率无较明显的差异，都在黑茶渥堆汤色变化的区域范围内。从茶汤品质评价的角度分析，含水量对渥堆工艺的影响较小。
表3 含水量对渥堆叶片、叶脉及汤色色泽值的影响Table 3 Effect of water content on leaf，vein and liquor color value of pile-fermentation
图4 含水量对渥堆叶色及汤色的影响Fig.4 Effect of water content on leaf color and liquor color of pile-fermentation
2.4 渥堆进程预测分析模型建立
对渥堆叶片与叶脉L、a、b值及渥堆进程图像变化分析，表明了叶片及叶脉a值与渥堆进程图像变化呈现一定的线性趋势关系，且渥堆对叶片与叶脉a值具有显著性影响，同时不同温度下渥堆叶片与叶脉色泽也表现出相同的变化趋势。结合渥堆进程图片变化和黑茶感官审评结果，将不同温度下渥堆进程按适度情况及感官审评结果划分成6类：35℃、45℃、55℃渥堆0 h感官评分为75分；
35℃渥堆3h感官评分为80分；
35℃渥堆9 h，45℃渥堆3 h、6 h，55℃渥堆3 h感官评分为85分；
35℃渥堆18 h，45℃、55℃渥堆9 h感官评分为90分；
45℃渥堆12 h、15 h、18 h，55℃渥堆15 h、18 h感官评分为95分；
55℃渥堆12 h感官评分为100分。依据本实验渥堆叶片、叶脉色泽与渥堆进程图像关系，建立以叶片及叶脉a值对应渥堆叶感官审评结果的评价模型。图5-Ⅰ为渥堆叶脉预测进程模型，线性回归R2相关系数为
0.86，图5-Ⅱ为渥堆叶片预测进程模型，线性回归R2相关系数为0.72。通过测量渥堆过程中叶片、叶脉a值，带入模型得出预测审评得分，再结合制茶工人感官评价，可以实现渥堆进程快速准确的判断。
图5 渥堆预测进程模型Fig.5 Pile prediction process model
2.5 渥堆进程分析模型准确性验证评价
为验证本实验建立的叶脉及叶片预测模型准确性，取不同温度渥堆过程中各时期a值的平均值，带入相关的预测模型，得出预测值，结合感官审评实际值，算出预测偏差率，结果见图6。由图6-Ⅰ、6-Ⅲ、6-Ⅴ表明：不同温度下渥堆9 h以后，其进程判断的偏差率在-2.48%~10.29%，表明叶片预测进程模型的准确度在89%以上；
由图6-Ⅱ、6-Ⅳ、6-Ⅵ表明：不同温度下渥堆9 h以后，其进程判断的偏差率在-5.30%~4.02%，表明叶脉预测进程模型的准确度在94%以上；
由此可见，叶脉预测模型判断的准确度高于叶片，两者可同时用于辅助制茶工人快速准确地判断渥堆进程情况，提升黑茶渥堆适度的判别准确率。
图6 基于a值的预测模型准确性验证评价Fig.6 Accuracy verification and evaluation of prediction model based on a value
渥堆过程中叶色整体上呈现由绿向黄绿、浅黄亮、黄亮变化，主要是因为渥堆过程中叶片与叶脉色泽a、b值显著增加，同时渥堆过程中叶脉与叶片色泽变化趋势相同，但呈现显著性差异；
温度与含水量对渥堆叶主脉与叶片都有显著影响，前者主要影响红色a值，后者主要影响L、a、b值。这是由于渥堆过程是一个高湿热伴随微生物胞外酶作用的过程，茶叶中的叶绿素a、叶绿素b快速降解Pya（灰褐色）、Pyb（黄褐色），而类胡萝卜素具有较强的热稳定性，在热作用下叶色逐渐向黄转变[20-21]。不同温度对叶脉和叶片a值的显著影响，体现了温度升高加快了叶绿素的降解，对b值的影响，体现了类胡萝卜素的相对稳定。不同含水量体现了高温烘干加热，导致叶绿素和类胡萝卜素向黄褐色、灰褐色物质转化，叶色L、a、b值发生巨大变化，与揉捻叶色泽形成显著性差异。
渥堆过程中汤色由浅绿明亮、黄绿明亮、绿黄明亮、浅黄亮、黄亮、黄褐色转变，主要是因为汤色b值显著增加，不同温度与含水量条件下渥堆茶汤色泽转变方向相同，含水量对汤色的转变速率无显著性影响，表明含水量的差异对多酚的转化影响较小；
温度与汤色向黄转变速率呈显著正相关，这是由于多酚类物质在湿热作用下发生自动氧化，形成茶黄素、茶红素、茶褐素等物质，且高温加快多酚物质的转化，有利于茶黄素和茶红素向茶褐素转化，在渥堆24 h后茶红素和茶褐素快速增加，24 h前茶黄素的含量相对较高[22-24]，表明了试验中温度较高下，渥堆时间较长，汤色明显向黄褐色转变。
色泽是茶叶加工变化最直观、最明显的特征，色泽的表现体现了加工中内含物的变化，茶叶生产实际中，通常以色泽的变化程度判断茶叶加工的适度情况，这也是制茶师傅中流传的“看茶做茶”，但以经验的判断并不适用于标准化、广泛性的加工。基于现代图像处理和大数据分析技术，建立数据化的图像判别模型，辅助人工经验，对茶叶加工的判断具有标准化和广泛的操作性。本试验探究了黑茶渥堆色泽变化与感官品质的关系，发现随着渥堆的进行叶色由绿向黄转变，色泽a值呈现线性化变大，基于此建立了渥堆叶色泽a值与感官评价的线性相关模型，通过模型的验证性分析，基于渥堆叶色泽a值的变化可较好的判断黑茶的感官适度情况，实现黑茶渥堆加工品质的快速判断，对提升黑茶加工品质具有重要的意义。此外，基于黑茶渥堆加工环境条件、茶树品种与季节等条件的改变，实验判断模型的数据化量还有待增加，建立更广泛、可靠的预测模型。同时，基于数据化的图像技术运用到各类茶叶加工、感官评价、茶叶等级等方面，建立相应的评价模型，对提升茶叶的发展具有重要意义[25-27]。
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