郭 麗，余方林，趙 鋒，張 悅，朱 蔭，戴偉東，董春旺，林 智,

（1.中國農業(yè)科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2.福建農林大學園藝學院，福建 福州 350002；3.浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310018）

外形品質是茶葉感官質量評價的主要因子，可以直觀地反映茶葉品質的優(yōu)劣，尤其是名優(yōu)綠茶。名優(yōu)綠茶外形品質通常采用人工感官審評，考察其嫩度、形態(tài)、色澤、凈雜、整碎情況等[1]，而儀器分析評價多選擇形狀、色澤、容重等參數作為評判綠茶加工技術可行性的重要指標[2-6]，以及展示綠茶外形品質的主要物理特性[7-9]。隨著計算機視覺技術在茶葉生產中應用的深入，目前條形綠茶、針芽形綠茶、卷曲形綠茶等的外形特征均可采用數字化信息技術分析，研究者也將其與人工評審外形品質總分作關聯(lián)性研究，并取得較好的效果。然而，綜合評分畢竟是一種整體性描述，在茶葉生產智能化過程中，茶產品的物理特征需要細化才更具有可操作性。若將其與人工審評總分進行關聯(lián)性分析，研究結果對生產技術和智能機械性能優(yōu)化的指導意義不大?；诖耍狙芯恳灶w粒形綠茶為材料，針對茶產品的物理特性及其外形品質細化指標的關聯(lián)性作進一步研究。

顆粒形綠茶是一類馳名中外的中國綠茶，其制茶歷史悠久，既有以內銷為主的顆粒形名優(yōu)綠茶，又有以外銷為主的大宗珠茶。其中顆粒形名優(yōu)綠茶具有獨特的外形，緊結重實成顆粒狀，呈勾曲形、盤花形、腰圓形等[10]，如此外形的綠茶主要有‘平水日鑄’、‘泉崗輝白’、‘羊巖勾青’、‘涌溪火青’、‘黟縣石墨’、‘金龍玉珠’、‘黃山松蘿’和‘貴州綠寶石’等。目前，顆粒形綠茶是機采鮮葉的適制茶類[11]，已實現(xiàn)機械化加工，但還未達到標準化、連續(xù)化生產水平。制約的瓶頸即在造型上，因為制品的含水率、色澤、嫩度、整齊度等指標都會影響顆粒形綠茶的外形品質。

然而，至今鮮見有關顆粒形綠茶物理特性的研究報道，這不利于推進綠茶產區(qū)采制技術的智能化加工進程。為此，本實驗以顆粒形綠茶為材料，利用計算機視覺技術、質構儀等研究其物理特性，運用多元逐步回歸分析（multiple stepwise regression analysis，MSRA）法分析各參數與外形感官品質因子的關聯(lián)性，查明影響顆粒形綠茶外形品質的關鍵因子，以期為顆粒形綠茶的機械化加工及品質提升提供科學依據，進而加快無損檢測技術的推廣應用。

1 材料與方法

1.1 材料

根據鮮葉成熟度及其成茶外形品質，篩選出具有典型顆粒形綠茶的代表茶樣8 份，代表性卷曲形綠茶茶樣1 份（‘碧螺春’作為對照）。所選機制綠茶樣分別來自浙江、貴州、安徽和江蘇等省的主產地。詳細信息見表1。

表1 綠茶樣品的鮮葉成熟度及產地Table 1 Tea leaf maturities and geographical origins of green tea samples

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1.2 儀器與設備

EOS 5D數碼相機 日本佳能有限公司；T4900計算機 聯(lián)想集團股份有限公司；TA-XT Plus物性測試儀英國Stable Micro Systems公司；茶葉圖像采集裝置為中國農業(yè)科學院茶葉研究所自制。

1.3 方法

1.3.1 茶樣的感官品質審評

參考GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》[12]，對茶樣進行感官審評。其中，綠茶外形品質的評價設置形狀、整齊度、色澤等評價因子，采用評語與評分相結合的方式審評。形狀、整齊度、色澤品質因子的總分為100 分，各占外形品質總分的1/3。因此，外形品質（總分）＝1/3（形狀品質評分+整齊度評分+色澤品質評分）。

1.3.2 茶樣的圖像采集

為了減少外界環(huán)境對拍照過程的干擾，獲得較為穩(wěn)定的光源，自制了帶有內部光源的暗箱（圖1）：長×寬×高為32 cm×19 cm×23 cm，光源的功率為12 W。稱取茶葉（15.0±0.5）g，均勻平鋪在樣品池中（直徑為75 mm），使其緊密排列。數碼相機置于暗箱上方的觀測孔上。打開暗箱光源，調節(jié)攝像頭的光圈、焦距到合適位置，使茶葉成像清晰。最后采用白平衡自動功能對攝像頭成像進行標定。每個茶樣成像后（3 次重復），將獲取的圖像特征導入計算機進行數據分析。

圖1 茶葉圖像采集裝置Fig. 1 Schematic of the tea image acquisition system

1.3.3 茶樣的圖像特征分析

茶樣成像為RGB彩色圖像，尺寸為3 888×2 592像素點（pt）。為便于后續(xù)圖像特征的提取，利用茶葉外形品質分析軟件（軟件著作權：2013R11L181900）和茶葉視覺圖像采集分析軟件（軟件著作權：2013R11L181986）采集原始圖像中代表性區(qū)域的圖像特征參數，所用的選取工具是ROI。Red（R）、Green（G）、Blue（B）、色調Hue（H）、亮度（I）和飽和度（S）等為顏色特征參數。其中，R為紅色通道值，G為綠色通道值，B為藍色通道值，H描述顏色的特性，I描述顏色的明亮度，S描述顏色的飽和度；形狀特征指標主要有面積、周長、圓形度和形狀指數等。

1.3.4 茶樣的容重與百粒質量分析

以容重與百粒質量來衡量顆粒形和卷曲形綠茶的緊實度。容重的測量參考文獻[13]的方法，即將茶葉加入量筒，對茶樣進行輕壓以減少縫隙，并撫平茶葉表面，使其與量筒刻度線齊平，先記錄茶樣的體積V，再稱取茶葉質量m，后按式（1）計算茶葉的容重。每個樣本進行3 次重復。

式中：γ為容重/（g/cm3）；m為茶葉質量/g；V為茶葉體積/cm3。

1.3.5 茶樣的彈性與塑性測定

稱?。?0.0±0.5）g干茶樣品放入內徑為50 mm透明圓筒容器中，稍微抖動使干茶樣品表面齊平，然后置于質構儀的載物臺上，采用直徑45 mm的圓柱擠壓探頭進行全質構測試。參數設定：第1次用0.15 N的力壓到A點，測定樣品的原始高度；第2次用4.9 N的力壓到B點，得樣品的最低高度；第3次探頭回到起始位置等60 s后，用0.15 N的力壓到C點，測定樣品的恢復高度。每個樣品重復3 次。

1.4 數據處理與分析

顆粒形綠茶的物理特性指標以平均值±標準誤表示；采用Excel 2000軟件中的T-test法分析不同綠茶的顏色特征參數差異，采用軟件SPSS 20軟件中的MSRA法分析顆粒形綠茶的物性參數與外形品質的關聯(lián)性。

2 結果與分析

2.1 綠茶的外形感官品質分析結果

表2 不同綠茶樣品的感官品質Table 2 Sensory quality of different green tea samples

從表2可見，造型不同的綠茶樣，外形品質存在明顯差異，僅‘碧螺春’不是顆粒形綠茶。從總分方面看，85 分以上的顆粒形綠茶多呈盤花形，以‘勾青’1得分最高，比最低得分的‘勾青’3高6.3 分；從形狀方面分析，發(fā)現(xiàn)緊實度、茶梗是綠茶形狀品質的主要影響因素，如綠茶2號、‘勾青’1和‘碧螺春’等緊實度較高且無梗；從整齊度上看，影響色澤均勻性的因素主要有黃塊、黃片、白毫及爆點等。成品茶有銀毫，說明綠茶原料成熟度較低，干茶品質較好，如‘勾青’1和‘碧螺春’。黃片、黃塊會降低茶葉的整齊度，如‘綠寶石’、綠茶1號、‘松螺’、‘平水日鑄’等即出現(xiàn)該情況；從色澤方面看，同等嫩度的茶樣不會因所屬色系不同而影響色澤品質，如‘勾青’1和‘碧螺春’。明亮度對色澤品質的影響也較明顯，如“黃綠暗”的評分比“黃綠”的低10 分。由此可見，供試顆粒形綠茶中‘勾青’的外形感官品質優(yōu)于卷曲形綠茶，主要表現(xiàn)在形狀和整齊度上，且隨原料成熟度的增加而下降。

2.2 綠茶的物理特性分析結果

2.2.1 顏色特征

表3 不同綠茶樣品的顏色特征Table 3 Color characteristics of different green tea samples

由表3可見，顆粒形綠茶與卷曲形綠茶的顏色成像特征明顯不同，不同成熟度的顆粒形綠茶顏色特征也有明顯差異。顆粒形綠茶圖像的紅色通道值、綠色通道值、藍色通道值和亮度的平均值較卷曲形綠茶低，但色調值與飽和度比其高。T-test檢測結果表明，‘勾青’3的紅色通道值、綠色通道值、藍色通道值、色調值、亮度、飽和度與卷曲形綠茶的差異達到極顯著水平；‘勾青’2的色澤指標中除飽和度外都與卷曲形綠茶存在極顯著差異；‘勾青’1的綠色通道值、色調值與卷曲形綠茶的差異也達到極顯著水平。顆粒形綠茶的紅色通道值、綠色通道值、藍色通道值、亮度等指標由高到低是‘勾青’1＞‘勾青’2＞‘勾青’3，即隨原料成熟度增加而呈減小的趨勢；色調的大小順序為‘勾青’3＞‘勾青’2＞‘勾青’1，即隨原料成熟度增加而增加?！辞唷?的紅色通道值、綠色通道值、藍色通道值、亮度分別比‘勾青’1低34.7%、33.3%、30.1%和30.3%，并且紅色通道值、綠色通道值也低于卷曲形綠茶。由此可見，顆粒形綠茶的顏色較卷曲形綠茶深，隨原料成熟度的降低而變淺。

2.2.2 形狀特征

顆粒形綠茶與卷曲形綠茶的形狀成像特征明顯不同，不同嫩度間也有差異（圖2）。顆粒形綠茶的圓形度較卷曲形綠茶大，周長和形狀指數較其小。相同嫩度的綠茶相比，‘勾青’1的圓形度比卷曲形綠茶升高257.7%，形狀指數較其降低84.4%。嫩度不同的顆粒形綠茶相比，面積和周長的大小順序為‘勾青’1＞‘勾青’3＞‘勾青’2；圓形度與形狀指數的大小順序則為‘勾青’3＞‘勾青’2＞‘勾青’1。綜合來看，顆粒形綠茶的形狀趨于圓形，圓形度與形狀指數與原料嫩度有關，即原料越粗老，圓形度與形狀指數的數值越大。

圖2 不同綠茶樣的形狀特征Fig. 2 Shape characteristics of different green tea samples

2.2.3 容重與百粒質量

顆粒形綠茶的容重與百粒質量明顯有別于卷曲形綠茶（圖3）。顆粒形綠茶的容重平均值為2.0 g/cm3，比卷曲形綠茶提高22.0%，且以‘勾青’1的容重最高；‘勾青’1的容重分別比‘勾青’2和‘勾青’3提高10.8%和3.6%。顆粒形綠茶的百粒質量平均值為27.1 g，是卷曲形綠茶的2.1 倍。百粒質量較高的茶樣是‘勾青’3，分別比‘勾青’2和‘勾青’1提高22.8%和56.2%。由此可見，綠茶的容重與百粒質量受其形狀和原料成熟度的影響，即原料越嫩，容重越高，百粒質量越低。

圖3 不同綠茶的容重與百粒質量Fig. 3 Bulk density and hundred-grain mass of different green tea samples

2.2.4 彈性與塑性

顆粒形綠茶的彈性平均值為46.7%，與卷曲形綠茶相近。但在原料嫩度相同的情況下，‘勾青’1的彈性比卷曲形綠茶高4.7%。顆粒形綠茶中‘勾青’3的彈性最大（圖4），與其塑性之比大于1.0。‘勾青’1和‘勾青’2的原料嫩度優(yōu)于‘勾青’3，但其彈性較差。茶樣塑性與彈性的變化有所不同?！辞唷?的塑性最大，與其彈性之比等于1.5，遠大于‘勾青’3和‘勾青’1。由此可見，綠茶的彈性與塑性指標呈負相關，均受其形狀和原料成熟度的影響。

圖4 不同綠茶的彈性值和塑性值Fig. 4 Elasticity and plasticity of different green tea samples

2.3 顆粒形綠茶的物性參數與外形品質的相關性分析結果

顆粒形綠茶的外形品質包含色澤、整齊度、形狀等品質因子，不同品質因子的相關性存在差異（表4）。

表4 顆粒形綠茶的物理特性與外形品質相關性Table 4 Correlation between physical properties and appearance quality of granular green tea

紅色通道值、綠色通道值、藍色通道值、亮度等顏色特征指標與外形品質呈顯著正相關，與整齊度的相關性達到極顯著水平，并且藍色通道值與色澤品質、形狀品質的相關性均達到極顯著水平；但色調值與外形品質呈極顯著負相關，相關系數小于-0.8；飽和度與外形品質的相關系數較小，彈性、塑性也如此。容重、百粒質量與色澤品質呈顯著負相關，與整齊度呈極顯著負相關。面積、周長與色澤品質、形狀品質的相關性都可達到顯著水平，圓形度與整齊度、形狀品質呈顯著正相關，形狀指數與色澤品質呈極顯著負相關。

進一步采用MSRA法分析它們之間的關系，建立外形品質與各物理參數的回歸方程，如式（2）～（4）所示。

對方程進行擬合度檢驗及顯著性檢驗擬合度檢驗，發(fā)現(xiàn)每組方程的調整R2大于0.9。同時，F(xiàn)變換值的相伴概率值均小于0.05，達到顯著水平，說明方程中引入的自變量對因變量的貢獻較顯著。顯著性檢驗結果表明各方程的F值均大于100，說明自變量造成因變量的變動遠大于隨機因素對因變量造成的影響。由于F統(tǒng)計量服從F分布，因此對應的相伴概率值小于0.05，說明存在顯著的線性關系。

由方程（2）～（4）可知，顆粒形綠茶的外形品質主要受藍色通道值、色調、彈性、塑性、圓形度等參數的影響。色調、彈性、塑性等指標的數值越大，形狀品質和色澤品質越差。色調值和圓形度越高，顆粒形綠茶的外形品質越好。其他物理參數對顆粒形綠茶外形品質的影響均未達到顯著水平（P＜0.05）。因此，藍色通道值、色調、彈性、塑性、圓形度等指標對顆粒形綠茶外形品質起著決定性作用。

3 討 論

3.1 顆粒形綠茶的外形品質特征

供試顆粒形綠茶以盤花形為主，‘勾青’茶的外形品質較優(yōu)。原料嫩度不同的‘勾青’茶外形品質有明顯差異，總分都在85 分以上，并且‘勾青’1的品質優(yōu)于碧螺春，說明‘勾青’茶可視作顆粒形綠茶的典型代表。采用GB/T 23776—2018[12]方法對綠茶外形品質進行評價，需要綜合考慮形狀、嫩度、色澤、整碎、凈度的影響，因而對茶樣品質的評判是綜合性的，而非單因子評價。此法可以高效、系統(tǒng)地分析茶葉感官品質，但對茶葉色、香、味、形等單項品質因子進行考察時，對指標進行細化更有利于發(fā)現(xiàn)品質的優(yōu)缺點。目前單項指標細化的分析方法已在食品科學研究領域中廣泛應用[14]，其在茶葉滋味[15-17]與香氣[18-19]化學研究領域也取得較好的進展，但是較少應用于茶葉外形品質的儀器分析與判定，不利于推進機制綠茶的精細化加工。

3.2 顆粒形綠茶的主要物理特性

‘勾青’茶隨原料成熟度的增加，成茶色澤由嫩綠轉黃綠，再到深綠，即顏色在不斷加深，這與計算機視覺特征指標色調值的變化趨勢是一致的。色調值可用來判定番茄成熟度的等級[20]，可否作為茶葉原料成熟度的無損檢測指標，尚待進一步檢驗。茶葉外形的紋理特征可鑒定其等級[21]，本研究的顆粒形綠茶形狀趨于圓形，圓形度與原料成熟度的變化是同步的，進而說明圓形度、形狀指數也可作判定茶葉類型與等級的指標[22-24]。

綠茶制品的容重隨加工進程的推進而不斷地增大[12]，因而成品茶的容重最大，條索也較緊實。原料嫩度相同的情況下，顆粒形綠茶的容重高于卷曲形綠茶，表明綠茶的容重與其外形有關[12,25]。原料嫩度不同的顆粒形綠茶，產品等級不同，容重也有差異，此與王同和[26]的研究結論一致。相對于容重而言，茶學研究中百粒質量很少作為茶葉物性指標出現(xiàn)，通常以顆?；驐l索的重實度或緊實度來描述茶葉特性，但不宜數量化。鑒于顆粒形綠茶的外形與農作物的種子等有相似性，建議把百粒質量作為顆粒形綠茶的物性指標。

3.3 顆粒形綠茶的主要物理特性與外形品質的關聯(lián)性

綠茶外形品質的展現(xiàn)與其理化特性關系密切，其中形狀特征、顏色特征、紋理特征等是儀器評價外形品質的常用指標。針對顆粒形綠茶，不同物性參數與單項外形因子的相關性有明顯的差異。除藍色通道值、色調值、圓形度等指標外，顆粒形綠茶的彈性與塑性也與其外形品質存在相關性，但彈性指標只與形狀品質、色澤品質呈負相關，塑性指標僅與色澤品質呈負相關。茶制品的彈性在萎凋過程中呈先下降后增加的趨勢[27-28]，與揉捻時間呈線性正相關[12]，而決定其外形的干燥工藝影響尚不清楚。然而物料的塑性與彈性呈負相關[29-30]，在萎凋過程中呈下降趨勢[28]，而在干燥過程中的變化尚未明確。因此，要從工藝角度闡明塑性、彈性指標與顆粒形綠茶成形質量的關聯(lián)性，尚需進一步開展與綠茶成形相關的科學研究。