茶叶拼配的混料设计研究

1、茶 叶 科 学 2004， 24（3）： 207 211journal of tea science 收稿日期： 20040217 修订日期： 20040712 作者简介： 童华荣（），男，四川巴中市，副教授，在职博士生，从事茶叶感官审评及试验统计等方面教学与研究。文章编号： 1000 369x （2004） 03 207 05茶叶拼配的混料设计研究童华荣，龚正礼(西南农业大学食品科学学院，重庆 400716) 摘要 ：采用混料均匀设计研究了7 组分花茶的拼配方案。结果表明均匀配方设计可以有效地应用于成品茶叶的拼配中。通过各指标的回归模型，估计各组分间感官性质的互作，结合混料设计分析软件hl4

2、0 ，可以进行茶叶拼配多组分和多目标的参数优化，寻求成本最低的最优配方。关键词： 拼配；混料设计；茶叶中图分类号： ；文献标识码： study on blending of made tea with mixture design tong hua-rong, gong zheng-li (college of food science, southwest agricultural university, chongqing 400716,china) abstract : blending program of 7 scented teas using uniform mixture de

3、sign of experiments was studied. results showed that uniform mixture design of experiments could be used in blending of made tea effectively. with the model of responses, the interactions of sensory attributes among components could be estimated. with the aid of analysis software hl40, formulations

4、of tea could be optimized for several responses and the best formulation could be gotten. key words : blending, design with mixture, made tea 由于受气候、土壤等自然条件，以及茶树品种、采摘季节、加工方法等因素影响，各生产厂家茶叶原料、半成品质量差异很大。因此，生产厂家通常要将不同地区、不同批次等的原料或半成品， 按照产品标准的质量要求进行拼配，以调和品质，使茶叶品质稳定、符合质量标准。 拼配是茶叶经营中的重要环节。在实践中通常采用的方法是由拼配人员对各茶

5、叶取样审评， 再根据经验和审评结果试拼小样，尔后进行适当调整，最终确定拼配方案。有关茶叶拼配的研究报道，主要以茶叶的库存量、 成本等为目标，采用线性目标规划进行拼配试验1-5。但有的研究对茶叶拼配的一个最重要的目标感官质量是否满足产品标准考虑少， 同时也没有考虑到各待拼茶叶拼配后对感官性质的交互作用。茶叶的拼配实际上是一种混料方案。设某产品有s 种原料组分，各组分在产品中的百分比分别记作x1，x2， ， xs，显然xi 0，且x1+x2+ xs=1。欲寻找最佳配方，需进行混料设计。混料试验设计已广泛应用于食品产品的配方试验研究中，特别是各配方组分间有交互作用的情况下69。在混料设计中，单纯形重

6、心设计、 单纯形格子设计和轴设计等都是主要的混料设计方法10。但这些方法存在着试验点在试验范围内分布不十分均匀以及在试验茶叶 科学 24卷208边界上有太多的试验点这两个问题。方开泰等给出了配方均设计11。混料均匀设计的思想是将混料设计的试验点均匀地分布在试验范围内。本文采用混料均匀设计试验方案，与各拼配样品感官质量与标准的差异程度为指标，进行拼配的多目标优化，探讨茶叶拼配优化的新方法。1 材料与方法1.1 材料试验茶叶为西南农业大学实验茶厂7 个不同批次的茶叶，分别记为a、b、c、d、e、f、 g。对照采用留存的一级标准样。1.2 方法试验方案采用方开泰等的混料均匀设计11。(1)先确定试验

7、次数n， 一般情况下， n3s ，以便有足够的自由度进行误差估计。从文献中查到均匀设计表中的元素。(2)对 i=2， ，(s-1)，计算nuckiki5.0-=，k=1,2,n(3)计算ikiiikijjskjskikibxaccx-=-?,)1(111*11-=-=111*sjjskjkscx, sssbxa, i=2, , (s-1), k=1, 2, , n这里c*ki由 cki作变换得到，即得到改进的混料均匀设计。本试验有7 个组分 (s=7) ，取n=24, 采用u24(246) 均匀设计表11计算混料均匀设计表(见表 1)。按照表1 方案计算各配方中各组分的用量，每个配方500 g

8、。1.3 感官评定以各试验样品与标准样在外形、香气、 滋味和叶底4 个感官性质的差异程度作为指标。感官性质差异程度采用-7 +7 的差异程度尺度进行评定，如果感官性质与标准样相同，评定值为0。二个专家评员进行感官评定，计算平均值作为指标值。1.4 统计分析采用 hl40 混料设计分析软件进行模型建立和参数优化。2 结果与分析2.1 模型建立对各试验配方的外形(y外形)、香气 (y香气)、滋味（ 滋 味）和叶底（叶底）4 个指标的感官评定结果见表1。分别建立4 个指标的回归模型。结果表明， 4 个指标的线性模型都不显著，二次模型都达到0.01 的显著水平，校正后的决定系数（r2）达到0.8463

9、 0.9955 ，表明二次模型能很好地拟合各指标与配方比例。各回归模型方程如下：y外形=-12.944 x1-28.983 x3 -9.727 x 4 -14.192 x5 -11.081 x 6 +2.194 x1x 2+0.434x1x 3+83.789 x1x 5 +7.860 x1x 6 -34.535 x1x7+57.117 x2x3+1.140 x 2x4+30.241 x 2x7+42.375 x 3x4+4.720 x 3x5 +87.303 x 3x6+94.115 x 3x7 +6.412 x 4x5+16.971 x4x7+6.378 x 5x6-1.209 x 6x7.

10、r2 0.9955 ， p0.01 y香气=16.366 x1 -6.951 x 4 -1.108 x 6 -3.945 x7 40.257 x1x 2 19.498 x1x 4-40.670 x1x 5 65.606 x1x 6+24.774 x1x7 17.508 x2x3 +4.607 x2x4-2.927 x2x5 +30.479 x 2x6 +4.536 x 3x5+32.543 x 4x5+19.819 x 4x6 +25.656 x4x7 +18.444 x 5x6-24.479 x 5x7 -1.772 x 6x7r20.9591 ，p 0.01 3 期童华荣，等：茶叶拼配的混

11、料设计研究209y滋味 +7.756x1 -3.315 x3 +1.537 x 4 +2.964 x5 +2.675 x 6 +2.944 x7-21.377 x1x3 -28.132 x1x4 -7.479 x1x5 +5.081 x1x 6-6.722 x 2x3 -15.385 x2x5 +32.706 x 3x4-19.075 x 3x5 +34.738 x 3x6-19.07 x 3x7 -4.977 x 4x5-48.073 x 4x6 +12.005 x4x7 -22.316 x 6x7 r2 0.9409 ， p 0.01 y叶底 -12.213 x1 -5.078 x3-6.

12、719 x5 -39.624 x 6 -3.383 x7 +132.69 x1x 4-45.978 x1x 5 +91.7 x1x 6-18.913 x 2x3+85.863 x 2x6-7.128 x 3x5 +103.427 x 3x6+73.893 x 3x7-9.897 x 4x6 -39.095 x4x7 +91.952 x 5x6 +49.92 x 5x7 +30.283 x 6x7r2 0.8463 ， p 0.01 式中 x1、 x 2、x3、x 4、x5、x 6、x7分别表示a、b、 c、d、 e、f、 g 7 种原料茶的比例。表 1 7 组分花茶混料均匀设计方案及评定结果t

13、able 1 design scheme of 7 components of scented tea and results of sensory evaluation 处理号treat no. a b c d e f g 外形shape 香气aroma 滋味taste 叶底infused leaf 1 0.4754 0.0503 0.1084 0.1070 0.1600 0.0680 0.0309 -1 1 1 -2 2 0.3700 0.0771 0.0741 0.0562 0.0044 0.2352 0.1830 -2 0 2 1 3 0.3141 0.2192 0.0294 0.18

14、70 0.0626 0.0430 0.1447 -3 0 1 3 4 0.2745 0.0444 0.2099 0.0100 0.0788 0.0717 0.3107 -2 2 0 1 5 0.2435 0.1740 0.1992 0.2030 0.0730 0.0872 0.0201 -2 -1 0 2 6 0.2177 0.0033 0.0041 0.1198 0.2429 0.2147 0.1975 -1 -1 1 -1 7 0.1956 0.1669 0.1071 0.0530 0.2105 0.0056 0.2613 0 -1 0 -2 8 0.1762 0.0418 0.0699

15、0.2514 0.0562 0.3792 0.0253 -1 -2 -2 -1 9 0.1589 0.3580 0.2996 0.0399 0.0142 0.0620 0.0674 0 -2 -1 -1 10 0.1431 0.1172 0.0374 0.0253 0.4585 0.1957 0.0228 -1 -1 1 -1 11 0.1287 0.0629 0.1216 0.4142 0.2332 0.0156 0.0238 1 0 0 2 12 0.1154 0.1497 0.0118 0.1922 0.0284 0.0524 0.4502 -1 1 2 -3 13 0.1030 0.0

16、278 0.4346 0.0291 0.1945 0.1363 0.0747 -2 0 -1 2 14 0.0914 0.4897 0.0496 0.0026 0.1129 0.0899 0.1639 1 -1 0 1 15 0.0806 0.0118 0.2290 0.3214 0.0113 0.1081 0.2378 0 0 1 1 16 0.0703 0.1417 0.3011 0.0850 0.0895 0.3060 0.0065 1 0 2 2 17 0.0605 0.3418 0.0162 0.1869 0.2057 0.1377 0.0512 -1 1 -1 0 18 0.051

17、3 0.0386 0.0691 0.1644 0.3837 0.0427 0.2503 0 -1 1 1 19 0.0425 0.2724 0.1417 0.0278 0.0391 0.3673 0.1092 1 1 1 2 20 0.0340 0.1050 0.3719 0.1898 0.1013 0.0124 0.1856 2 -1 0 1 21 0.0259 0.1826 0.0820 0.5143 0.0383 0.0948 0.0621 -2 -1 0 -1 22 0.0182 0.0822 0.0348 0.0719 0.1158 0.2963 0.3809 -3 -1 -1 -2

18、 23 0.0107 0.2525 0.2053 0.0721 0.3446 0.0311 0.0838 0 -1 -2 -2 24 0.0035 0.0217 0.1820 0.1909 0.1675 0.3710 0.0633 -1 2 0 -3 从4 个指标的二次回归方程中可以清楚地看到， 各组分茶叶拼配后，组分间存在显著的相互作用，这在茶叶的拼配中也是显然的，茶叶拼配的目的也就是通过不同品质的茶叶组分间的感官性质的相互作用来调节品质，进而使拼配样与标准一致。而在用线性规划进行拼配优化时忽略了各组分间的互作影响。2.2 配方优化茶叶拼配的目标是使拼配样品与标准相同，并且成本最低。本研究中

19、采用将拼配配方与标准样的外形、香气、 滋味和叶底4 个感官性质差异程度作为指标，此时要求4 个指标与茶叶 科学 24卷210标准一致，因此涉及到多指标的优化。混料设计的参数优化时，可以根据各组分的三元等值线图直观地观察各组分间的变化对指标的影响，根据图形进行优化。图 1 是各指标在a、b、d 和 e 4 个组分在固定水平时，c、f 和 g 3 个组分变化的等值线图。从图中可以看出，4 个指标的变化趋势不同，但在指标为 0 附近可以找到共同区间，该区间也即是满足要求的一个优化区域。但对于组分较多同时是多指标优化时，计算较难。在 hl40 中也提供了多组分多指标的全排列参数优化方法。优化计算时，根

20、据各待拼茶叶的数量比例先确定各组分的变化区间，然后进行优化计算，得到满足条件的各组分配方，根据各配方的单位成本和待拼茶叶的比例状况确定最优配方。同时将各组分的单位成本输入后， 可直接得到各配方的单位成本，以进行成本的比较。本 试 验 组 分 的 优 化 区 间 为 ： 0.20 a0.32， 0.08b,c,d,e,f 0.20，指标的优化区间为 -0.2 yi 0.2，进行全排列参数优化得到满足条件的配方300 个，选取单位成本最低。其最优配方为：x1=0.251,x2=0.080,x3=0.162,x4=0.093, x5=0.175, x6=0.105, x7=0.135 ，此时，各指标

21、分别为：y外 形 0.015， y香 气-0.196 ，y滋味0.139 ，y叶 底 0.167 ，单位成本为14.00（元 /kg）。按照优化后的配方拼样500 g ，请相同两位专家评员对样品进行感官评定，评员评定结果与标准样一致。3 讨论混料设计通过建立试验指标与各组分的回归模型， 考查配方中各组分的互作效应，并进行参数优化，计算最优配方。均匀混料设计应用于茶叶拼配试验时，根据待拼茶样的数量图 1 c,f 和 g 三组分外形，香气，滋味和叶底的等值线图fig. 1 the contour plots of shape,aroma,taste and infused leaf for c,f

22、 and g （a=0.25,b=0.08,d=0.10, e0.10 ）; a外形， b香气， c滋味， d叶底 (a=0.25,b=0.08,d=0.10, e0.10); a shape，baroma，ctaste，dinfused leaf 3 期童华荣，等：茶叶拼配的混料设计研究211(s)，确定试验处理组合次数(n)，在均匀设计相关文献中查s-1 和 n 对应的均匀设计表，再根据本文1.2 方法计算各处理组合中各待拼样的比例， 按照比例拼和样品，然后进行感官审评，以审评结果作为指标建立回归方程，对各指标方程进行优化，得到与对照一致时的各待拼样比例，即为最优配方比例。茶叶拼配时各组分

23、间的感官性质有显著的互作效应， 因此茶叶拼配优化采用混料设计可以有效地探索各待拼茶叶间感官性质的互作，更准确地优化出与对照一致的配方。hl40 混料分析软件可以进行各茶叶组分的配方， 也能考虑成本，同时还可以进行多目标的优化。 因此在成品茶叶拼配设计中可以将配方的感官品质项目分别进行评定，进行多指标优化， 这样更准确。虽然在设计时没有根据原茶的数量考虑对各组分的约束，但在参数优化时可以进行限制。在进行感官评定时，本文采用了-7 +7的类别差异评定尺度进行配方与标准样之间的感官性质评定，能够有效地检测出各配方与标准样间的感官差异。指标优化时采用的区间为0.2，结果表明在该区间优化后的配方样品是有

24、效的。 但在这种评定系统中指标的优化区间的确定还有待进一步研究。参考文献：1 何春雷 ,杜晓 . 茶叶拼配优化模型研究线性规划在茶叶拼配中的应用j. 中国茶叶加工, 1992, (2) ：35-39. 2 刘 义 平 . 烘 青 茶 胚 成 品 的 拼 配 技 巧 j. 茶 叶 科 学技 术1997, (2) ：34-35,33. 3 谢文生 ,王光明 . 线性规划在茶叶拼配中的应用j. 计 算技术与自动化,1995, 14(3) ：61-64. 4 刘金冷 . 目标规划在寻求茶叶的最佳拼配方案的应用j. 系统工程理论与实践, 1992, 3. 5 琚春华 , 凌云 . agent 协作的拼配规划系统abps 的研究与实现 j. 信息与控制 , 2002, 31(5) ：401-411. 6 hare l b. mixture designs appl