金美霞 陳曉陽(yáng) 吳政孺 林 杰*

(1.東陽(yáng)市龍盤(pán)玉葉農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，東陽(yáng) 322100；2.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，臨安 311300)

1 前言

‘木禾種’與‘鳩坑種’、‘龍井種’被并稱(chēng)為浙江三大有性系茶樹(shù)良種，主要分布在浙江東陽(yáng)、磐安、嵊州、紹興、諸暨等地，在1988年被評(píng)為浙江省省級(jí)茶樹(shù)良種。木禾種持嫩性強(qiáng)，芽葉生育力較強(qiáng)，制成的珠茶具有花香，是錢(qián)塘龍井和珠茶的當(dāng)家品種之一[1-3]。在金華東陽(yáng)，‘木禾種’群體種占據(jù)茶園面積約70%，由2004年始，東陽(yáng)以木禾種為根基，打造了“東白”系列茶葉品牌，‘木禾種’初步被開(kāi)發(fā)成不同茶類(lèi)。然而在品種深入研究方面，‘木禾種’遠(yuǎn)不及‘鳩坑種’與‘龍井種’?！F坑種’[4]、‘龍井種’的成品茶感官特征[5]、理化成分[6]和品種適制性[7]已有較多研究報(bào)告。而‘木禾種’在感官特征、理化指標(biāo)和成品茶適制性方面的研究未見(jiàn)報(bào)道，因此‘木禾種’是否具有一定的品種辨識(shí)度，制成各類(lèi)茶的理化指標(biāo)和感官分析是否具有特點(diǎn)，需要進(jìn)行對(duì)比和分析，為未來(lái)‘木禾種’茶樹(shù)資源的開(kāi)發(fā)利用提供參考。近年來(lái)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在植物葉片識(shí)別方面應(yīng)用廣泛，朱良寬[8]等人提出DCGAN與遷移學(xué)習(xí)結(jié)合使用的植物葉片識(shí)別方法，不僅識(shí)別效率高于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)，同時(shí)節(jié)約了大量計(jì)算。有報(bào)道[9]基于使用了殘差模塊的Alexnet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)14輪訓(xùn)練，所有模型識(shí)別率均達(dá)95%以上，因此本文嘗試通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將‘木禾種’成品茶與其他茶樹(shù)品種成品茶進(jìn)行區(qū)分，確認(rèn)‘木禾種’成品茶的品種辨識(shí)度。

2 材料與方法

2.1 材料

東陽(yáng)市龍盤(pán)玉葉農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)的玉龍白茶三級(jí)、玉龍大袍(青茶)二級(jí)、東白黑茶三級(jí)、茉莉花茶三級(jí)、東白毛峰(綠茶)二級(jí)、玉龍白茶(緊壓白茶)、東白金紅(紅茶)二級(jí)(標(biāo)注產(chǎn)品生產(chǎn)月份、兩批次)。

2.2 感官分析及理化檢測(cè)

委托綠城農(nóng)科檢測(cè)技術(shù)有限公司感官分析及理化檢測(cè)，感官審評(píng)均依據(jù)GB/T 23776-2018國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鑒定，感官因子都達(dá)到“合格”水平；水分含量檢測(cè)方法依照GB 5009.3-2016第一法，總灰分檢測(cè)方法依照GB5009.4-2016第一法，酸不溶性灰分檢測(cè)方法依照GB5009.4-2016第三法，粉末含量檢測(cè)方法依照GB/T 8311-2013，水浸出物含量檢測(cè)方法依照GB/T 8305-2013，粗纖維含量檢測(cè)方法依照GB/T 8310-2013，水溶性灰分堿度檢測(cè)方法依照GB/T 8309-2013，茶多酚與兒茶素含量檢測(cè)方法依照GB/T 8313-2018。

2.3 數(shù)據(jù)采集及分析

2.3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 基于Python 語(yǔ)言的深度學(xué)習(xí)、操作系統(tǒng)Windows10專(zhuān)業(yè)版、硬件環(huán)境lntel(R)Core(TM)i7-7700HQ CPU@2.80GHz 2.80GHz，NVIDIA GeForce GTX1060、Anaconda3及Python3.7 版本。

2.3.2圖像采集 將取出的茶樣放入不同茶具，在不同背景，不同角度下進(jìn)行圖片拍攝，拍攝茶樣局部的圖片共50張?jiān)紙D片。網(wǎng)絡(luò)采集7種對(duì)應(yīng)茶類(lèi)外形相似的對(duì)比成品茶(麗水香茶、壽眉白茶、貢眉白茶、武夷巖茶、熟普、茉莉花茶、金駿眉)代表性圖片各50張。

2.3.3卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遷移學(xué)習(xí)識(shí)別 原始圖像、對(duì)比圖像各裁剪去背景處理，再作圖像水平鏡面翻轉(zhuǎn)增強(qiáng)，擴(kuò)展產(chǎn)生每品種100張圖片，共1400張圖片的數(shù)據(jù)集。各類(lèi)圖像分別以3:1的比值將圖像隨機(jī)劃分至訓(xùn)練集與測(cè)試集。將訓(xùn)練集圖像先隨機(jī)裁切為224×224×3的RGB圖像，再經(jīng)過(guò)圖像翻轉(zhuǎn)。測(cè)試集圖像則先經(jīng)縮放處理，再以中心為基準(zhǔn)裁切為224×224×3 的RGB圖像。研究表明，對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖像增強(qiáng)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出中添加噪聲，可使模型的擬合能力與泛化能力增強(qiáng)并解決過(guò)擬合，提高圖像識(shí)別準(zhǔn)確率[10]。采用ResNet18卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化算法為SGD，動(dòng)量momentum=0.9，初始學(xué)習(xí)率LR=0.001，調(diào)整倍數(shù)gamma=0.1，調(diào)整間隔step size=7，訓(xùn)練輪數(shù)num epochs=10。

3 結(jié)果與分析

3.1 ‘木禾種’成品茶感官特征

對(duì)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23776-2018要求，所有7個(gè)‘木禾種’成品茶檢測(cè)樣都達(dá)到相應(yīng)茶類(lèi)的感官因子“合格”水平，具體感官評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示，各分析樣的干茶如圖1所示。其中，玉龍白茶散茶在香氣方面稍粗，結(jié)合凈度含有較多的魚(yú)葉蠟片、葉底粗雜，表明所用原料較為粗老，因此在香氣上表現(xiàn)稍弱。玉龍白茶緊壓茶葉底中可見(jiàn)泛紅葉，可能是由于鮮葉堆放后未及時(shí)攤放萎凋?qū)е虏枞~紅變，也可能是日曬時(shí)光照過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致的茶葉紅變。東白黑茶有幼嫩梗，葉底軟，表明原料尚嫩，陳香純正表明黑茶在渥堆工藝上程度適度，形成黑茶的獨(dú)特香氣。東白毛峰茶樣中含有莖梗，選擇含有嫩梗的原料利于形成緊實(shí)的條索，同時(shí)對(duì)滋味和香氣有一定提升作用，提升耐泡度。東白金紅因發(fā)酵適度，茶紅素大量生成，揉捻時(shí)間長(zhǎng)，充分破壞茶葉細(xì)胞壁，提高茶湯濃度，使得湯色紅明，長(zhǎng)時(shí)間提香的工藝形成了甜香的香氣。茉莉花茶茶樣可見(jiàn)筋梗，筋梗內(nèi)含有的內(nèi)含物質(zhì)對(duì)滋味有提升作用。玉龍大袍香氣純正，焙火時(shí)火功程度重，揮發(fā)性香氣成分減少，香氣方面稍弱。整體而言，‘木禾種’制成的黑茶(東白黑茶三級(jí))陳香純正，制成的東白金紅二級(jí)具有顯著的甜香，在滿足各茶類(lèi)適制性基礎(chǔ)上，在各別茶類(lèi)上也能有良好表現(xiàn)。

圖1 ‘木禾種’成品茶干茶

表1 ‘木禾種’成品茶感官特征

表2 ‘木禾種’成品茶理化檢驗(yàn)指標(biāo)(干物重)

3.2 ‘木禾種’成品茶理化檢驗(yàn)指標(biāo)

玉龍白茶散茶、玉龍白茶緊壓茶、東白黑茶含水率均超過(guò)8%，可能與這三類(lèi)茶原料嫩度低、加工過(guò)程中莖梗難以達(dá)到足干有關(guān)(表2)。玉龍大袍碎茶含量為0.8%，揉捻時(shí)產(chǎn)生的少量破碎葉是可能原因。東白毛峰、東白金紅、玉龍白茶、東白黑茶水浸出物含量分別為36.9%，31.8%，30.7%，30.7%，水浸出物含量整體偏低，綜合所有茶類(lèi)的水浸出物含量初步推測(cè)是一是采用的原料嫩度整體不高，原料嫩度越高，水浸出物含量越高[11]；二是可能‘木禾種’茶樹(shù)可能內(nèi)含物質(zhì)較少。研究表明茶毫中的粗纖維含量顯著高于茶葉[12]，粗纖維含量是作為評(píng)價(jià)原料嫩度的重要指標(biāo)[13]，與原料嫩度呈顯著負(fù)相關(guān)，龍翔[14]認(rèn)為可將粗纖維含量作為炒青綠茶的品質(zhì)指標(biāo)。東白毛峰、東白金紅粗纖維含量分別為7.9%與8.23%，對(duì)于多毫茶樹(shù)品種，原料嫩度與茶毫含量呈正相關(guān)，東白金紅所用原料較嫩，產(chǎn)生較多的茶毫，茶毫中的粗纖維含量較高，可能貢獻(xiàn)了粗纖維含量指標(biāo)；而東白毛峰由于原料中有莖梗，客觀上也會(huì)帶來(lái)檢測(cè)樣粗纖維指標(biāo)偏高。因此以粗纖維含量作為品質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)‘木禾種’成品茶嫩度并不恰當(dāng)。東白綠茶的茶多酚含量?jī)H為19.7%，兒茶素含量為14.54%，說(shuō)明其茶多酚含量整體偏低，可能是造成其水浸出物率偏低的主要原因。倪德江等[15]發(fā)現(xiàn)加工中有無(wú)揉捻工藝對(duì)茶多酚含量差異較大，同時(shí)注意到做形時(shí)間最長(zhǎng)的卷曲型在9種外形的茶葉中茶多酚含量最低，因此初步推測(cè)可能是長(zhǎng)時(shí)間揉捻造成茶多酚含量低。整體而言，‘木禾種’由于其多為有性系茶園，采摘嫩度一致性不占優(yōu)勢(shì)，而制成的白茶、黑茶產(chǎn)品由于原料嫩度較低，莖梗率高，其含水量偏高；水浸出物含量體現(xiàn)茶葉中水溶性物質(zhì)含量[16]，而‘木禾種’的7個(gè)成品茶的水浸出物率整體偏低，特別是其紅茶、綠茶產(chǎn)品的水浸出率指標(biāo)需要更多關(guān)注并加以提升?！竞谭N’綠茶中的莖梗可能帶來(lái)粗纖維含量高，需要進(jìn)一步分析原因，并加以關(guān)注。

3.3 ‘木禾種’成品茶辨識(shí)度分析

所有7個(gè)‘木禾種’成品茶和7個(gè)比對(duì)茶的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模識(shí)別結(jié)果如表3所示，由‘木禾種’白茶散茶與壽眉、‘木禾種’青茶與武夷巖茶、‘木禾種’茉莉花茶與其他品種茉莉花茶、‘木禾種’黑茶與熟普識(shí)別率達(dá)100%，能做到了完全區(qū)分，‘木禾種’綠茶與麗水香茶、‘木禾種’紅茶與金駿眉、‘木禾種’緊壓白茶與貢眉同樣也達(dá)到非常高的識(shí)別率，分別為99.3%、96.7和98.7%。這些結(jié)果表明，‘木禾種’制成的成品茶與同類(lèi)茶相比具有較高的辨別度，這可能是由‘木禾種’的加工工藝差別或品種本身差異帶來(lái)。

精確率指所有預(yù)測(cè)為正的樣本在真正真樣本中所占比例，召回率指真正樣本中被正確預(yù)測(cè)的比例[17]。由表4可見(jiàn)‘木禾種’白茶散茶與‘木禾種’黑茶精確率為1，即樣本預(yù)測(cè)完全正確且沒(méi)有將其他茶誤判為‘木禾種’白茶散茶，召回率為1，即樣本全部被正確預(yù)測(cè)且沒(méi)有遺漏樣本。這表明‘木禾種’制成的白茶散茶與黑茶在外形上具有極高的辨識(shí)度。‘木禾種’青茶、‘木禾種’綠茶、‘木禾種’茉莉花茶、‘木禾種’紅茶、‘木禾種’緊壓白茶雖有一定的誤判，但精確率與召回率仍高于0.9，外形上同樣有較高的辨識(shí)度。由圖2可見(jiàn)在14種茶同時(shí)分類(lèi)識(shí)別時(shí)，1張‘木禾種’青茶被誤判為‘木禾種’茉莉花茶，2張其他品種茉莉花茶被誤判為‘木禾種’茉莉花茶，可能是由于同時(shí)14種茶葉共同訓(xùn)練學(xué)習(xí)導(dǎo)致未能完全區(qū)分，在學(xué)習(xí)中將外形相似的茶葉歸為一類(lèi)造成誤判。

表3 ‘木禾種’成品茶對(duì)比識(shí)別率

表4 ‘木禾種’成品茶的精確率、召回率

圖2 ‘木禾種’成品茶的混淆矩陣熱力圖

4 總結(jié)

在本文中，通過(guò)感官審評(píng)、理化指標(biāo)檢測(cè)、干茶識(shí)別三種方法分析了‘木禾種’在感官、理化及外形辨識(shí)度三方面的品種特征，以下是本文的研究結(jié)論：

(1)‘木禾種’制成的7種類(lèi)均達(dá)到了各自茶類(lèi)的感官要求，此茶樹(shù)品種具有較廣泛的茶類(lèi)適制性；其中，‘木禾種’制成的黑茶陳香純正與紅茶湯色紅明、帶有甜香，在紅茶與黑茶的適制性上有良好表現(xiàn)。

(2)理化檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，‘木禾種’整體水浸出物率偏低，而制成的綠茶茶多酚含量也偏低；也說(shuō)明此品種的水浸出物偏低可能是由茶多酚含量偏低帶來(lái)；而制成的黑茶、白茶則含水量偏高，分析可能是由于原料中莖梗較多造成。而‘木禾種’綠茶與木禾種紅茶粗纖維含量分別達(dá)到了7.9%與8.23%。

(3)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別結(jié)果表明，‘木禾種’的7類(lèi)成品茶與對(duì)比茶類(lèi)可以輕易地區(qū)分開(kāi)(平均預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到了99.23%)；也證明了‘木禾種’成品茶具有較高的辨識(shí)度，這可能是由其茶樹(shù)品種或加工工藝的差異帶來(lái)。

本研究證明了‘木禾種’茶樹(shù)具有較廣泛的茶類(lèi)適制性，制成的成品茶也具有較高的辨識(shí)度，也得到了一些基礎(chǔ)理化數(shù)據(jù)，這也為‘木禾種’茶樹(shù)資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供參考。