碎茶吸濕特性研究

蔣玉蘭，呂楊俊，林劍峰，潘俊嫻，葉麗偉，朱躍進(jìn)，張士康

（1.中華全國(guó)供銷合作總社杭州茶葉研究院/浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310016；2.松陽(yáng)縣科技信息中心，浙江 麗水 323400）

含水率是茶葉重要的品質(zhì)指標(biāo)之一，目前已發(fā)展起基于介電特性[1]、溫濕傳感器[2]、高光譜技術(shù)[3-4]等無(wú)損快速檢測(cè)方法。吸濕是影響茶葉品質(zhì)穩(wěn)定性的重要因素之一。茶葉表面性狀不同，茶葉吸濕特性不同。碎茶、粉茶等顆粒型茶及其制品的許多內(nèi)含成分多帶有羥基等親水基團(tuán)[5]，普遍具有吸濕性。作為一個(gè)多成分的復(fù)雜體系，碎茶吸濕后會(huì)表現(xiàn)出流動(dòng)性差、貯藏期間易產(chǎn)生異味等問(wèn)題，影響感官品質(zhì)變化，甚至發(fā)霉影響茶葉安全性；粉茶吸濕后會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊團(tuán)聚、色澤變暗等現(xiàn)象，限制產(chǎn)品的直接使用范圍。茶葉的吸濕性取決于葉片比表面積的大小，進(jìn)而取決于葉片的結(jié)構(gòu)、孔隙特性等[6-7]。茶葉的加工工序不同，其吸濕特性可能也會(huì)表現(xiàn)出差異[8]。目前尚無(wú)關(guān)于碎茶吸濕特性的研究報(bào)道。

試驗(yàn)開展不同典型茶類、不同細(xì)度的碎茶的吸濕特性研究并探索其吸濕規(guī)律。以加工工藝不同的大葉種紅碎茶和小葉種蒸青綠茶碎茶為研究對(duì)象，研究2種茶原料粉碎后，依次過(guò)不同目數(shù)的篩網(wǎng)獲得不同細(xì)度的碎茶，根據(jù)吸濕增重隨時(shí)間變化規(guī)律，獲得吸濕時(shí)間曲線并進(jìn)行擬合分析，并對(duì)吸濕特性與碎茶物理特性進(jìn)行相關(guān)性分析，客觀描述不同碎茶的吸濕特性，為探索碎茶吸濕規(guī)律，尋找適宜的防潮貯藏方法，建立碎茶防潮貯藏技術(shù)體系提供數(shù)據(jù)支撐。對(duì)如何采取適宜的碎茶貯藏防潮工藝技術(shù)、防潮茶粉創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)等具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

云南大葉種CTC（壓碎Crush、撕裂Tear、揉卷Curl）紅碎茶，2020年春茶，云南昌寧紅茶業(yè)集團(tuán)有限公司提供；浙江小葉種蒸青綠碎茶、食品專用綠茶粉原材料，課題組自制。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；BL25C43型攪拌機(jī)，廣東美的精品電器制造有限公司產(chǎn)品；系列躍陽(yáng)篩網(wǎng)，臺(tái)州三門躍陽(yáng)篩網(wǎng)廠產(chǎn)品；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；50 mm×30 mm扁形稱量瓶；CSH-SSGD型綜合藥品穩(wěn)定性試驗(yàn)箱，重慶創(chuàng)測(cè)科技有限公司產(chǎn)品；TD-01型茶與茶制品堆積密度測(cè)定儀，中華全國(guó)供銷合作總社杭州茶葉研究院研制、杭州大吉光電儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 材料處理

采用攪拌機(jī)分別粉碎紅碎茶和蒸青綠碎茶，然后依次過(guò)100，70，60，50，40，30目篩網(wǎng)，分別得到100，70，60，50，40，30目細(xì)度的紅碎茶和綠碎茶，備用。

1.3.2 碎茶水分含量測(cè)定

參考GB 5009.3—2016，食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定[9]方法，測(cè)定不同細(xì)度碎茶樣中的水分含量。

1.3.3 碎茶自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度測(cè)定

參考GB/T 18798.5—2013固態(tài)速溶茶 第5部分：自由流動(dòng)和緊密堆積密度的測(cè)定[10]方法，按照公式（1）分別計(jì)算不同細(xì)度碎茶的自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度。

計(jì)算自由流動(dòng)堆積密度時(shí)，V為碎茶自由流動(dòng)裝滿接收容器時(shí)的體積，且接收容器不受任何振動(dòng)與敲擊；計(jì)算緊密堆積密度時(shí)，V為按照標(biāo)準(zhǔn)操作、碎茶振實(shí)后的體積。

1.3.4 碎茶脫濕平衡操作

稱量瓶洗凈干燥至恒質(zhì)量后，置于干燥器內(nèi)冷卻備用，稱量瓶質(zhì)量為m1；準(zhǔn)確稱取不同細(xì)度碎茶各200 mg（記為m2）于稱量瓶?jī)?nèi)；輕輕搖晃瓶身，使碎茶均勻平鋪于瓶底，開蓋置于干燥器內(nèi)48 h，每隔一段時(shí)間稱量1次，使碎茶達(dá)到脫濕平衡[11]（前后2次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg），此時(shí)碎茶和稱量瓶質(zhì)量為m3，參照公式（2）計(jì)算碎茶平衡脫水率。

1.3.5 碎茶吸濕平衡操作

將1.3.4達(dá)到脫濕平衡后的碎茶連同稱量瓶一起開蓋置于溫度25℃，相對(duì)濕度RH（Relative Humidity）為75%的恒溫恒濕穩(wěn)定箱中[12]，每隔20 min精密稱量1次并計(jì)算碎茶增加質(zhì)量，直至達(dá)到吸濕平衡（前后2次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg），參照公式（3）計(jì)算平衡吸濕加質(zhì)量。

1.3.6 吸濕曲線的擬合及分析

根據(jù)碎茶吸濕增重隨時(shí)間的變化規(guī)律，繪制吸濕時(shí)間曲線，對(duì)曲線進(jìn)行擬合分析，即可得到吸濕方程，對(duì)方程進(jìn)行一階求導(dǎo)得到吸濕速度方程，二階求導(dǎo)得到吸濕加速度方程[13]。

1.3.7 碎茶吸濕特性與其相關(guān)性分析

對(duì)不同紅碎茶、綠碎茶的細(xì)度、水分含量、平衡脫水率、吸濕增重、自由流動(dòng)堆積密度、緊密堆積密度等性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理

所得數(shù)據(jù)均為3次以上平行試驗(yàn)的平均值，采用Excel和SPSS 26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 碎茶水分含量測(cè)定結(jié)果

不同細(xì)度的碎茶含水量見圖1。

圖1 不同細(xì)度的碎茶含水量

云南大葉種CTC紅碎茶、浙江小葉種蒸青綠碎茶中的水分含量分別為8.87%和5.54%。有研究表明，碎茶的品質(zhì)受原材料品質(zhì)[14]、地域、加工工藝、制茶設(shè)備條件、貯藏條件等因素的影響[15-16]。由圖1可知，相同原料經(jīng)粉碎過(guò)篩后，不同細(xì)度的紅碎茶、綠碎茶中水分含量不同。30，40，50，60，70目細(xì)度的紅碎茶中水分含量差別不大，但100目細(xì)度紅碎茶較細(xì)度低的紅碎茶中水分含量高，但不同目數(shù)間差異不顯著。而不同細(xì)度綠碎茶中的水分含量，以100目最高，且顯著高于其他細(xì)度低的綠碎茶。分析引起不同細(xì)度碎茶中水分差異的原因，可能是因?yàn)樗衷诓枞~原料中分布不均勻，原料粉碎過(guò)篩后，因不同細(xì)度的碎茶成分不同，進(jìn)而水分含量表現(xiàn)出不同。

2.2 碎茶自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度分析

不同細(xì)度碎茶自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度見圖2。

圖2 不同細(xì)度碎茶自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度

碎茶的密度是體現(xiàn)茶葉品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在國(guó)際碎茶貿(mào)易中，緊密堆積密度一直作為碎茶品質(zhì)的考量指標(biāo)[17]。由圖2可知，紅碎茶的自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度隨著細(xì)度的增大呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。分析其原因，可能是因?yàn)榧t碎茶粉粹過(guò)篩后，30目的過(guò)篩樣中莖等致密組織成分的含量相對(duì)于葉片類成分的含量多，而在40目的過(guò)篩樣中，成分比例正好相反，從而使得40目過(guò)篩樣的密度相對(duì)較低。隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增大，碎茶中顆粒逐漸變得越來(lái)越細(xì)小，單位體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量越來(lái)越大，從而密度越來(lái)越大。而綠碎茶的緊密堆積密度較自由流動(dòng)堆積密度升高較快。紅碎茶與綠碎茶在堆積密度上的差異，可能與其加工工藝有關(guān)。試驗(yàn)所用的云南大葉種CTC紅碎茶原料為顆粒狀，而浙江小葉種蒸青綠碎茶原料為片狀，片狀結(jié)構(gòu)經(jīng)剪切粉碎后仍為片狀結(jié)構(gòu)，在堆積過(guò)程中更利于碎茶振實(shí)，使得綠碎茶的自由流動(dòng)堆積密度和緊密堆積密度呈正相關(guān)。

2.3 碎茶平衡脫水率結(jié)果分析

不同細(xì)度碎茶平衡脫水率見圖3。

圖3 不同細(xì)度碎茶平衡脫水率

茶葉的吸濕解吸平衡與其物理特性間存在一定的相關(guān)性[18]。由圖1、圖3可知，碎茶的平衡脫水率隨細(xì)度的變化趨勢(shì)與含水量隨細(xì)度的變化趨勢(shì)相同。碎茶含水率高，平衡脫水率相對(duì)較高。結(jié)合表2，綠碎茶的平衡脫水率與細(xì)度存在顯著正相關(guān)性，但60目較70目綠碎茶含水量高，平衡脫水率卻低，這可能與60目綠碎茶中成分與體系更復(fù)雜有關(guān)。

2.4 碎茶吸濕時(shí)間曲線擬合分析

不同細(xì)度紅碎茶吸濕曲線見圖4，不同細(xì)度綠碎茶吸濕曲線見圖5。

圖4 不同細(xì)度紅碎茶吸濕曲線

圖5 不同細(xì)度綠碎茶吸濕曲線

由圖4、圖5可知，對(duì)吸濕時(shí)間曲線進(jìn)行擬合分析（表1），可知紅碎茶、綠碎茶的吸濕曲線均與一元三次方程Y=aX3+bX2+cX+d的擬合效果較好，這與研究報(bào)道[18]的祁門紅茶、滇紅、星斗山紅茶、苦丁茶、西湖龍井、嶗山綠茶、鐵觀音、華農(nóng)綠針的吸濕等溫?cái)M合方程相吻合。但是，紅碎茶與綠碎茶吸濕擬合方程中的a值＜0，而報(bào)道的擬合方程中a值＞0，這說(shuō)明不同種類、形狀的茶葉間吸濕時(shí)間擬合曲線不同，吸濕特性存在差異。

不同細(xì)度碎茶吸濕時(shí)間擬合曲線見表1。

表1 不同細(xì)度碎茶吸濕時(shí)間擬合曲線

由表1可知，30目細(xì)度的紅碎茶和綠碎茶吸濕曲線擬合度最好（R2分別為0.949和0.984），而100目細(xì)度的紅碎茶吸濕曲線擬合度最低，R2為0.824。對(duì)吸濕曲線進(jìn)行一階求導(dǎo)，得到吸濕速度方程，該方程為一元二次方程Y=aX2+bX+c（a＜0）；對(duì)吸濕曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)，得到吸濕加速度方程，該方程為一元一次方程Y=aX+c（a＜0）。30～70目細(xì)度的紅碎茶吸濕速度方程為Y'=-18X2-6X+C，加速度方程為Y''=-36X-6；100目細(xì)度的紅碎茶及30～100目的綠碎茶吸濕速度方程為Y=-18X2-8X+C，加速度方程為Y'"=-36X-8，碎茶種類及細(xì)度不同，吸濕速度方程與加速度方程均不同。

2.5 碎茶吸濕特性與物理特性相關(guān)性分析

碎茶吸濕特性與物理特性相關(guān)性分析見表2。

表2 碎茶吸濕特性與物理特性相關(guān)性分析

一般情況下，茶葉的吸濕特性與其物理性質(zhì)有直接關(guān)系[7-8]，由表2可知，在0.05水平，試驗(yàn)所用紅碎茶平衡吸濕增重與細(xì)度存在顯著負(fù)相關(guān)性，細(xì)度與緊密堆積密度、自由流動(dòng)堆積密度與緊密堆積密度間存在顯著正相關(guān)性，而其他性質(zhì)間不存在顯著性差異。在0.01水平，試驗(yàn)所用綠碎茶的細(xì)度與自由流動(dòng)堆積密度、緊密堆積密度和平衡脫水率間存在顯著正相關(guān)性，自由流動(dòng)堆積密度與緊密堆積密度、平衡脫水率間存在顯著正相關(guān)性，緊密堆積密度與平衡脫水率間均存在顯著正相關(guān)性，其他性質(zhì)間相關(guān)性不顯著。與紅碎茶不同的是，綠碎茶的平衡吸濕增重與細(xì)度、自由流動(dòng)堆積密度、緊密堆積密度間均呈正相關(guān)性，且細(xì)度與平衡脫水率間存在顯著正相關(guān)性。

3 結(jié)論

茶葉作為一個(gè)復(fù)雜的綜合體系，其吸濕機(jī)理亦較為復(fù)雜。茶葉的加工工藝不同（如萎凋[18]、殺青、揉捻、發(fā)酵等過(guò)程），會(huì)造成茶葉的微觀孔隙結(jié)構(gòu)不同，進(jìn)而影響茶葉的吸濕平衡規(guī)律。選擇云南大葉種紅碎茶（經(jīng)萎調(diào)、揉切、發(fā)酵、干燥等工序）和小葉種蒸青綠碎茶（蒸汽殺青、揉切、干燥等工序）作為研究對(duì)象，茶葉經(jīng)粉碎、過(guò)篩等工序后得到不同細(xì)度的系列碎茶樣品，研究不同碎茶的平衡脫水率、吸濕平衡增重，對(duì)吸濕時(shí)間曲線進(jìn)行擬合分析，并進(jìn)行吸濕特性與物理性質(zhì)之間相關(guān)性分析，該研究可為茶葉加工、倉(cāng)儲(chǔ)等提供一定的理論參考。

環(huán)境濕度會(huì)影響粉茶的品質(zhì)穩(wěn)定性[19]，烏龍茶等發(fā)酵茶的吸濕等溫線、熱力學(xué)特性已有研究報(bào)道[20-21]。碎茶的細(xì)度不同，吸濕特性不同；顆粒微觀結(jié)構(gòu)（球型、片狀等）不同，吸濕特性亦不相同。試驗(yàn)雖未對(duì)碎茶顆粒的微觀結(jié)構(gòu)與吸濕特性相關(guān)性進(jìn)行研究，但這是課題組后續(xù)研究的主要內(nèi)容之一。茶、茶葉提取物、全茶粉等茶制品在西點(diǎn)等食品中的應(yīng)用是未來(lái)茶與食品產(chǎn)業(yè)跨界融合發(fā)展的重要方向，可為開發(fā)系列茶粉產(chǎn)品提供技術(shù)支撐，發(fā)展前景良好。