CC BY
18
УдК 663.952:664-4
Микрорельеф поверхности чайного листа в процессе его переработки
З. А. Майсурадзе, канд. техн. наук Институт чая, субтропических культур и чайной промышленности (Грузия, г. Озургети)
Ключевые слова: чайный лист; скручивание; измельчение; структура; экстракт; поверхность; шероховатость; пористость.
Keywords: tea leaf; twisting; crumbling up; structure; extract; surface; roughness; porosity.
Для производства наиболее распространенного черного чая применяют различные методы, однако они имеют общий принцип. С чайного куста собирают молодые побеги и завяливают до потери 25-30 % их первоначальной массы. В результате листья вянут, становятся эластичными, и в них происходят биохимические изменения. Затем листья подвергают какому-либо механическому воздействию, в результате чего высвобождаются и смешиваются клеточные жидкости различных частей побега. В настоящее время используют два основных метода обработки завяленного чайного листа: ортодоксальный, где лист подвергается скручиванию в вертикально установленных цилиндрах-роллерах, возвратно-поступательно вращающихся по круговой траектории вдоль неподвижного или также вращающегося горизонтального стола; измельчением, когда лист непосредственно после завяливания или после предварительного скручивания и фракционирования измельчается различными методами для разрушения его клеточной структуры. Скрученные листья или измельченные кусочки листа проходят процесс ферментации от 60 мин до нескольких часов в зависимости от метода обработки, температуры, влажности, типа листа и других факторов. В течение этого времени низкомолекулярные фенольные соединения под действием окислительных ферментов образуют вещества с более высокой молекулярной массой, придающие чаю характерный вкус. На качество
чая также влияют и другие биохимические изменения,происходящие в чайном листе. Ферментация листа прекращается путем сушки горячим воздухом.
Обычно поступающие на чайную фабрику сорванные с куста побеги имеют смешанную природу, так как на плантациях высажены кусты разных сортов. Обработка такого разнородного сырья различными методами выявляет общие, характерные изменения чайного листа в процессе прохождения всех технологических стадий переработки.
Состояние чайного листа после механического воздействия на него различными методами было исследовано по растровым электронно-микроскопическим изображениям (РЭМ) на электронном микроскопе «Hitachi S-800» ( Япония) образцов чайного листа, подготовленных к исследованию известными методами [1].
После скручивания в роллере сильно повреждается эпидерми-альный слой клеток чайного листа, причем их внешняя стенка и малопроницаемая для газов, покрывающая лист с обеих сторон бесцветная кожица — кутикула остаются неповрежденными, но оторванными от вертикальных стенок эпи-дермальных клеток. Кусочки листа имеют сдавленные внутриклеточные воздушные пространства и края, что значительно препятствует проникновению кислорода воздуха во внутренние ткани, а окислительные процессы происходят преимущественно в клеточном со-
5^2010
36
ке, выдавленном на поверхность листа.
Другой вид имеет чайный лист, обработанный последовательно в двух шнековых роторно-скручи-вающих машинах непрерывного действия, с последующим измельчением в называемом универсальным дезинтегратором-активатором дезинтеграторе ДЕЗИ 43 МЛЗ, специально разработанном для переработки чайного листа в Таллинском НПО «ДЕКЕС». Отмечаются значительные повреждения ткани средней части и краев листа. Эпидермиаль-ный слой при этом часто разорван или полностью содран, края листа сильно изорваны. Лишь ограниченные места ткани листа претерпевают сдавливание, а внутриклеточные воздушные пространства практически остаются неповрежденными, что обеспечивает газообмен как на поверхности, так и внутри частиц. Если после обработки листа в роллере количество раздавленных клеток листьев составляет около 80 %, то в результате измельчения в вышеуказанной последовательности этот показатель достигает 90-95 %, а средневзвешенный размер частиц листа при этом уменьшается до 0,8-1,2 мм. С увеличением удельной поверхности листа за счет повышения его дисперсности возрастает площадь сильно поврежденной ткани, сок раздавленных клеток листьев в большем количестве, чем после обработки в роллере, располагается как на поверхности, так и внутри частиц, окислительные процессы происходят на всех уровнях толщины листа. Однако при чрезмерном измельчении несколько затрудняется интенсивное протекание ферментативных окислительных процессов в слое массы по причине самопроизвольного агрегирования влажных и липких мелкодисперсных частиц чайного листа, а также усиленного поглощения кислорода воздуха в ее внешних слоях. В таких условиях регулируемое проведение ферментации листа возможно приданием массе такого дисперсного состава, при котором данные процессы в частицах будут проходить равномерно. Этого можно достичь проведением процесса в тонком слое, распластав измельченный лист на большой площади, что невыгодно, или перед ферментацией целена-
Рис. 1. РЭМ-изображение поверхности скрученного чайного листа: а — верхняя сторона листа; б — нижняя сторона листа
Рис. 2. РЭМ-изображение поверхности измельченного чайного листа
правленным гранулированием измельченной массы и проведением ее в выгодных условиях, что и применено при производстве так называемого чая типа «С. Т. С.».
Клеточный сок чайного листа — это сложная гетерогенная коллоидная структура, включающая большое количество различных компонентов. Дисперсная фаза — вода, а дисперсионная среда — комплексный гидрозоль с высоким содержанием фенольных вуществ, сахаров, органических кислот, белков, аминокислот, растворимых полисахаридов и др. Чайный сок обладает гидрофильными свойствами. На последней стадии переработки листа — высушивании — часть сока в виде сгустка фиксируется на поверхности частиц, а другая остается в их толще. С увеличением удельной поверхности частиц за счет измельчения чайного листа в процессе переработки происходит оседание чайного сока в основном на поверхностных слоях. Немаловажное значение имеет состояние поверхности чаинок, так как это в значительной степени определяет скорость выхода растворимых экстрактивных веществ чая в горячую воду при его заваривании.
Обычно в пакетики для разовой заварки помещают 2,0-2,5 г сухого чая с расчетом на 200 мл кипятка. Поэтому потребительской нормой будем считать 10-12 г сухого чая на 1 л кипяченой воды. Продолжительность заваривания в среднем
составляет 4,5-5 мин. За это время 65-70 % растворимых сухих экстрактивных веществ чая должны перейти в настой, в том числе 70-75 % кофеина и 45-55 % фенольных соединений.
Смачиваемость сухого чая горячей водой зависит не только от свойств растворимых веществ, но и в значительной степени от шероховатости его поверхности, с ростом которой облегчается выход экстрактивных веществ с поверхностных слоев за счет уменьшения угла смачивания с увеличением шероховатости лиофильных поверхностей.
Для наблюдения динамики изменения поверхностных свойств зеленого чайного листа в процессе переработки нами были выбраны одинаковые по размерам вторые сверху листья чайных флешей, собранных с одного чайного куста. Исследование поверхности чайного листа после скручивания в лабораторном роллере (рис. 1), а также после двухкратного измельчения в лабораторной установке «Куттер» с последующим дроблением в молотковой дробилке (рис. 2), имитирующих вышеописанные промышленные процессы, было проведено по РЭМ-изображениям листьев на электронном микроскопе «Hitachi S-800». Пористость поверхности частиц листа определяли анализом их РЭМ-изображений при помощи компьютерного обеспечения аппарата (рис. 3).
Как видно из рис. 1, после обработки в роллере внешняя поверхность листа становится бугорчатой, на нижней поверхности отчетливо видны высохшие сгустки экстрактивных веществ, а раскрытые устьица фактически являются порами. Соответствующий анализ изображения представлен на рис. 3, а.
На рис. 2 видно, что поверхность листа сильно изорвана, смята и пронизана большим количеством каналов, трещин, устьица практически не являются порами и забиты высохшими экстрактивными веществами. Анализ РЭМ-изображения (рис. 3, б) показывает, что не только увеличивается пористость поверхности и количество пор, но и возрастают практически все показатели пористого пространства на поверхности. Шероховатость увеличивается. Заметно значительное количество высохших экстрактивных веществ, покрывающих измельченные частицы. Поэтому экстрагирование растворимых веществ из мелкого чая, полученного измельчением листа в процессе технологической переработки, значительно облегчено, так как оно практичеки осуществляется за счет смывания в горячую воду.
Растительные чаезаменители и фиточаи, которые в настоящее время заняли определенный сегмент чайного рынка, должны обладать такой же, как и чай, потребительской экстракционной спо-
5^2010
37
HOHEf ----- н i т fl с н i s*see ЪвЕЛИЧЁЖЕ РЭМ----------------бее ?лемент дискретизации -------- 1. инкм ПОРИСТОСТЬ —--------------- s. ОБЦВЯ ПЛОЩАДЬ ПОР----- --------- < в.0Э> КВ.МКМ ОБЩИЙ ПЕРИМЕТР ЛОР---------- ÜS25.41 < ИКМ ЧИСЛО ПОР 182 СРЕДНИЙ ДИАМЕТР ПОРЫ --------- 3.«НКИ СРЕДНЯЯ ПГЮЦ»АДЬ ПОРЫ--------- ie.22KB.MKM СРЕДНИЙ ПЕРИМЕТР ПОРЫ--------- 19.91ЧКН 4I.-1H.-D по ди*етр<*м /' \ НИХ 1 -Sld.D - .¿45 / Ъ«ГЛИЧЕН11Е Р>М - -- -- ------ до г-лсмгнт ди-г.кггти.твичи i.¿4M»:h погни тог т». - í'.Tí ОЕИЙЯ ГМОЧЯДЬ ПОР КВ.МИМ PC^IU ГТРПМГТР ПОР r^R-'í, J.b \ в.вв' МКМ ■tttrnrt пег ? СРСДНИЙ 1ИЯМСТГ ПОТЫ 4.S0MVM СРЕДНЕМ пяоиадь ПОРЫ - - • J.Í5.96lfB.MM1 С^ДИИм ■ПЕРИМЕТР ПОРЫ •— ■ t \ по динпетр,* | \ П.1Х « -4F7.D - I л —IÍ*S 1 } V 4 t 1 j "ч
• вФО 1.29« 2.58Ф 3.8 re S.ue б.АЭЬ 9.05в И КМ ■ !■ • а б
Рис. 3. Результаты обработки РЭМ-изображения чайного листа: а — нижняя сторона скрученного в роллере листа; б — поверхность частицы измельченного листа (по вертикали — плотность вероятности распределения N. числа пор в интервале D к общему числу пор Nf по горизонтали — размер пор, мкм)
собностью. Однако большая часть их изготовляется измельчением традиционно высушенных трав без предварительного разрушения клеток их листьев в сыром виде. Для осуществления потребительской заварки таких продуктов горячая вода предварительно должна впитаться частицами, лишь после этого произойдет переход этстрактивных веществ в горячую воду. Можно увеличить удельную поверхность
этих материалов измельчением. При этом количество разрушенных сухих клеток значительно увеличится, что в процессе экстракции материала может вызвать вымывание сопутствующих высокомолекулярных веществ с большей скоростью и переход в экстракт большего количества взвешенных частиц. Это может создать мутность, неприемлемые вкус и вид настоя. Чаеподобные продукты
должны быть предварительно обработаны до такой степени, чтобы их потребительское применение было столь же эффективным, как и экстрагирование чая в домашних условиях.
Проведенные нами исследования могут быть использованы для разработки технологий и методов переработки чая и чаеподобных продуктов с высокими потребительскими свойствами. &
5 • 2010
38
