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普洱茶渥堆过程中的板结原理与研究

摘要:普洱茶渥堆发酵过程中容易出现板结现象。板结的产生不利于普洱茶的发酵,也给后期的翻堆工艺带来了难度。结合实际问题,通过研究普洱茶的成分变化及发酵环境,得出板结的因素有两点:第一点,发酵过程中产生了水溶性果胶,其具有一定的粘接力;第二点,茶叶在

中图分类号 S571.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2013)17-15-02

普洱茶[1]是源产于云南省普洱市等地带的茶叶,因其特殊的地理位置和历史性,名气远在安徽、浙江等地区所生产茶叶之上。普洱茶的类别[2]根据是否经过发酵分为两类:一类,未经过发酵的晒青茶为普洱生茶;另一类,经过渥堆发酵的晒青茶即为普洱熟茶。在这两类茶当中,以普洱熟茶所占据的市场份额较大。尤其是近年来,普洱茶的保健功能[3]被发现,促进了普洱茶进一步的发展。

但普洱茶熟茶在发酵过程中易出现板结现象,严重阻碍了其生产。板结过程实质是茶叶粘接和弹塑性变形共同作用的结果,但粘接物质形成过程和受力大小及各影响因素未知。笔者从普洱茶发酵过程中的化学反应方面入手,分析茶叶是如何产生表面粘稠液,并在物理作用下共同形成板结。为了分析各影响因素,采取实验法,抽取不同堆高的普洱茶作为实验样本,测试板结的各相关性参数得出分析结果。

1 粘接物质

目前,为了加快普洱茶生产速度,在渥堆发酵过程中,几乎所有的企业都采用人工渥堆发酵技术。人工渥堆即人工接入黑曲霉、青霉和酵母等真菌微生物进行发酵。真菌使茶叶的物质和元素含量发生变化,主要有以下元素和物质:水浸出物、水溶性糖、水溶性果胶等。在普洱茶渥堆过程中,原果胶、水溶性果胶呈波动变化,二者变化的总体趋势是原果胶含量逐渐减少,水溶性果胶含量逐渐增加[4]。原果胶与水溶性果胶所占质量分数的总量是守恒的,之所以在发酵前后二者各自的质量分数发生了较大的变化,原因是由于在渥堆发酵过程中,在发酵霉菌作用下,茶叶组织内部发生了一系列的化学反应使原果胶逐渐转化为水溶性果胶。

果胶[5]物质沉积在细胞的初生壁与中胶层中,起着连接细胞个体的作用,是一种含有甲氧基的高分子聚合物质,以原果胶、果胶酸和果胶3种不同的形态存在。在茶叶中所含果胶的形态为原果胶,原果胶主要成分是多缩阿拉伯糖和甲基化半乳糖醛酸(果胶酸),原果胶在原果胶酶的作用下水解,生成游离的果胶酸和甲醇,然后果胶酸在果胶酸酶的作用下,再分解为半乳糖和半乳糖醛酸[6],其化学反应式为:

原果胶本身不溶于水,但在原果胶酶的作用下,最终生成半乳糖和半乳糖醛酸,其分子结构均含有羧基,羧基具有较强的范德华力,故这两种物质都具有粘结能力,其粘度的大小与温度、浓度等因素有关,而粘接力的大小与粘度、真实接触面积有关。

2 板结力组成要素

普洱茶渥堆发酵过程中,为保证单堆产量的需求,故茶叶的堆放高度不能低于1m。茶叶在堆放的过程中,一方面,茶叶的高温高湿环境和堆放自重产生弹塑性变形,表现出明显的粘性摩擦性质;另一方面,茶叶之间的接触面积随弹塑变形而增大,即茶叶之间的间隙随着茶叶的堆放高度而降低,促进了粘接的形成。茶叶与茶叶之间真实接触面积A 为弹性接触面积A1与塑性接触面积A2的总和。茶叶之间的摩擦系数为剪切应力F1与作用于本身的法向载荷G成正比,其计算式为:

按照Tabor假设,塑性流动将发生时,法向应力P和剪切应力τ满足方程:

由于粘性s的存在,其茶堆的应力应变本构关系是粘弹塑性模型,而粘接力的方向与摩擦力的方向一致,故总的抗剪切力即板结力为摩擦力和粘接力之和。其粘接力的大小与作用面积成正比关系,摩擦力的大小与正应力成正比关系:

3 板结实验分析

3.1 实验方法 根据实验步骤,首先进行取样,然后使用仪器测定所需参数。取样:根据茶厂的生产工艺要求,选取的发酵试样为第一次翻堆的样品。选取办法:茶叶实际堆放高度为1.2m,所以采取等高法选取,可以减少试样的采集,从下往上每间隔30cm的堆放高度取一份样品,共得到4份样品。在取样的过程中,同时使用温度计测定样品发酵环境温度。根据选取的试样提取水溶性果胶样本。提取方法为使用刮片将茶叶表面的粘稠物收集到带刻度的广口瓶中,每个样本收集容量为10mL。使用仪器:非接触红外线多功能测温枪WT910、数显旋转粘度NDJ-5S、30mL广口瓶、拉伸测力计。

3.2 结果分析 根据样品的实时温度,调节旋转粘度计的恒温水浴,设置转速分别为6r/min、12r/min、30r/min、60r/min,记录不同温度下的粘度值,测力计得到样品的板结力大小值。根据重力影响因素,测量截断横截面积,得到法向应力。根据取样位置茶叶的压紧程度进行烘干后压紧,测量茶叶的摩擦力,即测出内摩擦系数0.2。通过式(5)与(6)联合求解粘接力,最终得到力参数与温度(表1)和不同转速下的粘度(表2)。

从表1可知,板结力最大的样品为1号样品,即堆放高度为0.3m处。从表2可知,同一样品的粘度达到最大值后随转速的增加而降低。根据水基粘度可知,在12r/min转速条件下,其粘度大小符合粘接剂的要求,属于低粘度粘接剂。综合表1和表2可知,在同一转速条件下,对比4个样品的温度与粘度可知,发酵茶叶所处温度的不同对粘度值大小造成了影响。在12r/min条件下,粘度值在发酵温度范围内随温度的升高而降低。

4 结语

笔者从普洱茶渥堆发酵的原理出发,得出板结的成因,即板结的机理为:在渥堆发酵过程中,其高温高湿的环境和堆放的自重使茶叶产生了塑性变形,产生的粘性摩擦力更有利于水溶性果胶对茶叶粘接。板结过程把离散的茶叶转变为近似连续体形式,对翻堆工艺形成了一定的阻碍。根据实验测试出对应样本的粘度值和板结力,从粘度值上看顶层的粘度值最大,但由于粘液的流动性使浓度最低,故所形成的粘接力最小。

参考文献

[1]蒙肖虹,孙云,张惠芬,等.普洱茶发酵工艺的研究[J].昆明理工大学学报:理工版,2008,33(4):85-95.

[2]杨崇仁,陈可可,张颖君.茶叶的分类与普洱茶的定义[J].茶叶科学技术,2006(2):47-48.

[3]吕海鹏,谷记平,林智,等.普洱茶的化学成分及生物活性研究进展[J].茶叶科学,2007,27(1):14-18.

[4]梁名志,夏丽飞,陈林波,等.普洱茶渥堆发酵过程中理化指标的变化研究[J].中国农学通报,2006,22(10):318-325.

[5]孙静.果胶多糖的降解及其产物的分离分析与活性研究[D].西安:西北大学,2009:2

[6]王鑫.植物果胶酸盐裂解酶在大肠杆菌中的重组表达研究[D].南京:南京师范大学,2008:5-8.

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