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，張士康

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院/浙江省茶資源跨界應用技術重點實驗室，浙江杭州 310016；2.松陽縣科技信息中心，浙江 麗水 323400）

含水率是茶葉重要的品質指標之一，目前已發展起基于介電特性[1]、溫濕傳感器[2]、高光譜技術[3-4]等無損快速檢測方法。吸濕是影響茶葉品質穩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含成分多帶有羥基等親水基團[5]，普遍具有吸濕性。作為一個多成分的復雜體系，碎茶吸濕后會表現出流動性差、貯藏期間易產生異味等問題，影響感官品質變化，甚至發霉影響茶葉安全性；粉茶吸濕后會出現結塊團聚、色澤變暗等現象，限制產品的直接使用范圍。茶葉的吸濕性取決于葉片比表面積的大小，進而取決于葉片的結構、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表現出差異[8]。目前尚無關于碎茶吸濕特性的研究報道。

試驗開展不同典型茶類、不同細度的碎茶的吸濕特性研究并探索其吸濕規律。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象，研究2種茶原料粉碎后，依次過不同目數的篩網獲得不同細度的碎茶，根據吸濕增重隨時間變化規律，獲得吸濕時間曲線并進行擬合分析，并對吸濕特性與碎茶物理特性進行相關性分析，客觀描述不同碎茶的吸濕特性，為探索碎茶吸濕規律，尋找適宜的防潮貯藏方法，建立碎茶防潮貯藏技術體系提供數據支撐。對如何采取適宜的碎茶貯藏防潮工藝技術、防潮茶粉創新產品的研發等具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

云南大葉種CTC（壓碎Crush、撕裂Tear、揉卷Curl）紅碎茶，2020年春茶，云南昌寧紅茶業集團有限公司提供；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 儀器與設備

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司產品；BL25C43型攪拌機，廣東美的精品電器制造有限公司產品；系列躍陽篩網，臺州三門躍陽篩網廠產品；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產品；50 mm×30 mm扁形稱量瓶；CSH-SSGD型綜合藥品穩定性試驗箱，重慶創測科技有限公司產品；TD-01型茶與茶制品堆積密度測定儀，中華全國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品。

1.3 試驗方法

1.3.1 材料處理

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

1.3.2 碎茶水分含量測定

參考GB 5009.3—2016，食品安全國家標準 食品中水分的測定[9]方法，測定不同細度碎茶樣中的水分含量。

1.3.3 碎茶自由流動堆積密度和緊密堆積密度測定

參考GB/T 18798.5—2013固態速溶茶 第5部分：自由流動和緊密堆積密度的測定[10]方法，按照公式（1）分別計算不同細度碎茶的自由流動堆積密度和緊密堆積密度。

計算自由流動堆積密度時，V為碎茶自由流動裝滿接收容器時的體積，且接收容器不受任何振動與敲擊；計算緊密堆積密度時，V為按照標準操作、碎茶振實后的體積。

1.3.4 碎茶脫濕平衡操作

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

1.3.5 碎茶吸濕平衡操作

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

1.3.6 吸濕曲線的擬合及分析

根據碎茶吸濕增重隨時間的變化規律，繪制吸濕時間曲線，對曲線進行擬合分析，即可得到吸濕方程，對方程進行一階求導得到吸濕速度方程，二階求導得到吸濕加速度方程[13]。

1.3.7 碎茶吸濕特性與其相關性分析

對不同紅碎茶、綠碎茶的細度、水分含量、平衡脫水率、吸濕增重、自由流動堆積密度、緊密堆積密度等性質進行相關性分析。

1.4 數據統計與處理

所得數據均為3次以上平行試驗的平均值，采用Excel和SPSS 26.0進行數據分析處理。

2 結果與分析

2.1 碎茶水分含量測定結果

不同細度的碎茶含水量見圖1。

圖1 不同細度的碎茶含水量

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，碎茶的品質受原材料品質[14]、地域、加工工藝、制茶設備條件、貯藏條件等因素的影響[15-16]。由圖1可知，相同原料經粉碎過篩后，不同細度的紅碎茶、綠碎茶中水分含量不同。30，40，50，60，70目細度的紅碎茶中水分含量差別不大，但100目細度紅碎茶較細度低的紅碎茶中水分含量高，但不同目數間差異不顯著。而不同細度綠碎茶中的水分含量，以100目最高，且顯著高于其他細度低的綠碎茶。分析引起不同細度碎茶中水分差異的原因，可能是因為水分在茶葉原料中分布不均勻，原料粉碎過篩后，因不同細度的碎茶成分不同，進而水分含量表現出不同。

2.2 碎茶自由流動堆積密度和緊密堆積密度分析

不同細度碎茶自由流動堆積密度和緊密堆積密度見圖2。

圖2 不同細度碎茶自由流動堆積密度和緊密堆積密度

碎茶的密度是體現茶葉品質的一項重要指標，在國際碎茶貿易中，緊密堆積密度一直作為碎茶品質的考量指標[17]。由圖2可知，紅碎茶的自由流動堆積密度和緊密堆積密度隨著細度的增大呈現先降低后升高的趨勢。分析其原因，可能是因為紅碎茶粉粹過篩后，30目的過篩樣中莖等致密組織成分的含量相對于葉片類成分的含量多，而在40目的過篩樣中，成分比例正好相反，從而使得40目過篩樣的密度相對較低。隨著篩網目數的增大，碎茶中顆粒逐漸變得越來越細小，單位體積內物質的質量越來越大，從而密度越來越大。而綠碎茶的緊密堆積密度較自由流動堆積密度升高較快。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。試驗所用的云南大葉種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，片狀結構經剪切粉碎后仍為片狀結構，在堆積過程中更利于碎茶振實，使得綠碎茶的自由流動堆積密度和緊密堆積密度呈正相關。

2.3 碎茶平衡脫水率結果分析

不同細度碎茶平衡脫水率見圖3。

圖3 不同細度碎茶平衡脫水率

茶葉的吸濕解吸平衡與其物理特性間存在一定的相關性[18]。由圖1、圖3可知，碎茶的平衡脫水率隨細度的變化趨勢與含水量隨細度的變化趨勢相同。碎茶含水率高，平衡脫水率相對較高。結合表2，綠碎茶的平衡脫水率與細度存在顯著正相關性，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雜有關。

2.4 碎茶吸濕時間曲線擬合分析

不同細度紅碎茶吸濕曲線見圖4，不同細度綠碎茶吸濕曲線見圖5。

圖4 不同細度紅碎茶吸濕曲線

圖5 不同細度綠碎茶吸濕曲線

由圖4、圖5可知，對吸濕時間曲線進行擬合分析（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、華農綠針的吸濕等溫擬合方程相吻合。但是，紅碎茶與綠碎茶吸濕擬合方程中的a值＜0，而報道的擬合方程中a值＞0，這說明不同種類、形狀的茶葉間吸濕時間擬合曲線不同，吸濕特性存在差異。

不同細度碎茶吸濕時間擬合曲線見表1。

表1 不同細度碎茶吸濕時間擬合曲線

由表1可知，30目細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目細度的紅碎茶吸濕曲線擬合度最低，R2為0.824。對吸濕曲線進行一階求導，得到吸濕速度方程，該方程為一元二次方程Y=aX2+bX+c（a＜0）；對吸濕曲線進行二階求導，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性分析

碎茶吸濕特性與物理特性相關性分析見表2。

表2 碎茶吸濕特性與物理特性相關性分析

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

3 結論

茶葉作為一個復雜的綜合體系，其吸濕機理亦較為復雜。茶葉的加工工藝不同（如萎凋[18]、殺青、揉捻、發酵等過程），會造成茶葉的微觀孔隙結構不同，進而影響茶葉的吸濕平衡規律。選擇云南大葉種紅碎茶（經萎調、揉切、發酵、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）作為研究對象，茶葉經粉碎、過篩等工序后得到不同細度的系列碎茶樣品，研究不同碎茶的平衡脫水率、吸濕平衡增重，對吸濕時間曲線進行擬合分析，并進行吸濕特性與物理性質之間相關性分析，該研究可為茶葉加工、倉儲等提供一定的理論參考。

環境濕度會影響粉茶的品質穩定性[19]，烏龍茶等發酵茶的吸濕等溫線、熱力學特性已有研究報道[20-21]。碎茶的細度不同，吸濕特性不同；顆粒微觀結構（球型、片狀等）不同，吸濕特性亦不相同。試驗雖未對碎茶顆粒的微觀結構與吸濕特性相關性進行研究，但這是課題組后續研究的主要內容之一。茶、茶葉提取物、全茶粉等茶制品在西點等食品中的應用是未來茶與食品產業跨界融合發展的重要方向，可為開發系列茶粉產品提供技術支撐，發展前景良好。