碎茶吸湿特性研究

蒋玉兰，吕杨俊，林剑峰，潘俊娴，叶丽伟，朱跃进，张士康

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院/浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州 310016；2.松阳县科技信息中心，浙江 丽水 323400）

含水率是茶叶重要的品质指标之一，目前已发展起基于介电特性[1]、温湿传感器[2]、高光谱技术[3-4]等无损快速检测方法。吸湿是影响茶叶品质稳定性的重要因素之一。茶叶表面性状不同，茶叶吸湿特性不同。碎茶、粉茶等颗粒型茶及其制品的许多内含成分多带有羟基等亲水基团[5]，普遍具有吸湿性。作为一个多成分的复杂体系，碎茶吸湿后会表现出流动性差、贮藏期间易产生异味等问题，影响感官品质变化，甚至发霉影响茶叶安全性；粉茶吸湿后会出现结块团聚、色泽变暗等现象，限制产品的直接使用范围。茶叶的吸湿性取决于叶片比表面积的大小，进而取决于叶片的结构、孔隙特性等[6-7]。茶叶的加工工序不同，其吸湿特性可能也会表现出差异[8]。目前尚无关于碎茶吸湿特性的研究报道。

试验开展不同典型茶类、不同细度的碎茶的吸湿特性研究并探索其吸湿规律。以加工工艺不同的大叶种红碎茶和小叶种蒸青绿茶碎茶为研究对象，研究2种茶原料粉碎后，依次过不同目数的筛网获得不同细度的碎茶，根据吸湿增重随时间变化规律，获得吸湿时间曲线并进行拟合分析，并对吸湿特性与碎茶物理特性进行相关性分析，客观描述不同碎茶的吸湿特性，为探索碎茶吸湿规律，寻找适宜的防潮贮藏方法，建立碎茶防潮贮藏技术体系提供数据支撑。对如何采取适宜的碎茶贮藏防潮工艺技术、防潮茶粉创新产品的研发等具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

云南大叶种CTC（压碎Crush、撕裂Tear、揉卷Curl）红碎茶，2020年春茶，云南昌宁红茶业集团有限公司提供；浙江小叶种蒸青绿碎茶、食品专用绿茶粉原材料，课题组自制。

1.2 仪器与设备

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司产品；BL25C43型搅拌机，广东美的精品电器制造有限公司产品；系列跃阳筛网，台州三门跃阳筛网厂产品；AL204型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；50 mm×30 mm扁形称量瓶；CSH-SSGD型综合药品稳定性试验箱，重庆创测科技有限公司产品；TD-01型茶与茶制品堆积密度测定仪，中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院研制、杭州大吉光电仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 材料处理

采用搅拌机分别粉碎红碎茶和蒸青绿碎茶，然后依次过100，70，60，50，40，30目筛网，分别得到100，70，60，50，40，30目细度的红碎茶和绿碎茶，备用。

1.3.2 碎茶水分含量测定

参考GB 5009.3—2016，食品安全国家标准 食品中水分的测定[9]方法，测定不同细度碎茶样中的水分含量。

1.3.3 碎茶自由流动堆积密度和紧密堆积密度测定

参考GB/T 18798.5—2013固态速溶茶 第5部分：自由流动和紧密堆积密度的测定[10]方法，按照公式（1）分别计算不同细度碎茶的自由流动堆积密度和紧密堆积密度。

计算自由流动堆积密度时，V为碎茶自由流动装满接收容器时的体积，且接收容器不受任何振动与敲击；计算紧密堆积密度时，V为按照标准操作、碎茶振实后的体积。

1.3.4 碎茶脱湿平衡操作

称量瓶洗净干燥至恒质量后，置于干燥器内冷却备用，称量瓶质量为m1；准确称取不同细度碎茶各200 mg（记为m2）于称量瓶内；轻轻摇晃瓶身，使碎茶均匀平铺于瓶底，开盖置于干燥器内48 h，每隔一段时间称量1次，使碎茶达到脱湿平衡[11]（前后2次质量差不超过2 mg），此时碎茶和称量瓶质量为m3，参照公式（2）计算碎茶平衡脱水率。

1.3.5 碎茶吸湿平衡操作

将1.3.4达到脱湿平衡后的碎茶连同称量瓶一起开盖置于温度25℃，相对湿度RH（Relative Humidity）为75%的恒温恒湿稳定箱中[12]，每隔20 min精密称量1次并计算碎茶增加质量，直至达到吸湿平衡（前后2次质量差不超过2 mg），参照公式（3）计算平衡吸湿加质量。

1.3.6 吸湿曲线的拟合及分析

根据碎茶吸湿增重随时间的变化规律，绘制吸湿时间曲线，对曲线进行拟合分析，即可得到吸湿方程，对方程进行一阶求导得到吸湿速度方程，二阶求导得到吸湿加速度方程[13]。

1.3.7 碎茶吸湿特性与其相关性分析

对不同红碎茶、绿碎茶的细度、水分含量、平衡脱水率、吸湿增重、自由流动堆积密度、紧密堆积密度等性质进行相关性分析。

1.4 数据统计与处理

所得数据均为3次以上平行试验的平均值，采用Excel和SPSS 26.0进行数据分析处理。

2 结果与分析

2.1 碎茶水分含量测定结果

不同细度的碎茶含水量见图1。

图1 不同细度的碎茶含水量

云南大叶种CTC红碎茶、浙江小叶种蒸青绿碎茶中的水分含量分别为8.87%和5.54%。有研究表明，碎茶的品质受原材料品质[14]、地域、加工工艺、制茶设备条件、贮藏条件等因素的影响[15-16]。由图1可知，相同原料经粉碎过筛后，不同细度的红碎茶、绿碎茶中水分含量不同。30，40，50，60，70目细度的红碎茶中水分含量差别不大，但100目细度红碎茶较细度低的红碎茶中水分含量高，但不同目数间差异不显著。而不同细度绿碎茶中的水分含量，以100目最高，且显著高于其他细度低的绿碎茶。分析引起不同细度碎茶中水分差异的原因，可能是因为水分在茶叶原料中分布不均匀，原料粉碎过筛后，因不同细度的碎茶成分不同，进而水分含量表现出不同。

2.2 碎茶自由流动堆积密度和紧密堆积密度分析

不同细度碎茶自由流动堆积密度和紧密堆积密度见图2。

图2 不同细度碎茶自由流动堆积密度和紧密堆积密度

碎茶的密度是体现茶叶品质的一项重要指标，在国际碎茶贸易中，紧密堆积密度一直作为碎茶品质的考量指标[17]。由图2可知，红碎茶的自由流动堆积密度和紧密堆积密度随着细度的增大呈现先降低后升高的趋势。分析其原因，可能是因为红碎茶粉粹过筛后，30目的过筛样中茎等致密组织成分的含量相对于叶片类成分的含量多，而在40目的过筛样中，成分比例正好相反，从而使得40目过筛样的密度相对较低。随着筛网目数的增大，碎茶中颗粒逐渐变得越来越细小，单位体积内物质的质量越来越大，从而密度越来越大。而绿碎茶的紧密堆积密度较自由流动堆积密度升高较快。红碎茶与绿碎茶在堆积密度上的差异，可能与其加工工艺有关。试验所用的云南大叶种CTC红碎茶原料为颗粒状，而浙江小叶种蒸青绿碎茶原料为片状，片状结构经剪切粉碎后仍为片状结构，在堆积过程中更利于碎茶振实，使得绿碎茶的自由流动堆积密度和紧密堆积密度呈正相关。

2.3 碎茶平衡脱水率结果分析

不同细度碎茶平衡脱水率见图3。

图3 不同细度碎茶平衡脱水率

茶叶的吸湿解吸平衡与其物理特性间存在一定的相关性[18]。由图1、图3可知，碎茶的平衡脱水率随细度的变化趋势与含水量随细度的变化趋势相同。碎茶含水率高，平衡脱水率相对较高。结合表2，绿碎茶的平衡脱水率与细度存在显著正相关性，但60目较70目绿碎茶含水量高，平衡脱水率却低，这可能与60目绿碎茶中成分与体系更复杂有关。

2.4 碎茶吸湿时间曲线拟合分析

不同细度红碎茶吸湿曲线见图4，不同细度绿碎茶吸湿曲线见图5。

图4 不同细度红碎茶吸湿曲线

图5 不同细度绿碎茶吸湿曲线

由图4、图5可知，对吸湿时间曲线进行拟合分析（表1），可知红碎茶、绿碎茶的吸湿曲线均与一元三次方程Y=aX3+bX2+cX+d的拟合效果较好，这与研究报道[18]的祁门红茶、滇红、星斗山红茶、苦丁茶、西湖龙井、崂山绿茶、铁观音、华农绿针的吸湿等温拟合方程相吻合。但是，红碎茶与绿碎茶吸湿拟合方程中的a值＜0，而报道的拟合方程中a值＞0，这说明不同种类、形状的茶叶间吸湿时间拟合曲线不同，吸湿特性存在差异。

不同细度碎茶吸湿时间拟合曲线见表1。

表1 不同细度碎茶吸湿时间拟合曲线

由表1可知，30目细度的红碎茶和绿碎茶吸湿曲线拟合度最好（R2分别为0.949和0.984），而100目细度的红碎茶吸湿曲线拟合度最低，R2为0.824。对吸湿曲线进行一阶求导，得到吸湿速度方程，该方程为一元二次方程Y=aX2+bX+c（a＜0）；对吸湿曲线进行二阶求导，得到吸湿加速度方程，该方程为一元一次方程Y=aX+c（a＜0）。30～70目细度的红碎茶吸湿速度方程为Y'=-18X2-6X+C，加速度方程为Y''=-36X-6；100目细度的红碎茶及30～100目的绿碎茶吸湿速度方程为Y=-18X2-8X+C，加速度方程为Y'"=-36X-8，碎茶种类及细度不同，吸湿速度方程与加速度方程均不同。

2.5 碎茶吸湿特性与物理特性相关性分析

碎茶吸湿特性与物理特性相关性分析见表2。

表2 碎茶吸湿特性与物理特性相关性分析

一般情况下，茶叶的吸湿特性与其物理性质有直接关系[7-8]，由表2可知，在0.05水平，试验所用红碎茶平衡吸湿增重与细度存在显著负相关性，细度与紧密堆积密度、自由流动堆积密度与紧密堆积密度间存在显著正相关性，而其他性质间不存在显著性差异。在0.01水平，试验所用绿碎茶的细度与自由流动堆积密度、紧密堆积密度和平衡脱水率间存在显著正相关性，自由流动堆积密度与紧密堆积密度、平衡脱水率间存在显著正相关性，紧密堆积密度与平衡脱水率间均存在显著正相关性，其他性质间相关性不显著。与红碎茶不同的是，绿碎茶的平衡吸湿增重与细度、自由流动堆积密度、紧密堆积密度间均呈正相关性，且细度与平衡脱水率间存在显著正相关性。

3 结论

茶叶作为一个复杂的综合体系，其吸湿机理亦较为复杂。茶叶的加工工艺不同（如萎凋[18]、杀青、揉捻、发酵等过程），会造成茶叶的微观孔隙结构不同，进而影响茶叶的吸湿平衡规律。选择云南大叶种红碎茶（经萎调、揉切、发酵、干燥等工序）和小叶种蒸青绿碎茶（蒸汽杀青、揉切、干燥等工序）作为研究对象，茶叶经粉碎、过筛等工序后得到不同细度的系列碎茶样品，研究不同碎茶的平衡脱水率、吸湿平衡增重，对吸湿时间曲线进行拟合分析，并进行吸湿特性与物理性质之间相关性分析，该研究可为茶叶加工、仓储等提供一定的理论参考。

环境湿度会影响粉茶的品质稳定性[19]，乌龙茶等发酵茶的吸湿等温线、热力学特性已有研究报道[20-21]。碎茶的细度不同，吸湿特性不同；颗粒微观结构（球型、片状等）不同，吸湿特性亦不相同。试验虽未对碎茶颗粒的微观结构与吸湿特性相关性进行研究，但这是课题组后续研究的主要内容之一。茶、茶叶提取物、全茶粉等茶制品在西点等食品中的应用是未来茶与食品产业跨界融合发展的重要方向，可为开发系列茶粉产品提供技术支撑，发展前景良好。