普洱茶渥堆過(guò)程中的板結(jié)機(jī)理研究

摘要：普洱茶渥堆發(fā)酵過(guò)程中容易出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。板結(jié)的產(chǎn)生不利于普洱茶的發(fā)酵，也給后期的翻堆工藝帶來(lái)了難度。結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)研究普洱茶的成分變化及發(fā)酵環(huán)境，得出板結(jié)的因素有兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生了水溶性果膠，其具有一定的粘接力；第二點(diǎn)，茶葉在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生彈塑性變形，形成了內(nèi)摩擦力。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了普洱茶發(fā)酵中的板結(jié)機(jī)理，得到對(duì)應(yīng)樣本的水溶性果膠粘度值。

關(guān)鍵詞：普洱茶；板結(jié)機(jī)理；水溶性果膠

中圖分類號(hào) S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）17-15-02

普洱茶[1]是源產(chǎn)于云南省普洱市等地帶的茶葉，因其特殊的地理位置和歷史性，名氣遠(yuǎn)在安徽、浙江等地區(qū)所生產(chǎn)茶葉之上。普洱茶的類別[2]根據(jù)是否經(jīng)過(guò)發(fā)酵分為兩類：一類，未經(jīng)過(guò)發(fā)酵的曬青茶為普洱生茶；另一類，經(jīng)過(guò)渥堆發(fā)酵的曬青茶即為普洱熟茶。在這兩類茶當(dāng)中，以普洱熟茶所占據(jù)的市場(chǎng)份額較大。尤其是近年來(lái)，普洱茶的保健功能[3]被發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了普洱茶進(jìn)一步的發(fā)展。

但普洱茶熟茶在發(fā)酵過(guò)程中易出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了其生產(chǎn)。板結(jié)過(guò)程實(shí)質(zhì)是茶葉粘接和彈塑性變形共同作用的結(jié)果，但粘接物質(zhì)形成過(guò)程和受力大小及各影響因素未知。筆者從普洱茶發(fā)酵過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)方面入手，分析茶葉是如何產(chǎn)生表面粘稠液，并在物理作用下共同形成板結(jié)。為了分析各影響因素，采取實(shí)驗(yàn)法，抽取不同堆高的普洱茶作為實(shí)驗(yàn)樣本，測(cè)試板結(jié)的各相關(guān)性參數(shù)得出分析結(jié)果。

1 粘接物質(zhì)

目前，為了加快普洱茶生產(chǎn)速度，在渥堆發(fā)酵過(guò)程中，幾乎所有的企業(yè)都采用人工渥堆發(fā)酵技術(shù)。人工渥堆即人工接入黑曲霉、青霉和酵母等真菌微生物進(jìn)行發(fā)酵。真菌使茶葉的物質(zhì)和元素含量發(fā)生變化，主要有以下元素和物質(zhì)：水浸出物、水溶性糖、水溶性果膠等。在普洱茶渥堆過(guò)程中，原果膠、水溶性果膠呈波動(dòng)變化，二者變化的總體趨勢(shì)是原果膠含量逐漸減少，水溶性果膠含量逐漸增加[4]。原果膠與水溶性果膠所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總量是守恒的，之所以在發(fā)酵前后二者各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生了較大的變化，原因是由于在渥堆發(fā)酵過(guò)程中，在發(fā)酵霉菌作用下，茶葉組織內(nèi)部發(fā)生了一系列的化學(xué)反應(yīng)使原果膠逐漸轉(zhuǎn)化為水溶性果膠。

果膠[5]物質(zhì)沉積在細(xì)胞的初生壁與中膠層中，起著連接細(xì)胞個(gè)體的作用，是一種含有甲氧基的高分子聚合物質(zhì)，以原果膠、果膠酸和果膠3種不同的形態(tài)存在。在茶葉中所含果膠的形態(tài)為原果膠，原果膠主要成分是多縮阿拉伯糖和甲基化半乳糖醛酸（果膠酸），原果膠在原果膠酶的作用下水解，生成游離的果膠酸和甲醇，然后果膠酸在果膠酸酶的作用下，再分解為半乳糖和半乳糖醛酸[6]，其化學(xué)反應(yīng)式為：

原果膠本身不溶于水，但在原果膠酶的作用下，最終生成半乳糖和半乳糖醛酸，其分子結(jié)構(gòu)均含有羧基，羧基具有較強(qiáng)的范德華力，故這兩種物質(zhì)都具有粘結(jié)能力，其粘度的大小與溫度、濃度等因素有關(guān)，而粘接力的大小與粘度、真實(shí)接觸面積有關(guān)。

2 板結(jié)力組成要素

普洱茶渥堆發(fā)酵過(guò)程中，為保證單堆產(chǎn)量的需求，故茶葉的堆放高度不能低于1m。茶葉在堆放的過(guò)程中，一方面，茶葉的高溫高濕環(huán)境和堆放自重產(chǎn)生彈塑性變形，表現(xiàn)出明顯的粘性摩擦性質(zhì)；另一方面，茶葉之間的接觸面積隨彈塑變形而增大，即茶葉之間的間隙隨著茶葉的堆放高度而降低，促進(jìn)了粘接的形成。茶葉與茶葉之間真實(shí)接觸面積A 為彈性接觸面積A1與塑性接觸面積A2的總和。茶葉之間的摩擦系數(shù)為剪切應(yīng)力F1與作用于本身的法向載荷G成正比，其計(jì)算式為：

按照Tabor假設(shè)，塑性流動(dòng)將發(fā)生時(shí)，法向應(yīng)力P和剪切應(yīng)力τ滿足方程：

由于粘性s的存在，其茶堆的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系是粘彈塑性模型，而粘接力的方向與摩擦力的方向一致，故總的抗剪切力即板結(jié)力為摩擦力和粘接力之和。其粘接力的大小與作用面積成正比關(guān)系，摩擦力的大小與正應(yīng)力成正比關(guān)系：

3 板結(jié)實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)方法 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，首先進(jìn)行取樣，然后使用儀器測(cè)定所需參數(shù)。取樣：根據(jù)茶廠的生產(chǎn)工藝要求，選取的發(fā)酵試樣為第一次翻堆的樣品。選取辦法：茶葉實(shí)際堆放高度為1.2m，所以采取等高法選取，可以減少試樣的采集，從下往上每間隔30cm的堆放高度取一份樣品，共得到4份樣品。在取樣的過(guò)程中，同時(shí)使用溫度計(jì)測(cè)定樣品發(fā)酵環(huán)境溫度。根據(jù)選取的試樣提取水溶性果膠樣本。提取方法為使用刮片將茶葉表面的粘稠物收集到帶刻度的廣口瓶中，每個(gè)樣本收集容量為10mL。使用儀器：非接觸紅外線多功能測(cè)溫槍W(xué)T910、數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度NDJ-5S、30mL廣口瓶、拉伸測(cè)力計(jì)。

3.2 結(jié)果分析 根據(jù)樣品的實(shí)時(shí)溫度，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的恒溫水浴，設(shè)置轉(zhuǎn)速分別為6r/min、12r/min、30r/min、60r/min，記錄不同溫度下的粘度值，測(cè)力計(jì)得到樣品的板結(jié)力大小值。根據(jù)重力影響因素，測(cè)量截?cái)鄼M截面積，得到法向應(yīng)力。根據(jù)取樣位置茶葉的壓緊程度進(jìn)行烘干后壓緊，測(cè)量茶葉的摩擦力，即測(cè)出內(nèi)摩擦系數(shù)0.2。通過(guò)式（5）與（6）聯(lián)合求解粘接力，最終得到力參數(shù)與溫度（表1）和不同轉(zhuǎn)速下的粘度（表2）。

從表1可知，板結(jié)力最大的樣品為1號(hào)樣品，即堆放高度為0.3m處。從表2可知，同一樣品的粘度達(dá)到最大值后隨轉(zhuǎn)速的增加而降低。根據(jù)水基粘度可知，在12r/min轉(zhuǎn)速條件下，其粘度大小符合粘接劑的要求，屬于低粘度粘接劑。綜合表1和表2可知，在同一轉(zhuǎn)速條件下，對(duì)比4個(gè)樣品的溫度與粘度可知，發(fā)酵茶葉所處溫度的不同對(duì)粘度值大小造成了影響。在12r/min條件下，粘度值在發(fā)酵溫度范圍內(nèi)隨溫度的升高而降低。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者從普洱茶渥堆發(fā)酵的原理出發(fā)，得出板結(jié)的成因，即板結(jié)的機(jī)理為：在渥堆發(fā)酵過(guò)程中，其高溫高濕的環(huán)境和堆放的自重使茶葉產(chǎn)生了塑性變形，產(chǎn)生的粘性摩擦力更有利于水溶性果膠對(duì)茶葉粘接。板結(jié)過(guò)程把離散的茶葉轉(zhuǎn)變?yōu)榻七B續(xù)體形式，對(duì)翻堆工藝形成了一定的阻礙。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試出對(duì)應(yīng)樣本的粘度值和板結(jié)力，從粘度值上看頂層的粘度值最大，但由于粘液的流動(dòng)性使?jié)舛茸畹?，故所形成的粘接力最小?/p>

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：徐世紅）