CC BY
26
Некоторые структурно-механические характеристики чайной продукции
З. А. Майсурадзе
Институт чая, субтропических культур и чайной промышленности (Грузия, Озургети)
Совокупность комплекса веществ, переходящих в горячую воду при заваривании сухого чая, выявляет его пищевкусовую ценность, как одного из наиболее употребляемых напитков, способных оказать определенное физиологическое воздействие на организм человека. Поэтому растворимые вещества чая должны легко экстрагироваться, на что, среди многочисленных факторов, оказывают немаловажное влияние структурно-механические характеристики насыпанного слоя и отдельных частиц завариваемого материала.
В результате технологической переработки чайного листа и сортирования полуфабриката образуются несколько фракций соответствующих видов продукта, различающихся по своим физико-механическим и химико-орга-нолептическим свойствам.
Характеристики нескольких отдельных фракций приведены в таблице.
Насыпную плотность определяли согласно ГОСТ 11035-64, размеры частиц — по растровым электронно-микроскопическим изображениям (РЭМ) на микроскопе «Hitachi S-800»-(Япония), экстрактивные вещества — высушиванием до постоянной массы. Собственно плотность материала частиц чайной продукции, определенная нами пикнометрическим методом (ГОСТ 5180-84, пропитка керосином), в среднем составляет 1300 кг/м3. Все измерения проводили в 10-кратной по-вторности с условием доверительной вероятности P = 0,95.
РЭМ-изображения смеси тонкодисперсных видов чайной продукции — высевки и крошки представлены на рис. 1. Как видно из рисунка, мелкие виды чая большей частью представлены пластинчатыми формами. Примечательно, что поверхность живого чайного листа не изотропна по своим свойствам. Влагопроводящие
устьица расположены только на его нижней стороне в количестве 136-222 на 1 мм2. Они также отчетливо выделяются на частицах чайной продукции. Наименьший условный диаметр сужающегося капилляра из устьицы значительно меньше толщины частиц продукта. Верхняя же сторона живого листа покрыта сплошным слоем эпи-дермальных клеток, которые в нем малопроницаемы для воды и пара. В готовой продукции эта сторона листа не настолько шероховата, и, несмотря на раздавленность клеток, на ней нет углубляющихся в толщину слоя щелей. Отчетливо заметны продольные жилки. Стороны поперек направления жилок и нижняя часть листа в продукции представлены пористыми структурами. Кроме того, на устьицах и с той стороны частиц продукции, с которой они расположены, отчетливо заметны высохшие сгустки экстрактивных веществ (рис. 2).
С противоположной сторны частиц продукции такие сгустки незначительны. Вероятно, при раздавливании клеток чайного листа во время его технологической переработки экстрактивные вещества выделяются на поверхность листа со стороны наименьшего сопротивления — через устьица. Поэтому на первом этапе заваривания чая переход экстрактивных веществ в воду осуществляется за счет их смыва с поверхности и растворения, лишь потом вода проникает в глубь частиц. Очевидно, что капиллярное впитывание воды при этом будет осуществляться с наиболее шероховатых и пористых сторон материала за счет известного явления — уменьшения угла смачивания с увеличением шероховатости лиофильных поверхностей [1]. Причем устичные капилляры можно считать изогнуто-открытыми, так как в устьичные емкости сходятся обрезанные поперек с торцов частиц капилляры связанной между собой сети межклетников, через которые в живом листе к устьицам перемещаются пары воды и газы. Однако, если
Продукция Экстрактивные вещества, % СВ Средний размер частиц, мм Насыпная плотность, кг/м3 Титестерская оценка
черного чая баллы настой
Листовой Л2 30,4 5,0 х3,0 х0,23 210 2,5 Средний, прозрачный
Мелкий М2 30,0 2,9 х2,5 х0,18 240 2,5 Интенсивный, прозрачный
Высевка 29,6 1,1 х0,7 х0,13 290 2,25 Темноватый, менее прозрачный
Крошка 28,1 0,6 х 0,4 х0,08 400 1,5 То же
ПИ
НАПИТКИ А 3- 2007
30
Рис. 3. Результаты обработки РЭМ-изображения чайных частиц: по
вертикали — плотность вероятности распределения Ni числа пор в интервале D к общему числу пор N; по горизонтали — размер пор, мкм
противоположная устьицам сторона листа в продукции будет повреждена до сети межклетников, пропитка будет облегчена за счет условно соизмеримых с толщиной высушенного продукта капилляров, имеющих начало в устьицах.
Известно, что водопоглощаемость, а следовательно, и последующая экстракция зависят от размеров капилляров пористого тела. Пористость — важная структурная характеристика материала. Скорость заполнения сквозных пор прямо пропорциональна размеру их среднего радиуса, а время заполнения выражается зависимостью [2]:
t = (2/2Л)/ (а ^ф гшах),
где l — длина капилляра; п — вязкость экстрагирующей жидкости; а — поверхностное натяжение жидкости; ф — угол смачивания; гшах — радиус крупных пор.
Чем больше радиус сквозных пор и меньше их длина, тем быстрее будет проходить водопоглощение и выход экстрактивных веществ при заваривании чая.
Для тупиковых капилляров с замкнутым концом проникновение жидкости в них сопровождается сжатием воздуха, тем большим, чем больше капиллярное давление или меньше размер капилляра — радиус поры. Если радиус капилляра меньше 0,1 мкм — микропоры, то тупиковый капилляр будет быстро заполнен жидкостью. Если же радиус больше 0,1 мкм — макропоры, то время его полного заполнения может быть очень большим [3]. Поэтому с целью определения собственной пористости чайных частиц был проведен автоматический анализ их РЭМ-изображения при помощи компьютерного обеспечения аппарата [4] (рис. 3).
Пористость частиц чайной продукции в пределах 11,9-15,6 %, а по среднему радиусу они относятся к макропорам, и если они тупиковые, то их заполнение произойдет нескоро, что для чая нежелательно.
Полученные показатели пористости частиц позволяют вычислить их собственную плотность рЧ = рм(1 - еЧ), где рм — плотность материала частиц, еЧ — их пористость. В среднем плотность частиц можно считать равной 1057-1145 кг/ м3. Отсюда порозность слоя частиц, насыпанных в чайник для заваривания, еп = 1 - рСЛ/ рЧ, где рСЛ — насыпная плотность слоя, составляет для крупных видов чая 0,85 и для мелких — 0,65. По этим данным также можно примерно определить количество частиц в слое.
Горячая вода легко проникает к поверхности чаинок, если ею залить насыпанную массу. Если же чай засыпать в горячую воду, то для омы-вания частиц потребуется некоторое время, так как впитывание в слой не будет связано с капиллярными силами пропитки ввиду его пористости более 0,55 [2], некоторой парусности частиц.
С уменьшением же размеров частиц чайной продукции уменьшаются коэффициенты диффузии и сокращается время пропитки. Тонкодисперсные виды чая (высевки, крошка) отличаются низкими показателями коэффициентов диффузии, но наивысшими значениями диффузионных коэффициентов Фурье [5]. Вероятно, это вызвано значительными различиями длины и состояния свободного извилистого пористого пространства в зависимости от размеров частиц независимо от примерно равных показателей их пористости, а также от анизотропности распределения пор. С увеличением удельной поверхности частиц чая длина пор и вероятность наличия тупиковых пор
уменьшаются, а выход экстрактивных веществ облегчается. Однако возникает необходимость дополнительной переработки тонкодисперсных видов чая с целью устранения мутноватости настоев.
Полученные нами характеристики частиц чая могут быть использованы как исходные параметры для усовершенствования и разработки новых технологий производства чайных продуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. — М.: Химия, 1989.
2. Лонцин М., Мерсон Р. Основные процессы пищевых производств/ Пер. с англ. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.
3. Аксельруд Г. А. Теория диффузионного извлечения веществ из пористых тел. — Львов: Изд-во Львовского политехнического института, 1959.
4. Плаченов Т. Г., Колесенцев С. Д. Пороме-трия. — Л.: Химия, 1988.
5. Чхаидзе Ш. В. Интенсификация процесса экстрагирования чая: Дис... канд. тех. наук. — Киев, 1985. &
3 • 2007
31
