Natychmiastowa herbata

Funmatsucha: rozpuszczalna zielona herbata

Herbata rozpuszczalna to proszek, do którego dodaje się wodę w celu odtworzenia jej w filiżance herbaty . Najwcześniejsza forma herbaty instant została opracowana w Wielkiej Brytanii w 1885 roku. Uzyskano patent na pastę wykonaną ze skoncentrowanego ekstraktu herbaty, cukru i odparowanego mleka , która po dodaniu gorącej wody stała się herbatą. Jednak nie poczyniono żadnych znaczących postępów, dopóki suszenia rozpyłowego nie umożliwiła suszenia koncentratów herbacianych w temperaturze, która nie niszczyła smaku produktu.

Skład i struktura

Herbata rozpuszczalna w proszku sama w sobie jest odwodnionym związkiem smakowym, zapachowym i barwiącym występującym w herbacie. W przypadku wprowadzenia na rynek można dodać inne składniki, takie jak cukier dla smaku, kwas cytrynowy dla nadania cierpkości i inne aromaty, których normalnie nie można znaleźć w liściach herbaty, takie jak malinowy lub cytrynowy. Fizycznie rzecz biorąc, odtworzona herbata to głównie woda z rozpuszczonymi w niej związkami, aby nadać jej określony smak. Oznacza to, że herbata podlega klasyfikacji płynu newtonowskiego . Równomierne rozprowadzenie składników smakowych i barwnych po dodaniu wody wskazuje, że odtworzona herbata jest jednorodną mieszaniną. Podczas gdy tradycyjna herbata przygotowywana z liści herbaty i gorącej wody zawiera nierozpuszczalne związki, które również mogłyby powodować zawiesinę , herbata rozpuszczalna jest wytwarzana z zamiarem rozpuszczenia w wodzie.

Produkcja

Różne odtworzone herbaty instant

Produkcję herbaty rozpuszczalnej można podzielić na sześć głównych etapów: selekcja surowców, ekstrakcja, usuwanie aromatu, obróbka kremu herbacianego, koncentracja i suszenie.

Selekcja liści herbaty odbywa się w najlepszym interesie zarówno producenta, jak i użytkownika końcowego. Ze względu na pewne ograniczenia prawne w krajach produkujących herbatę, dla producentów najbardziej opłacalne jest stosowanie sfermentowanych, nie suszonych czarnych liści, ponieważ nie muszą one przechodzić przez publiczne aukcje, a zatem są tańsze. Jakość nie jest poświęcana, ponieważ przeprowadzono badania, które wykazały, że ten rodzaj liści ma podobny smak w porównaniu do suszonych, czarnych liści.

Ekstrakcję przeprowadza się z myślą o dwóch celach: wydajności suchej herbaty wyekstrahowanej z liścia oraz stężeniu roztworu ekstraktu. Badania wykazały, że rozpuszczalne liście herbaty w ekstraktorze kolumnowym można opisać w układzie trzech składników, z których każdy spełnia prawo rozwiązania pierwszego rzędu. Wyjaśnienie, dlaczego rozpuszczalne związki należą do którejkolwiek z tych trzech kategorii, opiera się na ich dostępności. Błyskawicznie rozpuszczalne związki prawdopodobnie znajdują się bezpośrednio na powierzchni liścia, dlatego są otrzymywane jako pierwsze. Uważa się, że szybko rozpuszczalne składniki pochodzą z wnętrza liści, gdzie uszkodzone struktury komórkowe spowalniają zarówno szybkość wnikania rozpuszczalnika, jak i opuszczania substancji rozpuszczonej. Oczekuje się, że najwolniej rozpuszczalne związki będą miały albo dużą masę cząsteczkową, której przejście przez macierze komórkowe liści zajęłoby więcej czasu, albo produkty powstające podczas hydrolizy w trakcie ekstrakcji. Istnieje wiele metod i maszyn, które można wykorzystać do przeprowadzenia ekstrakcji, ale ogólną koncepcją jest to, że liście są traktowane rozpuszczalnikiem w celu wyekstrahowania zawartych w nich związków. We wspomnianym badaniu stwierdzono, że maksymalny uzysk substancji stałych, które można było wyekstrahować, wynosił 35%. Z biegiem czasu odkryto inne chemiczne metody zwiększania wydajności ekstrakcji, takie jak stosowanie nadtlenku wodoru na ekstrahowanych liściach z wydajnością 42% części stałych. Po etapie ekstrakcji roztwór klaruje się, przepuszczając go przez dekanter , wirówkę lub prasę filtracyjną .

Odpędzanie to fizyczny proces separacji, w którym składniki można usunąć ze strumienia cieczy za pomocą strumienia pary. Gaz odpędzający, zwykle para wodna, azot lub dwutlenek węgla, przechodzi przez ciekły roztwór i rozpuszcza zawarte w nim związki aromatyczne. Związki aromatyczne łatwo ulatniają się w powietrzu. Z tego powodu przepuszczanie gazu przez ciecz stwarza korzystne warunki do opuszczenia cieczy przez związki. Równanie do określania szybkości przenoszenia masy między żywnością a fazą gazową jest następujące:

dm/dt = 2(D _c /πt _c ) ^1/2 A _gc [c _mi ⁱ (t) - c _e (t)] lub = h _D A _gc [c _mi ⁱ (t) - c _mi (t) ]

Gdzie h _D jest całkowitym współczynnikiem przenoszenia masy i jest podstawiane za 2(D _c /πt _c ) ^1/2 _.

Zmienna dm/dt to szybkość przenikania masy do fazy gazowej, De to średni współczynnik dyfuzji wolnych cząsteczek aromatu w emulsji, Agc to pole powierzchni na granicy faz gaz/żywność, tc to czas, w którym pierwiastki powierzchniowe są wystawione na działanie powierzchni, a cei(t) i ce(t) to odpowiednio stężenia związków aromatycznych na granicy faz i emulsji.

Jeśli chodzi o odpędzanie, Agc ma największy wpływ na szybkość przenoszenia masy. Maksymalizacja powierzchni do przenoszenia masy odbywa się za pomocą możliwie najmniejszych pęcherzyków podczas usuwania. Zakładając sferyczną strukturę pęcherzyków, pole powierzchni jest określone jako 4πr ² , a objętość przez (4πr ³ )/3. Oznacza to, że przy każdym zwiększeniu promienia objętość wzrasta o współczynnik większy niż pole powierzchni. Oznacza to również, że przy najmniejszej możliwej objętości stosunek powierzchni do objętości będzie największy, co da większą powierzchnię reakcji. Korzystne jest stosowanie gazu obojętnego, ponieważ zapobiega on utlenianiu, a tym samym niszczeniu związków aromatycznych.

Czarna herbata zawiera związki o niskiej rozpuszczalności, które mają tendencję do wiązania się ze sobą. Roztwór staje się mętny i zmienia kolor na bladobrązowy. Zjawisko to znane jest jako kremowanie herbaty. Badania wykazały, że krem ​​jest substancją koloidalną, która zawiera wiele związków, które przyczyniają się do koloru i smaku czarnej herbaty i może zawierać do 30% wszystkich substancji stałych. Siłą napędową powstawania kremu jest nierozpuszczalność teaflawiny i polifenoli , które łączą się ze sobą poprzez interakcje grup galoilowych. Teaflawiny mają właściwości kwasowe, które powodują, że mają ładunek ujemny przy pH czarnej herbaty, które wynosi około 4,9. Normalnie prowadziłoby to do odpychania elektrostatycznego między cząsteczkami, stabilizując koloid. Jednak obecność jonów wapnia (Ca ²⁺ ) może zneutralizować te ładunki, sprzyjając agregacji. Inne naładowane jony metali, takie jak magnez i glin, są również obecne w herbacie w dużych stężeniach, ale żaden z nich nie przenika tak dobrze do herbaty jak jony wapnia. glikozylacja Stwierdzono również, że roztwór zwiększa rozpuszczalność polifenoli, jednocześnie osłabiając asocjację. Proponowane wyjaśnienie jest takie, że sam rozmiar cukru utrudnia innym cząsteczkom wzajemne oddziaływanie. Na rynku amerykańskim konsumenci oczekują, że herbata rozpuszczalna będzie klarowna po rozpuszczeniu, co sprawia, że ​​śmietanka jest niedopuszczalną częścią roztworu. W przemyśle opatentowano różne metody radzenia sobie z tym problemem, takie jak wykorzystanie tannazy do rozpuszczenia kremu. Inna opracowana metoda opierała się na identyfikacji dwóch klas śmietany: związków o niskiej masie cząsteczkowej, takich jak polifenole, które przyczyniają się do smaku, oraz związków o wyższej masie cząsteczkowej, takich jak polisacharydy , polipeptydy i białka . Proces ten usuwa związki o dużej masie cząsteczkowej poprzez ultrafiltrację, chromatografię absorpcyjną lub filtrację oleju. Związki smakowe pozostają i nie kremują.

Po procesach ekstrakcji i kremowania herbaty roztwór herbaty jest nadal zbyt rozcieńczony, aby przejść przez suszarkę. Suszenie w tym momencie wymagałoby zbyt dużego kapitału przy niewielkim zysku, a każdy rodzaj suszenia rozpyłowego lub liofilizacji spowodowałby, że otrzymany proszek miałby zbyt małą gęstość. Odpowiedzią jest najpierw zatężenie roztworu do zwykle 40% substancji stałych przed suszeniem, co obejmuje usunięcie wody poprzez odparowanie. Zagęszczanie herbaty odbywa się zwykle poprzez obniżenie ciśnienia. W wysokich temperaturach teaflawiny w roztworze są przekształcane w tearubiginy a węglowodany karmelizują. Systemy wymuszonego parowania miały gorące punkty, co prowadziło do niepożądanych cech sensorycznych, takich jak smaki duszenia i spalenizny. Płytowe wymienniki ciepła mogą powodować pożądane odparowanie w temperaturze około 45 °C, przy krótkich czasach przebywania, które zmniejszają ryzyko uszkodzeń termicznych. Ta metoda może wytworzyć ekstrakt z 45% substancji stałych. Usuwanie aromatu odbywa się przed zatężaniem, ponieważ istnieje ryzyko utraty tych związków podczas parowania.

Suszenie rozpyłowe to ostatni krok w tworzeniu herbaty rozpuszczalnej, z pominięciem punktów kontrolnych i opakowania. Jest to preferowana metoda suszenia w przeciwieństwie do liofilizacji, ponieważ jest tańsza bez utraty jakości. Zasada suszenia rozpyłowego jest podobna do zasady usuwania aromatu, gdzie mniejsze cząstki mają większy stosunek powierzchni do powierzchni. Przepychając płynny ekstrakt przez dyszę, roztwór rozpyla się lub staje się bardzo drobnymi kropelkami. Te kropelki napotykają przeciwprąd gorącego gazu, powodując ich odparowanie i pozostawienie tylko ciał stałych. Kropelki są na ogół suszone do około 3-5%, ponieważ każda niższa zwiększa ryzyko przypalenia, a wszystko powyżej może prawdopodobnie skrócić okres przydatności do spożycia poprzez zwiększoną aktywność wody.