Область техники

Изобретение относится к способам обработки чая, а именно к способам с двукратной сушкой, при которых вторая сушка чая происходит с использованием СВЧ-излучения.

Уровень техники

В настоящее время известно большое количество способов обработки черного чая, сухого чайного сырья.

Традиционная технология получения черного чая (Авторское свидетельство СССР N°396105 "Способ производства черного байхового чая", опубликован 01.01.1973) Д 1, включает следующие этапы обработки собранных листьев зеленого чая: завяливание, скручивание, ферментацию и сушку. Операции завяливания, скручивания, ферментации и сушки осуществляются следующим образом: свежие зеленые листья растения Camellia sinensis завяливают (подвергаются мягкой сушке), измельчают, ферментируют (в этом процессе ферменты в чайном листе используют атмосферный кислород для окисления различных субстратов с получением продуктов коричневого цвета), а затем подвергают огневой сушке (чтобы высушить чайные листья).

При производстве черного чая, в нем для высвобождения ферментированных ферментов и их субстратов в листьях необходима мацерация. Известны два основных механизированных способа мацерации: первый, включающий пропускание через валки предварительно взвешенных партий сильно завяленных чайных листьев перед стадиями ферментации, огневой сушки и сушки, при котором получают чай напоминающий сухие листья, и второй - с использованием СТС-машин (от слов «cut-tear-cure» - «резка-разрыв- скручивание»), при котором получают чай, который быстро настаивается и дает сильно окрашенный настой. Как валки, так и СТС-валки часто используют в комбинации с роторно-лопастной машиной, которая представляет собой машину типа экструдера и используется для предварительного кондиционирования (выжимка/измельчение) листьев перед мацерацией. Примеры таких способов раскрыты в патенте РФ N°2470519 на изобретение «Производство черного чая» (Д2), опубликован 27.12.2012, авторском свидетельстве СССР N° 1600668 "Способ производства черного байхового чая" (ДЗ), опубликовано 23.10.1990, авторском свидетельстве СССР N° 1669418 "Способ производства черного байхового чая" (Д4), опубликовано 15.08.1991, авторское свидетельство СССР N°625678 "Способ сушки чая" (Д5), опубликовано 30.09.1978. В процессе завяливания, целью которого является обезвоживание чайного листа, лист теряет до 55% влаги. Завяливание чая может быть естественным или искусственным. Естественное завяливание длится от 10 до 24 часов и обычно происходит в тени, под навесами или в хорошо проветриваемых помещениях, хотя некоторые сорта чая могут провяливаться на солнце. Искусственное завяливание происходит с использованием адсорбентов и поддувом нагретого сухого воздуха в специальных сушилках и длится от 2 до 8 часов. Помимо потери влаги в процессе завяливания лист наряду с влагой теряет клеточный тургор (давление), вследствие чего листья делаются более эластичными, что позволяет получать качественно скрученные листья, сок чайных листьев делается более вязким и густым, что, в свою очередь, повышает качество ферментации.

Задача операции скручивания является разрушение прожилок чайного листа и высвобождение в нем ферментативных энзимов и их субстратов. Во время скручивания разрушаются клетки, вытекающий клеточный сок обволакивает поверхность листа. В дальнейшем, при заваривании чая, сок выжатый из клеток и высушенный на поверхности листа, легко растворяется, в то время как клеточный сок, высушенный в неразрушенных клетках (т.е. невытекший сок), растворяется хуже.

Процесс ферментации - сложный биохимический процесс, при котором происходит окисление смеси чайных полифенолов, в присутствии чайных ферментов (энзимов), которые активируют данный процесс. В его результате образуются теафлавины, придающие настою чая свежесть и яркость, и теарубигины, придающие ему крепость, насыщенность и характерный красно-коричневый цвет. Окисление может происходить спонтанно: незащищенные клетки на срезе растительного сырья поглощают кислород, размягчаются и изменяют цвет, если этот процесс не остановить, то продукт в зависимости от атмосферных условий высохнет или сгниет. В процессе производства чая присутствуют этап спонтанного окисления, но основная часть этого процесса - контролируемая. Традиционно эта часть процесса заключается в раскладывании завяленного чая на столах, поддонах и т.п. на время порядка 1-4 часов в помещении с влажным и насыщенным кислородом воздухом. Температура окружающей среды должна быть не ниже 15-20°С (при более низкой температуре процесс ферментации прекращается), но и не выше 25-28°С, иначе процесс ферментации выходит из под контроля. Завершающая стадия традиционных способов производства черного чая - сушка. В результате сушки должно быть получено сухое чайное сырье, содержащее не более 3-7% (в зеленом чае -5%) воды.

До конца 19 века чай сушили на открытом огне на сковородах, решетках и т.п., отсюда одно из названий этой стадии производства - обжарка. Затем стали использовать закрытые духовки с воздухоподдувом при температуре порядка 92-95°С, температура чая при этом достигает 70-75°С.

В связи с последним этапом обработки чая возникают две проблемы: несоблюдение требований к содержанию влаги в чае по окончании сушки может привести к возникновению плесени в чае и, наоборот, превышение температурой сушки требуемых значений приводит к ухудшению качества чая, за счет разрушения ферментов под воздействием высокой температуры.

Сухой чай - коллоидно-капиллярно-пористое тело, обладающее двумя основными физическими свойствами - экстрактивностью и гигроскопичностью. Первое из них позволяет употреблять чай как напиток. Второе свойство затрудняет хранение чая, облегчает его порчу. При повышении влажности выше 10% чай начинает портиться, т.е. утрачивает свои ароматические и вкусовые качества. При дальнейшем повышении до 12- 14% влажности сухого чая, он начинает плесневеть, причем достаточно возникновения плесени в минимальных количествах, чтобы испорченной оказалась вся партия, поскольку затхлый запах будет распространяться на всю партию чая.

Наличие в чае плесени приводит к утрате кондиции и не только в связи с ухудшением его органолептических свойств. Продукты жизнедеятельности плесневых грибов нескольких видов рода аспергилл (Aspergillus clavatus, Aspergillus parasitusn др.) - смертельно опасные токсины - афлотоксины.

На чайных фабриках Индии в 70-е годы 20 века повсеместно проводилась однократная сушка, в тоже время в большинстве потребляющих чай стран в качестве превентивной меры от появления плесени проводилась краткосрочная термическая обработка сухого чая. В бывшем СССР с целью сокращения затрат на обработку чая грузинский чай начали сушить методом «индийской» однократной сушки. После резко возросшего процента брака чая было решено после сушки производить дополнительную убыстренную термическую обработку полуфабриката чая в специальной термокамере при температуре воздуха 40-45°С и влажности 50-65%. В настоящее время повторная термическая обработка, предназначенная для предотвращения развития плесени в чае, широко распространена. В частности, компания Hyleys Tea Company на своем сайте описывает используемую ею при производстве черного чая технологию двойной сушки: вначале чайный лист сушат при температуре 90- 95°С, повторную сушку проводят при температуре 82-87°С. Сушка проводится на противнях. Этот способ термической обработки имеет ряд недостатков, связанных с продолжительным влиянием высоких температур на чайное сырье, которое приводит к том, что чай теряет свои полезные для человека свойства. В частности при длительном воздействии температур выше 80°С, разрушаются витамины (А, В, С, D, Е, Р, РР, К), алкалоиды (в частности, теин), белки и аминокислоты, содержащиеся в чайном листе.

Так в уровне техники известен способ обработки черного чая, сухого чайного сырья (патент RU 2683474, опубликован 28.03.2019) Д6, включающий проведение после операций завяливания чайного листа до влажности 75-65% скручивания чайного листа, ферментации и сушки до остаточной влажности 3-7%, также дополнительной сушки, при этом на стадии дополнительной сушки черный сухой чай, сухое чайное сырье подвергают термическому воздействию электромагнитным полем СВЧ в сушильной камере с постоянным давлением, при этом термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ осуществляют до разогрева сухого черного чая, сухого чайного сырья до температуры, выбираемой в зависимости от остаточной влажности чайного листа после его сушки, при этом скорость роста температуры в сушильной камере выбирают из диапазона значений 1,0°С/с - 3,0°С/с, исходя из необходимости уменьшения микробной нагрузки на сухой черный чай, сухое чайное сырье, после достижения заданного значения температуры прекращают термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ с одновременным переходом в режим уменьшения давления в камере до величины, выбираемой из диапазона от 14 кПа до 4 кПа и выдерживания сухого черного чая, сухого чайного сырья в камере при снижающемся давлении до уменьшения значений его температуры до температуры производственного помещения, в котором установлена сушильная камера.

Недостатком данного способа является долгое воздействие высоких температур на черный чай, которое приводит к ухудшению свойств чайного сырья. В частности при длительном воздействии температур выше 80°С, разрушаются витамины (А, В, С, D, Е, Р, РР, К), алкалоиды (в частности, теин), белки и аминокислоты, содержащиеся в чайном листе. Источник информации Д6 выбран в качестве ближайшего аналога к заявленному решению.

Раскрытие изобретения.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка способа обработки сухого черного чая, который позволит устранить недостатки предшествующего уровня техники.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в сохранении максимального количества полезных веществ в сухом черном чае, органолептических свойств, при одновременном снижении микробной нагрузки на сухой черный чай.

Указанный технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, достигается благодаря тому, что способ обработки сухого черного чая, включающий этапы завяливания чайного листа до влажности 75-65%, скручивания чайного листа, ферментации, сушки до остаточной влажности менее 10%, и вторичной сушки посредством термического воздействия электромагнитным полем СВЧ в сушильной камере с постоянным давлением, при этом термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ осуществляют до разогрева сухого черного чая до требуемой температуры, при этом скорость роста температуры в сушильной камере при воздействии электромагнитным полем СВЧ выбирают из диапазона значений 1,0°С/с - 3,0°С/с, после достижения заданного значения температуры и окончании времени термического воздействия прекращают термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ с одновременным переходом в режим уменьшения давления в камере до величины, выбираемой из диапазона от 14 кПа до 4 кПа и выдерживания сухого черного чая в камере при снижающемся давлении до уменьшения значений его температуры до температуры производственного помещения, в котором установлена сушильная камера, отличающийся тем, что на этапе вторичной сушки посредством термического воздействия электромагнитным полем СВЧ интервал времени термического воздействия электромагнитным полем СВЧ составляет от 8 до 12 минут, с постоянным давлением в сушильной камере, выбранным из диапазона значений 50-60 кПа, а разогрев сухого чайного сырья осуществляют до температуры 70,0°С - 80,0°С.

Осуществление изобретения.

Температурные диапазоны, при которых сухой чай, чайное сырье проходит термическую обработку в вакуумированной сушильной камере, оснащенной источниками СВЧ излучения (как правило - магнетронами), должны выбираться исходя из изложенных выше соображений.

Способ обработки сухого черного чая, включающий этапы на которых происходит завяливание чайного листа до влажности 75-65%, скручивание чайного листа, ферментация, сушка в сушильной камере до остаточной влажности менее 10%, и вторичную сушку посредством термического воздействия электромагнитным полем СВЧ в сушильной камере с постоянным давлением, при этом термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ осуществляют до разогрева сухого черного чая до температуры, при этом скорость роста температуры в сушильной камере при воздействии электромагнитным полем СВЧ выбирают из диапазона значений 1,0°С/с - 3,0°С/с, после достижения заданного значения температуры и окончании времени термического воздействия прекращают термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ с одновременным переходом в режим уменьшения давления в камере до величины, выбираемой из диапазона от 14 кПа до 4 кПа и выдерживания сухого черного чая в камере при снижающемся давлении до уменьшения значений его температуры до температуры производственного помещения, в котором установлена сушильная камера. На этапе вторичной сушки посредством термического воздействия электромагнитным полем СВЧ интервал времени термического воздействия электромагнитным полем СВЧ составляет от 8 до 12 минут, с постоянным давлением в сушильной камере, выбранным из диапазона значений 50-60 кПа, а разогрев сухого чайного сырья осуществляют до температуры 70,0°С - 80,0°С.

В сушильной камере перед тем как приложить к объекту сушки термическое воздействие создается при помощи насоса давление, значение которого выбирается из диапазона значений 50-60 кПа.

Входящие в диапазон 50-60 кПа значения давления соответствуют значениям давления, находящимся вблизи середины интервала значений низкого вакуума. Снижение давления в сушильной камере на этапе температурного воздействия обусловлено необходимостью снизить интенсивность осеменения плесени, снизить скорость деления бактерий, т.е. замедлить процессы, которые, как для мезофильных, так и для термофильных бактерий интенсифицируются на начальном этапе нарастания температуры в сушильной камере. Интенсивность процесса окисления чая в сушильной камере на начальном этапе термического воздействия также снижается за счет созданного в камере пониженного давления. Температурное воздействие электромагнитным полем СВЧ на сухой чай, сухое чайное сырье осуществляется до достижения температурой в камере, в пласте подвергаемых дополнительной сушке чая, чайного сырья значений 70,0°С - 80,0°С. Конкретное значение температуры, при достижении которой прекращается температурное воздействие путем отключения источников электромагнитного поля СВЧ, выбирается исходя из остаточной влажности чая, чайного сырья, поступившего в сушильную камеру на вторичную сушку. Данные параметры влияют на свойства получаемого продукта, т.к. при нагревании черного чая имеющего остаточную влажность, важно исключить нагрев до точки кипения воды. При достижении точки кипения, вода из чая, за счет процесса парообразования улетучивается с высокой скоростью, попутно захватывая с собой ароматические соединения, которые влияют на исходное качество черного чая. На этом этапе давление в сушильной камере постоянно, температура растет со скоростью, выбираемой из диапазона значений 1,0°С/сек-3,0°С/сек, конкретное значение скорости и времени термического воздействия выбирается исходя из заданной микробной нагрузки: скорость нарастания температуры позволяет сокращать время прохождения фазы максимального роста вредоносных бактерий, количество которых по окончании стадии дополнительной сушки должно достигать значений, допускаемых действующими стандартами, нормами, задаваемыми уполномоченными органами здравоохранения, государственного контроля и т.п.

После достижения заданного значения температуры и окончании времени термического воздействия прекращают термическое воздействие электромагнитным полем СВЧ (отключают источники электромагнитного излучения, в качестве которых могут использоваться магнетроны). Одновременно с отключением источников электромагнитного излучения включают в сушильной камере вакуумный насос.

После того, как в сушильной камере режим изменения температуры перейдет в пассивный, т.е. температура в сушильной камере, в пласте сухого чая, сухого чайного сырья начнет падать, стремясь к значению температуры в производственном помещении, в котором установлена сушильная камера, изменение давления будет происходить в активном режиме. Скорость снижения давления будет выбираться исходя из необходимости синхронизации процессов снижения давления и температуры с тем, чтобы текущему значению температуры соответствовало значение давления в сушильной камере, при котором в чае, чайном сырье происходят процессы парообразования. Снижение давления в сушильной камере по окончании вторичной термической обработки происходит при помощи насоса.

Термическая обработка сухого черного чая, чайного сырья, таким образом, заключается в активном изменении температурного режима (с нарастанием температуры с постоянной скоростью за счет работы источников электромагнитного СВЧ-поля) при постоянном давлении в сушильной камере, а затем - при убывающем (за счет работы насоса) давлении и при снижающейся температуре сухого черного чая, сухого чайного сырья. При этом значение давления при нарастании температуры поддерживается в районе середины интервала граничных значений нижнего вакуума, а в режиме падающей температуры при отключенных источниках СВЧ излучения, давление снижается в сторону значений, ограничивающих нижний вакуум от среднего. Температура падает до значений температуры в производственном помещении, в котором установлена сушильная камера.

Если в режиме активного изменения температуры решается задача сведения микробной нагрузки (плесневых грибов и бактерий) к требуемым значениям, то в режиме "пассивного" изменения температуры, сопровождающегося снижением давления, процесс образования пара в оставшихся в сухом чае молекулах воды интенсифицируется. Молекулы пара разрушают молекулы чайного листа, выводя наружу ароматные эфирные масла из его глубинных слоев. Эфирные масла оседают на поверхности листа и прочно "прикипают" к ней и довольно долго сохраняют свои свойства, экстрагируясь только под воздействием кипятка в момент заваривания. При этом из-за краткосрочности воздействия высокой температуры и основного времени воздействия температуры с убывающими значениями, в чайном листе не происходит разрушения витаминов, органических кислот, т.е., введя после ферментации и сушки, режим вторичной сушки с нагревом сухого чая, сухого чайного сырья с использованием СВЧ-излучения и последующим снижением температуры на фоне падающего давления, удается избежать снижения качества чая.

Более того, как показывают эксперименты, благодаря воздействию температурного шока и последующего спада температуры в условиях падающего давления происходит процесс образования дополнительных теафлавинов и теарубигинов.

Краткосрочность воздействия высокой температуры и снижение температуры, исключающее возможность тления чайного листа после воздействия на него высокой температуры, исключают появление у сухого черного чая, чайного сырья жаристого вкуса и/или аромата. Температурный шок, вызванный сначала кратковременным повышением температуры, а затем ее снижением, обеспечивает сохранность витаминов (А, В, С, D, Е, Р, РР, К), алкалоидов (в частности, теина), белков и аминокислот, содержащихся в чайном листе.

При проведении экспериментальных исследований было установлено, что воздействие температуры от 70°С до 80°С в течение 8-12 минут позволяет сохранить до 60 % витаминов, до 40 % алкалоидов, до 50% белков и аминокислот.

Примеры осуществления заявленного способа.

Вторичная термическая обработка сухого черного чая, сухого чайного сырья в устройстве сушки с использованием генераторов СВЧ поля дает следующие результаты.

Для образцов сухого черного чая с содержанием плесени 2500 КОЕ/г со скоростью нагрева 1°С/сек содержание плесени менялось следующим образом:

Пример 1. Содержание плесени в сухом черном чае для партии весом 100 г, времени воздействия СВЧ-излучения в 8 минут и при разогреве образцов до температуры в 80°С снижает количество плесени на образцах на 70%.

Пример 2. При увеличении времени воздействия до 10 минут и разогреве до 75°С содержание плесени в сухом черном чае для партии весом 100 г, снижает количество плесени на образцах на 80%.

Пример 3. При времени воздействия в 12 минут и разогреве до 70°С содержание плесени в сухом черном чае для партии весом 100 г снижалось до 250 КОЕ/г.

Как показывают данные поставленных экспериментов, применение процесса нагрева сырья посредством СВЧ-технологии позволяет в течение 8-12 минут сократить количество бактерий и плесеней в 10000 раз. При этом необходимо отметить, что количество плесеней 10 ⁵ относится уже к видимому глазу диапазону плесеней, которое не допускается на пищевом производстве. Соответственно оно не может быть обнаружено на этапе вторичной сушки в связи с тем, что сырье уже подвергалось термической обработке.

Экспериментально было установлено, что комбинация температуры (от 70°С до 80°С), времени ее воздействия (от 8 до 12 минут) и давления (от 50 до 60 кПа) указанные в настоящей заявки обеспечиваю максимальное сохранение полезных свойств черного чая, при этом количество патогенных микроорганизмов и плесеней находится в пределах допустимых значений.

Значимость температурного градиента для процесса уничтожения микроорганизмов (плесневых грибов, бактерий) объясняется следующими причинами. Распространены два метода обеззараживания пищевых продуктов: пастеризация и стерилизация. Пастеризация включает однократный нагрев до температуры 60°С с дальнейшей выдержкой при такой температуре в течение 60 минут или нагрев до 70-80°С с выдержкой в течение 30 минут или нагрев до 98°С и выше с выдержкой в течение нескольких секунд. Стерилизация проводится химическими методами и физическими методами, к последним относится воздействие высокой температуры на стерилизуемые объекты (тепловая стерилизация), а также воздействие ультрафиолетовым излучением, токами высокой частоты, ультразвуковыми колебаниями, радиоактивным излучением, инфракрасными лучами и т.д.

В результате пастеризации погибают вегетативные формы микроорганизмов, но споры выживают и при наступлении благоприятных условий начинают интенсивное размножение.

Использование при стерилизации в течение длительного времени высокой температуры помогает полностью уничтожить не только сами микроорганизмы, но и их споры. Но длительное воздействие высокой температуры разрушает вещества, придающие чаю полезные свойства.

Поэтому задачей обеззараживания за счет нагрева является быстрое прохождение значений температуры, при которых скорость роста микроорганизмов (число генераций в час), а, соответственно и интенсивность размножения, максимальна и переход к тем значениям температур, при которых скорость роста равна нулю. При этом необходимо исключить длительное воздействие высоких температур, оказывающем разрушительное воздействие на содержащиеся в чае, чайном сырье витамины, а также на вещества, придающие вкус и аромат чаю.

Микробные организмы, из которых по большей части состоит плесень чая, преимущественно мезофильны. Температура их роста лежит в диапазоне +15°С до 48°С, при этом максимальное значение константы скорости роста составляет 0,4 Г/час и достигается при температуре около 45°С.

Для термофильных микробных организмов, также присутствующих в плесени чая, температура роста лежит в диапазоне +45°С до 80°С, при этом максимальное значение константы скорости роста составляет немногим более 0,5 Г/час и достигается при температуре около 73°С.

Создание термического воздействия электромагнитным полем СВЧ, работающих на частотах резонансного поглощения для воды, позволяет эффективно испарять влагу из сухого чая, из чайного сырья, благодаря чему уменьшается рост колоний грибов, в частности грибов из родов Penicillium и Aspergillus, обладающих способностью расти на едва увлажненных субстратах.