インスタントティー

インスタントティーは粉末状の混合物で、水を加えるとお茶になります。最も古い形のインスタントティーは1885年にイギリスで開発されました。^{[1] : 538} 濃縮茶抽出物、砂糖、エバミルクをペースト状にしたものに特許が付与され、これに熱湯を加えるとお茶になります。しかし、スプレー乾燥技術によって茶葉の濃縮物を製品の風味を損なわない温度で乾燥できるように なるまで、目立った進歩はありませんでした。

インスタントティーパウダー自体は、お茶に含まれる乾燥した風味、香り、色の化合物です。販売される際には、味付け用の砂糖、酸味のためのクエン酸^[2]、茶葉には通常含まれないラズベリーやレモンなどの他の風味など、他の成分が加えられることがあります。物理的に言えば、再構成されたお茶は主に水で、特定の味を与えるためにその中に化合物が溶解しています。これは、お茶がニュートン流体の分類に該当することを意味します。水を加えたときに風味と色の化合物が均一に分散していることは、再構成されたお茶が均質な混合物であることを示しています。茶葉とお湯を使用して入れた従来のお茶には不溶性化合物があり、同様に懸濁液になりますが、インスタントティーは水に溶けるように製造されています。

インスタントティーの製造は、原材料の選択、抽出、芳香除去、ティークリーム処理、濃縮、乾燥の 6 つの主なステップに分けられます。

茶葉の選択は、製造者と最終消費者の双方の利益を最優先に行われます。茶葉生産国には一定の法的規制があるため、製造者にとっては、発酵させた未乾燥の黒茶葉を使用するのが最も費用対効果が高いです。なぜなら、黒茶葉はオークションにかける必要がないため、価格が安いからです。^{[1] : 538} 研究により、このタイプの茶葉は乾燥した黒茶葉と風味が似ていることが分かっており、品質が犠牲になることはありません。^[3]

抽出は、茶葉から抽出される茶固形物の収量と抽出溶液の濃度という 2 つの目標を念頭に置いて行われます。^{[1] : 539} 研究によると、カラム抽出器内の茶葉可溶性物質は、それぞれが一次溶解法則に従う 3 つの成分のシステムで説明できます。^[4] 可溶性化合物がこれら 3 つのカテゴリのいずれかに分類される理由の説明は、それらのアクセスしやすさに基づいています。すぐに溶解する化合物は、葉の表面にある可能性が高いため、最初に得られます。急速に溶解する成分は、壊れた細胞構造によって溶媒の進入速度と溶質の流出速度が遅くなる葉の内部にあると考えられています。最も溶解が遅い化合物は、葉の細胞マトリックスを通過するのに時間がかかる高分子量か、抽出の過程で加水分解中に形成された生成物のいずれかであると予想されます。抽出を実行するために使用できるさまざまな方法と機械がありますが、一般的な概念は、葉を溶媒で処理して、その中の化合物を抽出することです。前述の研究では、抽出できる固形物の最大収率は35％であると述べられています。時間の経過とともに、抽出された葉に過酸化水素を使用して42％の固形物収率を得るなど、抽出収率を高める他の化学的方法が発見されました。^[5] 抽出ステップの後、溶液はデカンター、遠心分離機、またはフィルタープレスを通過させて清澄化されます。^{[1] ：544}

ストリッピングは、蒸気流を利用して液体流から成分を除去する物理的な分離プロセスです。^[6] ストリッピングガス（通常は蒸気、窒素、二酸化炭素）は液体溶液を通過し、その中の芳香族化合物を溶解します。芳香化合物は空気中に容易に揮発します。このため、ガスを液体に通過させることで、化合物が液体から離れるのに好ましい条件が整います。食品とガス相の間の物質移動速度を決定する式は次のとおりです。

dm/dt = 2(D _c /πt _c ) ^1/2 A _gc [c _e ⁱ (t) - c _e (t)] または = h _D A _gc [c _e ⁱ (t) - c _e (t)] ^[7]

ここでh _{D は}総括的な物質移動係数であり、2(D _c /πt _c ) ^{1/2に代入されます}_。

変数 dm/dt はガス相への物質移動速度、De はエマルジョン内の自由芳香分子の平均拡散係数、Agc はガス/食品界面の表面積、tc は表面要素が表面にさらされる時間、cei(t) と ce(t) はそれぞれ界面とエマルジョン内の芳香化合物の濃度です。

ストリッピングに関しては、Agc が物質移動速度に最も大きな影響を与えます。物質移動のための表面積を最大化するには、ストリッピング時にできるだけ小さな気泡を使用します。気泡が球状構造であると仮定すると、表面積は 4πr ²で与えられ、体積は (4πr ³ )/3 で与えられます。これは、半径が増加すると、体積が表面積よりも大きな係数で増加することを意味します。これはまた、可能な限り小さな体積で、表面積と体積の比率が最大になり、反応のための表面積が大きくなることを意味します。不活性ガスの使用は、酸化を防ぎ、したがって芳香化合物の劣化を防ぐため、好まれます。^{[1] : 544}

紅茶には溶解度の低い化合物が含まれており、これらは結合する傾向があります。溶液は濁り、淡い茶色に変わります。この現象はティークリーミングとして知られています。研究によると、クリームはコロイド状物質で、紅茶の色と風味に寄与する化合物の多くを含み、全固形物の30％まで含まれることがあります。^[8]クリーム形成の原動力は、ガロイル基の相互作用によって会合するテアフラビンとポリフェノールの不溶性です。 ^[9]テアフラビンは酸性の性質があり、紅茶のpH（約4.9）では負に帯電します。^[8]通常、これにより分子間の静電反発が生じ、コロイドが安定化します。しかし、カルシウムイオン（Ca ²⁺）が存在すると、これらの電荷が中和され、凝集が促進されます。マグネシウムやアルミニウムなどの他の荷電金属イオンも茶に高濃度で含まれていますが、どちらのイオンもカルシウムほど茶によく分配されません。溶液のグリコシル化は、ポリフェノールの溶解性を高め、自己会合を弱めることもわかっている。 ^[8]提案されている説明は、砂糖の大きさが他の分子が相互作用することを困難にするということです。米国市場では、インスタントティーは再構成時に透明であることが消費者から期待されているため、クリームは溶液の一部として受け入れられません。工業的には、クリームを可溶化するためにタンナーゼを利用するなど、この問題に対処するためにさまざまな方法が特許を取得しています。 ^[10]開発された別の方法は、クリームの2つのクラス、つまり風味に寄与するポリフェノールなどの低分子量化合物と、多糖類、ポリペプチド、タンパク質などの高分子化合物の識別に基づいています。^[11]このプロセスでは、限外濾過、吸収クロマトグラフィー、またはオイル濾過によって高分子化合物を除去します。風味化合物は残り、クリーム状になりません。

抽出と茶のクリーム化の工程を経た茶葉溶液はまだ薄すぎて乾燥機を通過できません。この時点で乾燥させると、利益がほとんどないのに多額の資本がかかり、また、いかなる種類の噴霧乾燥や凍結乾燥も、結果として得られる粉末の密度が低くなりすぎます。解決策は、乾燥前に通常 40% の固形分まで溶液を濃縮することです。乾燥には蒸発による水分の除去が含まれます。^{[1] : 547} 茶葉の濃縮は通常、圧力を下げて行います。高温では、溶液中のテアフラビンはテアルビジンに変換され、炭水化物はカラメル化します。強制蒸発システムにはホットスポットがあり、煮込んだり焦げた風味など、好ましくない感覚特性をもたらしました。プレート式熱交換器は、約 45 °C で目的の蒸発を引き起こすことができ、滞留時間が短いため熱による損傷のリスクが軽減されます。この方法では、固形分 45% の抽出物を製造できます。アロマ除去は濃縮前に行われます。これらの化合物は蒸発中に失われる危険があるためです。

スプレー乾燥は、管理点や包装を除けば、インスタントティーの製造の最終段階です。品質を犠牲にすることなく安価であるため、凍結乾燥よりも好まれる乾燥方法です。スプレー乾燥の原理は、アロマストリッピングの原理に似ており、粒子が小さいほど表面積比が大きくなります。液体抽出物をノズルに押し込むと、溶液は霧状になり、非常に細かい液滴になります。これらの液滴は高温のガスの逆流にさらされ、蒸発して固形物だけが残ります。液滴は通常、3～5% 程度まで乾燥されます。これより低いと焦げるリスクが高まり、これより高いと水分活性が高まり、保存期間が短くなる可能性があります。^{[1] : 550}