Chá solúvel

Chá solúvel é uma mistura em pó à qual é adicionada água para transformá-la em uma xícara de chá. A forma mais antiga de chá instantâneo foi desenvolvida no Reino Unido em 1885. Foi concedida uma patente para uma pasta feita de extrato de chá concentrado, açúcar e leite evaporado, que se transformava em chá quando era adicionada água quente. Entretanto, nenhum desenvolvimento notável foi feito até que a tecnologia de secagem por pulverização permitiu a secagem dos concentrados de chá em uma temperatura que não prejudicasse os sabores do produto.

Funmatsucha: chá verde solúvel

Composição e estrutura

O chá em pó solúvel por si só é o sabor desidratado, o aroma e os compostos de cor encontrados no chá.  Quando comercializado, outros ingredientes podem ser adicionados, como açúcar para dar sabor, ácido cítrico para dar acidez, e outros sabores que normalmente não seriam encontrados nas folhas de chá, como os de framboesa ou limão. Em termos físicos, o chá reconstituído é, em sua maior parte, água com compostos dissolvidos para dar um determinado sabor.  Isso significa que o chá se enquadra na classificação de um fluido newtoniano. O fato de os compostos de sabor e cor serem distribuídos uniformemente quando a água é adicionada indica que o chá reconstituído é uma mistura homogênea. Enquanto o chá tradicional, preparado com folhas de chá e água quente, tem compostos insolúveis que fariam com que ele também fosse uma suspensão, o chá solúvel é fabricado com a intenção de ser dissolvido na água.

Produção

Vários chás solúveis reconstituídos

A produção de chá solúvel pode ser dividida em seis etapas principais: seleção de matérias-primas, extração, remoção de aroma, processamento do creme de chá, concentração e secagem.

A seleção das folhas de chá é feita segundo os melhores interesses do fabricante e do usuário final. Devido a certas restrições legais nos países produtores de chá, é mais econômico para os fabricantes usarem folhas pretas fermentadas e não secas, pois elas não precisam passar por leilões públicos e, portanto, são mais baratas. A qualidade não é sacrificada, pois pesquisas foram feitas para mostrar que esse tipo de folha tem sabor semelhante ao das folhas pretas secas.

A extração é feita com dois objetivos em mente: rendimento de sólidos de chá extraídos da folha e concentração da solução de extrato. Pesquisas demonstraram que os solúveis da folha de chá em um extrator de coluna podem ser descritos em um sistema de três componentes, cada um deles obedecendo a uma lei de solução de primeira ordem. A explicação dada para o fato de os compostos solúveis se enquadrarem em qualquer uma dessas três categorias baseia-se em seu grau de acessibilidade. Os compostos instantaneamente solúveis provavelmente estão na superfície da folha e, por isso, são os primeiros a serem obtidos. Acredita-se que os componentes rapidamente solúveis estejam no interior das folhas, onde as estruturas celulares quebradas diminuem a taxa de entrada do solvente e de saída do soluto.  Espera-se que os compostos solúveis mais lentos tenham alta massa molecular, o que levaria mais tempo para se mover através das matrizes celulares das folhas, ou produtos formados durante a hidrólise no decorrer da extração. Há vários métodos e maquinários que podem ser usados para realizar a extração, mas o conceito geral é que as folhas são tratadas com um solvente para extrair os compostos contidos nelas. No estudo mencionado anteriormente, foi declarado que o rendimento máximo de sólidos que poderia ser extraído era de 35%. Com o tempo, foram descobertos outros métodos químicos para aumentar o rendimento da extração, como o uso de peróxido de hidrogênio em folhas extraídas para obter um rendimento de 42% de sólidos. Após a etapa de extração, a solução é clarificada passando por um decantador, centrífuga ou filtro prensa.

Desabsorção é um processo de separação física em que os componentes podem ser removidos de um fluxo de líquido por meio do uso de um fluxo de vapor. O gás de remoção, normalmente vapor, nitrogênio ou dióxido de carbono, passa pela solução líquida e dissolve os compostos aromáticos nela contidos. Os compostos aromáticos são facilmente volatilizados no ar. Por esse motivo, a passagem do gás pelo líquido proporciona uma condição favorável para que os compostos deixem o líquido. A equação para determinar a taxa de transferência de massa entre um alimento e a fase gasosa é:

dm/dt = 2(D_c/πt_c)^1/2A_gc[c_eⁱ(t) - c_e(t)] or = h_DA_gc[c_eⁱ(t) - c_e(t)]

Onde h_D é o coeficiente geral de transferência de massa e é substituído por 2(D_c/πt_c)^1/2_.

A variável dm/dt é a taxa de transferência de massa para a fase gasosa, De é o coeficiente médio de difusão das moléculas de aroma livres na emulsão, Agc é a área de superfície da interface gás/alimento, tc é o tempo em que os elementos da superfície são expostos à superfície e cei(t) e ce(t) são as concentrações dos compostos de aroma na interface e na emulsão, respectivamente.

Com relação à desabsorção, o Agc tem o maior efeito sobre a taxa de transferência de massa.A maximização da área de superfície para a transferência de massa é feita com o uso das menores bolhas possíveis durante a remoção. Considerando a estrutura esférica das bolhas, a área da superfície é dada por 4πr² e o volume é dado por (4πr³)/3. Isso implica que, em qualquer aumento de raio, o volume aumenta em um fator maior do que a área da superfície. Isso também significa que, no menor volume possível, haverá a maior relação entre área de superfície e volume, proporcionando uma área de superfície maior para as reações. O uso de gás inerte é preferível porque evita a oxidação e, portanto, a deterioração dos compostos aromáticos.

O chá-preto contém compostos com baixa solubilidade, que tendem a se unir. A solução fica turva e muda de cor para marrom-claro, esse fenômeno é conhecido como cremosidade do chá. Pesquisas demonstraram que o creme é uma substância coloidal que contém muitos dos compostos que contribuem para a cor e o sabor do chá-preto e pode conter até 30% do total de sólidos. A força motriz por trás da formação do creme é a insolubilidade da teaflavina e dos polifenóis, que se associam por meio de interações do grupo galoil. As teaflavinas têm propriedades ácidas que fazem com que elas tenham uma carga negativa no pH do chá-preto, que é de, aproximadamente, 4,9. Normalmente, isso levaria a repulsões eletrostáticas entre as moléculas, estabilizando o coloide. No entanto, a presença de íons de cálcio (Ca²⁺) pode neutralizar essas cargas, promovendo a agregação. Outros íons metálicos carregados, como o magnésio e o alumínio, também estão presentes em altas concentrações no chá, mas nenhum dos íons se divide tão bem no chá quanto os de cálcio. A glicosilação da solução também aumenta a solubilidade dos polifenóis e enfraquece a autoassociação. A explicação proposta é que o tamanho do açúcar dificulta a interação de outras moléculas. No mercado americano, o consumidor espera que o chá solúvel seja límpido quando reconstituído, o que torna o creme uma parte inaceitável da solução. Industrialmente, vários métodos foram patenteados para lidar com o problema, como a utilização de tanase para solubilizar o creme. Outro método desenvolvido baseou-se na identificação de duas classes no creme: compostos de baixo peso molecular, como os polifenóis, que contribuem para o sabor, e compostos de peso molecular mais alto, como polissacarídeos, polipeptídeos e proteínas. Esse processo remove os compostos de alto peso molecular por meio de ultrafiltração, cromatografia de absorção ou filtração de óleo. Os compostos de sabor permanecem e não se transformam em creme.

Após os processos de extração e cremação do chá, a solução de chá continua muito diluída para passar por um secador. A secagem nesse ponto exigiria muito capital para pouco ganho, e qualquer tipo de spray ou liofilização faria com que o pó resultante tivesse uma densidade muito baixa. A resposta é primeiro concentrar a solução em 40% de sólidos antes da secagem, o que envolve a remoção da água por evaporação. A concentração do chá é normalmente feita por meio da redução da pressão. Em altas temperaturas, as teaflavinas na solução são convertidas em tearubigina e os carboidratos caramelizam. Os sistemas de evaporação forçada apresentavam pontos quentes que levavam a características sensoriais indesejáveis, como sabores rançosos e queimados. Os trocadores de calor de placas podem causar a evaporação desejada a cerca de 45°C, com tempos de residência curtos que reduzem o risco de danos térmicos e esse método pode produzir um extrato com 45% de sólidos. A remoção do aroma é feita antes da concentração, pois esses compostos correm o risco de serem perdidos durante a evaporação.

A secagem por pulverização é a etapa final da criação do chá solúvel, desconsiderando os pontos de controle e a embalagem. É o método preferido de secagem, em oposição à liofilização, porque é mais barato sem sacrificar a qualidade. O princípio por trás da secagem por pulverização é semelhante ao da remoção de aromas, em que partículas menores têm uma relação maior entre superfície e área. Ao forçar o extrato líquido por um bocal, a solução se atomiza ou se transforma em gotículas muito finas. Essas gotículas se encontram com uma contracorrente de gás quente, fazendo com que evaporem e deixem apenas os sólidos para trás. Em geral, as gotículas são secas até cerca de 3 a 5%, pois qualquer valor inferior a esse aumentaria o risco de queimaduras e qualquer valor superior a esse poderia reduzir a vida útil devido ao aumento da atividade da água.