大壺小壺沖泡簡易實驗

  過去常常有人問一個問題,為什麼要拿100ml的小壺沖泡五次,而不直接用500ml的大壺泡一次就好?
感覺上同樣的置茶量,用100ml的小壺每次泡1分鐘泡五次,與用500ml的大壺一次浸泡5分鐘不是一樣嗎?
很多茶友知道這兩種沖泡方式出來茶湯是不同的,今天我就來做一個簡單的實驗。

實驗方式如下:
茶具:1號 大燒杯500ml,2號 小燒杯100ml
茶葉:新竹番莊條型茶各4g。這邊選擇條型茶是因為球型茶要考慮茶葉展開的影響,而且現在球型茶葉子經常大小不一,無法像條型茶可以在沖泡前就選擇較一致大小的葉子。
沖泡方式:
1號:沸水浸泡5分鐘後出湯。
2號:每次浸泡1分鐘後將茶湯倒入盛茶容器,共浸泡5次。

本次實驗的大小燒杯


實驗結果:
  我這邊沒有實驗室可以檢測數據,以後在考慮要不要買一個茶專用的濃度計。
不過這個實驗用目測就能很明顯看出1號茶湯的茶色較淡,2號茶湯的茶色較深。
盲飲結果,1號茶湯的苦澀度低較滑順,喝起來雖較平淡,但整體融合感佳;2號茶湯明顯較酸且苦澀度較高,香氣較濃烈。

右邊為1號茶湯,左邊為2號茶湯

簡評:
  這兩種沖泡方式最主要的差異在於萃取速率。
  關於萃取速率可以利用Noyes-Whitney公式來計算。這個公式是在藥物學中拿來計算藥物溶解速率的公式,也很多人會用來計算咖啡的溶解速率,用在泡茶上應該也可以參考。
Noyes-Whitney:
\(\frac{{dM}}{{dt}} = \frac{{DA({C_s} – C)}}{h}\)
\(\frac{{dM}}{{dt}}\):溶解速率(每單位時間溶解的溶質質量)
D:溶液的擴散係數
A:溶質可接觸的表面積
Cs:溶質在該溶劑的溶解度
C:時間t時溶液中的濃度
h:擴散層厚度
  其中D和Cs我們暫把它當為常數,這樣主要影響溶解速率的就是A、C和h。以咖啡為例,當咖啡磨的較細時,咖啡可接觸的表面積就較大,因此理論上會增加溶解速率。不過現代大多數茶葉不會像咖啡磨成粉,在茶葉可以完整展開的狀態下,A的變動應該是不大的。這邊也順便提一下球型茶若使用太小的壺沖泡,會導致茶葉無法完整展開,最後會導致A變小而降低溶解速率。
那麼回到大壺小壺的問題,一個主要的原因應該就是C這個變數了。在大壺中隨著時間增加濃度C會增加,這也代表溶解的速率會愈來愈慢。但是在小壺中因為浸泡1分鐘後就重新注水,等於每次C都歸零,便可以一直維持較快的溶解速率,同樣浸泡5分鐘,小壺泡平均溶解速率會快於大壺泡。

  h是指在固體表面和周圍溶液之間存在的一層靜止或流動很慢的液體層。這層液體層並未受到外部攪拌的影響,因此其厚度會影響溶質從固體表面向外擴散的速率。在溶解的過程中,這層未攪拌層會形成一個擴散阻力,減慢溶質從固體表面溶解到周圍液體中的速度。
從這個敘述大概就可以了解小壺的擴散層較小,而且5次的注水也等於經歷了5次的攪拌,與大壺只有注水一次不同,所以h這個數值也是讓小壺泡的平均溶解速率快於大壺泡的重要因素之一。

  最後的實驗結果雖然沒有數據檢驗,但光從茶色與味道也能明顯看出大壺泡的萃取速率確實低於小壺泡。
  再回到原本的問題,為什麼我們要用小壺泡?因為萃取速率較快,我們可以在較短的時間內萃取出我們想喝的茶,用大壺泡反而需要更長的浸泡時間。

  後記:因為本人非藥學與化學相關科系畢業,對於公式的理解是從網路資料中所得到,因此若有理解錯誤或誤用之處,還請見諒,並請不吝指教,謝謝。
  還有這個實驗其實也有一些缺失,例如水溫在5分鐘內的變化,大小壺的狀態不同。在每次注水與出湯的速率也沒有控制的很好,所以僅供參考,不足以做為科學證據。日後亦期待有人可以於實驗室中進行相關實驗,以數據分析。

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