從茶葉生產到飲茶的科學

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資料來源: 科學研習月刊57-10

文
陳冠霖 /遊山茶訪經理中級茶葉品評師

烏龍茶為臺灣人之國飲，至今已有近300年歷史，烏龍茶為臺灣之重要特產，屬於部分發酵茶類。依外形分，部分發酵茶中的文山型（或條型）包種茶俗稱「包種茶｣（圖1），凍頂型（或半球型）包種茶則俗稱「烏龍茶｣（圖2），是主要的內外銷茶類。目前臺灣茶園種植面積 11,906公頃，年度產量15,200公噸，雖占全世界茶葉年產量不及1%，但卻是臺灣重要高經濟作物之一，年產值約新臺幣150億元；所衍生之茶飲料、茶具、茶藝文化等可高達新臺幣數百億元。

圖1. 文山型（或條型）包種茶圖

2. 凍頂型（或半球型）包種茶

臺灣烏龍茶的製作工序相當繁複，從採摘到製成品，需至少36小時不眠不休的勞力付出。製茶步驟雖固定，但是力道的拿捏與時間的掌控完全靠經驗。在現代科學研究下，漸漸揭開經驗背後所隱藏的科學道理。茶葉生產一共需要九個步驟才能完成，包括：
1.採摘
2.室外萎凋
3.室內萎凋
4.炒菁
5.揉捻
6.初步乾燥
7.團揉
8.再次乾燥
9.烘焙

以下依序介紹茶葉生產的步驟:

1.採摘（圖3）
臺灣烏龍茶講究一心二葉（圖4）採摘方式，有別於大陸或是日本等只採心芽。只採心芽是因為心芽酯型兒茶素含量較高，口感較為苦澀，但是胺基酸含量較高，是回甘來源。成熟葉糖分含量高，酯型兒茶素含量低。所以一次採一心二葉，口感，香氣，滋味達到平衡，且可以耐得住高溫沖泡。如果只採心芽，不可以高溫沖泡，因為心芽的酯型兒茶素過度溶出會讓茶湯苦澀不已。

圖3. 摘採

圖4. 一心二葉

2.室外萎凋（圖5）
常見的小葉種烏龍茶因為具有雙層柵狀組織，耐得住高強度陽光的曝曬。反觀大葉種為單層柵狀組織結構，所以常被拿來做紅茶而不需有室外萎凋的步驟。室外萎凋藉由陽光的能量減少茶青(或稱茶菁)的細胞水分含量，減低其活性至細胞膜半透性消失，使位於液胞內的多元酚類能夠滲出，引發發酵作用。多元酚類是強抗氧化劑，有助於茶樹生長期間對抗環境逆境。

圖5. 室外萎凋

3.室內萎凋（圖6）
此步驟為茶葉發酵，更正確講法是茶葉多元酚類的氧化作用。因為氧化的程度不同，可分成綠茶、烏龍茶、紅茶等三種製茶工藝（圖7）。為什麼說氧化會是更正確的名詞，必須先從發酵談起。發酵一詞的由來，最早用於麥芽汁加入酵母菌產生氣泡的現象，也就是製酒的過程，是最早對於發酵的定義。簡單來說，就是運用生物體分解有機體產生能量的過程。在生物學上的定義是：在電子傳遞鏈當中，以有機物作為電子受體的氧化還原產生能量的反應。但是，在茶葉製造當中，所謂茶葉的發酵應該稱為茶葉的氧化（oxidation）會更為適切。因為茶從綠茶轉變成為烏龍茶再變成紅茶是一連串茶多酚類的聚合反應。
綠茶當中的兒茶素類，在多元酚氧化酵素（polyphenol oxidase, PPO）的幫忙下，將兒茶素們氧化，也就是將氧氣加到兒茶素上，或者將兒茶素們像拼積木一樣拼在一起，產生巨大的化合物，這非常像在拼樂高。多元酚類的氧化，會影響茶湯顏色與滋味，兒茶素本身無色，當氧化聚合成為茶黃質時茶湯顏色會變深。在紅茶中，茶黃質（主要）與茶紅質是重要的顏色與滋味來源，如過聚合過頭就會產生茶褐質，這會使紅茶滋味不佳，湯色變暗。「今天的手感，成就明天的口感」，即指在製造過程當中（圖8），藉由翻動使茶青進行氧化，也就是藉由外力提高多元酚類與PPO接觸的機會。翻動茶葉時必須溫柔，如果翻動得太大力，會造成氧化聚合速度過快（如樂高亂亂拼），產生滋味不佳的香氣與口感。

茶葉水份含量的控制與蒸散（俗稱走水）是室內萎凋的另一個重點，如果水份蒸散得宜，茶自然會香，就像是衣服洗好充分曬乾一樣。造成水份蒸散出障礙的原因常見於採摘時捏傷或折傷。室內萎凋時摔傷，浪青時力量過猛造成內傷，使水份無法藉由如水管般的葉脈流至氣孔蒸散而繼續留在細胞內，也俗稱「積水」。當水份蒸散得宜，細胞內空間會越來越小，使得多元酚類與PPO越來越靠近，氧化反應將繼續順利進行。
總結來說，發酵有如一段旅程，起點是綠茶，終點是紅茶，旅途當中處處皆是風景，停靠在那邊憑經驗也憑想像。就因為烏龍茶屬於部分發酵茶，那有多少部分？在那部分？因為有這兩個問題，烏龍茶製造工藝相當具有藝術性，也相當不容易研究。

圖6. 室內萎凋

圖7. 綠茶、烏龍茶、紅茶

圖8. 浪青

4.炒菁
當氧化完成後，必須抑制PPO作用，會使用攝氏大約300度的高溫鍋爐翻炒茶青，使大部分PPO失去活性，少量存活下來的PPO將有助於茶葉製做完成之後存放的後氧化作用，也就是我們常聽的老茶風味來源的其中一個原因。如果是紅茶就不會進行殺青步驟，必須留下PPO盡量將兒茶素氧化透徹。

5.揉捻（圖9）
因為茶葉表面具有蠟質，必須經過機械力道進行蠟質與組織破壞，使茶葉汁液流出黏附在茶葉表面，經乾燥凝固，當在沖泡時熱水才能夠將滋味溶出。揉捻過程中忌諱接觸到鐵的物質，因為鐵會與茶中的沒食子酸結合產生黑色沈澱，所以在製茶場內的揉捻機多為黃銅製底盤（圖10）。

圖9. 揉捻

圖10. 黃銅製底盤揉捻機

6.初步乾燥
揉捻後的茶葉必須經過乾燥，以免接下來因為水份含量太高造成茶葉大量沾粘。

7.團揉（圖11）
藉由重複將茶葉聚集成團，使其外觀緊結美化，屬於閩南式烏龍茶製造工藝；閩北式烏龍茶製造工藝則不具此步驟。經過團揉步驟的茶葉，因為壓力使得茶葉能夠再進一步進行後氧化作用與茶內物質再度擠出，茶滋味與口感都會比較重。在臺灣明顯的例子就是條型的文山包種茶與球型的烏龍茶，兩種茶的製茶工藝僅差在於團揉步驟的有無。

圖11. 團揉

8.再次乾燥
將茶葉含水量降至5％以下以防質變與發霉。此時完成的茶可稱為毛茶或是清香型烏龍茶。

9.烘焙（圖12）
茶葉為什麼要進行烘焙呢？因為烘焙後能夠再次降低茶葉含水量，除去不好的滋味，並穩定茶葉中的化學物質。經過烘焙後的茶葉能夠且容易長時間存放。烘焙茶葉必須有明確的原因，不可一昧地為烘焙而烘焙，就像是新鮮生魚片本來就應該生吃，不可用火而毀了魚本身的鮮味。當茶葉經過烘焙之後，除了咖啡因會降低之外，有時候還會聞到一股酸溜的果香。這個味道是來自於茶葉中的脂肪，包括亞麻仁油與棕櫚油。當脂肪經過高溫烘焙之後，會裂解成小片段的脂肪酸，這也就是酸味的來源。

烘焙屬於烏龍茶的精緻工藝，在臺灣的烘焙技術可以溯源自大陸福建安溪鐵觀音焙法。使用竹製簍子加上龍眼木炭烘焙是最傳統的工藝，現代工藝包含箱式烘被機與電焙籠烘焙方法。但不變的是烘焙空間都相當炎熱，為了使烘焙品質能夠穩定，烘焙室不會有窗戶，以維持穩定氣流，最高溫度可以達50度。在炭火不斷燃燒的情況下，烘焙師傅不能休息，正常來說，一個炭坑的木炭量足夠燒上半個月，過程沒有任何喊停的機會。只要稍不留神，就會出現《陰陽茶》的瑕疵。陰陽茶指的是部分茶燒焦，部分茶依然未熟的瑕疵。

在傳統的烘焙工藝當中，為什麼選擇龍眼木炭而不選擇其他炭呢？是因為烘焙完後會具有龍眼香氣嗎？龍眼木炭完全炭化之後，並不會留下任何芳香物質，只留下碳元素，碳元素不具有任何味道。而且，龍眼木炭質地相當均勻，點燃後所產生的熱源大小穩定，如此才能烘焙出品質穩定的茶葉。

圖12. 烘焙

喝茶大哉問

在喝茶的時候，常常聽到幾個問題：

1. 用什麼水泡比較好？
影響茶湯口感主要在於水中的礦物質含量，鈣與鎂會協助多元酚類溶出在水中，使茶湯滋味較為苦澀，科學上定義了軟水與硬水的礦物質含量，依照經驗來說，更容易的方法是看市售礦泉水瓶子上的礦物質含量表，當鈣與鎂的含量在20mg/liter以下最適合泡茶，如果超過90mg/liter，茶滋味苦澀，且煮水壺經過幾次煮水後會見到相當驚人的礦物質沈澱（圖13）。礦物質含量高的水適合純飲，口感相當好，但是不適合泡茶。如果使用逆滲透水呢？理論上茶滋味會最好，但是在茶湯含有少量的多元酚類，能豐富茶湯滋味的層次，使茶喝起來更加精采。

圖13. 礦物質沈澱

2. 有冷泡專用的茶嗎？
茶為什麼要冷泡？因為茶湯中的苦澀物質，有如茶多元酚類與咖啡因，分子量較大，在低溫下沖泡不易溶出。冷泡的茶通常甘甜且不苦澀，但是香氣成分較少。香氣成分必須在高溫下才容易揮發讓我們聞到。所有茶類都適合冷泡，差別在於冷泡時間的長短，冷泡時茶一定要放冰箱，不然會因為天氣太熱造成細菌在茶湯內滋生，使茶湯混濁，而不適合飲用。

3. 什麼茶的咖啡因比較低？
「茶與咖啡因」有如「酒與酒精」，如果茶無咖啡因，喝起來欠缺滋味。
什麼樣的茶咖啡因比較低，這背後的答案相當複雜。影響茶葉中咖啡因的因素可整理成以下幾點：
(1)茶葉的老嫩度：越嫩咖啡因越高。
(2)製造過程：咖啡因不參與發酵反應，所以製茶過程中不大影響咖啡因含量，只有烘焙過程中的溫度可造成咖啡因從茶葉昇華出來而降低含量（圖14）。

圖14. 焙茶時累積在設備上的咖啡因

(3)茶樹品種：這是大家最常忽略的問題，在茶的家族當中，分成 C. Sinensis 與 C. Assamica，俗稱小葉種與大葉種。小葉種通常咖啡因含量較低，大葉種則較高（表1）。

所以下次喝茶時可以依照這樣的條件找尋自己喜好的茶葉，依照經驗來說，咖啡因會造成睡不著可以說是體質的關係，有些人真的咖啡因敏感，但是少數。我還曾遇過有人喝茶睡不著，喝咖啡沒事呢。

表1. 茶樹品種不同，咖啡因含量不同

4.清香烏龍茶是否可以存放成為老茶？
清香型烏龍茶可以存放為老茶，但是烏龍茶本身發酵度一定要足夠。有如傳統凍頂烏龍茶製法，生茶狀態下茶湯呈現深金黃色，香氣為濃濃熟透黃金桂花香，更可以說是一股相當熟成的果香，如此成熟的清香的烏龍茶及具有存放成老茶的條件，因為兒茶素氧化已經趨於穩定，茶葉香氣也穩定，經過長時間的存放（後發酵）會使烏龍茶口感更加飽和與滑順。如果是高山清香型烏龍茶，大多數發酵度較輕，兒茶素含量較高且因是抗氧化劑，非常容易與氧氣結合造成品質劣變，所以建議盡快喝掉，不建議存放成老茶。

什麼是好茶？好茶的定義是：農藥殘留符合國家標準，不傷身，經濟可負擔，喝了會懷念。當符合以上條件時，就是「好茶」。