Czajniczki yixing cz. III: Nauka i rzeczywistość
Czajniczki yixing pod względem chemicznym i ogólnie naukowym są niezwykle interesującym tematem. Niektóre ich właściwości, choć osobno mogą się wydawać całkiem zwykłe, to w połączeniu z innymi tworzą skomplikowany przedmiot badań naukowych.
skała z Yixing, która zostanie przetworzona na glinę, a następnie na czajniczek
Nie budzi wątpliwości, że najważniejszym składnikiem czajniczków jest glina, więc żeby zrozumieć wyjątkowość gliny zisha, warto powiedzieć kilka słów ogólnie o glinie wykorzystywanej do produkcji ceramiki. Glina jest skałą osadową, głównie składająca się z minerałów iłowych. Minerały te tworzą małe ziarenka (<0.02 mm), zapewniając plastyczność mokrej gliny. Najczęściej są to uwodnione glinokrzemiany glinu, magnezu lub żelaza, prościej mówiąc można o nich myśleć jak o mieszaninie tlenku glinu oraz tlenku krzemu (piasku) z uwięzioną w niej wodą. Najbardziej znanym i rozpowszechnionym krzemianem jest kaolinit – główny składnik mas porcelanowych. Dodatkowo glina może zawierać inne krzemiany np. miki i szpat polny, kwarc oraz tlenki metali. Niektóre z tych tlenków są zaliczane do chromoforów – związków nadających glinie kolor, m. in. tlenek żelaza, tlenek tytanu, tlenki chromu.
W przypadku gliny z okolicy miasta Yixing, skład materiałowy różni się w zależności od miejsca oraz głębokości wydobycia. Bardzo bym chciał szczegółowo porównać wszystkie możliwe rodzaje glin, jednak badań naukowych na ten temat jest mało (prawdopodobnie z pominięciem języka chińskiego), ale zakładając to, że większość glin z Yixing jest wspólnego pochodzenia, to dużą część faktów z tego artykułu można z pewnymi uwagami traktować jako prawdziwe dla całej grupy.
Kilka grup autorów zbadało skład niektórych glin z okolic góry Huanglong. Jedna z badanych glin zawiera 49% minerałów ilastych (illit, kaolinit, montmorylonit), oraz bardzo duży procent minerałów żelaza – 9.3% hematytu, 10.1% goetytu. Wysoka zawartość żelaza jest charakterystyczna dla większości mas ceramicznych używanych w produkcji czajniczków yixing (m. in. zhuni, zini oraz hongni). W praktyce gliny te niekiedy zawierają tak dużo żelaza, że część może być usuwana za pomocą kwasów lub mocnych magnesów w procesie oczyszczania gliny. Jednak, mała grupa żółto-zielonych glin – lüni oraz duanni, jest tu wyjątkiem, zawierając dużo mniej żelaza (od 2 do 4%), przy czym duanni jest naturalną mieszaniną innych glin z lüni, jest to jednak bardzo wąska grupa, dla której mało jest badań w rzetelnych czasopismach naukowych, dlatego w dalszej części skupiam się na glinach o wysokiej zawartości żelaza, które stanowią zdecydowaną większość.
glina zhuni w muzeum ceramiki w Yixing
Podczas wypału ceramiki z takiej gliny, najpierw w temperaturze około 250℃ następuje utrata związanej wody, w temperaturze około 1050℃ powstają nowe fazy krystaliczne. W tym procesie, ważne jest to, że zisha średnio zawiera mniej alkalicznych tlenków litowców i berylowców (K2O + Na2O + MgO + CaO), niż masa używana do produkcji porcelany lub terakoty (tu autorzy używają słowa „pottery”, które generalnie odnosi się do ceramiki wypalanej w niższych temperaturach i przez to porowatej, ale uważam, że synonim terakota jest jak najbardziej pasujący). Wysoka temperatura powoduje również rozkład tlenku żelaza(III) do tlenku żelaza(II), który może tworzyć krzemiany o niskiej temperaturze topnienia, których obecność zwiększa trwałość mechaniczną czajniczków. Podczas wypału powstające gorące ciekłe krzemiany mogą się różnić lepkością – obecność wspomnianych tlenków zmniejsza lepkość, zaś tlenki żelaza zwiększają. Jeżeli zawartość tlenków alkalicznych jest mniejsza albo temperatura wypału niższa, jak to jest w przypadku terakoty, to powstająca ciecz nie może zapełnić wszystkich porów w wyniku czego powstaje ceramika porowata, odwrotnie jest z porcelaną, gdzie wysoka temperatura zapewnia powstanie niskoporowatej ceramiki.
W kontekście porowatości warto też wspomnieć metodę produkcji czajniczków yixing, ponieważ nie są one toczone na kole garncarskim, lecz zbudowane z elementów (plastrów, wałeczków itp.) kształtowanych przez ich obijanie, które następnie są dopasowywane za pomocą narzędzi. Ciągłe obijanie powoduje, że większe cząsteczki gliny przemieszczają się do wewnątrz glinianych elementów, z których budowane są czajniczki, dodatkowo wygładzając powierzchnię oraz zapewniając nietypowy rozkład porów w strukturze czajniczka. Jak już było wspomniane, najbardziej porowate są wyroby ceramiczne wypalane w niższej temperaturze (aż do 19%), zaś porcelana ma porów najmniej (średnio około 2,5%), ceramika wykonana z zisha znajduje się pomiędzy tymi skrajnościami, mając średnio porowatość ok. 10-12%. Przypadek zisha jest tu dobrym przykładem tego, jak ważny jest wybór metody badań oraz dobra analiza uzyskanych wyników. Porowatość zisha w odróżnieniu od porcelany nie jest jednorodna – zewnętrzna część ma porowatość od 5 do 9%, pory te są małe i okrągłe, równomiernie rozmieszczone, w części środkowej porowatość się zwiększa do 9–14%, a pory przyjmują kształt małych linii. Pory wewnętrzne z kolei nie mają regularnej struktury, są nierównomiernie rozmieszczone i zajmują aż do 15-17% objętości. Porowatość czajniczków i innych materiałów najczęściej bada się z użyciem rtęci albo metody opartej na teorii BET (Brunauer–Emmett–Teller). W metodzie rtęciowej bada się wnikanie rtęci do porów, zaś teoria BET opisuje wiązanie cząsteczek gazu na powierzchni, co, z kolei, przy pewnych modyfikacjach pozwala obliczyć powierzchnię właściwą i porowatość materiału. Przy użyciu metody rtęciowej czajniczki yixing mają najniższą porowatość w porównaniu do terakoty i porcelany, natomiast, przy użyciu BET zisha znajduję się pomiędzy terakotą i porcelaną, która ma w tych eksperymentach najniższą porowatość. W przypadku czajniczków, oprócz różnic w porowatości, ciekawy jest fakt, że zawartość żelaza w porach jest wyższa. Może ono występować zarówno w formie bezpostaciowej, jak i w formie kryształków hematytu. Te różnice mogą mieć bardzo istotny wpływ na właściwości czajniczka – z jednej strony, dla formy bezpostaciowej pory będą tworzyć gładkie ścianki, zaś w przypadku hematytu będą tworzyły niejednorodną strukturę i zwężały pory. Konsekwencją tego jest to, że rtęć (i w pewnym stopniu woda) nie mogą przenikać przez pory, natomiast dla gazu nie stanowi to problemu. Podczas parzenia herbaty dzieją się bardzo podobne rzeczy, czajniczek może oddychać, jednocześnie nie absorbując dużych ilości wody.
Dodatkowo porowatość ma też wpływ na podstawowe parametry ceramiki. Obecność porów działa jak termos, zmniejszając przewodność cieplną, jednocześnie czyniąc czajniczki idealnymi naczyniami do parzenia tych herbat, które lepiej się parzy w wysokiej temperaturze, jak np. herbaty oolong i pu’er. Większa porowatość warstwy wewnętrznej pozwala też niektórym związkom z herbaty przechodzić do czajniczka, albo też odwrotnie, niektórzy uważają, że glina, posiadając właściwości jonowymienne (podobne do tych u wkładów do dzbanków filtrujących), może wpływać na skład naparu. Zagadnienie to nie było szeroko omawiane w literaturze, ale naukowcy z Graduate Institute of Biotechnology i School of Medicine, Taipei Medical University na Tajwanie, w 2017 roku dość dokładnie przyjrzeli się temu zjawisku.
Żeby sprawdzić jak rodzaj naczynia do parzenia wpływa na zawartość związków w naparze zostały porównane naczynia z plastiku, szkła, ceramiki, stali nierdzewnej, czajniczki yixing z gliny zhuni oraz, jak to nazywają autorzy, gliny zisha. Pojęcie to najczęściej odnosi się do wszystkich glin z okolicy Yixing, więc tu może się odnosić do każdej gliny, albo autorzy po prostu nie do końca byli pewni. Alternatywne może to być skrót myślowy dla gliny zini, jako najbardziej rozpowszechnionej, ale w kontekście całego badania to raczej jest mniej ważne.
Herbatą użytą do porównania był świeży tajwański oolong z Lugu, który był zaparzany wodą dejonizowaną w szkle laboratoryjnym (20 g herbaty na 1 litr wody) i później trzymany w każdym z naczyń przez 5 minut. Autorów najbardziej interesował wpływ na zawartość polifenoli, ale wraz z tym została też przeanalizowana zawartość aminokwasów, minerałów oraz innych związków. W przypadku polifenoli najlepiej wypada czajniczek zisha, jednak tylko trochę się różni od zawartości w ceramicznych i plastikowych naczyniach, natomiast w przypadku kofeiny najwięcej zostało wykryte w plastikowych naczyniach, a najmniej w czajniczkach zisha i zhuni. Dla rożnych lotnych związków, które odpowiadają za smak i zapach różnica nie jest bardzo znacząca, jednak generalnie czajniczki yixing mają, przez swoją porowatość, tendencję do lekkiego obniżenia stężenia lotnych związków. Szkoda, że autorzy nie parzyli herbaty bezpośrednio w naczyniach, bo to zapewne miałoby dość istotny wpływ, choć też i utrudniałoby analizę wyników, ale być może w przyszłości zobaczymy i taki artykuł.
Teraz przechodzimy do części, którą uważam za najciekawszą, bo zawsze, kierując się ogólną wiedzą, byłem zwolennikiem teorii tego, że gliniane nieszkliwione czajniczki mogą oddawać do naparu zawarte w glinie minerały, jednak wyniki pokazują ciekawe wnioski. Przy traktowaniu naczyń wodą podwójnie destylowaną, wszystkie naczynia uwalniają podobna ilość minerałów – około 2 ppm (części na milion), natomiast dla herbaty otrzymane wyniki choć nie były istotne statystycznie, czyli jest duże prawdopodobieństwo, że nie ma znaczących różnic pomiędzy naczyniami, to warto wciąż się przyjrzeć nawet takim wynikom. Mianowicie, czajniczek zisha miał najmniej minerałów (94 ppm), na drugim miejscu lokuje się zhuni (107 ppm), a najwięcej minerałów ma naczynie plastikowe (164 ppm). Z tych minerałów najwięcej przypada na potas, który odpowiada prawie za 94% obecnych minerałów, dodatkowo porównanie ze szkłem sugeruje, że w przypadku czajniczków yixing mamy do czynienia z transferem jonów z naparu do gliny. Niestety nie zostało określone, jak taki przepływ wpływa na napar, ale tu są potrzebne dodatkowe badania, które, niestety, są czasochłonne, a niska popularność podobnych badań wcale nie zachęca naukowców do ich przeprowadzenia.
W 2015 roku ci sami naukowcy zbadali też proces powstawania powłoki błyszczącej, czyli patyny, na zewnętrznych ściankach czajniczków yixing. Analizowane były prawdopodobnie te same czajniczki zhuni i zisha, znów użyto tajwańskich oolongów – świeżego i leżakowanego. Czajniczki przed badaniem były płukane acetonem, żeby usunąć wszystkie obecne na powierzchni związki. Herbaty było parzone raczej mniej, niż zwykle to ma miejsce przy takich czajniczkach – 2 g na 100 ml, ale za to napar był pozostawiony w czajnikach na 3 godziny. Taki parzenie było powtarzane 10 razy w tygodniu przez 6 miesięcy, czyli całkiem niedługo, jak na wiek życia czajniczka. Po tych czynnościach powłoka na czajnikach była poddana analizie.
wraz z użytkowaniem czajniczki yixing nabierają połysku
Bez względu na to, że lotne związki organiczne dwóch rodzajów oolongów dość znacząco się różniły, to powłoki na czajniczkach wyglądają bardzo podobnie. Zawsze są hydrofobowe, najwięcej zawierają nasyconych kwasów tłuszczowych (palmitynowy i stearynowy) i węglowodorów, ale też kofeinę. Świeże liście herbaty są bogate w kwas palmitynowy, ale też w inne nienasycone kwasy tłuszczowe. W procesie produkcji oolongów dochodzi do utlenienia kwasów nienasyconych do nasyconych, które później osiadają na zewnętrznej powierzchni czajników. Natomiast kwasy nienasycone mogą oddziaływać z wodą i nie pozostają na czajniczku. Dodatkowo, mimo tego że leżakowane, kilkakrotnie prażone oolongi zawierają dużo związków azotu (2-formylopirol, N-etyloimid kwasu bursztynowego itd.), którym zawdzięczają swój smak i aromat, to związki te bardzo łatwo są wypłukiwane wodą i nie zostają w czajniczkach. Więc najprawdopodobniej, mimo różnic pomiędzy herbatami, powłoki na czajniczkach zawsze będą prawie identyczne.
…
Anton Siomchen
sierpień 2023
Źródła:
• https://www.teapotandtea.com/
• https://www.zisha.com/knowledge/
• https://mudandleaves.com/
• Juan Wu, Tiejun Hou et al. An analysis of the chemical composition, performance and structure of China Yixing Zisha pottery from 1573 A.D. to 1911 A.D.
• Liao ZH et al. Effect of teapot materials on the chemical composition of oolong tea infusions
• Yu Lin et al. The compositions and pore structures of Benshanzhu Zisha ceramic
• Tse-YuChung et al. Analysis of lipophilic compounds of tea coated on the surface of clay teapots
