ใบชาปล่อยรสออกมาอย่างไร: ฟิสิกส์ของการสกัด 浸出

กองบรรณาธิการ · 25 ตุลาคม 2026 · 7 นาทีในการอ่าน

ชาไม่ละลายอย่างน้ำตาล สารต่าง ๆ ค่อย ๆ ออกจากใบที่พองตัวอย่างช้า ๆ ความช้านี้เองที่กำหนดว่าน้ำควรร้อนแค่ไหน แช่นานเท่าใด และทำไมชาจึงชงเป็นหลายน้ำ

ใส่น้ำตาลลงในน้ำ ไม่กี่วินาทีก็หายไป ชาไม่เป็นเช่นนั้น ใบพองตัวและสีเข้มขึ้น แต่ถ้วยชาต้องใช้เวลาหลายนาทีกว่าจะเข้มข้น สารให้รสอยู่ภายในเซลล์ และตราบที่น้ำยังไม่ซึมไปถึงและสารยังไม่ออกมา น้ำชาก็ยังจางอยู่

นักเคมีวัดการชงชาในห้องทดลอง และภาพที่ได้อธิบายคำแนะนำที่มักบอกแยกกันไปทีละข้อ คืออุ่นกาก่อน ปรับอุณหภูมิ และชงน้ำแรก ๆ ให้สั้นลง

ในถ้วยเกิดอะไรขึ้น

ใบแห้งดูดน้ำและพองตัวก่อน แล้วสารที่ละลายจึงเริ่มไหลออกมาในปริมาณที่เห็นได้ ในชั้นเศษใบชา การพองตัว 70–75% เกิดขึ้นในช่วง 40–45 วินาทีแรก น้ำอุ่นขึ้น การพองตัวก็มากขึ้น ปริมาตรของชั้นอนุภาคขนาด 2.2 มม. เพิ่มขึ้น 38% ที่ 60 °C และ 64.7% ที่ 80 °C ดังนั้นการชงทุกครั้งมีช่วงหน่วง ถ้าใช้น้ำร้อน 15–20 วินาทีแรกหมดไปกับการทำให้เปียกและพองตัว และที่ 70 °C ใช้เวลามากกว่า 22 วินาที

จากนั้นสารจะออกมาด้วยการแพร่ ความเข้มข้นในน้ำชาเพิ่มเร็วก่อน แล้วค่อย ๆ ช้าลง และเข้าใกล้จุดสมดุลที่ขึ้นอยู่กับว่าสารแต่ละชนิดแบ่งตัวระหว่างใบกับน้ำอย่างไร นักวิจัยอธิบายด้วยสมการอันดับหนึ่ง คือยิ่งอยู่ห่างจากสมดุล การสกัดยิ่งเร็ว

คอขวดคือเส้นทางภายในใบ คาเฟอีนเคลื่อนผ่านใบที่พองตัวช้ากว่าในน้ำเปล่า 96–132 เท่า เพราะเหตุนี้การคนชาใบจึงแทบไม่เปลี่ยนอะไร ในการทดลองด้วยจานหมุนที่ 80 °C อัตราการสกัดไม่ขึ้นกับว่าจานหมุนเร็วแค่ไหน ด้านนอกมีน้ำนิ่ง ๆ ก็พอ ทุกอย่างตัดสินกันภายในใบ

อุณหภูมิ: ตัวแปรหลัก

ในการทดลองของ Spiro และคณะ¹ ค่าคงที่อัตราของคาเฟอีนที่ออกจากชาเขียว Chun Mee เพิ่มขึ้น 5.6 เท่า จาก 0.21 min⁻¹ ที่ 63 °C เป็น 1.17 ที่ 92 °C ครึ่งเวลา (เวลาที่สารครึ่งหนึ่งของปริมาณสุดท้ายออกมา) ลดจากราว 3.3 นาทีเหลือ 36 วินาที ชาแดงอัสสัมต่างกันน้อยกว่า คือ 0.29 ที่ 70 °C และ 0.63 ที่ 90 °C

อุณหภูมิมีผลกับชาเขียวมากกว่าชาแดง พลังงานกระตุ้นของการสกัดคาเฟอีนอยู่ที่ราว 62 kJ/mol สำหรับชาเขียว เทียบกับ 40 สำหรับชาแดง พูดง่าย ๆ ใบชาเขียวไวต่ออุณหภูมิทุกองศามากกว่า เพราะเช่นนี้ ชาเขียวจึงขมเร็วเมื่อเจอน้ำเดือด และคลี่ตัวนุ่มนวลในน้ำที่เย็นกว่า

ยังมีเหตุผลที่สอง คือสารแต่ละชนิดตอบสนองต่ออุณหภูมิไม่เหมือนกัน คาเทชินแกลโลอิลซึ่งฝาดที่สุดแทบไม่ออกในน้ำเย็น ขณะที่กรดอะมิโนและคาเทชินอิสระออกมาได้ไม่ว่าน้ำจะเป็นอย่างไร ในการทดลองของญี่ปุ่นกับคีวสุ (3 กรัมต่อน้ำ 200 มล. นาน 2 นาที) น้ำชาที่ 20 และ 50 °C ได้รับการประเมินว่าจืดเกินไป และที่ 20 °C คาเทชินแกลโลอิลแทบไม่ถูกสกัดออกมาเลย ส่วนความฝาดต่างจากความขมอย่างไร เคมีของโพลีฟีนอลอธิบายไว้

นี่คือที่มาของอุณหภูมิที่ใช้กันตามปกติสำหรับแต่ละประเภท ชาขาวชงที่ 85–90 °C ชาเขียวบอบบางใช้น้ำเย็นลงอีกหน่อย ส่วนชาอูหลงและชาเฮยฉาที่ใบแน่นทนน้ำเดือดได้

ขนาดใบและเวลา

ใบยิ่งเล็ก เส้นทางจากข้างในออกข้างนอกยิ่งสั้น ค่าคงที่อัตราแปรผกผันกับกำลังสองของความหนา ใบที่บางลงครึ่งหนึ่งจึงปล่อยรสเร็วขึ้นประมาณสี่เท่า ในชาแดง CTC (เม็ดและใบแตก) อัตราเพิ่มขึ้น 2.2 เท่าเมื่ออนุภาคเล็กลงจาก 850–1000 เหลือ 500–600 ไมครอน

มาตรฐานก็สะท้อนเรื่องนี้ ISO 3103 ซึ่งใช้ในการชิม กำหนดใบชา 2 กรัมต่อน้ำเดือด 100 มล. ชาแดง 6 นาที ชาเขียวใบเต็ม 5 นาที และชาเศษป่นของชาเขียว ซึ่งเป็นเกรดใบแตกชิ้นเล็ก 3 นาที มาตรฐาน GB/T 23776 ของจีนให้ชาอูหลงที่ม้วนเป็นเม็ด 6 นาที และชาอูหลงแบบเส้น 5 นาที เพราะใบที่แน่นต้องใช้เวลาคลี่ตัว ส่วนการชงในไกวั่น มาตรฐานเดียวกันนี้กำหนดให้แต่ละน้ำนานกว่าน้ำก่อนหน้า (2, 3 และ 5 นาที) เพราะใบค่อย ๆ หมดแรง

ในชาซอง ค่าคงที่อัตราต่ำกว่าชาใบ 29% เพราะชั้นอนุภาคที่อัดแน่นขัดขวางการพองตัว ดังนั้นในการชงแบบตะวันตก ชาซองต่างจากชาใบ ตรงที่คนหรือจุ่มขึ้นลงแล้วชงได้เร็วขึ้น

ลำดับที่สารออกมา

สารไม่ได้ออกมาพร้อมกันทั้งหมด กรดอะมิโน รวมถึงธีอะนีน ออกเร็วที่สุด คาเฟอีนและคาเทชินอิสระตามมา ส่วนคาเทชินแกลโลอิลช้ากว่าใครเพื่อน ดังนั้นน้ำแรกที่ชงสั้นจึงนุ่มและหวานอ่อน ๆ (ธีอะนีนและอูมามิ) ส่วนน้ำที่ชงนานจะเพิ่มความฝาด

อย่างไรก็ตาม เอกสารวิชาการไม่ได้ให้ลำดับเดียวตายตัว งานบางชิ้นพบว่าคาเฟอีนแซงโพลีฟีนอล บางชิ้นพบว่าไปพร้อมกัน ขึ้นกับชา อุณหภูมิ และเวลา ที่แน่นอนมีเพียงสองปลาย คือกรดอะมิโนออกก่อน คาเทชินชนิดเอสเทอร์ออกหลังสุด

การชงหลายน้ำจึงชนะการชงน้ำเดียว ถ้าแช่ยาวครั้งเดียว ความเข้มข้นในน้ำเพิ่มขึ้นและช่องว่างระหว่างใบกับน้ำแคบลง น้ำใหม่เปิดช่องว่างนั้นอีกครั้ง และการสกัดกลับมาเร็วเท่าเดิม ในการทดลองของ Yang และคณะ (แปดน้ำ น้ำละ 30 วินาที) การชงสั้น ๆ รวมกันได้สารมากกว่าการแช่ยาวครั้งเดียวที่ใช้เวลารวมเท่ากัน ยิ่งไปกว่านั้น ใบที่พองตัวแล้วยังให้น้ำผ่านได้ง่ายขึ้น

น้ำที่สองของชาเขียวไม่ได้ว่างเปล่า ในตัวอย่าง 17 ชนิด มีคาเทชินแกลโลอิล 96–106% ของน้ำแรก คาเฟอีน 83% และธีอะนีน 58% ในชาผู่เอ๋อร์ดิบปิงเต่า โพลีฟีนอลยังออกมาตลอด 14 น้ำ ขณะที่คาเฟอีนลดลง 40% หลังน้ำที่เจ็ด น้ำที่สามถึงเจ็ดอร่อยที่สุด

วิธีชงเซ็นฉะที่คนญี่ปุ่นทำกันทั่วไปก็ตั้งอยู่บนเรื่องนี้ น้ำแรก 60 วินาที น้ำที่สองและสามน้ำละ 10 วินาที ใบที่พองตัวแล้วปล่อยสารได้เร็ว และถ้ารอนานกว่านั้นก็มีแต่ความฝาดที่เพิ่มขึ้น

แล้วควรทำอย่างไร

อุ่นภาชนะ น้ำในกาเย็นลงเร็วกว่าที่คิด ในการทดลองของ อากิระ โฮโจ น้ำเดือดในกาขนาด 100 มล. ที่ไม่ได้อุ่นลดเหลือ 79 °C ภายในหนึ่งนาที และในกา 300 มล. เหลือ 85 หลังอุ่นครั้งเดียว 10 วินาที ค่าที่วัดได้ขึ้นเป็น 81.5 และ 89 °C หลังอุ่นสองครั้งเป็น 89 และ 91 นี่เป็นการทดลองที่บ้าน ไม่ใช่ในห้องทดลอง แต่เห็นลำดับขนาดชัดเจน อ่านเพิ่มเติมเรื่องการอุ่นกา

รินให้ทันเวลาและให้หมด ใบที่ทิ้งไว้ในน้ำเล็กน้อยจะปล่อยสารต่อไป เหยือกแบ่งชาช่วยให้เทน้ำชาออกจากภาชนะชงได้หมดในครั้งเดียว จางหยวนแห่งสมัยหมิง ผู้เขียนบันทึกว่าด้วยชา รู้อยู่แล้วว่าจังหวะสำคัญ ถ้ารินเร็วเกินไป “วิญญาณของชายังไม่เปิด” ถ้าช้าเกินไป “กลิ่นหอมละเอียดก็จางไปแล้ว”

ใช้น้ำใหม่ทุกน้ำ กงฟูฉาทำงานอย่างนี้ ใบชามาก ภาชนะเล็ก ชงสั้น ๆ ส่วนจะใช้ใบชาเท่าไร ดูคู่มืออัตราส่วนใบชา และการเลือกน้ำ ดูคู่มือเรื่องน้ำ

รินน้ำจากที่สูง ในกงฟูฉาแบบแต้จิ๋ว รินน้ำเดือดจากที่สูงให้สายน้ำกระทบใบชาเพื่อช่วยให้ใบคลี่ตัว นี่เป็นความเคยชินของผู้ชำนาญ ไม่มีข้อมูลจากห้องทดลองที่แสดงว่าช่วยให้สกัดเร็วขึ้น

ความเชื่อผิด ๆ เรื่องเวลาและคาเฟอีน

“ล้างชา 30 วินาทีขจัดคาเฟอีนไป 80%” คนชอบพูดประโยคนี้ ในงานของ Hicks และคณะ² ใบชาชุดเดียวกันถูกชงสามครั้ง ครั้งละ 5 นาที ด้วยน้ำเดือดใหม่ เฉลี่ยจากชาหกชนิด น้ำแรกปล่อยคาเฟอีน 69% น้ำที่สอง 23% น้ำที่สาม 8% ของยอดรวมสามน้ำ งานวิจัยไม่ได้วัดที่ 30 วินาที ตัวเลขราว 9% เกิดขึ้นภายหลังจากการประมาณค่าของ Nigel Melican ดังนั้น 80% ในครึ่งนาทีจึงไม่ได้มาจากข้อมูลเหล่านี้

“ชาเย็นไม่มีคาเฟอีน” มี ในการทดลองของญี่ปุ่นที่ 20 °C คาเฟอีนออกมากกว่า 70% ภายใน 20 นาที และที่ 5 °C ราว 36% ในช่วง 10 นาทีแรก ในถ้วยจะได้คาเฟอีนเท่าใด และการสกัดเย็นทำงานอย่างไร มีเขียนไว้แยกต่างหาก

“ยิ่งนาน ยิ่งได้คาเทชินมาก” ในชาเขียวตุรกีที่ 85 °C เอพิคาเทชินออกมาต่อเนื่อง 3–5 นาที แล้วลดลง เมื่อถูกความร้อนนาน คาเทชินบางส่วนเปลี่ยนไปเป็นไอโซเมอร์ที่เป็นภาพสะท้อนในกระจกของตัวมันเอง