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技術(shù)文章

茶葉真空冷凍干燥機(jī)及其應(yīng)用效果
         作者：權(quán)啟愛(ài)；
                          機(jī)構(gòu)：中國(guó)農(nóng)業(yè)*茶葉研究所
                          關(guān)鍵詞：真空冷凍干燥機(jī)；茶葉加工；升華干燥；制冷系統(tǒng)；加熱系統(tǒng)

  廣東省梅州市永利機(jī)械設(shè)備實(shí)業(yè)有限公司研制生產(chǎn)的DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機(jī)（圖1），近兩年在茶葉加工中逐步獲得普遍應(yīng)用，本文特對(duì)其作業(yè)原理、主要結(jié)構(gòu)、使用操作和在茶葉加工中的使用效果作簡(jiǎn)單介紹。 
  一、工作原理。將適當(dāng)加工階段的茶葉加工葉，送人茶葉真空冷凍干燥機(jī)的真空冷凍干燥室內(nèi)，先預(yù)冷至一18℃一10℃，然后在高真空狀態(tài)下進(jìn)行有限加熱，使加工葉中所含水分直接由固態(tài)冰升華為氣態(tài)的水蒸氣被蒸發(fā)，達(dá)到除去水分而干燥的目的。由于茶葉在真空冷凍干燥過(guò)程中，茶條內(nèi)外溫度始終控制在較低狀態(tài)下，香氣物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分獲得zui大限度保留，能使干燥后的成茶保持原汁原味，色澤綠翠鮮艷，色、香、味、形良好。并且干燥均勻、充分，干茶的含水率甚至可達(dá)3%以下，顯著提高了茶葉加工品質(zhì)和延長(zhǎng)了產(chǎn)品保質(zhì)期。同時(shí)，因茶葉中的水分在蒸發(fā)干燥前已被凍結(jié)，升華蒸發(fā)后在茶葉內(nèi)部留下很多肉眼幾乎難于看到的海綿狀微孔，成茶沖泡時(shí)，水分將很容易浸人茶葉微孔，利于有效成分的溶出。統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和儀表與控制系統(tǒng)等組成。
                                          
  二、主要結(jié)構(gòu)。茶葉真空冷凍干燥機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由真空干燥室、真空系輻射加熱板采用內(nèi)部有油質(zhì)媒體環(huán)流的多層薄箱式擱板結(jié)構(gòu)，由經(jīng)特殊處理的金屬材料一次擠壓成型，有良好的遠(yuǎn)紅外線發(fā)射特性，加熱溫度均勻。加熱板上方有茶葉盤(pán)導(dǎo)軌，作業(yè)時(shí)放置盛有加工葉的茶葉盤(pán)。茶葉盤(pán)邊框和篩網(wǎng)均由不銹鋼材料制成，可以從干燥室內(nèi)沿導(dǎo)軌方便放人和抽出。冷阱用不生銹工業(yè)硬質(zhì)合金管制造，裝于圓形真空干燥室兩側(cè)部位，主要作用是冷凝干燥過(guò)程中從冰中升華出來(lái)的水蒸氣，結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)練實(shí)用。
  1.真空干燥室。真空干燥室（圖2）是一只用鋼板焊制而成的耐真空容器，為實(shí)施茶葉干燥的場(chǎng)所。干燥室內(nèi)置有輻射加熱板及位于兩側(cè)的冷阱。一端裝有可供開(kāi)啟關(guān)閉的端蓋（干燥箱門(mén)），上有保證關(guān)閉密封的密封條。真空干燥室結(jié)構(gòu)緊湊，容量大，使用方便。永利真空冷凍干燥機(jī)之所以能在茶葉加工中獲得較普遍推廣使用，很大程度上得益于真空干燥室享有的特殊設(shè)計(jì)。


  2 .真空系統(tǒng)。真空系統(tǒng)由一臺(tái)高性能真空泵組及電磁真空充氣閥門(mén)組成，是真空干燥室維持真空的核心部件，正是由于干燥室所維持的真空狀態(tài)，降低了冷凝冰的升華溫度，使茶葉有效成分zui大保留。
  3.加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)由電熱箱、輻射加熱板、特制的耐高溫油泵和作為內(nèi)部環(huán)流媒體的導(dǎo)熱油組成。導(dǎo)熱油在密閉系統(tǒng)中環(huán)流，不會(huì)有損耗，溫度由程序控制器自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。為**起見(jiàn)，加熱系統(tǒng)設(shè)有zui高溫度限制裝置，永利真空冷凍干燥機(jī)出廠時(shí)設(shè)定在120℃。
  4.制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)由特殊設(shè)計(jì)的半封閉壓縮冷凝機(jī)組和膨脹閥等組成，制冷能力與冷阱需求相匹配，特別適合于低溫狀態(tài)下工作。根據(jù)不同需要可分別配備單級(jí)壓縮機(jī)組、雙級(jí)壓縮機(jī)組和復(fù)疊式制冷壓縮機(jī)組等。
  5.儀表和控制系統(tǒng)。DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機(jī)的儀表和控制系統(tǒng)，由一套工業(yè)控制電器和儀表組成，能方便升級(jí)到電腦或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。儀表共有3塊，一塊是溫度控制儀，作用是用來(lái)控制輻射加熱板的溫度；**是多路溫度顯示儀，共有4個(gè)點(diǎn)的溫度顯示，其中兩個(gè)為冷阱溫度顯示，兩個(gè)為茶葉葉溫顯示，茶葉測(cè)溫探頭就埋在被 干燥的茶葉中，這4只溫度儀只作顯示，供操作時(shí)參考，不作控制用。此外尚有1只真空表，主要用于檢查干燥箱門(mén)關(guān)閉是否嚴(yán)密。
  6.茶葉真空冷凍干燥機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。永利DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機(jī)有多種規(guī)格，據(jù)了解，機(jī)器價(jià)格僅為國(guó)外同等產(chǎn)品價(jià)格的25%左右。系列中各種規(guī)格機(jī)器的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇，目前生產(chǎn)中使用較多的為DSTDG3、6、10型等。表中提供的機(jī)器估算價(jià)系根據(jù)目前部分機(jī)器銷(xiāo)售價(jià)格狀況預(yù)估，僅供參考。
  三、操作使用
  1.開(kāi)機(jī)前的準(zhǔn)備。首先要檢查排水閥門(mén)是否關(guān)閉，檢查制冷壓縮機(jī)及真空泵的油位和電源電壓是否正常，合上電源開(kāi)關(guān)，察看儀表顯示是否正常。
  2.操作流程。待干燥茶葉一裝盤(pán)一逐盤(pán)放入真空干燥室一關(guān)閉干燥室門(mén)一開(kāi)啟制冷一開(kāi)啟真空一開(kāi)啟油泵一開(kāi)啟電加熱一設(shè)定溫度-設(shè)定時(shí)間一干燥結(jié)束一停止真空泵一停止電加熱一停止油泵-放氣解除真空一出茶一化霜一進(jìn)行下輪作業(yè)。
  3.茶葉的凍結(jié)及進(jìn)料。物料的凍結(jié)有兩種方式，一是利用冷庫(kù)或低溫冰箱對(duì)所需干燥的茶葉進(jìn)行預(yù)凍結(jié)，預(yù)凍結(jié)至一20℃左右（必須低于-16℃），并維持2h以上。二是直接利用真空冷凍干燥機(jī)對(duì)所需干燥的茶葉進(jìn)行預(yù)凍結(jié)。使用表明，利用*種方式進(jìn)行預(yù)凍結(jié)，成茶品質(zhì)還稍好于后者，同時(shí)使用真空冷凍干燥機(jī)直接對(duì)待加工的茶葉進(jìn)行預(yù)凍結(jié)，占用機(jī)器的時(shí)間也長(zhǎng)。所以如條件允許，建議盡可能用前一種方式進(jìn)行預(yù)凍結(jié)，這就是在廣東梅州及潮、汕茶區(qū)使用永利真空冷凍干燥機(jī)進(jìn)行茶葉加工的企業(yè)，同時(shí)還裝備低溫冷凍冰柜的原因。茶葉預(yù)凍結(jié)的具體操作方法在下面結(jié)合升華干燥介紹。
  4.茶葉升華干燥。兩種預(yù)冷方式預(yù)凍結(jié)的茶葉，預(yù)凍結(jié)和升華干燥按以下方式進(jìn)行操作。（l）冷庫(kù)或低溫冰箱預(yù)凍結(jié)茶葉的升華干燥操作在放人凍結(jié)的預(yù)冷葉前，先開(kāi)啟真空冷凍干燥機(jī)的制冷機(jī)組，將冷阱溫度降至一20℃以下，時(shí)間1}15~，然后快速逐層預(yù)凍結(jié)茶葉，注意放人過(guò)程時(shí)間越短越好，以防止預(yù)凍結(jié)茶葉化凍，關(guān)閉真空冷凍干燥機(jī)的箱門(mén)，并立即開(kāi)啟真空泵，用手稍推壓箱門(mén)，確認(rèn)真空表的指針有降低時(shí)方可松手，約10min，真空表指針達(dá)到一IMPa，開(kāi)始加熱，進(jìn)行升華干燥。（2）真空冷凍干燥機(jī)直接預(yù)凍結(jié)茶葉的升華干燥操作將需干燥茶葉逐盤(pán)放人真空冷凍干燥機(jī)干燥室，開(kāi)始對(duì)冷阱制冷，待冷阱溫度達(dá)到-30℃時(shí)，開(kāi)啟真空泵，用手稍推壓箱門(mén)，確認(rèn)真空表的指針有降低時(shí)方可松手。抽真空一段時(shí)間后冷阱表面溫度將會(huì)上升，待上升到一巧℃時(shí)，關(guān)閉真空泵，應(yīng)特別注意對(duì)溫度進(jìn)行觀察監(jiān)視和及時(shí)關(guān)閉真空泵，否則會(huì)引起機(jī)器的損壞，這樣如此反復(fù)，直到茶葉溫度達(dá)到-20℃以下并維持一段時(shí)間（約30min），預(yù)凍結(jié)即告結(jié)束。不論是用哪一種方式對(duì)加工葉進(jìn)行預(yù)冷凍，在升華加熱干燥過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)注意輻射板溫度、真空度、冷阱溫度、物料溫度等，一般情況下應(yīng)掌握輻射板溫度不超過(guò)120℃，冷阱溫度不高于-18℃，物料溫度不超過(guò)40℃；加熱過(guò)程中要注意油箱油位不低于紅線標(biāo)志，過(guò)低應(yīng)查明原因并補(bǔ)加。干燥過(guò)程當(dāng)達(dá)到物料與加熱板溫度基本趨向一致并保持一段時(shí)間，或者干燥室真空度及冷阱溫度回復(fù)到空載時(shí)的指標(biāo)并保持一段時(shí)間，即可認(rèn)為升華干燥終了，這兩點(diǎn)可用于單獨(dú)判定，也可合并判定。
  5.出料化霜。干燥終了，先關(guān)閉制冷機(jī)組，再關(guān)真空泵，然后開(kāi)啟破真空閥破真空，待真空完全破除，即可打開(kāi)箱門(mén)將干燥室內(nèi)的茶盤(pán)取出，完成出料。出料后即開(kāi)啟干燥箱體下的放水閥，這時(shí)方可用水灑澆冷排管，讓冷排管上的結(jié)霜層完全溶化掉，表1永利DS珊G系列茶葉真空冷凍干燥機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)、規(guī)格茶葉盤(pán)面積（mZ）冷阱zui低溫度（℃）zui大加工能力（干茶）裝機(jī)總功率（kw）熱源及加熱板形式加熱板溫度（℃）系統(tǒng)極限真空度（Pa）向物料的供熱方式每次干燥時(shí)間（h）機(jī)器估算價(jià)（萬(wàn)元）DSTDGesZ 2.0一3515kg/次7 .5電、薄箱式室溫~120 l5輻射6~8 30DSTDG一3 3 .6一3530kg/次120電、薄箱式室溫一120 l5輻射6~8 5 .0DSTDG一6 6 .0一3545kg/次16.0電、薄箱式室溫、120 l5輻射6~8 6 .0DSTDG一10 10.0一3575kg/次20.0電、薄箱式室溫一120 l5輻射6、8 10.0DSTDG一20 20.0一35150kg/次30.0電、薄箱式室溫一120 l5輻射6~8 18.0以便下次開(kāi)機(jī)作業(yè)。
  四、應(yīng)用效果。福建農(nóng)林大學(xué)茶葉研究所的葉乃興副研究員等，于2006年在國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展了真空冷凍干燥機(jī)應(yīng)用于烏龍茶加工方面的研究和實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將鮮葉進(jìn)行往返3次的搖青和晾青，然后殺青、初揉和包揉、初烘，而獲得預(yù)處理樣。將預(yù)處理樣進(jìn)行烘干即獲得烘干茶；直接進(jìn)行-10℃的冷凍即獲得冷凍茶；進(jìn)行真空冷凍干燥而獲得真空凍干茶。綜合評(píng)價(jià)認(rèn)為真空凍干茶品質(zhì)，冷凍茶略?xún)?yōu)于烘干茶。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，在3種干茶產(chǎn)品中，真空凍干茶的外形緊結(jié)程度也，觀察表明烘干茶在干燥過(guò)程中，包揉形成的顆粒有展開(kāi)現(xiàn)象，從而使成茶顆粒較松散；而真空冷凍干燥時(shí)，包揉后的茶葉顆粒則呈收縮狀，從而利于成茶顆粒的緊結(jié)，這樣使顆粒狀的烏龍茶可減少1/4左右的包揉次數(shù)。干茶一香氣馥郁清高、花香顯冷凍茶一香氣濃郁，花香濃烘干茶一香尚高，尚純正湯有香，味醇厚一黃綠明亮湯有香，味尚醇一橙黃欠亮味醇厚，爽口l清澈黃亮廣西桂林茶葉研究所副研究員劉玉芳、楊春等，zui近使用梅州永利機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的茶葉真空冷凍干燥機(jī)組進(jìn)行了“烏龍茶迅速脫水干燥保香工藝技術(shù)研究”。研究結(jié)論認(rèn)為，在烏龍茶真空冷凍干燥與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥工藝的對(duì)比試驗(yàn)中，使用真空冷凍機(jī)進(jìn)行真空冷凍干燥制作的烏龍茶香氣鮮靈濃郁，滋味醇爽，湯色黃綠明亮，品質(zhì)優(yōu)良，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥產(chǎn)品。安徽一家名優(yōu)綠茶企業(yè)，配備江蘇宜興鼎新微波設(shè)備公司生產(chǎn)的微波殺青機(jī)和永利DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機(jī)等設(shè)備，組成生產(chǎn)線，進(jìn)行名優(yōu)綠茶生產(chǎn)。具體做法是，攤放后的鮮葉，經(jīng)微波殺青至含水率達(dá)到50%左右，攤涼后初、精揉整形，并使用真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥zui后使用遠(yuǎn)紅外提香機(jī)進(jìn)行提香，所獲得的產(chǎn)品色澤鮮嫩，條形勻齊美觀，香氣濃郁，滋味純正，投放市場(chǎng)后深受消費(fèi)者的歡迎。梅州市一家茶業(yè)公司使用搖青微發(fā)酵原理對(duì)鮮葉進(jìn)行處理，然后殺青和輕揉，zui后使用永利真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥，生產(chǎn)的玉露茶產(chǎn)品，市場(chǎng)銷(xiāo)售形勢(shì)特好，5009成茶zui低銷(xiāo)價(jià)達(dá)1O00元以上。所取茶樣經(jīng)*茶葉質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心國(guó)家特級(jí)評(píng)茶師劉栩副研究員按GB/T23776標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官審評(píng)，結(jié)果為“外形緊實(shí)，色綠泛金黃，鮮艷，花香顯露，湯色鮮綠明亮，滋味清香帶花香，葉底顯芽，風(fēng)味特征突出，品質(zhì)優(yōu)良?！睋?jù)統(tǒng)計(jì)，目前在廣東、福建、江蘇、江西、安徽、浙江、廣西等省、區(qū)，永利公司生產(chǎn)的茶葉真空冷凍干燥機(jī)，已有近百臺(tái)投入烏龍茶、名優(yōu)綠茶和紅茶的加工，茶葉加工質(zhì)量普遍反映良好，推廣普及速度正在不斷加快。

                                                                          （備注：本文作者權(quán)啟愛(ài)系中國(guó)茶葉科學(xué)家）

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