過熱蒸汽混合殺青機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

高華峰，王家鵬，李文萃，范起業(yè)，唐小林*

（1.日照盛華茶業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東日照276800；2.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州310016；3.浙江省茶資源跨界應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310016）

殺青是通過高溫破壞和鈍化茶鮮葉氧化酶的活性，抑制鮮葉中的茶多酚的酶促氧化，蒸發(fā)鮮葉部分水分，使茶葉變軟便于揉捻成形，促進(jìn)良好香氣的形成的一種制茶工序[1]。滾筒殺青機(jī)為一種常見的茶葉殺青機(jī)械， 傳統(tǒng)熱源滾筒殺青機(jī)的加熱能源有電、煤、柴、天然氣、生物顆粒燃料等。 為提倡清潔化生產(chǎn)， 目前大部分茶葉加工企業(yè)選用電或燃?xì)庾鳛闈L筒殺青機(jī)加熱能源， 加熱方式為燃?xì)饽茉慈紵纬筛邷鼗鹧鎸L筒直接加熱或者電阻絲、電熱管通電加熱，對滾筒進(jìn)行熱的輻射進(jìn)而對滾筒進(jìn)行加熱[2]。 相較于煤、柴、生物顆粒燃料，電和燃?xì)獾募訜岱绞綄L筒溫度的控制較為精準(zhǔn)，鮮葉殺青質(zhì)量整體較好，應(yīng)用較多，但仍存在如下問題：（1）熱能利用率不高，燃?xì)饽茉慈紵螂娮杞z、電熱管加熱形成的大部分熱空氣（余熱）都隨著排氣管道或金屬輻射散熱方式散發(fā)到空氣中，造成很大的能源浪費(fèi)；（2）滾筒殺青時(shí)出葉口處的常壓飽和水蒸汽通過管道直接排入空氣中，沒有被充分利用；（3）單一熱滾筒殺青時(shí)，殺青葉葉張水分分布不勻，易產(chǎn)生焦邊，導(dǎo)致在后續(xù)的回潮工序消耗較長時(shí)間以及在揉捻階段碎茶率較高，進(jìn)而影響整體茶葉加工的效率和成品茶品質(zhì)。

針對上述問題， 文章設(shè)計(jì)了一種過熱蒸汽混合殺青機(jī)， 可將滾筒殺青機(jī)燃?xì)饧訜峄螂娂訜岙a(chǎn)生的余熱以及殺青機(jī)出葉口處的部分常壓飽和水蒸汽進(jìn)行回收，通過加熱裝置再次輔助加熱，形成過熱蒸汽和高溫?zé)犸L(fēng)并導(dǎo)入到殺青機(jī)的進(jìn)葉口處，用過熱蒸汽、高溫?zé)犸L(fēng)及熱滾筒對茶鮮葉進(jìn)行混合殺青。同時(shí)設(shè)計(jì)了比較試驗(yàn)，對綠茶過熱蒸汽混合殺青工藝進(jìn)行了優(yōu)化， 并與傳統(tǒng)茶葉殺青工藝進(jìn)行比較，通過茶葉感官審評和品質(zhì)成分測定，驗(yàn)證過熱蒸汽混合殺青工藝的可行性和適用性，分析了過熱蒸汽混合殺青工藝的優(yōu)越性， 為綠茶加工提供參考。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

文章所設(shè)計(jì)的過熱蒸汽混合殺青機(jī)主熱源為燃?xì)饧訜幔饕蛇M(jìn)葉結(jié)構(gòu)、滾筒、蒸汽回收加熱裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置、燃?xì)鉄嵩醇捌淇刂葡到y(tǒng)等部分組成。蒸汽回收加熱裝置采用電加熱，包括滾筒外罩出氣口連接法蘭、熱空氣連接管、常壓飽和水蒸汽連接管、 常壓飽和水蒸汽調(diào)節(jié)裝置、 高溫風(fēng)機(jī)、初段連接管、加熱裝置、終端連接管溫度表、終端連接管、高溫風(fēng)機(jī)出口連接管。過熱蒸汽混合殺青機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 過熱蒸汽混合殺青機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure diagram of superheated steam mixing fixation machine

1.2 工作原理

熱空氣連接管一端連接于滾筒外罩出氣口連接法蘭，另一端焊接于常壓飽和水蒸汽連接管上，常壓飽和水蒸氣連接管兩端分別與茶葉出口外罩和高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口端連接，上有調(diào)節(jié)裝置，初段連接管（8 個(gè)）一端焊接于高溫風(fēng)機(jī)出口連接管上，另一端焊接于加熱裝置上， 加熱裝置與滾筒外罩進(jìn)行焊接，終端連接管一端連接于加熱裝置上，另一端伸入滾筒殺青機(jī)進(jìn)葉口端滾筒內(nèi)部， 且伸入滾筒內(nèi)的終端連接管段兩側(cè)對稱開孔， 末端用封板封住管孔， 終端連接管溫度表安裝在終端連接管上。

工作時(shí)，啟動(dòng)滾筒，同時(shí)開啟高溫風(fēng)機(jī)，再開啟殺青機(jī)加熱裝置， 此時(shí)蒸汽回收加熱裝置中的常壓飽和水蒸汽調(diào)節(jié)裝置調(diào)至半開狀態(tài)， 待滾筒外壁溫度達(dá)到殺青所設(shè)置溫度時(shí)， 打開蒸汽回收加熱裝置中的加熱裝置， 通過終端連接管溫度表實(shí)時(shí)查看熱風(fēng)溫度，待熱風(fēng)溫度達(dá)到要求時(shí)，茶鮮葉進(jìn)入滾筒進(jìn)行殺青。茶葉殺青過程中，滾筒外罩內(nèi)部的大部分熱空氣（余熱）和殺青機(jī)出葉口處的部分常壓飽和水蒸汽通過高溫風(fēng)機(jī)分別經(jīng)滾筒外罩出氣口連接法蘭、 熱空氣連接管和常壓飽和水蒸汽連接管混合進(jìn)入高溫風(fēng)機(jī)出口連接管， 并由該管道進(jìn)入初段連接管， 經(jīng)初段連接管保溫并初步加熱后進(jìn)入加熱裝置中， 經(jīng)加熱裝置加熱形成過熱蒸汽，達(dá)到所需溫度后進(jìn)入終端連接管，最后從終端連接管伸入滾筒內(nèi)部的一端上的圓孔中排出，與高溫滾筒內(nèi)壁一起對茶鮮葉進(jìn)行混合殺青，在此過程中通過調(diào)節(jié)常壓飽和水蒸汽調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)常壓飽和水蒸汽的吸入量， 從而使殺青葉品質(zhì)達(dá)到最佳。

1.3 操作要點(diǎn)

過熱蒸汽混合殺青機(jī)在使用時(shí)， 按照以下操作方法使用，能達(dá)到較佳殺青效果。

（1）在滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，對筒體進(jìn)行加熱；當(dāng)筒體與熱風(fēng)達(dá)到殺青需要的溫度后，開始投葉；

（2）殺青作業(yè)期間經(jīng)常檢查殺青葉的質(zhì)量，通過控制進(jìn)葉量來保證殺青葉的質(zhì)量， 也可調(diào)節(jié)滾筒、 熱風(fēng)與過熱蒸汽溫度， 以達(dá)到茶葉殺青的要求；

（3）殺青作業(yè)過程中注意全機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常聲響或故障應(yīng)立即停機(jī)， 同時(shí)手柄套在傳動(dòng)軸上，搖動(dòng)手柄驅(qū)動(dòng)滾筒，一方面排出筒內(nèi)的茶葉，另一方面避免筒體因局部加熱而變形；

（4）殺青完畢后，需關(guān)閉各處加熱裝置，待滾筒溫度下降至80 ℃以下， 方可停止主機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以避免筒體因局部加熱而引起彎曲變形， 影響主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。除凈筒內(nèi)剩葉，并清理機(jī)器工作面及周圍環(huán)境；

（5）停電時(shí)，把搖手柄套在傳動(dòng)軸上，搖動(dòng)手柄，使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)，出盡筒內(nèi)茶葉。

2 殺青試驗(yàn)比較

2.1 材料與設(shè)備

鮮葉原料為2019年9 月10 日采摘的日照市嵐山區(qū)巨峰鎮(zhèn)鳩坑種一芽二、三葉，茶樹樹齡為5年。

試驗(yàn)設(shè)備80 型過熱蒸汽混合殺青機(jī)（燃?xì)馀c電加熱輸出功率21 kW）、LCWD-5 型萎調(diào)槽、6CR-45 型揉捻機(jī)、6CFG-120 茶葉復(fù)干機(jī)、6CCP-80 茶葉循環(huán)炒干機(jī)（生物顆粒質(zhì)燃料加熱）來自日照盛華茶業(yè)機(jī)械股份有限公司， 還有格蘭仕P70D20N1P-G5 微波爐等。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以同一批鮮葉為原料， 先取部分鮮葉微波固樣， 余下鮮葉攤放后進(jìn)行不同殺青方式 （滾筒殺青、 過熱蒸汽殺青、 熱風(fēng)殺青和過熱蒸汽混合殺青）的比較試驗(yàn)。 將殺青葉分成兩份，一份用于殺青葉品質(zhì)成分測定與外觀審評， 另一份按照日照綠茶初制工藝 （攤青→殺青→揉捻→循環(huán)滾炒→干燥），加工成綠茶成品茶樣品，進(jìn)行感官審評與品質(zhì)成分測定。

攤青厚度5 cm，時(shí)間6 h，至攤青葉含水量約73%。 殺青使用80 型過熱蒸汽混合殺青機(jī)，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同參數(shù)處理：滾筒殺青300 ℃，過熱蒸汽殺青190 ℃，熱風(fēng)殺青350 ℃，過熱蒸汽混合殺青240 ℃。揉捻使用6CR-45 型揉捻機(jī)，投葉量在15 kg，揉捻時(shí)間40 min。 循環(huán)滾炒使用6CCP-80 茶葉循環(huán)炒干機(jī)， 溫度前期設(shè)置350～380 ℃， 中期280 ℃，后期250 ℃，時(shí)間45 min，至含水率10%左右。 干燥使用6CFG-120 茶葉復(fù)干機(jī)，溫度設(shè)置160 ℃，時(shí)間30 min，至含水率5%左右。

2.3 試驗(yàn)方法

參照GB/T 8313—2018 《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[3]測定茶樣的茶多酚含量；參照GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》[4]測定茶樣的游離氨基酸總量；參照GB/T 8312—2013 《茶 咖啡堿測定》[5]和GB/T 8305—2013《茶 水浸出物測定》[6]測定茶樣的咖啡堿含量和水浸出物含量；含水率采用GB 5009.3—2016《食品國家安全標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分測定》[7]。 所有測定重復(fù)3 次，取3 次結(jié)果的平均值。

感官審評按GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》[8]中綠茶審評方法分析。 評定外形、湯色、香氣、滋味和葉底，按每項(xiàng)滿分100 分計(jì)，總分采用加權(quán)法， 品質(zhì)總分=外形×0.25+湯色×0.10+香氣×0.25+滋味×0.30+葉底×0.10。

在試驗(yàn)中， 用殺青葉主要內(nèi)含成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和外觀評審評價(jià)殺青效果， 以茶葉內(nèi)含成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大者為優(yōu)[9]。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007 軟件進(jìn)行整理， 采用SPSS 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同殺青方式效果比較

對殺青葉的主要內(nèi)含成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行檢測與外觀審評， 不同殺青方式對殺青效果的影響差異如表1 所示。 過熱蒸汽混合殺青除茶多酚含量略低于熱風(fēng)殺青外，咖啡堿、氨基酸和水浸出物的含量均高于其他殺青方式[10]，殺青葉葉色翠綠、緊捏成團(tuán)、葉質(zhì)柔軟、香氣濃郁，殺青時(shí)間較傳統(tǒng)殺青節(jié)省30%左右， 能耗成本較傳統(tǒng)殺青節(jié)省20%左右。 采用過熱蒸汽混合殺青方式能較大程度地保留茶葉主要內(nèi)含成分含量[11]，同時(shí)在同樣殺透的前提下， 過熱蒸汽混合殺青具有殺青時(shí)間短、能耗低的特點(diǎn)，殺青葉柔軟，減少了茶葉回潮時(shí)間， 殺青葉外觀評審結(jié)果也好于其他殺青方式，過熱蒸汽混合殺青結(jié)合了過熱蒸汽、熱風(fēng)殺青和滾筒殺青的優(yōu)點(diǎn)，克服了單獨(dú)使用的不足之處。

表1 不同殺青方式殺青效果的差異Table 1 Discrepancy of fixation effect with different fixation methods

3.2 不同殺青方式對成品茶品質(zhì)的影響

不同殺青方式對成品茶品質(zhì)影響的感官審評結(jié)果如表2 所示。 過熱蒸汽混合殺青除滋味評分略低于過熱蒸汽殺青外，其余感官品質(zhì)均較好，制成的成品茶條索緊實(shí)、綠潤，湯色清澈明亮，香氣高揚(yáng)鮮嫩，滋味鮮爽醇厚，葉底嫩綠明亮、尚勻。過熱蒸汽混合殺青綠茶感官品質(zhì)總分達(dá)到89.25，高于其他殺青方式品質(zhì)得分， 說明采用過熱蒸汽混合殺青方式可獲得較好的綠茶感官品質(zhì)， 且要好于單一熱源作用殺青， 這是因?yàn)檫^熱蒸汽混合殺青綜合了過熱蒸汽、 熱風(fēng)殺青和熱滾筒殺青的優(yōu)勢[12]。

表2 不同殺青方式對成品茶品質(zhì)的影響Table 2 Effect of different fixation methods on sensory quality of tea

4 結(jié)論

使用過熱蒸汽混合殺青機(jī)制作的成品茶品質(zhì)好于其他殺青方式， 感官品質(zhì)總分達(dá)到89.25，殺青時(shí)間較傳統(tǒng)殺青節(jié)省30%左右， 能耗成本較傳統(tǒng)殺青節(jié)省20%左右。 相較單一熱源熱滾筒殺青機(jī)， 過熱蒸汽混合殺青機(jī)的滾筒內(nèi)可保持較為穩(wěn)定的溫度值且過熱蒸汽對茶鮮葉有很強(qiáng)的穿透力，使殺青效率進(jìn)一步提高，可使茶鮮葉葉張表面水分散失較為均勻，無焦邊產(chǎn)生，提升了殺青葉的品質(zhì)，另外，提高了對余熱和尾部蒸汽的回收利用率，降低了殺青機(jī)的能源損耗率，提升了茶葉的經(jīng)濟(jì)效益，使茶葉更具市場競爭力。