電磁內(nèi)熱式綠茶毛火工藝參數(shù)優(yōu)化與分析

袁海波，滑金杰，王近近，李 佳，江用文，鄧余良※，王岳梁

0 引 言

烘干是各品類(lèi)茶加工的最后一道工序，包含毛火工藝和足火工藝 2部分，其中以毛火工藝更為關(guān)鍵，其作用不僅是蒸發(fā)茶在制品水分，更重要的是伴隨水分蒸發(fā)的同時(shí)發(fā)生的熱化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)品質(zhì)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和提升，促使茶葉優(yōu)異香氣、滋味、色澤等品質(zhì)的形成[1-3]。目前生產(chǎn)上應(yīng)用較多的毛火技術(shù)主要有熱風(fēng)毛火技術(shù)[4-5]、理?xiàng)l機(jī)毛火技術(shù)[6]、微波毛火技術(shù)[7-9]等，有關(guān)低溫真空干燥技術(shù)[10-11]、遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)[12]、低溫真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥[13-14]、微波-真空耦合干燥技術(shù)[15-17]、熱風(fēng)-無(wú)線電頻耦合干燥技術(shù)等的研究和應(yīng)用開(kāi)始起步。其中，熱風(fēng)毛火技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，傳統(tǒng)主要以煤炭、燃?xì)狻㈦姷葹闊嵩?，通過(guò)加熱空氣對(duì)茶樣進(jìn)行烘干作業(yè)，可有效提升綠茶香氣，生產(chǎn)效率高，但燃煤/燃柴式毛火易產(chǎn)生煙氣，不易操作，這不僅會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)下降，同時(shí)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，現(xiàn)逐步被其他方式所取代，燃?xì)馐矫鹪O(shè)備存在初期投資較高、溫控穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，電熱式烘干設(shè)備雖具有干凈、清潔、操作方便等優(yōu)勢(shì)，但其多以電熱管為熱源，熱效率低、運(yùn)行成本較高，普通中小型茶葉生產(chǎn)企業(yè)難以承受；理?xiàng)l機(jī)毛火，主要通過(guò)茶樣與鍋壁的摩擦翻炒提升茶樣的香氣和滋味，然反復(fù)摩擦?xí)?dǎo)致葉綠素降解，進(jìn)而葉色發(fā)黃發(fā)灰；微波毛火技術(shù)利用高頻微波的震蕩作用，使茶葉內(nèi)部分子高速碰撞生熱迅速提高物料溫度，達(dá)到蒸發(fā)水分的效果，所制成茶色澤翠綠、均勻，然排濕效果差易產(chǎn)生水悶味，導(dǎo)致香氣不佳。

現(xiàn)有毛火技術(shù)雖可不同程度地提升茶樣香氣、滋味品質(zhì)，然多存在熱效率低、溫控不精準(zhǔn)、熱能分布不均勻、品質(zhì)不佳不穩(wěn)定等問(wèn)題。為此本團(tuán)隊(duì)在應(yīng)用最廣泛的熱風(fēng)毛火技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用新型電磁內(nèi)熱技術(shù)為熱源，同時(shí)添加余熱回收裝置和油-空氣交換器，研制出電磁內(nèi)熱鏈板式烘干設(shè)備[18]（專(zhuān)利號(hào)CN204466786U），以期在提升茶樣香氣和滋味品質(zhì)的同時(shí)，提升熱效率和生產(chǎn)效率，獲得穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的茶樣品質(zhì)，文章在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以毛火樣的品質(zhì)成分含量和成品的感官審評(píng)得分為目標(biāo)值，應(yīng)用正交設(shè)計(jì)和極差分析，提出優(yōu)化的電磁內(nèi)熱毛火工藝參數(shù)，并與傳統(tǒng)的毛火技術(shù)進(jìn)行性能特征比較，以期為實(shí)際綠茶毛火工藝提供技術(shù)參考。

1 電磁內(nèi)熱鏈板式烘干機(jī)結(jié)構(gòu)組成和技術(shù)特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

電磁內(nèi)熱鏈板式烘干機(jī)主要由烘干機(jī)主箱體構(gòu)架系統(tǒng)、電磁加熱熱風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)、上料及輸送系統(tǒng)、電器及溫度控制系統(tǒng)等構(gòu)成，具體如圖 1所示。烘干機(jī)主箱體構(gòu)架系統(tǒng)包含烘干機(jī)前后支撐、保溫門(mén)板17、觀察門(mén)9、前后側(cè)門(mén)等，構(gòu)建烘干機(jī)的整體構(gòu)架；電磁加熱熱風(fēng)發(fā)生系統(tǒng)包含熱油泵18、電磁加熱裝置4、油-空氣交換器5、軸流風(fēng)扇3、進(jìn)油管路22、風(fēng)向?qū)Я鳁l8、限流閥20等，為烘干機(jī)提供熱源，對(duì)茶樣進(jìn)行烘干和提香作業(yè)，通過(guò)各組件的協(xié)同運(yùn)行，提高熱能利用率；上料及輸送系統(tǒng)包括上料輸送帶15、勻葉裝置16、余料存儲(chǔ)口14、沖孔鏈板輸送層27、出料口12等，促進(jìn)物料勻速、高效、均勻地進(jìn)出烘干系統(tǒng)，沖孔鏈板有利于熱風(fēng)能夠?qū)訉哟┩肝锪?，多層鏈板的設(shè)置可顯著提高工效和熱效率；電器及溫度控制系統(tǒng)由出油溫度傳感器 19、紅外溫度傳感器28、電磁加熱控制器25和電控柜組成，保證箱內(nèi)溫度均勻分布，實(shí)現(xiàn)熱源溫度和物料溫度的精準(zhǔn)監(jiān)控。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

該設(shè)備是在一種電磁加熱茶葉節(jié)能烘干機(jī)（專(zhuān)利號(hào)CN204466786U）的基礎(chǔ)上，采用電磁加熱技術(shù)對(duì)箱體進(jìn)行加熱作業(yè)，同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)烘干環(huán)境溫度和熱風(fēng)風(fēng)速等的精準(zhǔn)調(diào)控，具有以下特點(diǎn)：①克服傳統(tǒng)燃?xì)?燃煤式的溫控穩(wěn)定性差、電熱式熱效率低和運(yùn)行成本高等問(wèn)題，融入電磁加熱技術(shù)，采用移相脈寬法調(diào)節(jié)升降溫方式，保證加熱裝置在高溫下功率不下降，并在輸出回路增設(shè)電流測(cè)量回路，形成輸出保護(hù)，確保電路有效的大負(fù)載輸出，同時(shí)確定了負(fù)載線圈排列雙組布置間距及相位角布置，在機(jī)體結(jié)構(gòu)及罩板設(shè)置方面解決了對(duì)外干擾和加熱裝置的自干擾，采用軸流風(fēng)扇更節(jié)能，能耗和噪音小于離心風(fēng)機(jī)，多個(gè)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)送風(fēng)為全斷面送風(fēng)，風(fēng)壓和風(fēng)量可滿足茶葉毛火和足火工藝需要，更有利于箱體內(nèi)濕度降低，茶葉香氣更優(yōu)異，同時(shí)箱體內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)更方便、均勻；②研制油-空氣交換器，采用無(wú)縫鋼管為導(dǎo)流體，同時(shí)疊加圓形散熱片，設(shè)計(jì) 6排散熱片的組成，油溫最高可達(dá) 320 ℃，空氣溫度范圍可達(dá) 160 ℃，可滿足茶葉烘干作業(yè)所需，此方式能夠迅速完成設(shè)備加熱，并在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到設(shè)定溫度，同時(shí)縮短熱風(fēng)路線，采用分層進(jìn)風(fēng)提高對(duì)流換熱系數(shù)，減少能耗損失，熱效率較傳統(tǒng)電熱式烘干機(jī)大幅度提升；③在油-空氣交換器的進(jìn)風(fēng)端設(shè)計(jì)余熱回收裝置，采用部分熱量回收方式對(duì)余熱進(jìn)行回收，利用余熱空氣加熱進(jìn)風(fēng)空氣來(lái)降低能耗，減少熱量散失、提升熱效率，與未采用余熱回收裝置相比加熱時(shí)間大幅縮短縮短，節(jié)能效果顯著，顯著提升生產(chǎn)效率；④采用優(yōu)質(zhì)“不銹鋼板+保溫棉+冷軋鋼板”組合保溫材料和先進(jìn)的溫度測(cè)量反饋系統(tǒng)，反饋速度快、精度高，獲得對(duì)電磁、熱風(fēng)、油泵等工序溫度的精準(zhǔn)和穩(wěn)定調(diào)控（±2 ℃內(nèi)），降低溫度波動(dòng)帶來(lái)的能耗損失，同時(shí)對(duì)熱風(fēng)溫度和熱風(fēng)風(fēng)量的高可調(diào)性和穩(wěn)定調(diào)控，保證不同批次茶樣品質(zhì)的穩(wěn)定性，提升整體品質(zhì)。

圖1 電磁內(nèi)熱鏈板式烘干機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Whole structure of chain plate dryer with electromagnetic heating

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)原料

茶鮮葉原料：福鼎大白茶品種，于余姚市姚江源茶葉茶機(jī)有限公司茶園基地采摘，采摘時(shí)間2015年8月12日，采摘標(biāo)準(zhǔn)為1芽1~2葉，含水率74%±1%。

2.2 主要儀器與設(shè)備

YJY-20S型連續(xù)攤青萎凋機(jī)，余姚姚江源茶葉茶機(jī)有限公司；YJY-GH4550-80型電磁滾筒-熱風(fēng)耦合殺青機(jī)，6CH-EM-25型電磁烘干機(jī)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所與余姚姚江源茶葉茶機(jī)有限公司聯(lián)合研制；6CR-55型組合式揉捻機(jī)，浙江上洋機(jī)械有限公司；6CMD-6018型名茶多用機(jī)，6CH-10型電熱管式茶葉烘干機(jī)，6CHW-25型燃煤式熱風(fēng)茶葉烘干機(jī)，浙江綠峰機(jī)械有限公司；FTE-BTD型真空冷凍干燥機(jī)，美國(guó) KINETIC公司；Sartorius BT 124s型分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；島津UV-3600型紫外-可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)，LC-20AD型高效液相色譜儀，日本島津公司。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)前期單因素試驗(yàn)（見(jiàn)圖 2），選取熱風(fēng)溫度（代號(hào)A）、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（熱風(fēng)風(fēng)量，代號(hào)B）、鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速（毛火時(shí)間，代號(hào)C）3個(gè)因子，每個(gè)因子3個(gè)水平進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)和極差分析，進(jìn)行電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，各因素設(shè)計(jì)如表 1所示（其中，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)在1 350 r/min時(shí)為極限值，因風(fēng)量過(guò)大導(dǎo)致部分茶葉被直接吹出，故在正交試驗(yàn)時(shí)而棄選）。通過(guò)對(duì)毛火葉和成品茶進(jìn)行品質(zhì)生化成分檢測(cè)和感官審評(píng)分析，篩選出最優(yōu)的電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝參數(shù)。隨后應(yīng)用最佳參數(shù)的電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)烘干機(jī)與傳統(tǒng)的燃煤式烘干機(jī)、電熱管式烘干機(jī)、多用理?xiàng)l機(jī)進(jìn)行比較試驗(yàn)，以感官品質(zhì)（毛火樣和初制品）、生化成分含量、能耗、工效等為指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，驗(yàn)證電磁內(nèi)熱式烘干技術(shù)的適用性和先進(jìn)性。

圖2 單因素試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Single factor test results

茶樣中茶多酚[19-20]、氨基酸[21]、可溶性糖[22]、兒茶素[23-24]、咖啡堿[25]等物質(zhì)含量的高低直接影響滋味、湯色、香氣等內(nèi)在品質(zhì)，葉綠素[26]含量直接影響外觀色澤和葉底品質(zhì)，這些物質(zhì)是茶葉重要的功能和品質(zhì)成分，故本試驗(yàn)中著重分析了這些物質(zhì)，同時(shí)結(jié)合初制品的感官品質(zhì)進(jìn)行電磁內(nèi)熱式毛火工藝參數(shù)的優(yōu)化，以期獲得高含量品質(zhì)成分的同時(shí)，制作品質(zhì)較優(yōu)的綠茶。

2.3.2 制茶工藝流程及取樣

制茶流程如圖3所示，以1芽1~2葉的福鼎大白品種鮮葉為試驗(yàn)原料，采用相同的攤放方式攤放 12 h，攤放溫度20 ℃、相對(duì)濕度65%，待含水率達(dá)到約70%后進(jìn)行殺青作業(yè)[15]（滾筒溫度270 ℃+250 ℃+190 ℃，熱風(fēng)溫度105 ℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速920 r/min），殺青耗時(shí)2.0 min?；爻?.0 h后，進(jìn)行揉捻工藝，而后將揉捻葉等分為9份，每份10 kg，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的電磁內(nèi)熱毛火工藝（具體見(jiàn)表2），攤?cè)~厚度采用生產(chǎn)中常用的參數(shù)，約2 cm，毛火結(jié)束后將毛火葉分成2份：1份置于液氮冷凍固樣，然后低溫冷凍干燥（低溫–30 ℃，高溫20 ℃），用于品質(zhì)生化成分含量測(cè)定，重復(fù)3次，取平均值；另1份按照?qǐng)D 3的工藝流程進(jìn)行足火，制成綠茶樣品，進(jìn)行生化成分檢測(cè)及感官品質(zhì)的評(píng)定。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

圖3 綠茶加工工藝流程Fig.3 Processing of green tea

2.3.3 傳統(tǒng)毛火工藝參數(shù)

結(jié)合前期試驗(yàn)和文獻(xiàn)資料[6,27-29]，與現(xiàn)有生產(chǎn)上應(yīng)用較多的毛火工藝進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，各工藝的毛火參數(shù)如下：

燃煤式熱風(fēng)毛火工藝：設(shè)置溫度 110 ℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1 100 r/min，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速 1 100 r/min，毛火時(shí)間7 min，攤?cè)~厚度約2 cm。

理?xiàng)l機(jī)毛火工藝：設(shè)置溫度 250 ℃，傳動(dòng)轉(zhuǎn)速1 000 r/min，理?xiàng)l毛火時(shí)間10 min。

電熱管式熱風(fēng)毛火工藝：設(shè)置溫度110℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1 100 r/min，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速 1 100 r/min，毛火時(shí)間7 min，攤?cè)~厚度約2 cm。

2.4 檢測(cè)方法

茶多酚，福林酚試劑比色法（GB/T 8313—2008）；游離氨基酸總量，茚三酮比色法（GB/T 8314—2002）；可溶性糖，蒽酮比色法；葉綠素，乙醇提取分光光度比色法；兒茶素組分和咖啡堿含量，高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography）法[30]。

品質(zhì)感官評(píng)審：參照 GB/T 23776-2009，取約 50 g茶樣，把盤(pán)、評(píng)外形，后稱(chēng)取3 g茶樣，加入150 mL沸水沖泡5 min后進(jìn)行密碼審評(píng)，采用評(píng)語(yǔ)與百分制打分相結(jié)合評(píng)定外形、香氣、湯色、滋味，每項(xiàng) 100分，感官總分=香氣得分×30%+滋味得分×30%+外形得分×20%+湯色得分×20%。

品質(zhì)成分加權(quán)總值（quality material weighted values，QMWV）=茶多酚含量×25%+氨基酸含量×25%+可溶性糖含量×15%+兒茶素含量×15%+咖啡堿含量×10%+葉綠素含量×10%。

生產(chǎn)能力Vpc=M/T。其中M為單個(gè)制茶日能處理的毛火茶葉質(zhì)量，kg；T為單個(gè)制茶日的工作時(shí)間，h。

能耗成本 Vec=VefP1t1/(Vpct1)。其中 Vef為電費(fèi)，元/(kW?h)；P1為輸入功率，kW；t1為加熱時(shí)間，h；Vpc為生產(chǎn)能力，kg/h。

熱效率 ηs=Q輸出/Q輸入×100%=cmΔt/(P2t2)×100%。其中Q輸出為有效輸出能量，J；Q輸入為輸入能量，J；c為比熱容，J/(kg?℃)；m為質(zhì)量，kg；Δt為溫差，℃；P2為輸入功率，W；t2為加熱時(shí)間，s。

2.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS22.0軟件進(jìn)行正交設(shè)計(jì)和極差分析，試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果以3個(gè)重復(fù)的均值表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 電磁內(nèi)熱鏈板式毛火工藝參數(shù)優(yōu)化

以前期單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化電磁內(nèi)熱毛火工藝的熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速 3個(gè)參數(shù)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)、生化成分檢測(cè)和感官評(píng)定結(jié)果如表2所示。

表2 正交設(shè)計(jì)和極差分析優(yōu)化毛火工藝參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of first-drying process parameter optimization by orthogonal design and range analysis

由表2中極差分析獲得的Rj可以看出，不同毛火工藝參數(shù)對(duì)毛火樣品質(zhì)不同的物質(zhì)含量的影響能力不同，其中影響茶多酚、氨基酸、可溶性糖、葉綠素等物質(zhì)含量的因子順序?yàn)?C＞B＞A，即傳動(dòng)轉(zhuǎn)速（毛火時(shí)間）對(duì)毛火樣茶多酚、氨基酸、可溶性糖、葉綠素等物質(zhì)含量的影響最大，即在一定的高溫環(huán)境下，毛火處理時(shí)間對(duì)茶在制品的上述成分影響更顯著，最佳工藝參數(shù)組合則不同，分別為 A2B2C3、A2B2C2、A3B2C1、A1B3C2/A1B3C3；影響兒茶素和咖啡堿物質(zhì)含量的因子順序?yàn)?B＞C＞A，即熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)毛火樣兒茶素和咖啡堿物質(zhì)含量的影響最為顯著，最佳工藝參數(shù)組合均為 A1B1C3?？梢钥闯霾煌焚|(zhì)成分對(duì)應(yīng)的最佳工藝組合略有不同，而不同品質(zhì)成分對(duì)成品茶的外形色澤、湯色、滋味、香氣、葉底等屬性影響巨大，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值“望大特性”的要求，借鑒前期試驗(yàn)[30-31]的研究方法，以成品茶感官評(píng)各分屬性的權(quán)重為依據(jù)，設(shè)定品質(zhì)成分加權(quán)總值（Quality material weighted values /QMWV）這一參數(shù)代表茶葉的品質(zhì)，將 6大品質(zhì)物質(zhì)統(tǒng)籌考慮進(jìn)行電磁內(nèi)熱毛火工藝優(yōu)化，同時(shí)以不同工藝組合下所獲得的成品樣感官總分為目標(biāo)值進(jìn)行綜合分析，結(jié)果如表 2所示，可以看出影響品質(zhì)成分加權(quán)總值和感官總分的因子順序較為一致，即QMWV值可較好地代表成品樣的整體感官品質(zhì)，影響因子順序均為 B＞A＞C，即熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)毛火樣的品質(zhì)加權(quán)總值和感官品質(zhì)的影響最大，熱風(fēng)溫度次之，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的影響最低，最佳工藝參數(shù)組合分別為 A1B2C3（熱風(fēng)溫度85 ℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 050 r/min，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速1 200 r/min）和A3B3C2（熱風(fēng)溫度115 ℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速1 050 r/min）。

為此，以上述獲得的 2組優(yōu)化工藝參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3?？梢钥闯?，相對(duì)于 A1B2C3因素水平組合，A3B3C2組合獲得的毛火樣中氨基酸、葉綠素、咖啡堿等含量略高，可溶性糖和品質(zhì)物質(zhì)加權(quán)總值略低，但未達(dá)到顯著性，而茶多酚和兒茶素含量顯著較低，而所獲毛火樣的感官審評(píng)和成品的感官品質(zhì)得分顯著較高，色澤較潤(rùn)，香氣高長(zhǎng)，即高溫毛火下有利于茶多酚和兒茶素等苦澀味物質(zhì)的降解轉(zhuǎn)換，高熱風(fēng)風(fēng)速下可加快水汽的蒸發(fā)，防止悶味的形成。通過(guò)對(duì)毛火樣感官描述和生化內(nèi)質(zhì)檢測(cè)，以及對(duì)成品樣的感官審評(píng)等綜合分析，最終確定電磁內(nèi)熱鏈板式毛火工藝的最佳工藝水平組合為 A3B3C2，即熱風(fēng)溫度 115℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速1 050 r/min。

3.2 與傳統(tǒng)毛火方式性能特征及效果的比較

3.2.1 不同毛火方式的毛火效果及技術(shù)特征的比較

以燃煤式熱風(fēng)毛火、理?xiàng)l機(jī)毛火、電熱管式熱風(fēng)毛火等現(xiàn)有生產(chǎn)中常用的毛火設(shè)備型號(hào)為對(duì)照，電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火采用上述所得的最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行毛火樣生化成分和設(shè)備性能特征 2方面的效果比較，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 不同工藝參數(shù)毛火效果的比較Table 3 Effect comparison of different first-drying process combination

表4 不同毛火方式毛火效果的比較Table 4 Effect comparison of different frist-dring process

品質(zhì)化學(xué)成分檢測(cè)的結(jié)果顯示，不同毛火方式對(duì)不同生化成分含量影響顯著不同，4種毛火方式下葉綠素含量無(wú)顯著差異，而氨基酸、茶多酚、可溶性糖、兒茶素等含量均以電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火處理顯著高于其他 3個(gè)常規(guī)毛火，以理?xiàng)l機(jī)毛火處理相對(duì)最低，咖啡堿含量則以理?xiàng)l機(jī)毛火處理顯著最高，品質(zhì)物質(zhì)加權(quán)總值以電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝顯著最高，然與燃煤式和電熱管式熱風(fēng)毛火無(wú)顯著差異。即 4種毛火方式相比，以電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝最有利于品質(zhì)物質(zhì)的累積，可為提升茶樣色、香、味等品質(zhì)奠定最佳物質(zhì)基礎(chǔ)，而理?xiàng)l機(jī)毛火因茶在制作時(shí)直接與理?xiàng)l槽長(zhǎng)時(shí)高溫接觸，導(dǎo)致內(nèi)含生化成分因受熱降解而含量較低。

設(shè)備性能特征方面進(jìn)行比較，可以看出傳統(tǒng)的燃煤式熱風(fēng)毛火以煤炭為熱源，升溫慢，溫度波動(dòng)范圍大，能耗高，熱效率低，僅20%～25%，且操作不當(dāng)易產(chǎn)生煙味，有損品質(zhì)；市售電熱管式熱風(fēng)毛火設(shè)備多為10型，功率達(dá)180 kW，通過(guò)計(jì)算獲得25型電熱管式熱風(fēng)毛火設(shè)備功率高達(dá)540 kW，一般茶廠很難達(dá)到此功率，故電熱管式僅適應(yīng)于小型烘干機(jī)，生產(chǎn)效率較低，僅33.0 kg/h，且電熱管做為熱源生產(chǎn)成本較高，達(dá)2.82元/kg，熱效率較低；理?xiàng)l機(jī)毛火通過(guò)電熱管加熱理?xiàng)l槽進(jìn)而作用于茶在制品，溫度分布不均勻，且因多為單機(jī)化作業(yè)，生產(chǎn)效率極低，僅 22.0 kg/h，不可連續(xù)化作業(yè)；而電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火采用電磁加熱方式，并結(jié)合油-空氣交換管式加熱，升溫迅速，功率僅120 kW，顯著低于電熱管式，預(yù)熱時(shí)間僅 10.0 min，較傳統(tǒng)燃煤燃柴毛火方式提升50.0%以上，合理的熱風(fēng)回路設(shè)計(jì)，使得溫度分布均勻、穩(wěn)定性高，同時(shí)余熱回收裝置可顯著提高熱效率，熱能利用率提升 50%以上，降低生產(chǎn)成本，較電熱管式減少1.50元/kg，減少約70%，優(yōu)質(zhì)的保溫材料和溫度探頭，將溫度浮動(dòng)控制在2.0℃以內(nèi)，熱能外耗顯著減少，生產(chǎn)效率高，達(dá)150.0 kg/h，較傳統(tǒng)電熱管式提升3倍以上，同時(shí)可連續(xù)化作業(yè)，操作簡(jiǎn)單。

3.2.2 不同毛火方式對(duì)成品感官品質(zhì)影響的比較

不同毛火工藝所制成品綠茶的感官評(píng)審結(jié)果如表 5所示。燃煤式熱風(fēng)毛火所制成茶產(chǎn)生了煙味，直接拉低了滋味和香氣得分，影響整體品質(zhì)；理?xiàng)l機(jī)毛火下茶樣長(zhǎng)時(shí)與高溫槽體接觸，導(dǎo)致葉色發(fā)黃發(fā)灰，湯色偏黃；電熱管式熱風(fēng)毛火整體品質(zhì)尚可，但溫控的不精準(zhǔn)導(dǎo)致湯色和滋味略差于電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火；電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火溫控精準(zhǔn)、溫度分布均勻、穩(wěn)定性高，所制成品茶樣，感官總分達(dá) 86.4，外形、湯色、滋味、香氣等品質(zhì)均顯著高于其他 3個(gè)毛火工藝，即電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝可獲得較優(yōu)的綠茶感官品質(zhì)。

表5 不同毛火工藝制得綠茶感官品質(zhì)比較Table 5 Comparison of sensory quality of green tea with different first-drying proless

4 結(jié) 論

1）由正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)與極差分析結(jié)果可以看出，整體上電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝中對(duì)毛火樣品質(zhì)生化成分含量和感官品質(zhì)影響最為顯著的因素是熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速B，熱風(fēng)溫度A和傳動(dòng)轉(zhuǎn)速C對(duì)不同生化成分影響的顯著性不同。經(jīng)過(guò)對(duì)毛火效果和經(jīng)濟(jì)效益的綜合分析，最終確定電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火的最佳工藝組合：熱風(fēng)溫度115 ℃，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min，鏈板傳動(dòng)轉(zhuǎn)速1 050 r/min；在此毛火參數(shù)下所制毛火樣的品質(zhì)物質(zhì)加權(quán)值為7.66%，所制成茶的感官品質(zhì)得分為86.40。

2）對(duì)不同毛火方式毛火效果的比較分析表明，電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝下所制毛火樣的氨基酸、茶多酚、葉綠素、可溶性糖、兒茶素等物質(zhì)含量均高于其他 3個(gè)毛火處理，品質(zhì)物質(zhì)加權(quán)總值顯著最高，達(dá)7.66%；感官評(píng)審得分達(dá) 86.4，外觀、湯色、滋味、香氣等均不同程度地高于其他 3個(gè)毛火工藝，即電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝可顯著提升茶樣整體品質(zhì)。

3）對(duì)不同毛火方式性能特征進(jìn)行比較分析可知，電磁內(nèi)熱式熱風(fēng)毛火工藝具有操作簡(jiǎn)單、升溫快、控溫精準(zhǔn)、溫度分布均勻、參數(shù)穩(wěn)定性高、能耗成本低、生產(chǎn)效率高、熱能利用率高等特點(diǎn)，預(yù)熱時(shí)間較傳統(tǒng)熱源（煤、柴等）減少 50%以上，生產(chǎn)效率較電熱管式毛火提高 3倍，電磁加熱方式和余溫回收裝置的設(shè)計(jì)顯著提升了熱能利用率，能耗成本減少約70%，熱效率提升50%以上，實(shí)現(xiàn)對(duì)毛火作業(yè)的精準(zhǔn)、節(jié)能、高效調(diào)控。

[1] 張凌云，魏 青，吳 穎，等. 不同干燥方式對(duì)金牡丹烏龍茶品質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技，2013，29(8)：1916－1920.Zhang Lingyun, Wei Qing, Wu Ying, et al. Effect of different drying technologies on qualities of Jinmudan Oolong Tea[J].Modern Food Science and Technology, 2013, 29(8): 1916－1920. (in Chinese with English abstract)

[2] Baptista J, Lima E, Paiva L, et al. Comparison of Azorean tea theanine to teas from other origins by HPLC/DAD/FD. Effect of fermentation, drying temperature, drying time and shoot maturity[J]. Food Chemistry, 2012, 132(4): 2181－2187.

[3] Dutta P P, Baruah D C. Drying modelling and experimentation of Assam black tea ( Camellia sinensis), with producer gas as a fuel[J]. Applied Thermal Engineering, 2014, 63(2): 495－502.

[4] 鄭立紅，郭建業(yè)，杜 彬，等. 不同干燥方法對(duì)枸杞葉茶品質(zhì)影響的研究[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2012，12(10)：149－154.Zheng Lihong, Guo Jianye, Du Bin, et al. Study on the effect of different drying techniques on the quality of matrimony vine leaf tea[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2012, 12(10): 149－154. (in Chinese with English abstract)

[5] Chan E W C, Lim Y Y, Wong S K, et al. Effects of different drying methods on the antioxidant properties of leaves and tea of ginger species[J]. Food Chemistry, 2009, 113(1): 166－172.

[6] 陳根生，袁海波，許勇泉，等. 針芽形綠茶連續(xù)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 茶葉科學(xué)，2016，36(2)：139－148.Chen Gensheng, Yuan Haibo, Xu Yongquan, et al. Design and process optimization of a continuous production line on needle-shaped premium green tea [J]. Journal of Tea Science,2016, 36 (2): 139－148. (in Chinese with English abstract)

[7] 劉 新，金壽珍，傅尚文，等. 微波加熱在茶葉加工中的應(yīng)用[J]. 食品科學(xué)，2002，23(10)：72－75.Liu Xin, Jin Shouzhen, Fu Shangwen, et al. The application of microwave heating in tea processing[J]. Food Science,2002, 23(10): 72－75. (in Chinese with English abstract)

[8] Dong J, Ma X, Fu Z, et al. Effects of microwave drying on the contents of functional constituents of Eucommia ulmoides flower tea[J]. Industrial Crops & Products, 2011, 34(1): 1102－1110.

[9] Zheng M, Xia Q, Lu S. Study on drying methods and their influences on effective components of loquat flower tea[J].LWT - Food Science and Technology, 2015, 63(1): 14－20.

[10] 劉曉東，劉玉芳，楊 春，等. 低溫真空干燥方法對(duì)名優(yōu)綠茶色澤的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，38(12)：96－97.Liu Xiaodong, Liu Yufang, Yang Chun, et al. Effects of low temperature vacuum drying method in famous green color[J].Guangdong Agricultural Sciences, 2011, 38 (12): 96－97. (in Chinese with English abstract)

[11] 高明珠，董春旺，葉 陽(yáng)，等. 工夫紅茶真空脈動(dòng)干燥特性及數(shù)學(xué)模型研究[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37(3)：96－101.Gao Mingzhu, Dong Chunwang, Ye Yang, et al. Drying characteristcs and models of black tea in plused vacuum dryer[J]. Chinese Journal of Agricultural Mechanization,2016, 37(3): 96－101. (in Chinese with English abstract)

[12] 陳泉賓，王秀萍，鄔齡盛，等. 干燥技術(shù)對(duì)茶葉品質(zhì)影響研究進(jìn)展[J]. 茶葉科學(xué)技術(shù)，2014(3)：1－5.Chen Quanbin, Wang Xiuping, Wu Lingsheng, et al. Effect of drying technologies on quality of tea: A literature review[J]. Tea Science and Technology, 2014(3): 1－5. (in Chinese with English abstract)

[13] 劉玉芳，劉曉東，林國(guó)軒，等. 綠茶低溫真空與熱風(fēng)聯(lián)合干燥新工藝研究[J]. 茶葉科學(xué)，2013，33(4)：345－350.Liu Yufang, Liu Xiaodong, Lin Guoxuan, et al. Green tea drying technology of low-temperature vacuum combined with hot air[J]. Journal of Tea Science, 2013, 33(4): 345－350. (in Chinese with English abstract)

[14] Lee J, Hwang Y S, Kang I K, et al. Lipophilic pigments differentially respond to drying methods in tea (Camellia sinensis, L.) leaves[J]. LWT - Food Science and Technology,2014, 61(1): 201－208.

[15] 魏 巍，李維新，何志剛，等. 綠茶微波真空干燥特性及動(dòng)力學(xué)模型[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(10)：367－371.Wei Wei, Li Weixin, He Zhigang, et al. Drying characteristics and dynamics model of green tea by microwave vacuum drying[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(10): 367－371. (in Chinese with English abstract)

[16] 張麗晶，林向陽(yáng)，彭樹(shù)美，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化綠茶微波真空干燥工藝條件[J]. 食品科學(xué)，2009，30(22)：122－125.Zhang Lijing, Lin Xiangyang, Peng Shumei, et al.Microwave-vacuum drying of green tea leaves[J]. Food Science, 2009, 30(22): 122－125. (in Chinese with English abstract)

[17] Shinde A, Das S, Datta A K. Quality improvement of orthodox and CTC tea and performance enhancement by hybrid hot air–radio frequency (RF) dryer[J]. Journal of Food Engineering, 2013, 116(2):444－449.

[18] 王岳梁，尹軍鋒，郝國(guó)雙，等. 一種電磁加熱茶葉節(jié)能烘干機(jī)：CN204466786U[P]. 2015-07-15.

[19] Liang J, Yan H, Puligundla P, et al. Applications of chitosan nanoparticles to enhance absorption and bioavailability of tea polyphenols: A review[J]. Food Hydrocolloids, 2017, 69: 286－292.

[20] Yang X, Kong F. Effects of tea polyphenols and different teas on pancreatic α-amylase activity invitro[J]. LWT - Food Science and Technology, 2016, 66（3）: 232－238.

[21] Kocada?l? T, ?zdemir K S, G?kmen V. Effects of infusion conditions and decaffeination on free amino acid profiles of green and black tea[J]. Food Research International, 2013,53(2): 720－725.

[22] Kausar T, Akram K, Kwon J H. Comparative effects of irradiation, fumigation, and storage on the free amino acids and sugar contents of green, black and oolong teas[J].Radiation Physics & Chemistry, 2013, 86(6): 96－101.

[23] Kim A R, Kim K M, Byun M R, et al. Catechins activate muscle stem cells by Myf5 induction and stimulate muscle regeneration[J]. Biochemical & Biophysical Research Communications, 2017, 489(2): 142－148.

[24] Roychoudhury S, Agarwal A, Virk G, et al. Potential role of green tea catechins in the management of oxidative stress-associated infertility[J]. Reproductive Biomedicine Online, 2017, 34(5):487－498.

[25] Unno K, Hara A, Nakagawa A, et al. Anti-stress effects of drinking green tea with lowered caffeine and enriched theanine, epigallocatechin and arginine on psychosocial stress induced adrenal hypertrophy in mice[J]. Phytomedicine International Journal of Phytotherapy & Phytopharmacology,2016, 23(12):1365.

[26] Lochhead K D, Comeau P G. Extraction behaviors of caffeine and chlorophylls in supercritical decaffeination of green tea leaves[J]. LWT - Food Science and Technology,2012, 45(1):73－78.

[27] 申 東，申 立，茍廷維，等. 理?xiàng)l機(jī)投葉量對(duì)扁形茶品質(zhì)的影響[J]. 貴州茶葉，2016，44(1)：25－28.Shen Dong, Shen Li, Gou Tingwei, et al. The influence on quality of flat tea of the amount of leaf blade of bar machine[J]. Guizhou Tea, 2016, 44 (1): 25－28. (in Chinese with English abstract)

[28] Wang Y, Liu Y, Huo J, et al. Effect of different drying methods on chemical composition and bioactivity of tea polysaccharides[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2013, 62(11): 714－719.

[29] 茹賽紅，曾 暉，方巖雄，等. 微波干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)金萱茶葉品質(zhì)影響[J]. 化工進(jìn)展，2012，31(10)：2183－2186.Ru Saihong, Zeng Hui, Fang Yanxiong, et al. Effect of microwave drying and hot air drying on quality of Jin Xuan tea[J]. Chemical Industry Engineering Progress, 2012, 31(10):2183－2186. (in Chinese with English abstract)

[30] 滑金杰，袁海波，尹軍峰，等. 綠茶電磁滾筒-熱風(fēng)耦合殺青工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31(12)：260－267.Hua Jinjie, Yuan Haibo, Yin Junfeng, et al. Optimization of fixation process by electromagnetic roller-hot air coupling machinefor green tea[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2015, 31(12): 260－267. (in Chinese with English abstract)

[31] 袁海波，許勇泉，鄧余良，等. 綠茶電磁內(nèi)熱滾筒殺青工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29(1)：250－258.Yuan Haibo, Xu Yongquan, Deng Yuliang, et al. Optimization of fixation process by electromagnetic heat roller for green tea[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2013, 29(1): 250－258. (in Chinese with English abstract)