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技術文章

茶葉真空冷凍干燥機及其應用效果
         作者：權啟愛；
                          機構：中國農業*茶葉研究所
                          關鍵詞：真空冷凍干燥機；茶葉加工；升華干燥；制冷系統；加熱系統

  廣東省梅州市永利機械設備實業有限公司研制生產的DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機（圖1），近兩年在茶葉加工中逐步獲得普遍應用，本文特對其作業原理、主要結構、使用操作和在茶葉加工中的使用效果作簡單介紹。 
  一、工作原理。將適當加工階段的茶葉加工葉，送人茶葉真空冷凍干燥機的真空冷凍干燥室內，先預冷至一18℃一10℃，然后在高真空狀態下進行有限加熱，使加工葉中所含水分直接由固態冰升華為氣態的水蒸氣被蒸發，達到除去水分而干燥的目的。由于茶葉在真空冷凍干燥過程中，茶條內外溫度始終控制在較低狀態下，香氣物質和營養成分獲得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3%以下，顯著提高了茶葉加工品質和延長了產品保質期。同時，因茶葉中的水分在蒸發干燥前已被凍結，升華蒸發后在茶葉內部留下很多肉眼幾乎難于看到的海綿狀微孔，成茶沖泡時，水分將很容易浸人茶葉微孔，利于有效成分的溶出。統、制冷系統、加熱系統和儀表與控制系統等組成。
                                          
  二、主要結構。茶葉真空冷凍干燥機的主要結構由真空干燥室、真空系輻射加熱板采用內部有油質媒體環流的多層薄箱式擱板結構，由經特殊處理的金屬材料一次擠壓成型，有良好的遠紅外線發射特性，加熱溫度均勻。加熱板上方有茶葉盤導軌，作業時放置盛有加工葉的茶葉盤。茶葉盤邊框和篩網均由不銹鋼材料制成，可以從干燥室內沿導軌方便放人和抽出。冷阱用不生銹工業硬質合金管制造，裝于圓形真空干燥室兩側部位，主要作用是冷凝干燥過程中從冰中升華出來的水蒸氣，結構緊湊，簡練實用。
  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，為實施茶葉干燥的場所。干燥室內置有輻射加熱板及位于兩側的冷阱。一端裝有可供開啟關閉的端蓋（干燥箱門），上有保證關閉密封的密封條。真空干燥室結構緊湊，容量大，使用方便。永利真空冷凍干燥機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計。


  2 .真空系統。真空系統由一臺高性能真空泵組及電磁真空充氣閥門組成，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，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。加熱系統由電熱箱、輻射加熱板、特制的耐高溫油泵和作為內部環流媒體的導熱油組成。導熱油在密閉系統中環流，不會有損耗，溫度由程序控制器自動控制調節。為**起見，加熱系統設有zui高溫度限制裝置，永利真空冷凍干燥機出廠時設定在120℃。
  4.制冷系統。制冷系統由特殊設計的半封閉壓縮冷凝機組和膨脹閥等組成，制冷能力與冷阱需求相匹配，特別適合于低溫狀態下工作。根據不同需要可分別配備單級壓縮機組、雙級壓縮機組和復疊式制冷壓縮機組等。
  5.儀表和控制系統。DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機的儀表和控制系統，由一套工業控制電器和儀表組成，能方便升級到電腦或網絡監控。儀表共有3塊，一塊是溫度控制儀，作用是用來控制輻射加熱板的溫度；**是多路溫度顯示儀，共有4個點的溫度顯示，其中兩個為冷阱溫度顯示，兩個為茶葉葉溫顯示，茶葉測溫探頭就埋在被 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關閉是否嚴密。
  6.茶葉真空冷凍干燥機的主要技術參數。永利DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機有多種規格，據了解，機器價格僅為國外同等產品價格的25%左右。系列中各種規格機器的主要技術參數如表1所示，可根據需要進行選擇，目前生產中使用較多的為DSTDG3、6、10型等。表中提供的機器估算價系根據目前部分機器銷售價格狀況預估，僅供參考。
  三、操作使用
  1.開機前的準備。首先要檢查排水閥門是否關閉，檢查制冷壓縮機及真空泵的油位和電源電壓是否正常，合上電源開關，察看儀表顯示是否正常。
  2.操作流程。待干燥茶葉一裝盤一逐盤放入真空干燥室一關閉干燥室門一開啟制冷一開啟真空一開啟油泵一開啟電加熱一設定溫度-設定時間一干燥結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行下輪作業。
  3.茶葉的凍結及進料。物料的凍結有兩種方式，一是利用冷庫或低溫冰箱對所需干燥的茶葉進行預凍結，預凍結至一20℃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對所需干燥的茶葉進行預凍結。使用表明，利用*種方式進行預凍結，成茶品質還稍好于后者，同時使用真空冷凍干燥機直接對待加工的茶葉進行預凍結，占用機器的時間也長。所以如條件允許，建議盡可能用前一種方式進行預凍結，這就是在廣東梅州及潮、汕茶區使用永利真空冷凍干燥機進行茶葉加工的企業，同時還裝備低溫冷凍冰柜的原因。茶葉預凍結的具體操作方法在下面結合升華干燥介紹。
  4.茶葉升華干燥。兩種預冷方式預凍結的茶葉，預凍結和升華干燥按以下方式進行操作。（l）冷庫或低溫冰箱預凍結茶葉的升華干燥操作在放人凍結的預冷葉前，先開啟真空冷凍干燥機的制冷機組，將冷阱溫度降至一20℃以下，時間1}15~，然后快速逐層預凍結茶葉，注意放人過程時間越短越好，以防止預凍結茶葉化凍，關閉真空冷凍干燥機的箱門，并立即開啟真空泵，用手稍推壓箱門，確認真空表的指針有降低時方可松手，約10min，真空表指針達到一IMPa，開始加熱，進行升華干燥。（2）真空冷凍干燥機直接預凍結茶葉的升華干燥操作將需干燥茶葉逐盤放人真空冷凍干燥機干燥室，開始對冷阱制冷，待冷阱溫度達到-30℃時，開啟真空泵，用手稍推壓箱門，確認真空表的指針有降低時方可松手。抽真空一段時間后冷阱表面溫度將會上升，待上升到一巧℃時，關閉真空泵，應特別注意對溫度進行觀察監視和及時關閉真空泵，否則會引起機器的損壞，這樣如此反復，直到茶葉溫度達到-20℃以下并維持一段時間（約30min），預凍結即告結束。不論是用哪一種方式對加工葉進行預冷凍，在升華加熱干燥過程中，應隨時注意輻射板溫度、真空度、冷阱溫度、物料溫度等，一般情況下應掌握輻射板溫度不超過120℃，冷阱溫度不高于-18℃，物料溫度不超過40℃；加熱過程中要注意油箱油位不低于紅線標志，過低應查明原因并補加。干燥過程當達到物料與加熱板溫度基本趨向一致并保持一段時間，或者干燥室真空度及冷阱溫度回復到空載時的指標并保持一段時間，即可認為升華干燥終了，這兩點可用于單獨判定，也可合并判定。
  5.出料化霜。干燥終了，先關閉制冷機組，再關真空泵，然后開啟破真空閥破真空，待真空完全破除，即可打開箱門將干燥室內的茶盤取出，完成出料。出料后即開啟干燥箱體下的放水閥，這時方可用水灑澆冷排管，讓冷排管上的結霜層完全溶化掉，表1永利DS珊G系列茶葉真空冷凍干燥機的主要技術參數型號、規格茶葉盤面積（mZ）冷阱zui低溫度（℃）zui大加工能力（干茶）裝機總功率（kw）熱源及加熱板形式加熱板溫度（℃）系統極限真空度（Pa）向物料的供熱方式每次干燥時間（h）機器估算價（萬元）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以便下次開機作業。
  四、應用效果。福建農林大學茶葉研究所的葉乃興副研究員等，于2006年在國內較早開展了真空冷凍干燥機應用于烏龍茶加工方面的研究和實驗。實驗時，將鮮葉進行往返3次的搖青和晾青，然后殺青、初揉和包揉、初烘，而獲得預處理樣。將預處理樣進行烘干即獲得烘干茶；直接進行-10℃的冷凍即獲得冷凍茶；進行真空冷凍干燥而獲得真空凍干茶。綜合評價認為真空凍干茶品質，冷凍茶略優于烘干茶。同時實驗中還發現，在3種干茶產品中，真空凍干茶的外形緊結程度也，觀察表明烘干茶在干燥過程中，包揉形成的顆粒有展開現象，從而使成茶顆粒較松散；而真空冷凍干燥時，包揉后的茶葉顆粒則呈收縮狀，從而利于成茶顆粒的緊結，這樣使顆粒狀的烏龍茶可減少1/4左右的包揉次數。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近使用梅州永利機械設備有限公司生產的茶葉真空冷凍干燥機組進行了“烏龍茶迅速脫水干燥保香工藝技術研究”。研究結論認為，在烏龍茶真空冷凍干燥與傳統熱風干燥工藝的對比試驗中，使用真空冷凍機進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，品質優良，明顯優于傳統的熱風干燥產品。安徽一家名優綠茶企業，配備江蘇宜興鼎新微波設備公司生產的微波殺青機和永利DSTDG系列茶葉真空冷凍干燥機等設備，組成生產線，進行名優綠茶生產。具體做法是，攤放后的鮮葉，經微波殺青至含水率達到50%左右，攤涼后初、精揉整形，并使用真空冷凍干燥機冷凍干燥zui后使用遠紅外提香機進行提香，所獲得的產品色澤鮮嫩，條形勻齊美觀，香氣濃郁，滋味純正，投放市場后深受消費者的歡迎。梅州市一家茶業公司使用搖青微發酵原理對鮮葉進行處理，然后殺青和輕揉，zui后使用永利真空冷凍干燥機冷凍干燥，生產的玉露茶產品，市場銷售形勢特好，5009成茶zui低銷價達1O00元以上。所取茶樣經*茶葉質量監督檢驗測試中心國家特級評茶師劉栩副研究員按GB/T23776標準進行感官審評，結果為“外形緊實，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，風味特征突出，品質優良。”據統計，目前在廣東、福建、江蘇、江西、安徽、浙江、廣西等省、區，永利公司生產的茶葉真空冷凍干燥機，已有近百臺投入烏龍茶、名優綠茶和紅茶的加工，茶葉加工質量普遍反映良好，推廣普及速度正在不斷加快。

                                                                          （備注：本文作者權啟愛系中國茶葉科學家）