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茶叶真空冷冻干燥机及其应用效果

作者：权启爱；
机构：中国农业*茶叶研究所
关键词：真空冷冻干燥机；茶叶加工；升华干燥；制冷系统；加热系统

广东省梅州市永利机械设备实业有限公司研制生产的DSTDG系列茶叶真空冷冻干燥机（图1），近两年在茶叶加工中逐步获得普遍应用，本文特对其作业原理、主要结构、使用操作和在茶叶加工中的使用效果作简单介绍。
一、工作原理。将适当加工阶段的茶叶加工叶，送人茶叶真空冷冻干燥机的真空冷冻干燥室内，先预冷至一18℃一10℃，然后在高真空状态下进行有限加热，使加工叶中所含水分直接由固态冰升华为气态的水蒸气被蒸发，达到除去水分而干燥的目的。由于茶叶在真空冷冻干燥过程中，茶条内外温度始终控制在较低状态下，香气物质和营养成分获得zui大限度保留，能使干燥后的成茶保持原汁原味，色泽绿翠鲜艳，色、香、味、形良好。并且干燥均匀、充分，干茶的含水率甚至可达3%以下，显著提高了茶叶加工品质和延长了产品保质期。同时，因茶叶中的水分在蒸发干燥前已被冻结，升华蒸发后在茶叶内部留下很多肉眼几乎难于看到的海绵状微孔，成茶冲泡时，水分将很容易浸人茶叶微孔，利于有效成分的溶出。统、制冷系统、加热系统和仪表与控制系统等组成。

二、主要结构。茶叶真空冷冻干燥机的主要结构由真空干燥室、真空系辐射加热板采用内部有油质媒体环流的多层薄箱式搁板结构，由经特殊处理的金属材料一次挤压成型，有良好的远红外线发射特性，加热温度均匀。加热板上方有茶叶盘导轨，作业时放置盛有加工叶的茶叶盘。茶叶盘边框和筛网均由不锈钢材料制成，可以从干燥室内沿导轨方便放人和抽出。冷阱用不生锈工业硬质合金管制造，装于圆形真空干燥室两侧部位，主要作用是冷凝干燥过程中从冰中升华出来的水蒸气，结构紧凑，简练实用。
1.真空干燥室。真空干燥室（图2）是一只用钢板焊制而成的耐真空容器，为实施茶叶干燥的场所。干燥室内置有辐射加热板及位于两侧的冷阱。一端装有可供开启关闭的端盖（干燥箱门），上有保证关闭密封的密封条。真空干燥室结构紧凑，容量大，使用方便。永利真空冷冻干燥机之所以能在茶叶加工中获得较普遍推广使用，很大程度上得益于真空干燥室享有的特殊设计。

2 .真空系统。真空系统由一台高性能真空泵组及电磁真空充气阀门组成，是真空干燥室维持真空的核心部件，正是由于干燥室所维持的真空状态，降低了冷凝冰的升华温度，使茶叶有效成分zui大保留。
3.加热系统。加热系统由电热箱、辐射加热板、特制的耐高温油泵和作为内部环流媒体的导热油组成。导热油在密闭系统中环流，不会有损耗，温度由程序控制器自动控制调节。为**起见，加热系统设有zui高温度限制装置，永利真空冷冻干燥机出厂时设定在120℃。
4.制冷系统。制冷系统由特殊设计的半封闭压缩冷凝机组和膨胀阀等组成，制冷能力与冷阱需求相匹配，特别适合于低温状态下工作。根据不同需要可分别配备单级压缩机组、双级压缩机组和复叠式制冷压缩机组等。
5.仪表和控制系统。DSTDG系列茶叶真空冷冻干燥机的仪表和控制系统，由一套工业控制电器和仪表组成，能方便升级到电脑或网络监控。仪表共有3块，一块是温度控制仪，作用是用来控制辐射加热板的温度；**是多路温度显示仪，共有4个点的温度显示，其中两个为冷阱温度显示，两个为茶叶叶温显示，茶叶测温探头就埋在被干燥的茶叶中，这4只温度仪只作显示，供操作时参考，不作控制用。此外尚有1只真空表，主要用于检查干燥箱门关闭是否严密。
6.茶叶真空冷冻干燥机的主要技术参数。永利DSTDG系列茶叶真空冷冻干燥机有多种规格，据了解，机器价格仅为国外同等产品价格的25%左右。系列中各种规格机器的主要技术参数如表1所示，可根据需要进行选择，目前生产中使用较多的为DSTDG3、6、10型等。表中提供的机器估算价系根据目前部分机器销售价格状况预估，仅供参考。
三、操作使用
1.开机前的准备。首先要检查排水阀门是否关闭，检查制冷压缩机及真空泵的油位和电源电压是否正常，合上电源开关，察看仪表显示是否正常。
2.操作流程。待干燥茶叶一装盘一逐盘放入真空干燥室一关闭干燥室门一开启制冷一开启真空一开启油泵一开启电加热一设定温度-设定时间一干燥结束一停止真空泵一停止电加热一停止油泵-放气解除真空一出茶一化霜一进行下轮作业。
3.茶叶的冻结及进料。物料的冻结有两种方式，一是利用冷库或低温冰箱对所需干燥的茶叶进行预冻结，预冻结至一20℃左右（必须低于-16℃），并维持2h以上。二是直接利用真空冷冻干燥机对所需干燥的茶叶进行预冻结。使用表明，利用*种方式进行预冻结，成茶品质还稍好于后者，同时使用真空冷冻干燥机直接对待加工的茶叶进行预冻结，占用机器的时间也长。所以如条件允许，建议尽可能用前一种方式进行预冻结，这就是在广东梅州及潮、汕茶区使用永利真空冷冻干燥机进行茶叶加工的企业，同时还装备低温冷冻冰柜的原因。茶叶预冻结的具体操作方法在下面结合升华干燥介绍。
4.茶叶升华干燥。两种预冷方式预冻结的茶叶，预冻结和升华干燥按以下方式进行操作。（l）冷库或低温冰箱预冻结茶叶的升华干燥操作在放人冻结的预冷叶前，先开启真空冷冻干燥机的制冷机组，将冷阱温度降至一20℃以下，时间1}15~，然后快速逐层预冻结茶叶，注意放人过程时间越短越好，以防止预冻结茶叶化冻，关闭真空冷冻干燥机的箱门，并立即开启真空泵，用手稍推压箱门，确认真空表的指针有降低时方可松手，约10min，真空表指针达到一IMPa，开始加热，进行升华干燥。（2）真空冷冻干燥机直接预冻结茶叶的升华干燥操作将需干燥茶叶逐盘放人真空冷冻干燥机干燥室，开始对冷阱制冷，待冷阱温度达到-30℃时，开启真空泵，用手稍推压箱门，确认真空表的指针有降低时方可松手。抽真空一段时间后冷阱表面温度将会上升，待上升到一巧℃时，关闭真空泵，应特别注意对温度进行观察监视和及时关闭真空泵，否则会引起机器的损坏，这样如此反复，直到茶叶温度达到-20℃以下并维持一段时间（约30min），预冻结即告结束。不论是用哪一种方式对加工叶进行预冷冻，在升华加热干燥过程中，应随时注意辐射板温度、真空度、冷阱温度、物料温度等，一般情况下应掌握辐射板温度不超过120℃，冷阱温度不高于-18℃，物料温度不超过40℃；加热过程中要注意油箱油位不低于红线标志，过低应查明原因并补加。干燥过程当达到物料与加热板温度基本趋向一致并保持一段时间，或者干燥室真空度及冷阱温度回复到空载时的指标并保持一段时间，即可认为升华干燥终了，这两点可用于单独判定，也可合并判定。
5.出料化霜。干燥终了，先关闭制冷机组，再关真空泵，然后开启破真空阀破真空，待真空完全破除，即可打开箱门将干燥室内的茶盘取出，完成出料。出料后即开启干燥箱体下的放水阀，这时方可用水洒浇冷排管，让冷排管上的结霜层完全溶化掉，表1永利DS珊G系列茶叶真空冷冻干燥机的主要技术参数型号、规格茶叶盘面积（mZ）冷阱zui低温度（℃）zui大加工能力（干茶）装机总功率（kw）热源及加热板形式加热板温度（℃）系统极限真空度（Pa）向物料的供热方式每次干燥时间（h）机器估算价（万元）DSTDGesZ 2.0一3515kg/次7 .5电、薄箱式室温~120 l5辐射6~8 30DSTDG一3 3 .6一3530kg/次120电、薄箱式室温一120 l5辐射6~8 5 .0DSTDG一6 6 .0一3545kg/次16.0电、薄箱式室温、120 l5辐射6~8 6 .0DSTDG一10 10.0一3575kg/次20.0电、薄箱式室温一120 l5辐射6、8 10.0DSTDG一20 20.0一35150kg/次30.0电、薄箱式室温一120 l5辐射6~8 18.0以便下次开机作业。
四、应用效果。福建农林大学茶叶研究所的叶乃兴副研究员等，于2006年在国内较早开展了真空冷冻干燥机应用于乌龙茶加工方面的研究和实验。实验时，将鲜叶进行往返3次的摇青和晾青，然后杀青、初揉和包揉、初烘，而获得预处理样。将预处理样进行烘干即获得烘干茶；直接进行-10℃的冷冻即获得冷冻茶；进行真空冷冻干燥而获得真空冻干茶。综合评价认为真空冻干茶品质，冷冻茶略优于烘干茶。同时实验中还发现，在3种干茶产品中，真空冻干茶的外形紧结程度也，观察表明烘干茶在干燥过程中，包揉形成的颗粒有展开现象，从而使成茶颗粒较松散；而真空冷冻干燥时，包揉后的茶叶颗粒则呈收缩状，从而利于成茶颗粒的紧结，这样使颗粒状的乌龙茶可减少1/4左右的包揉次数。干茶一香气馥郁清高、花香显冷冻茶一香气浓郁，花香浓烘干茶一香尚高，尚纯正汤有香，味醇厚一黄绿明亮汤有香，味尚醇一橙黄欠亮味醇厚，爽口l清澈黄亮广西桂林茶叶研究所副研究员刘玉芳、杨春等，zui近使用梅州永利机械设备有限公司生产的茶叶真空冷冻干燥机组进行了“乌龙茶迅速脱水干燥保香工艺技术研究”。研究结论认为，在乌龙茶真空冷冻干燥与传统热风干燥工艺的对比试验中，使用真空冷冻机进行真空冷冻干燥制作的乌龙茶香气鲜灵浓郁，滋味醇爽，汤色黄绿明亮，品质优良，明显优于传统的热风干燥产品。安徽一家名优绿茶企业，配备江苏宜兴鼎新微波设备公司生产的微波杀青机和永利DSTDG系列茶叶真空冷冻干燥机等设备，组成生产线，进行名优绿茶生产。具体做法是，摊放后的鲜叶，经微波杀青至含水率达到50%左右，摊凉后初、精揉整形，并使用真空冷冻干燥机冷冻干燥zui后使用远红外提香机进行提香，所获得的产品色泽鲜嫩，条形匀齐美观，香气浓郁，滋味纯正，投放市场后深受消费者的欢迎。梅州市一家茶业公司使用摇青微发酵原理对鲜叶进行处理，然后杀青和轻揉，zui后使用永利真空冷冻干燥机冷冻干燥，生产的玉露茶产品，市场销售形势特好，5009成茶zui低销价达1O00元以上。所取茶样经*茶叶质量监督检验测试中心国家特级评茶师刘栩副研究员按GB/T23776标准进行感官审评，结果为“外形紧实，色绿泛金黄，鲜艳，花香显露，汤色鲜绿明亮，滋味清香带花香，叶底显芽，风味特征突出，品质优良。”据统计，目前在广东、福建、江苏、江西、安徽、浙江、广西等省、区，永利公司生产的茶叶真空冷冻干燥机，已有近百台投入乌龙茶、名优绿茶和红茶的加工，茶叶加工质量普遍反映良好，推广普及速度正在不断加快。

（备注：本文作者权启爱系中国茶叶科学家）

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