微波加工普洱茶技術(shù)及設(shè)備研究.pdf
發(fā)布時間：2024-08-30 點擊：60
o引言
普洱茶是云南省的特色茶種，以其獨特滋味和多種保健、藥理功能享譽國內(nèi)外...，但是目前大多茶葉生產(chǎn)廠家仍采用傳統(tǒng)的加工工藝，即用焦煤燃氣烘烤、蒸氣脫水、日曬等干燥方法，造成成品有害，微生物和細菌消除不徹底，難以達到國際上規(guī)定的標準，嚴重影響普洱茶的市場競爭力和出口創(chuàng)匯。
目前云南普洱茶產(chǎn)業(yè)基本呈現(xiàn)“市場先動，研發(fā)滯后，標準不全，工藝落后“的特點，針對云南普洱茶生產(chǎn)的需求，應(yīng)以科技為先導(dǎo)，積極改進傳統(tǒng)茶葉加工技術(shù)，完善加工工藝.微波技術(shù)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代加工技術(shù)，微波能應(yīng)用于普洱茶的加工將為普洱茶產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)一條嶄新的加工途徑。
1微波干燥物料的機理
微波發(fā)生器的磁控管接受電源功率而產(chǎn)生微波功率，通過波導(dǎo)輸送到微波加熱器中，使需要加熱的物料在微波場的作用下被加熱，微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理，水的損耗因數(shù)比干物質(zhì)大得多，電磁場釋放能量中的絕大部分被物料中的水分子吸收，一般情況下，物料中的水分子由于布朗運動，分子的排列雜亂無章，極性相互抵消，宏觀上不呈現(xiàn)極性，而被置于由微波發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場中時，微波場以每秒幾億次的高速周期地改變外加電場的方向，使介質(zhì)的極性水分子迅速擺動，從而產(chǎn)生摩擦熱，使物料內(nèi)部和表面的溫度迅速升高。
微波加熱使物料體本身成為熱源，由于物料中的水分能大量吸收微波能并轉(zhuǎn)化為熱能，因此物料的升溫和蒸發(fā)是在整個物體中同時進行的，改變了常規(guī)加熱干燥過程中某些遷移勢和遷移勢梯度方向，形成了微波干燥物料的獨特機理.在物料表面由于蒸發(fā)冷卻的緣故，使物料表面溫度略低于里層溫度;同時由于物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，以致內(nèi)部蒸汽迅速產(chǎn)生，形成壓力梯度.如果物料的初始含水率較高，物料內(nèi)部的壓力快速地升高，則水分可能在壓力梯度的作用下從物料中排出.由此可見，微波干燥普洱茶過程中，溫度梯度、傳熱和蒸汽壓遷移方向均一致，從而大大改善了干燥過程中的水分遷移條件.同時由于壓力遷移動力的存在，使微波干燥具有由內(nèi)向外的干燥特點，即首先是物料內(nèi)層先干燥，這就克服了傳統(tǒng)方法干燥物料時因外層先干燥形成硬殼板結(jié)而阻礙內(nèi)部水分繼續(xù)外移的缺點。
2微波對普洱茶進行殺青、干燥實驗
2.1普洱茶微波殺青實驗
殺青是普洱茶初加工的一道重要工序，殺青主要通過高溫濕熱作用使茶葉中的多酚氧化酶、過氧化物酶迅速鈍化或失性失活.普洱茶生產(chǎn)上常用炒青、蒸青的方式進行殺青處理，因蒸汽含水量高，效率低，目前已很少采用蒸青的方式.現(xiàn)利用加入通風(fēng)裝置的單臺微波爐對普洱茶進行殺青與人工炒青進行比較實驗，結(jié)果如表1：
表1不同方式對普洱茶殺青的影響
表1中水分測定試驗是在常壓下，茶葉經(jīng)100℃左右的溫度加熱至恒重時的質(zhì)量損失，這部分損失被稱為水分，通過下面公式計算出物料含水率：
式中：m1一試樣和鋁質(zhì)烘皿烘前的質(zhì)量，g;m2一試樣和鋁質(zhì)烘皿烘后的質(zhì)量，g;mo一試樣的質(zhì)量;g.對于溫度需要測量即時溫度，所以用紅外線測溫儀連續(xù)測量物料三處溫度值，取其平均值，通過下面公式計算出溫度值：
式中：物料溫度值;t1一物料第一測量點溫度值;t2一物料第二測量點溫度值;t3一物料第三測量點溫度值。
通過表1中試驗表明，在同樣滿足普洱茶加工中對殺青的要求條件下，微波殺青加熱時間很短，僅為傳統(tǒng)炒青時間的1/6，這是因為微波加熱的物理環(huán)境有溫度場與電磁場，電磁場作用大于溫度場，其合作用快速加強茶葉中酶的變性作用，而炒青加熱的物理環(huán)境只有溫度場，因此其升溫速度遠慢于微波加熱.另外由于加熱時間短，對葉綠素的破壞大大降低，微波技術(shù)有效地提高了殺青質(zhì)量。
2.2普洱茶微波干燥實驗
微波干燥和傳統(tǒng)干燥一樣，都是基于物體內(nèi)部和外表面水的蒸汽壓差，對水分傳遞形成驅(qū)動力.傳統(tǒng)干燥方法將熱量從外部傳導(dǎo)到內(nèi)部需要一定的時間，且存在內(nèi)外溫度差和濕、熱傳遞方向相反的問題;微波加熱可導(dǎo)致物料表面和內(nèi)部同時升溫，且內(nèi)部溫度高于物料表面，使大量的水分子從物料中逸出而被蒸發(fā)帶走，達到干燥的目的.微波干燥方法的特點是加熱時間短，且熱傳遞方向與濕傳遞方向一致.因此，微波干燥的茶葉產(chǎn)品，葉綠素變化少，色澤明亮，干燥均勻，香氣損失少，產(chǎn)品質(zhì)量明顯優(yōu)于用傳統(tǒng)方法干燥的茶葉.現(xiàn)以經(jīng)過兩種干燥工藝加工的普洱餅茶(熟茶)為例，對比分析兩種加工工藝的優(yōu)缺點.微波與傳統(tǒng)方法干燥的普洱餅茶對比效果圖，如圖1所示。
圖1微波與傳統(tǒng)干燥的普洱餅茶對比效果圖
由圖1可以看出微波技術(shù)干燥出來的普洱茶輪廓要圓滑，邊緣幾乎沒有毛刺，茶餅的整體形狀較好，色澤保持了普洱茶的原色;傳統(tǒng)方法干燥出來的普洱茶外輪廓有毛刺，色澤稍改變，產(chǎn)生效果不同的原因是傳統(tǒng)干燥方法較微波干燥方法工藝時間長、工藝復(fù)雜、加工中茶餅移動頻繁、受環(huán)境污染嚴重，所以造成茶餅外觀不美、色澤下降.因此，微波干燥出來的普洱茶餅無論從外觀上還是品質(zhì)上都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
3微波殺青、干燥設(shè)備的設(shè)計思想
3.1微波殺青、干燥設(shè)備的基本要求
微波干燥普洱茶的設(shè)備要求操作方便、自動化、生產(chǎn)流水線化，且要最大可能地提高生產(chǎn)效率，滿足不同生產(chǎn)規(guī)模的需要，那么微波干燥設(shè)備需具備以下功能:
①選擇合適的控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)自動化、簡單化;②設(shè)計合理的物料傳送方式、人料口、出料口及備料區(qū)，便于實現(xiàn)生產(chǎn)流水線化;③設(shè)備箱體最好采用分散單元組裝設(shè)計，微波功率為可調(diào)節(jié)，滿足不同茶葉生產(chǎn)廠家的需求。
3.2微波殺青、干燥設(shè)備的總體方案設(shè)計
常用的微波茶葉殺青干燥設(shè)備由作為微波發(fā)生器的磁控管、能量傳輸器、加熱單元、漏能抑制器、排風(fēng)排濕和冷卻裝置、傳輸機構(gòu)、電源及控制裝置等部分組成。因為不同季節(jié)、不同品種、不同時間采摘的茶葉其初始含水率、鮮嫩程度等均有所不同，因而將微波功率、設(shè)備步進速度等均設(shè)計成可調(diào)式，從而使各種茶葉均能達到理想的效果。所以設(shè)計機型最好采用連續(xù)式步進多諧振腔微波干燥器形式，其優(yōu)點是:通過單個諧振腔的疊加組合，可得到理論設(shè)計所需的功率，便于茶葉殺青、干燥工藝的調(diào)控;主機采用組合形式，加工、運輸、維修方便，即可以小批量生產(chǎn)，又可以連續(xù)不斷大批量生產(chǎn)，制造成本低。按照以上所述，設(shè)計的微波殺青、干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2所示。
圖2微波殺青、干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖
3.3微波殺青、干燥設(shè)備傳動系統(tǒng)設(shè)計
微波殺青、干燥設(shè)備傳動系統(tǒng)應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作維修方便、傳輸穩(wěn)定、系統(tǒng)功耗小等特點，另外還應(yīng)與連續(xù)化的生產(chǎn)相配合。結(jié)合各種傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點，微波殺青、干燥設(shè)備的傳動系統(tǒng)最好采用步進帶式輸送物料傳動系統(tǒng)，整機傳動系統(tǒng)簡圖如圖3所示。
圖3中的傳動系統(tǒng)兩端為備料、出料傳輸區(qū)，這兩個傳輸區(qū)可以設(shè)計成附加的傳動裝置，這樣的設(shè)計有兩大優(yōu)點:①設(shè)備運輸、安裝方便;②生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模選用這兩個傳輸系統(tǒng)，不用時不會影響主傳動系統(tǒng)的運行。
圖3設(shè)備傳動系統(tǒng)簡圖
4結(jié)論
利用微波技術(shù)加工普洱茶具有多方面的優(yōu)越性，概括起來可總結(jié)為“三提高“、“三減少“?！叭岣摺?①提高了茶葉品質(zhì):用微波加工的普洱茶在色、香、味保持不變的情況下，其營養(yǎng)成分損失很少，另外微波具有高效的殺菌滅酶作用，大腸桿菌、霉菌等有害菌基本被殺死，使茶葉中有害細菌含量能夠達到國家衛(wèi)生標準。②提高了生產(chǎn)效率:微波殺青、干燥設(shè)備可實現(xiàn)普洱茶加工的連續(xù)化、自動化生產(chǎn);另外微波能熱效率高，能夠短時將物料升溫，故使生產(chǎn)效率大大提高。③提高了普洱茶的品牌形象:如今普洱茶的飲用成為了一種文化，普洱茶的收藏價值隨之升高，用微波技術(shù)加工的普洱茶外型美觀、質(zhì)量優(yōu)良，所以大眾和收藏家也越來越喜愛這種高新技術(shù)加工的普洱茶產(chǎn)品了，普洱茶在國內(nèi)外市場競爭力也在不斷加強。
“三減少“:①減少了勞動強度:因為利用微波技術(shù)殺青、干燥茶葉完全是自動化、流水線控制，制茶工人僅僅從事勞動強度較低的備料、收料工作，極大降低了勞動強度。②減少了環(huán)境污染程度:傳統(tǒng)的茶葉殺青方式，如利用燃煤殺青、干燥方式，產(chǎn)生的煙霧污染空氣環(huán)境，又對制茶工人的身體健康產(chǎn)生不利影響，微波技術(shù)的突出特點就是無污染、實現(xiàn)有機綠色加工。③減少了加工成本:根據(jù)計算，普洱餅茶干燥完成耗電0。02度/餅左右，按每度電o。5o元計算，一餅普洱茶的加工耗電費用約為o。o1元，這與其他加工方法相比，加工成本的減少是顯而易見的。
普洱茶是云南省的特色茶種，以其獨特滋味和多種保健、藥理功能享譽國內(nèi)外...，但是目前大多茶葉生產(chǎn)廠家仍采用傳統(tǒng)的加工工藝，即用焦煤燃氣烘烤、蒸氣脫水、日曬等干燥方法，造成成品有害，微生物和細菌消除不徹底，難以達到國際上規(guī)定的標準，嚴重影響普洱茶的市場競爭力和出口創(chuàng)匯。
目前云南普洱茶產(chǎn)業(yè)基本呈現(xiàn)“市場先動，研發(fā)滯后，標準不全，工藝落后“的特點，針對云南普洱茶生產(chǎn)的需求，應(yīng)以科技為先導(dǎo)，積極改進傳統(tǒng)茶葉加工技術(shù)，完善加工工藝.微波技術(shù)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代加工技術(shù)，微波能應(yīng)用于普洱茶的加工將為普洱茶產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)一條嶄新的加工途徑。
1微波干燥物料的機理
微波發(fā)生器的磁控管接受電源功率而產(chǎn)生微波功率，通過波導(dǎo)輸送到微波加熱器中，使需要加熱的物料在微波場的作用下被加熱，微波加熱利用的是介質(zhì)損耗原理，水的損耗因數(shù)比干物質(zhì)大得多，電磁場釋放能量中的絕大部分被物料中的水分子吸收，一般情況下，物料中的水分子由于布朗運動，分子的排列雜亂無章，極性相互抵消，宏觀上不呈現(xiàn)極性，而被置于由微波發(fā)生器產(chǎn)生的電磁場中時，微波場以每秒幾億次的高速周期地改變外加電場的方向，使介質(zhì)的極性水分子迅速擺動，從而產(chǎn)生摩擦熱，使物料內(nèi)部和表面的溫度迅速升高。
微波加熱使物料體本身成為熱源，由于物料中的水分能大量吸收微波能并轉(zhuǎn)化為熱能，因此物料的升溫和蒸發(fā)是在整個物體中同時進行的，改變了常規(guī)加熱干燥過程中某些遷移勢和遷移勢梯度方向，形成了微波干燥物料的獨特機理.在物料表面由于蒸發(fā)冷卻的緣故，使物料表面溫度略低于里層溫度;同時由于物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，以致內(nèi)部蒸汽迅速產(chǎn)生，形成壓力梯度.如果物料的初始含水率較高，物料內(nèi)部的壓力快速地升高，則水分可能在壓力梯度的作用下從物料中排出.由此可見，微波干燥普洱茶過程中，溫度梯度、傳熱和蒸汽壓遷移方向均一致，從而大大改善了干燥過程中的水分遷移條件.同時由于壓力遷移動力的存在，使微波干燥具有由內(nèi)向外的干燥特點，即首先是物料內(nèi)層先干燥，這就克服了傳統(tǒng)方法干燥物料時因外層先干燥形成硬殼板結(jié)而阻礙內(nèi)部水分繼續(xù)外移的缺點。
2微波對普洱茶進行殺青、干燥實驗
2.1普洱茶微波殺青實驗
殺青是普洱茶初加工的一道重要工序，殺青主要通過高溫濕熱作用使茶葉中的多酚氧化酶、過氧化物酶迅速鈍化或失性失活.普洱茶生產(chǎn)上常用炒青、蒸青的方式進行殺青處理，因蒸汽含水量高，效率低，目前已很少采用蒸青的方式.現(xiàn)利用加入通風(fēng)裝置的單臺微波爐對普洱茶進行殺青與人工炒青進行比較實驗，結(jié)果如表1：
表1不同方式對普洱茶殺青的影響
表1中水分測定試驗是在常壓下，茶葉經(jīng)100℃左右的溫度加熱至恒重時的質(zhì)量損失，這部分損失被稱為水分，通過下面公式計算出物料含水率：
式中：m1一試樣和鋁質(zhì)烘皿烘前的質(zhì)量，g;m2一試樣和鋁質(zhì)烘皿烘后的質(zhì)量，g;mo一試樣的質(zhì)量;g.對于溫度需要測量即時溫度，所以用紅外線測溫儀連續(xù)測量物料三處溫度值，取其平均值，通過下面公式計算出溫度值：
式中：物料溫度值;t1一物料第一測量點溫度值;t2一物料第二測量點溫度值;t3一物料第三測量點溫度值。
通過表1中試驗表明，在同樣滿足普洱茶加工中對殺青的要求條件下，微波殺青加熱時間很短，僅為傳統(tǒng)炒青時間的1/6，這是因為微波加熱的物理環(huán)境有溫度場與電磁場，電磁場作用大于溫度場，其合作用快速加強茶葉中酶的變性作用，而炒青加熱的物理環(huán)境只有溫度場，因此其升溫速度遠慢于微波加熱.另外由于加熱時間短，對葉綠素的破壞大大降低，微波技術(shù)有效地提高了殺青質(zhì)量。
2.2普洱茶微波干燥實驗
微波干燥和傳統(tǒng)干燥一樣，都是基于物體內(nèi)部和外表面水的蒸汽壓差，對水分傳遞形成驅(qū)動力.傳統(tǒng)干燥方法將熱量從外部傳導(dǎo)到內(nèi)部需要一定的時間，且存在內(nèi)外溫度差和濕、熱傳遞方向相反的問題;微波加熱可導(dǎo)致物料表面和內(nèi)部同時升溫，且內(nèi)部溫度高于物料表面，使大量的水分子從物料中逸出而被蒸發(fā)帶走，達到干燥的目的.微波干燥方法的特點是加熱時間短，且熱傳遞方向與濕傳遞方向一致.因此，微波干燥的茶葉產(chǎn)品，葉綠素變化少，色澤明亮，干燥均勻，香氣損失少，產(chǎn)品質(zhì)量明顯優(yōu)于用傳統(tǒng)方法干燥的茶葉.現(xiàn)以經(jīng)過兩種干燥工藝加工的普洱餅茶(熟茶)為例，對比分析兩種加工工藝的優(yōu)缺點.微波與傳統(tǒng)方法干燥的普洱餅茶對比效果圖，如圖1所示。
圖1微波與傳統(tǒng)干燥的普洱餅茶對比效果圖
由圖1可以看出微波技術(shù)干燥出來的普洱茶輪廓要圓滑，邊緣幾乎沒有毛刺，茶餅的整體形狀較好，色澤保持了普洱茶的原色;傳統(tǒng)方法干燥出來的普洱茶外輪廓有毛刺，色澤稍改變，產(chǎn)生效果不同的原因是傳統(tǒng)干燥方法較微波干燥方法工藝時間長、工藝復(fù)雜、加工中茶餅移動頻繁、受環(huán)境污染嚴重，所以造成茶餅外觀不美、色澤下降.因此，微波干燥出來的普洱茶餅無論從外觀上還是品質(zhì)上都優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
3微波殺青、干燥設(shè)備的設(shè)計思想
3.1微波殺青、干燥設(shè)備的基本要求
微波干燥普洱茶的設(shè)備要求操作方便、自動化、生產(chǎn)流水線化，且要最大可能地提高生產(chǎn)效率，滿足不同生產(chǎn)規(guī)模的需要，那么微波干燥設(shè)備需具備以下功能:
①選擇合適的控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)自動化、簡單化;②設(shè)計合理的物料傳送方式、人料口、出料口及備料區(qū)，便于實現(xiàn)生產(chǎn)流水線化;③設(shè)備箱體最好采用分散單元組裝設(shè)計，微波功率為可調(diào)節(jié)，滿足不同茶葉生產(chǎn)廠家的需求。
3.2微波殺青、干燥設(shè)備的總體方案設(shè)計
常用的微波茶葉殺青干燥設(shè)備由作為微波發(fā)生器的磁控管、能量傳輸器、加熱單元、漏能抑制器、排風(fēng)排濕和冷卻裝置、傳輸機構(gòu)、電源及控制裝置等部分組成。因為不同季節(jié)、不同品種、不同時間采摘的茶葉其初始含水率、鮮嫩程度等均有所不同，因而將微波功率、設(shè)備步進速度等均設(shè)計成可調(diào)式，從而使各種茶葉均能達到理想的效果。所以設(shè)計機型最好采用連續(xù)式步進多諧振腔微波干燥器形式，其優(yōu)點是:通過單個諧振腔的疊加組合，可得到理論設(shè)計所需的功率，便于茶葉殺青、干燥工藝的調(diào)控;主機采用組合形式，加工、運輸、維修方便，即可以小批量生產(chǎn)，又可以連續(xù)不斷大批量生產(chǎn)，制造成本低。按照以上所述，設(shè)計的微波殺青、干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2所示。
圖2微波殺青、干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖
3.3微波殺青、干燥設(shè)備傳動系統(tǒng)設(shè)計
微波殺青、干燥設(shè)備傳動系統(tǒng)應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作維修方便、傳輸穩(wěn)定、系統(tǒng)功耗小等特點，另外還應(yīng)與連續(xù)化的生產(chǎn)相配合。結(jié)合各種傳動系統(tǒng)的優(yōu)缺點，微波殺青、干燥設(shè)備的傳動系統(tǒng)最好采用步進帶式輸送物料傳動系統(tǒng)，整機傳動系統(tǒng)簡圖如圖3所示。
圖3中的傳動系統(tǒng)兩端為備料、出料傳輸區(qū)，這兩個傳輸區(qū)可以設(shè)計成附加的傳動裝置，這樣的設(shè)計有兩大優(yōu)點:①設(shè)備運輸、安裝方便;②生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模選用這兩個傳輸系統(tǒng)，不用時不會影響主傳動系統(tǒng)的運行。
圖3設(shè)備傳動系統(tǒng)簡圖
4結(jié)論
利用微波技術(shù)加工普洱茶具有多方面的優(yōu)越性，概括起來可總結(jié)為“三提高“、“三減少“?！叭岣摺?①提高了茶葉品質(zhì):用微波加工的普洱茶在色、香、味保持不變的情況下，其營養(yǎng)成分損失很少，另外微波具有高效的殺菌滅酶作用，大腸桿菌、霉菌等有害菌基本被殺死，使茶葉中有害細菌含量能夠達到國家衛(wèi)生標準。②提高了生產(chǎn)效率:微波殺青、干燥設(shè)備可實現(xiàn)普洱茶加工的連續(xù)化、自動化生產(chǎn);另外微波能熱效率高，能夠短時將物料升溫，故使生產(chǎn)效率大大提高。③提高了普洱茶的品牌形象:如今普洱茶的飲用成為了一種文化，普洱茶的收藏價值隨之升高，用微波技術(shù)加工的普洱茶外型美觀、質(zhì)量優(yōu)良，所以大眾和收藏家也越來越喜愛這種高新技術(shù)加工的普洱茶產(chǎn)品了，普洱茶在國內(nèi)外市場競爭力也在不斷加強。
“三減少“:①減少了勞動強度:因為利用微波技術(shù)殺青、干燥茶葉完全是自動化、流水線控制，制茶工人僅僅從事勞動強度較低的備料、收料工作，極大降低了勞動強度。②減少了環(huán)境污染程度:傳統(tǒng)的茶葉殺青方式，如利用燃煤殺青、干燥方式，產(chǎn)生的煙霧污染空氣環(huán)境，又對制茶工人的身體健康產(chǎn)生不利影響，微波技術(shù)的突出特點就是無污染、實現(xiàn)有機綠色加工。③減少了加工成本:根據(jù)計算，普洱餅茶干燥完成耗電0。02度/餅左右，按每度電o。5o元計算，一餅普洱茶的加工耗電費用約為o。o1元，這與其他加工方法相比，加工成本的減少是顯而易見的。