電磁內熱滾筒殺青對茶葉品質的影響

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本文以滾筒殺青為突破口，通過加熱系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)的技術創(chuàng)新，研制出新型電磁內熱滾筒殺青設備（專利號ZL201020157446.2），以制品的感官品質、能耗成本等為指標提出適宜的應用技術，解決傳統(tǒng)殺青存在的諸多不足，達到名優(yōu)綠茶殺青作業(yè)工效高、能耗低、易操作、品質優(yōu)等多重目的，為綠茶加工提供技術儲備和參考。

電磁內熱滾筒殺青機的結構、工作原理及技術特點

1結構組成

電磁內熱滾筒殺青機主要由進料裝置、滾筒、加熱線圈、排濕裝置、支撐機架、出料裝置、聯(lián)動裝置、遠紅外溫度感應裝置、電控柜、保溫外殼等部分組成，如圖1、2所示。另有直流電機隱藏在殺青機底部，作為動力源一方面帶動滾筒運轉，另一方面通過軸承、三角帶帶動定位拖輪與滾筒同時運轉。

2工作原理及技術特點

該設備采用電磁加熱技術對滾筒進行加熱作業(yè)。電磁加熱主要采用磁場感應渦流原理，借助高頻電流通過環(huán)行線圈，產生無數封閉磁場力，當磁場的磁力線通過導磁物，即會產生無數的小渦流，從而使導磁物自行高速發(fā)熱。由于該方法是直接對滾筒加熱，減少了傳統(tǒng)電熱管先加熱空氣，再由空氣加熱滾筒的兩道熱能傳遞所導致的熱能損耗，能量轉換率和熱能利用率顯著提高。在電磁加熱線圈外層包裹有經特殊處理的云母板制作的保溫層，熱能能夠盡可能消耗于滾筒，不僅可縮短預熱時間，而且能夠大大改善加工環(huán)境條件。以新型遠紅外測溫儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電藕溫度傳感裝置，對溫度的感應和監(jiān)測更為迅捷、敏感，精度范圍可達±1℃便于精確控制滾筒溫度，減少熱能損耗。通過對整機結構及輔助裝置的創(chuàng)新設計和運用，電磁內熱滾筒殺青設備的熱效率可達50%～60%，溫度浮動范圍可控制在±3℃之內。借助電磁加熱技術，遵循“高溫殺青，先高后低”的殺青優(yōu)化工藝原則[16]，將整個滾筒劃分成3個溫度區(qū)段，并配置不同功率的電磁加熱裝置及溫度監(jiān)控反饋系統(tǒng)，可實現(xiàn)各區(qū)段殺青溫度的獨立調控。通過對各區(qū)段滾筒溫度的精準控制以及殺青溫度組合的優(yōu)化，既能保證滅酶迅速、徹底，又可防止殺青葉焦化，同時促使內含物質適度轉化，達到殺青葉色澤鮮活嫩綠、清香四溢、滋味醇爽的品質要求，克服傳統(tǒng)滾筒殺青品質穩(wěn)定性差、能耗高等缺陷。

材料與方法

1材料與試劑

茶鮮葉：品種為福鼎大白茶，嫩度為1芽1葉1芽2葉初展，對剛采下的茶鮮葉（含水率在74%±1%）及時稱量、裝袋和密封保樣處理。試劑：包括純凈水（分析純）、乙酸乙酯（分析純）、體積分數為95%乙醇、丙酮（分析純）、氯仿（分析純）等。

2主要設備與儀器

6CST-60D型電磁內熱滾筒殺青機（中國農業(yè)科學院茶葉研究所與余姚姚江源茶葉茶機有限公司聯(lián)合研制，輸出功率110kW），6CST-40型滾筒殺青機（浙江上洋機械有限公司，電熱式，輸出功率21kW），DXCWS-15型微波殺青機（江蘇省宜興市鼎新微波設備有限公司，輸出功率21kW），6CSF-500型熱風殺青機（浙江上洋機械有限公司，燃煤式），6CR-35型揉捻機（浙江上洋機械有限公司），6CHZ-10型燃油式熱風烘干機（余姚姚江源茶葉茶機有限公司），SartoriusBT-124S型電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司，精度范圍為±0.1mg），UV-3600型分光光度計（上海彥哲儀器設備有限公司），DHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司），審評茶具等。

3試驗方法

以同一茶樹品種、同一嫩度標準的鮮葉為試驗原料，采用相同的攤放方式、時間，隨后攤放葉按不同殺青工藝處理分別進行殺青作業(yè)，將殺青葉分成2份，1份用于殺青葉品質成分含量測定，重復3次，取平均值。另1份按照圖3工藝流程制成綠茶樣品，進行理化成分檢測以及感官品質的評比與測分。在前期單因素試驗的基礎上選取前段筒溫、中段筒溫、后段筒溫以及殺青耗時等4個因素，每因素3個水平進行正交試驗及極差分析，各因素水平的試驗安排見表1。通過對殺青葉、成品茶感官品質審評以及主要品質成分含量檢測，篩選出最佳的電磁內熱滾筒殺青工藝參數。隨后將應用最佳工藝的電磁內熱滾筒殺青與傳統(tǒng)的滾筒殺青、微波殺青、熱風殺青等進行比較試驗，并以品質、能耗、工效為考核指標開展綜合評價。本次試驗以電磁內熱滾筒殺青設備為載體研究了電磁內熱滾筒殺青工藝對茶葉色澤、香氣、滋味等感官品質的影響，通過殺青葉外觀評審（殺青程度、色澤、香氣和外形特征）、初制品感官審評以及主要品質成分的檢測對殺青后的茶葉品質進行全面的試驗分析，探索最佳的工藝參數；并與傳統(tǒng)殺青工藝進行比較試驗，驗證電磁內熱滾筒殺青技術的可行性、適用性和先進性，從而為茶葉殺青作業(yè)提供新的技術和裝備。影響綠茶滋味、香氣品質的因素較多，本試驗著重分析了茶多酚、游離氨基酸、咖啡堿、可溶性糖、兒茶素、芳香油等關鍵成分的含量，它們一方面取決于鮮葉品質（本試驗采用同種原料進行比較，可排除鮮葉品質的影響），同時也受制茶工藝，尤其是殺青工藝的影響。茶多酚含量：福林酚試劑比色法（GB/8313-2008）；游離氨基酸含量：茚三酮比色法（GB/T8314-2002）；咖啡堿含量：紫外分光光度法（GB/8312-2002）；可溶性糖含量：硫酸-蒽酮法；葉綠素含量：分光光度法；兒茶素含量：高效液相色譜（HPLC）法，W2469高效液相色譜儀，VWD檢測器，色譜柱：ZORBAXSB-C18ODS，5μm，4.6mm×150mm；流動相：A為0.5%甲酸，B為乙腈，流速1mL/min，柱溫40℃，檢測波長280nm，進樣量：5μL，梯度洗脫，流動相B在16min內由6.5%線性梯度變化到25%，25min回到初始狀態(tài)，平衡10min。所有測定重復3次，取3次結果的平均值。品質感官審評：按GB/T13063-1992方法，取3g茶樣，加入150mL沸水沖泡5min后進行密碼評審。評定外形色澤、湯色、香氣、滋味、葉底，每項滿分100分，總分采用加權法，品質總分＝外觀×0.20+湯色×0.20+香氣×0.25×+滋味×0.25+葉底×0.10。筆者結合前期研究結果以及文獻資料[6,10,17]，提出以下殺青工藝技術參數。電熱管滾筒殺青：設置溫度280～300℃，中間筒壁溫度160～180℃，總耗時70s左右，投葉量50～60kg/h。微波殺青：微波頻率2450MHz，微波輸出功率21kW，時間160s，處理量60kg/h左右。高溫熱風殺青：設置溫度280～320℃，中間筒壁溫度180～200℃，單周期總耗時150s左右，投葉量200kg/h。

結果與分析

1電磁內熱滾筒殺青適宜工藝參數確定

以前期單因素試驗結果為基礎，針對電磁內熱殺青技術階段溫度、單周期耗時等因素的正交試驗結果如表2所示。根據本試驗要求，茶多酚、氨基酸、可溶性總糖、兒茶素、葉綠素等品質成分含量以高為好[14,18]。由表2中的Rj可知，殺青葉中茶多酚、氨基酸、可溶性總糖等品質成分所對應的四因素主次順序有所不同，其中茶多酚含量的影響因子A＞B＞C＞D，即鮮葉殺青前段溫度高低對茶多酚含量影響最為重要，最佳組合為A1B2C1D1；氨基酸含量影響因子的主次順序為A＞B＞D＞C，同樣以最初階段的滾筒溫度為主要影響因子，最佳組合為A2B3C1D2；可溶性總糖、兒茶素、葉綠素等則以殺青單周期耗時為影響其含量的最關鍵因素，最佳組合分別為A3B3C1D1、A2B3C2D3、A2B1C1D1。因上述成分同成品茶的外觀、湯色、香氣、滋味、葉底等品質指標密切相關，本文借鑒成品茶審評指標的權重系數，提出茶多酚、氨基酸、可溶性總糖、兒茶素、葉綠素等在正交分析中的權重系數分別是25%、25%、20%、20%、10%，經綜合分析初步確定電磁內熱滾筒殺青最佳因素水平組合為A2B3C1D1，即前段筒溫270℃、中段筒溫280℃、后段筒溫190℃，總殺青耗時控制為90s。然而該組合中段與后段筒溫的溫差過大，因熱脹冷縮原理易導致滾筒變形，進而影響溫控均勻性和設備使用年限。為有效兼顧殺青葉感官品質和設備機械性能，對最佳組合進行微調，提出A2B2C1D2的因素水平組合，并開展對比試驗（2種組合均未出現(xiàn)在正交試驗中）。試驗結果顯示（見表3），相比較A2B2C1D2因素水平組合，A2B3C1D1參數組合殺青葉的茶多酚、氨基酸、可溶性總糖等含量均稍高（僅咖啡堿略低），但殺青葉感官審評差異不大，僅在香型上略有不同，A2B3C1D1組合偏重于高香，A2B2C1D2組合則側重于清香。通過對茶葉殺青效果（理化成分含量）、作業(yè)效率（殺青耗時）及經濟效益等綜合分析，最終確定電磁內熱滾筒殺青的適宜因素水平組合為A2B2C1D2。

2同傳統(tǒng)殺青方式技術特征及效果的比較

以目前生產上常用的電加熱滾筒殺青、微波殺青、燃煤式高溫熱風殺青等方式及其工藝參數為對照，電磁內熱殺青采用上述最佳技術參數，所開展的不同殺青方式效果比較結果見表4。從表4中可以看出，電磁內熱滾筒殺青處理在制品色澤嫩綠、鮮活，清香四溢，較電加熱滾筒和高溫熱風殺青具有更好的外觀色澤和鮮活度，香氣品質則明顯好于微波殺青處理?；瘜W成分檢測結果顯示，電磁內熱滾筒殺青葉的氨基酸、葉綠素含量在4種殺青處理中最高，茶多酚、可溶性總糖的含量略低于微波殺青處理，較電熱管滾筒殺青和熱風殺青顯著要高，為后續(xù)作業(yè)提供了良好的物質基礎，進而保證了成茶香氣、色澤等品質的優(yōu)異。設備性能和能耗成本方面，傳統(tǒng)滾筒殺青設備采用電熱管二次制熱，先加熱空氣，再由熱空氣加熱滾筒的作業(yè)方式，熱效率僅為20%～30%。電磁內熱殺青因采用了磁場渦流感應技術，由加熱線圈直接對滾筒進行加熱，熱效率有較大提升。據檢測，電磁內熱殺青作業(yè)單位產能約為146kg/h（1芽1葉～1芽2葉初展鮮葉原料），平均耗電55.5kW•h，即每公斤殺青葉耗電約為0.38kW•h，作業(yè)耗能成本大抵與燃煤相當（0.38元/kg），略低于微波殺青，顯著低于電熱管滾筒殺青。此外，與其他殺青技術相比，電磁內熱滾筒殺青預熱時間短，熱能外耗小，可有效改善作業(yè)環(huán)境。不同殺青處理綠茶感官品質審評結果如表5所示。由于電磁內熱殺青技術對殺青溫度、作業(yè)過程的調控更為精準、精細，在后續(xù)工藝相同的條件下，其試驗茶樣的感官得分明顯高于其他殺青方式。外觀色澤和湯色明顯好于電熱管滾筒和高溫熱風殺青，香氣、滋味等內質風味方面則與高溫熱風殺青相當，顯著要好于微波和電熱管滾筒殺青。

討論

殺青是通過高溫作用鈍化鮮葉酶活，制止多酚類的酶促氧化，并促使蛋白質、可溶性總糖等品質成分進行有益轉變[19]。理化成分的差異是決定不同殺青工藝處理樣品質特色的內在影響因素，如陳玉瓊通過殺青工藝比較制得低氟青磚茶[20]，白喜婷等利用微波殺青獲得高綠原酸含量的杜仲綠茶[21]；其對傳統(tǒng)綠茶化學成分及感官品質的影響尤為顯著，如蒸汽、汽熱殺青因蒸汽的穿透力強，殺青時間短，茶多酚保留較多，水解產物增加較少，滋味爽口而欠醇厚；微波殺青同樣具有較強穿透力，滅酶迅速，葉綠素破壞少，色澤綠，且由于其熱傳遞的方向和水分散失方向一致，物質轉化相對較蒸汽、汽熱殺青充分，口感也相對較醇[6-8,18,22-24]。從本試驗結果看，采用滾筒模式作業(yè)的電磁內熱殺青通過創(chuàng)新性分段處理，前段先以高溫快速滅酶，制止鮮葉內的酶促氧化作用，隨后逐步降低后段的筒溫，不僅可防止持續(xù)高溫殺青造成焦邊焦葉和苦澀口感（可溶性黃烷醇增多[25]），而且有利于氨基酸、可溶性糖、芳香物質等色香味品質成分的形成，使得殺青葉色澤嫩綠、鮮活，清香四溢，所制綠茶色澤綠潤、香氣清高、滋味鮮爽，內質風味好于微波殺青，外觀色澤好于高溫熱風和電管熱滾筒殺青。

相比較已有殺青技術，電磁內熱滾筒殺青的特點在于一方面較好地保持了傳統(tǒng)滾筒殺青在品質上的優(yōu)勢，另一方面通過有機整合電磁加熱和紅外控溫等現(xiàn)代技術，使得熱效率較傳統(tǒng)電加熱滾筒殺青提高50%以上，溫度浮動控制在±3℃之內，達到縮短預熱時間、降低生產成本的目的。此外，電磁內熱殺青采用數字化控制系統(tǒng)，不僅殺青均勻、穩(wěn)定，且可實現(xiàn)自動上葉、連續(xù)化生產，可有效減少勞動用工。而隨著科學技術的發(fā)展，除了不斷在殺青工藝中融入高頻電磁波、紅外光波[13]等高新制熱技術外，運用現(xiàn)代控制技術，引入PLC和模糊控制相接合的智能控制設計思想，使整個操控實現(xiàn)自動化和標準化作業(yè)也將是殺青工藝今后發(fā)展的必然趨勢[26-27]。

結論

1）由正交試驗與極差分析結果可知，電磁內熱滾筒殺青技術影響殺青葉品質成分含量的因素以前段滾筒溫度和單周期總耗時較為重要。經過對茶葉殺青效果和經濟效益綜合分析，提出電磁內熱滾筒殺青在投葉量約為150kg/h時的適宜工藝參數為：前段筒溫270℃、中段筒溫250℃、后段筒溫190℃，總殺青耗時控制為105s。

2）對殺青葉及綠茶樣的感官審評顯示，電磁內熱滾筒殺青處理在制品色澤嫩綠、鮮活，清香四溢，所制綠茶色澤綠潤、香氣清高、滋味鮮爽，內質風味好于微波殺青，外觀色澤好于高溫熱風和電管熱滾筒殺青?；瘜W成分檢測表明，相比較傳統(tǒng)殺青，電磁內熱滾筒殺青葉的氨基酸、葉綠素、茶多酚、可溶性總糖等含量略高，可為后續(xù)加工提供良好的物質保證。

3）試驗表明，電磁內熱滾筒殺青具有熱效高、升溫快、成本低等優(yōu)點，預熱時間較電熱管滾筒殺青和燃煤式高溫熱風殺青縮短13～20min，作業(yè)成本與燃煤式高溫熱風殺青相近；同時通過與遠紅外測溫、分段控溫技術的結合，可實現(xiàn)殺青作業(yè)溫度和過程的精準調控。（本文作者：袁海波、許勇泉、鄧余良、尹軍峰、吳榮梅 單位：中國農業(yè)科學院茶葉研究所/國家茶產業(yè)工程技術研究中心、農業(yè)部茶及飲料植物產品加工與質量控制重點開放實驗室）