过热蒸汽混合杀青机设计与试验

高华峰，王家鹏，李文萃，范起业，唐小林*

（1.日照盛华茶业机械股份有限公司，山东日照276800；2.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州310016；3.浙江省茶资源跨界应用技术重点实验室，浙江杭州310016）

杀青是通过高温破坏和钝化茶鲜叶氧化酶的活性，抑制鲜叶中的茶多酚的酶促氧化，蒸发鲜叶部分水分，使茶叶变软便于揉捻成形，促进良好香气的形成的一种制茶工序[1]。滚筒杀青机为一种常见的茶叶杀青机械， 传统热源滚筒杀青机的加热能源有电、煤、柴、天然气、生物颗粒燃料等。 为提倡清洁化生产， 目前大部分茶叶加工企业选用电或燃气作为滚筒杀青机加热能源， 加热方式为燃气能源燃烧形成高温火焰对滚筒直接加热或者电阻丝、电热管通电加热，对滚筒进行热的辐射进而对滚筒进行加热[2]。 相较于煤、柴、生物颗粒燃料，电和燃气的加热方式对滚筒温度的控制较为精准，鲜叶杀青质量整体较好，应用较多，但仍存在如下问题：（1）热能利用率不高，燃气能源燃烧或电阻丝、电热管加热形成的大部分热空气（余热）都随着排气管道或金属辐射散热方式散发到空气中，造成很大的能源浪费；（2）滚筒杀青时出叶口处的常压饱和水蒸汽通过管道直接排入空气中，没有被充分利用；（3）单一热滚筒杀青时，杀青叶叶张水分分布不匀，易产生焦边，导致在后续的回潮工序消耗较长时间以及在揉捻阶段碎茶率较高，进而影响整体茶叶加工的效率和成品茶品质。

针对上述问题， 文章设计了一种过热蒸汽混合杀青机， 可将滚筒杀青机燃气加热或电加热产生的余热以及杀青机出叶口处的部分常压饱和水蒸汽进行回收，通过加热装置再次辅助加热，形成过热蒸汽和高温热风并导入到杀青机的进叶口处，用过热蒸汽、高温热风及热滚筒对茶鲜叶进行混合杀青。同时设计了比较试验，对绿茶过热蒸汽混合杀青工艺进行了优化， 并与传统茶叶杀青工艺进行比较，通过茶叶感官审评和品质成分测定，验证过热蒸汽混合杀青工艺的可行性和适用性，分析了过热蒸汽混合杀青工艺的优越性， 为绿茶加工提供参考。

1 设备结构及原理

1.1 设备结构

文章所设计的过热蒸汽混合杀青机主热源为燃气加热，主要由进叶结构、滚筒、蒸汽回收加热装置、机械传动装置、燃气热源及其控制系统等部分组成。蒸汽回收加热装置采用电加热，包括滚筒外罩出气口连接法兰、热空气连接管、常压饱和水蒸汽连接管、 常压饱和水蒸汽调节装置、 高温风机、初段连接管、加热装置、终端连接管温度表、终端连接管、高温风机出口连接管。过热蒸汽混合杀青机的结构图如图1 所示。

图1 过热蒸汽混合杀青机结构图Fig. 1 Structure diagram of superheated steam mixing fixation machine

1.2 工作原理

热空气连接管一端连接于滚筒外罩出气口连接法兰，另一端焊接于常压饱和水蒸汽连接管上，常压饱和水蒸气连接管两端分别与茶叶出口外罩和高温风机进口端连接，上有调节装置，初段连接管（8 个）一端焊接于高温风机出口连接管上，另一端焊接于加热装置上， 加热装置与滚筒外罩进行焊接，终端连接管一端连接于加热装置上，另一端伸入滚筒杀青机进叶口端滚筒内部， 且伸入滚筒内的终端连接管段两侧对称开孔， 末端用封板封住管孔， 终端连接管温度表安装在终端连接管上。

工作时，启动滚筒，同时开启高温风机，再开启杀青机加热装置， 此时蒸汽回收加热装置中的常压饱和水蒸汽调节装置调至半开状态， 待滚筒外壁温度达到杀青所设置温度时， 打开蒸汽回收加热装置中的加热装置， 通过终端连接管温度表实时查看热风温度，待热风温度达到要求时，茶鲜叶进入滚筒进行杀青。茶叶杀青过程中，滚筒外罩内部的大部分热空气（余热）和杀青机出叶口处的部分常压饱和水蒸汽通过高温风机分别经滚筒外罩出气口连接法兰、 热空气连接管和常压饱和水蒸汽连接管混合进入高温风机出口连接管， 并由该管道进入初段连接管， 经初段连接管保温并初步加热后进入加热装置中， 经加热装置加热形成过热蒸汽，达到所需温度后进入终端连接管，最后从终端连接管伸入滚筒内部的一端上的圆孔中排出，与高温滚筒内壁一起对茶鲜叶进行混合杀青，在此过程中通过调节常压饱和水蒸汽调节装置来调节常压饱和水蒸汽的吸入量， 从而使杀青叶品质达到最佳。

1.3 操作要点

过热蒸汽混合杀青机在使用时， 按照以下操作方法使用，能达到较佳杀青效果。

（1）在滚筒运转状态下，对筒体进行加热；当筒体与热风达到杀青需要的温度后，开始投叶；

（2）杀青作业期间经常检查杀青叶的质量，通过控制进叶量来保证杀青叶的质量， 也可调节滚筒、 热风与过热蒸汽温度， 以达到茶叶杀青的要求；

（3）杀青作业过程中注意全机的运转情况，当发现有异常声响或故障应立即停机， 同时手柄套在传动轴上，摇动手柄驱动滚筒，一方面排出筒内的茶叶，另一方面避免筒体因局部加热而变形；

（4）杀青完毕后，需关闭各处加热装置，待滚筒温度下降至80 ℃以下， 方可停止主机的转动，以避免筒体因局部加热而引起弯曲变形， 影响主机正常运转。除净筒内剩叶，并清理机器工作面及周围环境；

（5）停电时，把摇手柄套在传动轴上，摇动手柄，使滚筒转动，出尽筒内茶叶。

2 杀青试验比较

2.1 材料与设备

鲜叶原料为2019年9 月10 日采摘的日照市岚山区巨峰镇鸠坑种一芽二、三叶，茶树树龄为5年。

试验设备80 型过热蒸汽混合杀青机（燃气与电加热输出功率21 kW）、LCWD-5 型萎调槽、6CR-45 型揉捻机、6CFG-120 茶叶复干机、6CCP-80 茶叶循环炒干机（生物颗粒质燃料加热）来自日照盛华茶业机械股份有限公司， 还有格兰仕P70D20N1P-G5 微波炉等。

2.2 试验设计

以同一批鲜叶为原料， 先取部分鲜叶微波固样， 余下鲜叶摊放后进行不同杀青方式 （滚筒杀青、 过热蒸汽杀青、 热风杀青和过热蒸汽混合杀青）的比较试验。 将杀青叶分成两份，一份用于杀青叶品质成分测定与外观审评， 另一份按照日照绿茶初制工艺 （摊青→杀青→揉捻→循环滚炒→干燥），加工成绿茶成品茶样品，进行感官审评与品质成分测定。

摊青厚度5 cm，时间6 h，至摊青叶含水量约73%。 杀青使用80 型过热蒸汽混合杀青机，按试验设计不同参数处理：滚筒杀青300 ℃，过热蒸汽杀青190 ℃，热风杀青350 ℃，过热蒸汽混合杀青240 ℃。揉捻使用6CR-45 型揉捻机，投叶量在15 kg，揉捻时间40 min。 循环滚炒使用6CCP-80 茶叶循环炒干机， 温度前期设置350～380 ℃， 中期280 ℃，后期250 ℃，时间45 min，至含水率10%左右。 干燥使用6CFG-120 茶叶复干机，温度设置160 ℃，时间30 min，至含水率5%左右。

2.3 试验方法

参照GB/T 8313—2018 《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》[3]测定茶样的茶多酚含量；参照GB/T 8314—2013《茶 游离氨基酸总量的测定》[4]测定茶样的游离氨基酸总量；参照GB/T 8312—2013 《茶 咖啡碱测定》[5]和GB/T 8305—2013《茶 水浸出物测定》[6]测定茶样的咖啡碱含量和水浸出物含量；含水率采用GB 5009.3—2016《食品国家安全标准 食品中水分测定》[7]。 所有测定重复3 次，取3 次结果的平均值。

感官审评按GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》[8]中绿茶审评方法分析。 评定外形、汤色、香气、滋味和叶底，按每项满分100 分计，总分采用加权法， 品质总分=外形×0.25+汤色×0.10+香气×0.25+滋味×0.30+叶底×0.10。

在试验中， 用杀青叶主要内含成分质量分数和外观评审评价杀青效果， 以茶叶内含成分质量分数较大者为优[9]。

2.4 数据处理

数据采用Excel 2007 软件进行整理， 采用SPSS 数据统计分析软件进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 不同杀青方式效果比较

对杀青叶的主要内含成分质量分数进行检测与外观审评， 不同杀青方式对杀青效果的影响差异如表1 所示。 过热蒸汽混合杀青除茶多酚含量略低于热风杀青外，咖啡碱、氨基酸和水浸出物的含量均高于其他杀青方式[10]，杀青叶叶色翠绿、紧捏成团、叶质柔软、香气浓郁，杀青时间较传统杀青节省30%左右， 能耗成本较传统杀青节省20%左右。 采用过热蒸汽混合杀青方式能较大程度地保留茶叶主要内含成分含量[11]，同时在同样杀透的前提下， 过热蒸汽混合杀青具有杀青时间短、能耗低的特点，杀青叶柔软，减少了茶叶回潮时间， 杀青叶外观评审结果也好于其他杀青方式，过热蒸汽混合杀青结合了过热蒸汽、热风杀青和滚筒杀青的优点，克服了单独使用的不足之处。

表1 不同杀青方式杀青效果的差异Table 1 Discrepancy of fixation effect with different fixation methods

3.2 不同杀青方式对成品茶品质的影响

不同杀青方式对成品茶品质影响的感官审评结果如表2 所示。 过热蒸汽混合杀青除滋味评分略低于过热蒸汽杀青外，其余感官品质均较好，制成的成品茶条索紧实、绿润，汤色清澈明亮，香气高扬鲜嫩，滋味鲜爽醇厚，叶底嫩绿明亮、尚匀。过热蒸汽混合杀青绿茶感官品质总分达到89.25，高于其他杀青方式品质得分， 说明采用过热蒸汽混合杀青方式可获得较好的绿茶感官品质， 且要好于单一热源作用杀青， 这是因为过热蒸汽混合杀青综合了过热蒸汽、 热风杀青和热滚筒杀青的优势[12]。

表2 不同杀青方式对成品茶品质的影响Table 2 Effect of different fixation methods on sensory quality of tea

4 结论

使用过热蒸汽混合杀青机制作的成品茶品质好于其他杀青方式， 感官品质总分达到89.25，杀青时间较传统杀青节省30%左右， 能耗成本较传统杀青节省20%左右。 相较单一热源热滚筒杀青机， 过热蒸汽混合杀青机的滚筒内可保持较为稳定的温度值且过热蒸汽对茶鲜叶有很强的穿透力，使杀青效率进一步提高，可使茶鲜叶叶张表面水分散失较为均匀，无焦边产生，提升了杀青叶的品质，另外，提高了对余热和尾部蒸汽的回收利用率，降低了杀青机的能源损耗率，提升了茶叶的经济效益，使茶叶更具市场竞争力。