用机采茶鲜叶加工速溶绿茶关键设备及技术的研究

论文摘要

茶叶是我国重要的经济作物之一,距今已有三千多年的历史,茶叶在我国分布很广,我国茶叶种植面积和产量均达到世界之首。茶叶中含有多种人体需要的有效成分,具有医疗保健功能,对人体机能的增强和免疫相当有效。为了适应现代社会快节奏的要求,速溶茶的生产和消费得到空前发展,其中速溶绿茶以健康、快捷、方便、卫生、原口味的特点迎合现代饮料消费时尚,当前国内外众多的企业和研究部门都在积极进行速溶茶加工和研究。速溶绿茶生产原料来源于茶叶或茶鲜叶,由于当前农村劳动力非常紧张和机械化采茶技术的成熟,机采茶数量和规模会越来越大,用机采茶鲜叶难以加工高档绿茶,由于速溶茶不讲究外形,将机采茶鲜叶加工速溶茶是很好的途径,也是将来发展的趋势。但是,机采茶鲜叶存在老嫩混杂、含有较多的茶梗,造成投料困难、杀青不匀不透、提取不充分等问题,而适用于速溶绿茶加工的机具很少,设备严重短缺,已不能适应我国现代茶产业化快速发展的需要,制约了茶叶产业的进一步发展,研究开发新型适用的机采茶加工速溶绿茶技术及设备很有必要,也是速溶茶生产客观需求。为此,本文从速溶绿茶生产实际出发,研究开发机采茶鲜叶加工速溶绿茶关键设备及技术,为速溶茶加工提供技术支撑。研究内容包括以下几个部分：1.机采茶鲜叶粉碎设备及技术的研究。根据我国当前机采茶粉碎加工作业中出现的问题,在现有的粉碎技术基础上,研究开发了两种新型茶叶粉碎设备及技术。1)带式进料对滚铡切设备及技术的研究。对该机具的结构及关键部件进行了优化设计,根据生产实际,对影响茶叶铡切的主要因素进行了选择和优化试验,确定了主要影响茶叶切碎合格率、生产量和单位能耗的主次因素,获得了最佳工艺参数组合,由方差分析得知,影响茶叶铡切因素均达到了显著水平。通过生产试验,该机具各项性能指标均能达到设计要求。2)联合粉碎设备及技术的研究。对该机组中盘刀铡切装置和锤片粉碎装置进行了结构设计与工艺参数优化以及生产性能比较试验,获得了最佳结构参数和工艺参数。分析了盘刀式铡切技术与锤片粉碎技术各自的特点和优势,首次将这两种技术进行互补与融合,实现了针对机采茶等长纤维、含水量较高的物料粉碎技术上的融合与突破,解决了目前我国机采茶鲜叶粉碎技术上的难题,显示了较强的技术优势和生产上的实用性。经过生产实验及应用,该机组结构参数设计合理,粉碎作业各项性能指标均达到设计要求,具有安全可靠、生产率高、能耗低等特点。2.机采茶鲜叶杀青设备及技术的研究。针对我国当前机采茶鲜叶杀青不匀不透等问题,在现有茶叶杀青技术的基础上,研究开发了三种茶叶杀青作业设备和工艺。1)热风-蒸汽联合杀青技术的研究。进行了微波杀青、蒸汽杀青、热风杀青、锅钞杀青与热风-蒸汽组合杀青比较试验,通过对茶叶杀青方式的感官评审、内含物含量的测定以及技术特点和经济性比较,得出热风-蒸汽组合杀青感官品质得分最高,对茶叶内含物的保留较多,但是,其设备结构复杂,一次性投资较大,杀青成本高、叶温不易控制。2)微波-远红外联合杀青设备及技术的研究。对其杀青工艺进行了优化试验,得到了最佳工艺参数和主要影响因素,并与带式微波杀青、滚筒微波杀青、远红外杀青进行了比较,经感官品质评定其得分最高,除外形色泽评分略低于微波杀青外,其余感官品质均较好。对杀青的茶叶有效成分进行了测定,除茶多酚和儿茶素含量略低于微波杀青外,其余成分的含量均高于其他杀青,结合了微波杀青和远红外杀青的优势,克服了单纯使用微波杀青的不足之处。3)微波滚筒杀青设备及技术的研究。对微波滚筒的结构参数和运动参数进行了优化设计与计算,充分利用在微波能的作用下茶叶运动学原理,获得了茶叶在滚筒内的运动轨迹,并通过正交试验设计,获得了滚筒微波杀青最佳工艺参数,经感官品质评审得分最高,测定其氨基酸、咖啡碱和茶多酚的含量均高于带式微波杀青、远红外杀青、远红外-微波组合杀青,显示了较大的杀青优势。3.机采茶鲜叶有效成分浸提设备及技术的研究。针对我国当前机采茶叶内含有效成分浸提加工中存在的浸提时间长、产量低等问题,采用单一提取技术或传统水浴浸提难以达到理想的效果,研究开发了两种茶叶浸提设备和工艺。1)微波-超声波联合逆流浸提设备及技术的研究。将微波和超声波浸提技术及工艺进行有机地结合,确定了茶叶浸提工艺方案,分析了微波和超声联合浸提中的主要影响因素,在单因素试验的基础上,进行了正交试验优化设计,确定了主要影响因素顺序和最佳浸提工艺参数,并与传统水浴浸提进行了比较试验,显示了微波和超声波联合浸提具有较大的优势。2)超声波辅助浸提茶鲜叶中茶多酚的工艺的研究。利用超声波具有机械破碎和空化两项功能,通过试验,获得了超声波浸提的主要影响因素和最佳浸提工艺参数,并与传统水浴浸提进行了比较试验,显示了超声波浸提茶多酚得率高、浸提时间短、温度低、次数少。在相同的浸提得率下,与常规水浴浸提法相比节省时间4/5。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 插图和附表清单
• 主要缩略词和符号表
• 第1章 文献综述
• 1.1 机械化采茶概述
• 1.1.1 茶叶机械化采摘的历史、现状及发展趋势
• 1.1.2 采茶机特点及分类
• 1.1.2.1 往复切割式采茶机
• 1.1.2.2 钩刀切割式采茶机
• 1.1.2.3 螺旋滚切式采茶机
• 1.1.2.4 电动采茶机
• 1.1.3 机采茶鲜叶特性
• 1.2 速溶茶概述
• 1.2.1 速溶茶的基本概念
• 1.2.2 速溶茶的特性
• 1.2.3 速溶茶的分类
• 1.3 机采茶粉碎加工作业研究现状及其进展
• 1.3.1 粉碎的基本概念
• 1.3.2 粉碎粒度
• 1.3.3 粒度分布
• 1.3.4 粉碎技术应用领域
• 1.3.5 粉碎技术类型及研究现状
• 1.3.5.1 锤片式粉碎技术
• 1.3.5.2 铡切式粉碎技术
• 1.3.5.3 揉切式粉碎技术
• 1.3.5.4 组合式粉碎技术
• 1.3.6 粉碎技术研究现状总结
• 1.4 杀青技术国内外研究现状
• 1.4.1 茶叶杀青的概念
• 1.4.2 杀青主要功能
• 1.4.3 杀青技术应用领域
• 1.4.4 杀青能源的选择
• 1.4.5 茶叶杀青理论
• 1.4.6 茶叶杀青技术类型及研究现状
• 1.4.6.1 高温杀青
• 1.4.6.2 低温杀青
• 1.4.6.3 锅炒杀青
• 1.4.6.4 蒸汽杀青
• 1.4.6.5 滚筒杀青
• 1.4.6.6 热风杀青
• 1.4.6.7 微波杀青
• 1.4.6.8 联合杀青
• 1.4.7 茶叶杀青技术研究现状总结
• 1.5 茶叶浸提技术的国内外研究现状
• 1.5.1 浸提的概念
• 1.5.2 浸提技术应用领域
• 1.5.3 浸提技术类型及研究现状
• 1.5.3.1 有机溶剂提取技术
• 2萃取技术'>1.5.3.2 超临界CO₂萃取技术
• 1.5.3.3 超声辅助浸提技术
• 1.5.3.4 微波辅助浸提技术
• 1.5.4 茶叶浸提技术研究现状总结
• 第2章 引言
• 2.1 课题背景及研究意义
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 机采茶鲜叶粉碎设备及技术的研究
• 2.2.1.1 带式进料对滚铡切设备及技术的研究
• 2.2.1.2 联合粉碎设备及技术的研究
• 2.2.2 茶叶杀青技术及设备的研究
• 2.2.2.1 热风-蒸汽联合杀青设备及技术的研究
• 2.2.2.2 微波-远红外联合杀青设备及技术的研究
• 2.2.2.3 茶叶微波滚筒杀青设备及技术的研究
• 2.2.3 茶叶内有效成分浸提设备及技术的研究
• 2.2.3.1 微波-超声波联合逆流辅助浸提设备及技术的研究
• 2.2.3.2 超声波辅助浸提茶鲜叶中茶多酚的工艺的研究
• 第3章 机采茶鲜叶粉碎设备及技术的研究
• 3.1 带式进料对滚铡切设备及技术的研究
• 3.1.1 整机结构及工作原理
• 3.1.2 关键工作部件的设计及参数的确定
• 3.1.2.1 切割机构设计
• 3.1.2.2 压力调节装置
• 3.1.2.3 割刀设计
• 3.1.3 铡切工艺参数试验
• 3.1.3.1 材料与设备
• 3.1.3.2 试验方法
• 3.1.3.3 试验设计
• 3.1.4 结果与分析
• 3.1.4.1 工艺参数优化试验
• 3.1.4.2 生产性能考核试验
• 3.1.5 主要技术参数
• 3.1.6 结论
• 3.2 联合粉碎机组的研制
• 3.2.1 结构组成与工作原理
• 3.2.2 盘刀铡切装置关键部件的结构设计
• 3.2.2.1 喂入装置
• 3.2.2.2 切碎部件设计
• 3.2.3 锤片式粉碎装置关键部件的结构设计
• 3.2.3.1 转子部件设计
• 3.2.3.2 粉碎室宽度的确定
• 3.2.3.3 粉碎室形状的确定
• 3.2.3.4 齿条的设计
• 3.2.3.5 锤齿间隙
• 3.2.3.6 筛片设计
• 3.2.3.7 传动方案的确定
• 3.2.3.8 进料机构设计
• 3.2.3.9 排料方式及输送装置设计
• 3.2.4 盘刀铡切装置工艺参数试验
• 3.2.4.1 材料与设备
• 3.2.4.2 试验方法
• 3.2.4.3 试验设计
• 3.2.5 结果与分析
• 3.2.5.1 盘刀转速对铡切能耗和合格率的影响
• 3.2.5.2 动定刀间隙对铡切能耗和合格率的影响
• 3.2.5.3 切割刀数对铡切能耗和合格率的影响
• 3.2.5.4 滑切角对铡切能耗和合格率的影响
• 3.2.5.5 工艺参数优化试验
• 3.2.6 锤片式粉碎装置工艺参数试验
• 3.2.6.1 材料与设备
• 3.2.6.2 试验方法
• 3.2.6.3 试验设计
• 3.2.7 结果与分析
• 3.2.7.1 锤片末端线速度对茶叶粉碎生产率和单位能耗的影响
• 3.2.7.2 锤筛间隙对茶叶粉碎生产率和单位能耗的影响
• 3.2.7.3 锤片数量对茶叶粉碎生产率和单位能耗的影响
• 3.2.7.4 工艺参数优化试验
• 3.2.7.5 与普通锤片粉碎机生产比较试验
• 3.2.8 联合粉碎机组主要技术参数
• 3.2.9 联合粉碎机组主要性能考核
• 3.2.10 结论
• 3.3 本章小结
• 第4章 机采茶鲜叶杀青设备及技术的研究
• 4.1 热风-蒸汽联合杀青设备及技术的研究
• 4.1.1 整机结构组成及工作原理
• 4.1.2 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式的比较试验
• 4.1.2.1 材料与设备
• 4.1.2.2 试验方法
• 4.1.2.3 试验设计
• 4.1.3 结果与分析
• 4.1.3.1 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶外形色泽的影响
• 4.1.3.2 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶汤色的影响
• 4.1.3.3 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶香气的影响
• 4.1.3.4 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶滋味的影响
• 4.1.3.5 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶叶底的影响
• 4.1.3.6 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶感官品质综合得分的影响
• 4.1.3.7 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式对绿茶内含成分的的影响
• 4.1.3.8 蒸汽热风组合杀青与其他杀青方式技术特性的比较试验
• 4.1.4 结论
• 4.2 微波-远红外联合杀青设备及技术的研究
• 4.2.1 技术特点
• 4.2.2 整机结构组成及工作原理
• 4.2.3 杀青工艺参数试验
• 4.2.3.1 材料与设备
• 4.2.3.2 试验方法
• 4.2.3.3 试验设计
• 4.2.4 结果与分析
• 4.2.4.1 杀青功率对速溶绿茶品质成分的影响
• 4.2.4.2 杀青时间对速溶绿茶品质成分的影响
• 4.2.4.3 投叶量对速溶绿茶品质成分的影响
• 4.2.4.4 杀青工艺参数优化试验
• 4.2.4.5 微波远红外联合杀青与其他杀青效果的比较试验
• 4.2.4.6 微波远红外联合杀青与其他杀青方式对绿茶感官品质的影响
• 4.2.5 结论
• 4.3 微波滚筒杀青设备及技术的研究
• 4.3.1 设备的结构组成
• 4.3.2 工作过程及原理
• 4.3.3 关键部件的结构设计及参数确定
• 4.3.3.1 滚筒尺寸
• 4.3.3.2 抄板间距
• 4.3.3.3 几何参数
• 4.3.3.4 滚筒回转速度
• 4.3.3.5 所需功率的确定
• 4.3.4 杀青工艺参数试验
• 4.3.4.1 材料与设备
• 4.3.4.2 试验方法
• 4.3.4.3 试验设计
• 4.3.5 结果与分析
• 4.3.5.1 杀青温度对速溶绿茶主要成分含量的影响
• 4.3.5.2 杀青时间对速溶绿茶主要成分含量的影响
• 4.3.5.3 投叶量对速溶绿茶主要成分含量的影响
• 4.3.5.4 杀青工艺参数优化试验
• 4.3.5.5 微波滚筒杀青与其他杀青方式生产比较试验
• 4.3.6 微波滚筒杀青设备主要技术参数
• 4.3.7 结论
• 4.4 本章小结
• 第5章 茶叶有效成分浸提设备及技术的研究
• 5.1 微波-超声波联合浸提设备及技术的研究
• 5.1.1 浸提机的结构、工作原理及技术特点
• 5.1.1.1 结构组成
• 5.1.1.2 工作过程及原理
• 5.1.1.3 技术的特点
• 5.1.2 浸提工艺参数试验
• 5.1.2.1 材料与设备
• 5.1.2.2 试验方法
• 5.1.2.3 试验设计
• 5.1.3 结果与分析
• 5.1.3.1 浸提功率对茶叶主要成分浸提率的影响
• 5.1.3.2 浸提时间对茶叶主要成分浸提率的影响
• 5.1.3.3 料液比对茶叶主要成分浸提率的影响
• 5.1.3.4 浸提工艺参数优化试验
• 5.1.3.5 与传统水浴浸提茶叶主要成分效果的比较试验
• 5.1.4 结论
• 5.2 超声波辅助浸提茶鲜叶中茶多酚的工艺研究
• 5.2.1 浸提工艺参数试验
• 5.2.1.1 材料与设备
• 5.2.1.2 试验方法
• 5.2.1.3 试验设计
• 5.2.2 结果与分析
• 5.2.2.1 浸提功率对茶多酚浸出效果的影响
• 5.2.2.2 浸提温度对茶多酚浸出效果的影响
• 5.2.2.3 料液比对茶多酚浸出效果的影响
• 5.2.2.4 茶叶粉碎度对茶多酚浸出效果的影响
• 5.2.2.5 浸提工艺参数优化试验
• 5.2.2.6 超声波浸提与传统水浴浸提的比较试验
• 5.2.3 结论
• 5.3 本章小结
• 论文创新之处
• 参考文献
• 试验主要仪器设备及试剂
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 攻读学位期间申请的专利
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 攻读博士学位期间获得的奖励
• 致谢
• 作者简介
• 个人学习与工作经历