油茶籽動(dòng)態(tài)循環(huán)熱風(fēng)干燥試驗(yàn)研究

廖 強(qiáng),郭 偉 ,王 偉,朱恩華,伍文鋒

（1.贛州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江西 贛州 341000；2.贛南科學(xué)院，江西 贛州 341000）

0 引言

油茶是我國特有的木本油料植物，其喜溫喜光不耐寒，主要分布于我國長江流域及其以南多個(gè)省份的丘陵山區(qū)，其中以湖南、江西、廣西產(chǎn)量最多，占全國總產(chǎn)量的80%以上［1-2］。油茶籽油因其脂肪酸組成與橄欖油相似，營養(yǎng)價(jià)值高，被譽(yù)為“東方橄欖油”［3-5］，其營養(yǎng)豐富，含有油酸、亞油酸、多酚、植物甾醇和角鯊烯等營養(yǎng)物質(zhì)，不僅能夠提高人體免疫力、預(yù)防心血管疾病，還具有很高的食用價(jià)值和醫(yī)療保健功能［6-7］。

干燥是油茶籽加工利用的重要工序，對(duì)油茶籽的加工儲(chǔ)藏及油茶籽油品質(zhì)有重要影響［1］。傳統(tǒng)自然晾曬處理耗時(shí)費(fèi)力且對(duì)場地要求高，高水分油茶籽不及時(shí)干燥處理容易導(dǎo)致霉變、油脂酸敗，從而影響到茶油品質(zhì)。目前，生產(chǎn)中常用的油茶籽干燥方法主要是熱風(fēng)干燥，干燥設(shè)備有帶式烘干熱風(fēng)爐、空氣能熱泵［8］等，這些設(shè)備在干燥時(shí)茶籽狀態(tài)均為靜態(tài)堆積烘干，且風(fēng)道結(jié)構(gòu)因風(fēng)量不均致使物料受熱不均勻，通常需要40~50 h才能將油茶籽的水分烘干到8%左右，干燥時(shí)間長、效率低，且需要配備大量的人工進(jìn)行輔助，人力成本高。因此，為適應(yīng)油茶籽產(chǎn)業(yè)化加工需求，有必要找到一種更適合油茶籽的干燥方式。

近年來，學(xué)者們對(duì)熱風(fēng)、微波［9-10］、熱風(fēng)—微波耦合［11-12］、紅外［13］等干燥方式進(jìn)行了研究。邢朝宏等［14］研究發(fā)現(xiàn)，微波干燥易導(dǎo)致內(nèi)部溫度較高，造成油茶籽部分細(xì)胞糊化，其認(rèn)為熱風(fēng)干燥油脂品質(zhì)保留程度最好。張喜梅等［15］研究發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥、微波干燥和自然干燥3種方法中油茶籽適宜采用熱風(fēng)干燥，油茶籽油脂穩(wěn)定性更好。熱風(fēng)干燥是油茶籽加工企業(yè)首選的干燥處理方法，但油茶籽熱風(fēng)干燥方式均為靜態(tài)、無循環(huán)方式烘干，干燥效率低、受熱不均勻，目前，對(duì)油茶籽動(dòng)態(tài)循環(huán)干燥方法應(yīng)用在油茶籽干燥方面的研究還鮮見報(bào)道。為解決油茶籽傳統(tǒng)烘干效率低、受熱不均勻等突出問題，從而探討油茶籽動(dòng)態(tài)循環(huán)干燥的可行性，本文在研制的動(dòng)態(tài)循環(huán)烘干設(shè)備基礎(chǔ)上，采用單因素試驗(yàn)研究了熱風(fēng)溫度對(duì)油茶籽干燥特性的影響，并對(duì)比不同干燥方式對(duì)油茶籽干燥速率、成本、出油率及所得茶油品質(zhì)的影響，驗(yàn)證了設(shè)備性能，以期為油茶籽高效、高品質(zhì)干燥技術(shù)及設(shè)備的推廣應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取江西綠野軒生物科技有限公司油茶林基地采摘的新鮮油茶果，并經(jīng)過機(jī)械脫殼分選得到油茶籽，其含水率為40%左右。

1.2 儀器設(shè)備

本研究中的油茶籽烘干設(shè)備是由贛南科學(xué)院、寧波鑫能國際貿(mào)易有限公司、江西綠野軒生物科技有限公司聯(lián)合研制的CPT7新型烘干設(shè)備，該設(shè)備容量7 t，主電機(jī)功率22 kW，燃燒功率155~485 kW，設(shè)備采用內(nèi)循環(huán)干燥技術(shù)原理，主要由燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)料及排料系統(tǒng)、筒倉、溫度傳感器等組成。工作時(shí)，茶籽裝載完后開始啟動(dòng)加熱程序，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的干燥工藝參數(shù)進(jìn)行烘干，由高效燃燒系統(tǒng)加熱空氣，經(jīng)熱交換器吹進(jìn)筒倉內(nèi)部的加熱倉對(duì)油茶籽進(jìn)行加熱，油茶籽通過提升機(jī)輸送在筒倉內(nèi)拋灑運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)內(nèi)循環(huán)烘干。

其他儀器設(shè)備：KFDXQS-35ⅡK空氣能熱泵干燥機(jī)（江西天泉熱能科技有限公司）、DFY-500搖擺式小型粉碎機(jī)（溫嶺市林大機(jī)械有限公司）、ST-100A鹵素?zé)羲譁y定儀（廈門易仕特儀器有限公司）、ZYJ300全自動(dòng)液壓榨油機(jī)（贛州市榮升農(nóng)機(jī)制造有限公司）、TCS型電子秤（廣州廣衡電子衡器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 新型烘干設(shè)備油茶籽恒溫與變溫烘干試驗(yàn) 將機(jī)械脫殼分選得到的油茶籽裝載至烘干設(shè)備筒倉內(nèi)，設(shè)定好烘干試驗(yàn)參數(shù)后啟動(dòng)干燥程序開始進(jìn)行加熱，每小時(shí)取樣測定油茶籽的含水率，直至油茶籽含水率達(dá)到8%左右時(shí)，結(jié)束干燥試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后整理記錄數(shù)據(jù)，繪制油茶籽干燥曲線。

本試驗(yàn)采用恒溫與分段變溫2種方式進(jìn)行烘干試驗(yàn)，試驗(yàn)中的熱風(fēng)溫度根據(jù)前期試驗(yàn)探索及相關(guān)文獻(xiàn)［16］設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)，并結(jié)合新型烘干設(shè)備自身特點(diǎn)，選取熱風(fēng)溫度為50、60、70 ℃。其原因：干燥溫度過低，油茶籽干燥時(shí)間長，容易變質(zhì)；溫度超過70 ℃，則影響油茶籽壓榨時(shí)的出油率和油品?？紤]到設(shè)備批次試驗(yàn)茶籽消耗量較大，本研究新型烘干設(shè)備干燥試驗(yàn)設(shè)置3種恒溫和1種變溫干燥工藝，其具體干燥試驗(yàn)方案如表1所示。表1試驗(yàn)方案中分段變溫工藝采用先升溫后降溫的干燥工藝，變溫溫度梯度為20 ℃。

表1 油茶籽干燥試驗(yàn)方案

1.3.2 不同干燥方式下油茶籽干燥試驗(yàn) 對(duì)新鮮油茶籽分別進(jìn)行日曬（自然攤曬）、空氣能熱泵（55-60-65 ℃）和新型設(shè)備（60 ℃）烘干方式干燥。不同干燥方式試驗(yàn)完成后分別取一定質(zhì)量的油茶籽，通過粉碎、蒸煮、壓餅及液壓榨油機(jī)壓榨后，稱取所得油茶籽油，分別提取樣品測得油品的理化指標(biāo)和功能營養(yǎng)成分，分析油品脂肪酸組成。對(duì)比分析不同干燥方式下的干燥速率、出油率、油茶籽油品質(zhì)量的影響，以確定新型烘干設(shè)備在油茶籽干燥品質(zhì)及干燥效率上的提升效果。

1.3.3 干燥速率［17］干燥速率表示物料脫水速度的快慢，計(jì)算公式為：

式中：X為干燥速率（%/min）；M1為樣品干燥前的濕基含水率（%）；M2為樣品干燥后的濕基含水率（%）；Δt為水分由M1干燥至M2所需的時(shí)間（min）。

1.3.4 油茶籽出油率計(jì)算 油茶籽出油率計(jì)算公式為：

出油率=壓榨所得油茶籽油/（油茶籽質(zhì)量×油茶籽含油率）×100%

1.3.5 檢測分析 油茶籽含水率測定：取干燥油茶籽樣品，用搖擺式小型粉碎機(jī)將樣品打碎呈粉末狀，取出樣品6 g左右平鋪在鹵素?zé)羲譁y量儀托盤上，開始加熱，升溫至110~120 ℃，烘干結(jié)束后從儀表中讀取含水率數(shù)值。

油茶籽含油率的測定：參照GB/T 14488.1-2008測定。

壓榨油茶籽油品質(zhì)測定：酸價(jià)、過氧化值測定參照GB 5009.229—2016（第一法）；脂肪酸組成測定參照GB 5009.168—2016（第三法）；角鯊烯、β-谷甾醇及多酚測定分別采用LS/T 6120—2017、NY/T 3111—2017、LS/T 6119—2017方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥溫度下新型烘干設(shè)備干燥油茶籽的熱風(fēng)干燥曲線

由圖1可以看出，隨著干燥時(shí)間的推移，油茶籽濕基含水率呈下降趨勢(shì)，在相同的干燥時(shí)間下，熱風(fēng)溫度越高，油茶籽含水率越低，水分下降越明顯。在50、60、70 ℃恒溫干燥工藝下，達(dá)到油茶籽干燥至目標(biāo)含水量8%左右所用干燥時(shí)間分別為18、14和13 h。在50 ℃（5 h）-70 ℃（5 h）-50℃（end）變溫干燥工藝下干燥時(shí)間為18 h，干燥曲線介于50~60 ℃恒溫干燥曲線之間，前5 h與恒溫50 ℃工藝條件下的干燥含水率下降相差不大，在5~10 h段由于提高了熱風(fēng)溫度，加快了干燥速率，但后期降低了熱風(fēng)溫度，水分遷移動(dòng)力減小，水分下降趨于平緩。油茶籽干燥前期含水率下降較快，主要是在干燥初期油茶籽含有較多的自由水，自由水變成水蒸氣揮發(fā)較快，此階段受熱風(fēng)溫度影響較大，因此，在保證油品質(zhì)量條件下適當(dāng)提高初始熱風(fēng)溫度，能有效縮短油茶籽的干燥時(shí)長。在干燥后期，含水率變化較小，此階段油茶籽表面自由水分少，內(nèi)部結(jié)合水不易從油茶籽內(nèi)部轉(zhuǎn)移出來，此時(shí)受熱風(fēng)溫度影響相對(duì)較小。

2.2 不同干燥方式對(duì)油茶籽干燥速率及干燥成本的影響

新型烘干設(shè)備、空氣能熱泵、日曬3種干燥方式的烘干試驗(yàn)情況見表2。從表2可以看出，干燥效率方面，新型油茶籽烘干設(shè)備的干燥速率最快，其次是空氣能熱泵烘干，日曬干燥速率最慢。在60 ℃恒溫烘干工藝下新型烘干設(shè)備的平均干燥速率為2.83 %/h，是空氣能熱泵的3.8倍，是日曬方式的20倍，與空氣能熱泵烘干、日曬方式相比，大大縮減了干燥時(shí)長。

表2 不同干燥方式下的油茶籽干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

油茶籽干燥成本包括耗能成本、設(shè)備使用成本、人工作業(yè)成本。從單位干燥成本來看，采用傳統(tǒng)自然攤曬雖然簡便，節(jié)省設(shè)備投入，但人工作業(yè)成本較高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，在自有場地的情況下油茶籽單位干燥成本0.330元/kg，如果租賃場地，成本更高。60 ℃恒溫烘干條件下新型烘干設(shè)備的單位烘干總成本為0.520元/kg，與空氣能熱泵相單位烘干成本相比降低了12.75%。

2.3 不同干燥方式對(duì)油茶籽含油率、出油率的影響

含油率的高低直接決定了油料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是評(píng)價(jià)油料品質(zhì)的重要指標(biāo)之一［18］。由圖2可知，不同干燥方式處理對(duì)油茶籽含油率、出油率有一定的影響，油茶籽含油率由高到低為：新型設(shè)備干燥（38.9%）＞日曬（38.1%）＞空氣能干燥（36.4%）。通過新型設(shè)備干燥的油茶籽含油率高，油茶籽油品質(zhì)較好，由于空氣能干燥使得油茶籽長期處于靜態(tài)堆積狀態(tài)，油茶籽含水率較高，呼吸旺盛，營養(yǎng)物質(zhì)消耗較大，致使油茶籽含油率下降［19］。在出油率方面，新型設(shè)備烘干方式處理后的茶籽出油率最高，達(dá)67.5%，其次是空氣能熱泵烘干（66.7%），日曬烘干方式出油率最低（61.6%），說明新型設(shè)備采用內(nèi)循環(huán)動(dòng)態(tài)烘干，干燥更加均勻，有助于提高茶籽干燥的出油率（圖3）。

圖2 不同干燥方式對(duì)油茶籽含油率的影響

圖3 不同干燥方式對(duì)油茶籽出油率的影響

2.4 不同干燥方式對(duì)油茶籽油品質(zhì)的影響

酸值和過氧化值是評(píng)價(jià)油品質(zhì)量好壞的重要理化指標(biāo)。由表3可知，采用不同的干燥方式對(duì)油茶籽油的酸值和過氧化值有明顯的影響。3種干燥方式中，新型設(shè)備干燥處理后的油茶籽所榨茶籽油的酸值、過氧化值均低于空氣能熱泵烘干和日曬烘干方式，空氣能熱泵干燥方式處理的油茶籽油酸值與日曬烘干方式差異較小。由于空氣能熱泵干燥屬于長時(shí)間靜態(tài)堆積烘干，易造成油茶籽干燥不均勻，影響茶籽的品質(zhì)，新型設(shè)備干燥能較好地保證油脂品質(zhì)。

表3 不同干燥方式對(duì)油茶籽油理化指標(biāo)及功能營養(yǎng)成分的影響

油脂中微量營養(yǎng)成分對(duì)人體健康具有不可忽視的作用，油茶籽油中β-谷甾醇、角鯊烯、多酚［20］具有很好的抗氧化、提高人體免疫力、抗癌等功效，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健領(lǐng)域。從表3可以看出，直接日曬所得油茶籽油的β-谷甾醇與多酚含量最高，日曬干燥處理能夠更好地保留油茶籽油中的β-谷甾醇與多酚含量，通過新型設(shè)備與空氣能熱泵干燥所得油茶籽油中的β-谷甾醇與多酚含量差異不大。但是不同的干燥方式對(duì)油茶籽油中角鯊烯的含量有明顯影響，空氣能熱泵干燥處理的油茶籽油中角鯊烯的含量最高，其次是日曬烘干方式，含量最少的是新型設(shè)備干燥方式。這可能與茶籽含水率有關(guān)，適當(dāng)?shù)暮士商岣哒ビ蜋C(jī)的壓榨性能，同時(shí)有效保留茶油營養(yǎng)成分。

2.5 不同干燥方式對(duì)油茶籽油脂肪酸組成的影響

油酸是油茶籽油中含量最高的不飽和脂肪酸，其含量多少直接影響到油茶籽油的品質(zhì)。從表4可以看出，不同的干燥方式下油茶籽油脂肪酸組成含量有變化，3種干燥方式中，油茶籽油中油酸含量由高到低依次是：新型設(shè)備干燥＞空氣能熱泵干燥＞日曬，與油茶籽出油率的規(guī)律一致；日曬的油茶籽油中棕櫚酸、亞油酸含量最高，分別為8.19%和8.28%；空氣能熱泵烘干的油茶籽油中亞麻酸含量最高，為0.382%；新型設(shè)備變溫烘干的油茶籽油中硬脂酸含量最高，為3.43%；其他脂肪酸含量相差不大。

表4 不同干燥方式對(duì)油茶籽油中脂肪酸組成及含量的影響 %

3 結(jié)論

在研制的新型烘干設(shè)備基礎(chǔ)上，通過開展油茶籽恒溫與變溫干燥試驗(yàn)，建立了不同干燥溫度下新型烘干設(shè)備烘干油茶籽的熱風(fēng)干燥曲線，并比較了不同干燥方式下油茶籽干燥速率、成本、出油率及所得茶油品質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，油茶籽干燥前期含水率下降較快，受熱風(fēng)溫度影響較大，后期受熱風(fēng)溫度影響較?。辉?0、60、70 ℃恒溫干燥工藝下，油茶籽干燥至目標(biāo)含水量8%左右所用干燥時(shí)間分別為18、14和13 h，比空氣能熱泵干燥時(shí)間縮短了70%左右，60 ℃恒溫烘干工藝下新型烘干設(shè)備干燥速率比空氣能熱泵提高了2.8倍，單位干燥成本比空氣能熱泵干燥降低了12.75%；日曬、空氣能熱泵干燥、新型設(shè)備干燥3種干燥方式中新型設(shè)備處理制得的茶油酸值和氧化值性均低于空氣能熱泵烘干和日曬方式，酸值、過氧化值較空氣能熱泵干燥分別減小了29.7%、2.8%；新型設(shè)備處理得到的茶籽含油率、出油率及油茶籽油中的油酸含量均高于其他2種方式，油茶籽油品質(zhì)較好。