油茶籽動態循環熱風干燥試驗研究

廖 強,郭 偉 ,王 偉,朱恩華,伍文鋒

（1.贛州市農業科學研究所，江西 贛州 341000；2.贛南科學院，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省份的丘陵山區，其中以湖南、江西、廣西產量最多，占全國總產量的80%以上［1-2］。油茶籽油因其脂肪酸組成與橄欖油相似，營養價值高，被譽為“東方橄欖油”［3-5］，其營養豐富，含有油酸、亞油酸、多酚、植物甾醇和角鯊烯等營養物質，不僅能夠提高人體免疫力、預防心血管疾病，還具有很高的食用價值和醫療保健功能［6-7］。

干燥是油茶籽加工利用的重要工序，對油茶籽的加工儲藏及油茶籽油品質有重要影響［1］。傳統自然晾曬處理耗時費力且對場地要求高，高水分油茶籽不及時干燥處理容易導致霉變、油脂酸敗，從而影響到茶油品質。目前，生產中常用的油茶籽干燥方法主要是熱風干燥，干燥設備有帶式烘干熱風爐、空氣能熱泵［8］等，這些設備在干燥時茶籽狀態均為靜態堆積烘干，且風道結構因風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，干燥時間長、效率低，且需要配備大量的人工進行輔助，人力成本高。因此，為適應油茶籽產業化加工需求，有必要找到一種更適合油茶籽的干燥方式。

近年來，學者們對熱風、微波［9-10］、熱風—微波耦合［11-12］、紅外［13］等干燥方式進行了研究。邢朝宏等［14］研究發現，微波干燥易導致內部溫度較高，造成油茶籽部分細胞糊化，其認為熱風干燥油脂品質保留程度最好。張喜梅等［15］研究發現，熱風干燥、微波干燥和自然干燥3種方法中油茶籽適宜采用熱風干燥，油茶籽油脂穩定性更好。熱風干燥是油茶籽加工企業首選的干燥處理方法，但油茶籽熱風干燥方式均為靜態、無循環方式烘干，干燥效率低、受熱不均勻，目前，對油茶籽動態循環干燥方法應用在油茶籽干燥方面的研究還鮮見報道。為解決油茶籽傳統烘干效率低、受熱不均勻等突出問題，從而探討油茶籽動態循環干燥的可行性，本文在研制的動態循環烘干設備基礎上，采用單因素試驗研究了熱風溫度對油茶籽干燥特性的影響，并對比不同干燥方式對油茶籽干燥速率、成本、出油率及所得茶油品質的影響，驗證了設備性能，以期為油茶籽高效、高品質干燥技術及設備的推廣應用提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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，并經過機械脫殼分選得到油茶籽，其含水率為40%左右。

1.2 儀器設備

本研究中的油茶籽烘干設備是由贛南科學院、寧波鑫能國際貿易有限公司、江西綠野軒生物科技有限公司聯合研制的CPT7新型烘干設備，該設備容量7 t，主電機功率22 kW，燃燒功率155~485 kW，設備采用內循環干燥技術原理，主要由燃燒系統、控制系統、進料及排料系統、筒倉、溫度傳感器等組成。工作時，茶籽裝載完后開始啟動加熱程序，根據預先設定好的干燥工藝參數進行烘干，由高效燃燒系統加熱空氣，經熱交換器吹進筒倉內部的加熱倉對油茶籽進行加熱，油茶籽通過提升機輸送在筒倉內拋灑運動，實現連續內循環烘干。

其他儀器設備：KFDXQS-35ⅡK空氣能熱泵干燥機（江西天泉熱能科技有限公司）、DFY-500搖擺式小型粉碎機（溫嶺市林大機械有限公司）、ST-100A鹵素燈水分測定儀（廈門易仕特儀器有限公司）、ZYJ300全自動液壓榨油機（贛州市榮升農機制造有限公司）、TCS型電子秤（廣州廣衡電子衡器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 新型烘干設備油茶籽恒溫與變溫烘干試驗 將機械脫殼分選得到的油茶籽裝載至烘干設備筒倉內，設定好烘干試驗參數后啟動干燥程序開始進行加熱，每小時取樣測定油茶籽的含水率，直至油茶籽含水率達到8%左右時，結束干燥試驗，試驗結束后整理記錄數據，繪制油茶籽干燥曲線。

本試驗采用恒溫與分段變溫2種方式進行烘干試驗，試驗中的熱風溫度根據前期試驗探索及相關文獻［16］設定試驗參數，并結合新型烘干設備自身特點，選取熱風溫度為50、60、70 ℃。其原因：干燥溫度過低，油茶籽干燥時間長，容易變質；溫度超過70 ℃，則影響油茶籽壓榨時的出油率和油品。考慮到設備批次試驗茶籽消耗量較大，本研究新型烘干設備干燥試驗設置3種恒溫和1種變溫干燥工藝，其具體干燥試驗方案如表1所示。表1試驗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 油茶籽干燥試驗方案

1.3.2 不同干燥方式下油茶籽干燥試驗 對新鮮油茶籽分別進行日曬（自然攤曬）、空氣能熱泵（55-60-65 ℃）和新型設備（60 ℃）烘干方式干燥。不同干燥方式試驗完成后分別取一定質量的油茶籽，通過粉碎、蒸煮、壓餅及液壓榨油機壓榨后，稱取所得油茶籽油，分別提取樣品測得油品的理化指標和功能營養成分，分析油品脂肪酸組成。對比分析不同干燥方式下的干燥速率、出油率、油茶籽油品質量的影響，以確定新型烘干設備在油茶籽干燥品質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所需的時間（min）。

1.3.4 油茶籽出油率計算 油茶籽出油率計算公式為：

出油率=壓榨所得油茶籽油/（油茶籽質量×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將樣品打碎呈粉末狀，取出樣品6 g左右平鋪在鹵素燈水分測量儀托盤上，開始加熱，升溫至110~120 ℃，烘干結束后從儀表中讀取含水率數值。

油茶籽含油率的測定：參照GB/T 14488.1-2008測定。

壓榨油茶籽油品質測定：酸價、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 結果與分析

2.1 不同干燥溫度下新型烘干設備干燥油茶籽的熱風干燥曲線

由圖1可以看出，隨著干燥時間的推移，油茶籽濕基含水率呈下降趨勢，在相同的干燥時間下，熱風溫度越高，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，達到油茶籽干燥至目標含水量8%左右所用干燥時間分別為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段由于提高了熱風溫度，加快了干燥速率，但后期降低了熱風溫度，水分遷移動力減小，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較快，此階段受熱風溫度影響較大，因此，在保證油品質量條件下適當提高初始熱風溫度，能有效縮短油茶籽的干燥時長。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，內部結合水不易從油茶籽內部轉移出來，此時受熱風溫度影響相對較小。

2.2 不同干燥方式對油茶籽干燥速率及干燥成本的影響

新型烘干設備、空氣能熱泵、日曬3種干燥方式的烘干試驗情況見表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，大大縮減了干燥時長。

表2 不同干燥方式下的油茶籽干燥試驗數據統計表

油茶籽干燥成本包括耗能成本、設備使用成本、人工作業成本。從單位干燥成本來看，采用傳統自然攤曬雖然簡便，節省設備投入，但人工作業成本較高，勞動強度大，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濟價值，是評價油料品質的重要指標之一［18］。由圖2可知，不同干燥方式處理對油茶籽含油率、出油率有一定的影響，油茶籽含油率由高到低為：新型設備干燥（38.9%）＞日曬（38.1%）＞空氣能干燥（36.4%）。通過新型設備干燥的油茶籽含油率高，油茶籽油品質較好，由于空氣能干燥使得油茶籽長期處于靜態堆積狀態，油茶籽含水率較高，呼吸旺盛，營養物質消耗較大，致使油茶籽含油率下降［19］。在出油率方面，新型設備烘干方式處理后的茶籽出油率最高，達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%），說明新型設備采用內循環動態烘干，干燥更加均勻，有助于提高茶籽干燥的出油率（圖3）。

圖2 不同干燥方式對油茶籽含油率的影響

圖3 不同干燥方式對油茶籽出油率的影響

2.4 不同干燥方式對油茶籽油品質的影響

酸值和過氧化值是評價油品質量好壞的重要理化指標。由表3可知，采用不同的干燥方式對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間靜態堆積烘干，易造成油茶籽干燥不均勻，影響茶籽的品質，新型設備干燥能較好地保證油脂品質。

表3 不同干燥方式對油茶籽油理化指標及功能營養成分的影響

油脂中微量營養成分對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，廣泛應用于醫療保健領域。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備干燥方式。這可能與茶籽含水率有關，適當的含水率可提高榨油機的壓榨性能，同時有效保留茶油營養成分。

2.5 不同干燥方式對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。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：新型設備干燥＞空氣能熱泵干燥＞日曬，與油茶籽出油率的規律一致；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 不同干燥方式對油茶籽油中脂肪酸組成及含量的影響 %

3 結論

在研制的新型烘干設備基礎上，通過開展油茶籽恒溫與變溫干燥試驗，建立了不同干燥溫度下新型烘干設備烘干油茶籽的熱風干燥曲線，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。試驗結果表明，油茶籽干燥前期含水率下降較快，受熱風溫度影響較大，后期受熱風溫度影響較小；在50、60、70 ℃恒溫干燥工藝下，油茶籽干燥至目標含水量8%左右所用干燥時間分別為18、14和13 h，比空氣能熱泵干燥時間縮短了70%左右，60 ℃恒溫烘干工藝下新型烘干設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、新型設備干燥3種干燥方式中新型設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，油茶籽油品質較好。