茶叶精制加工过程中粉尘研究现状及展望

温正军 申 瑶 何升波 赵 东

(1.苍南县农业局；2.苍南县科技局；3.浙江鹅峰农业开发有限公司；4.浙江大学茶叶研究所；浙江大学农业技术推广中心)

茶叶精制加工过程中粉尘研究现状及展望

温正军1申 瑶2何升波3赵 东4*

(1.苍南县农业局；2.苍南县科技局；3.浙江鹅峰农业开发有限公司；4.浙江大学茶叶研究所；浙江大学农业技术推广中心)

本文综述了在茶叶精制加工过程中茶尘的产生、及其物理和化学性质、对人的可能影响等，分析了目前茶厂除尘设施的效果，并对茶厂除尘过程及减少茶尘产生提出了建议。

茶叶精制；茶尘性质；除尘方式

粉尘是指由固体物料经机械撞击、研磨、碾轧而形成的细小颗粒物，能较长时间悬浮于空气中。粉尘的大小称为粉尘的粒径，粉尘一般是不规则的形状，为方便起见一般用平均粒径或投影定向长度来衡量其大小。国际标准化组织ISO规定粒径小于75 μm为粉尘的标准。一般而言粉尘的大小是不同的，包括有大小不同的微小颗粒，其粒径的分布称为分散度。粉尘浓度一般用单位体积的载流介质中特定粉尘的质量来衡量，通常以g/m3表示。

茶叶在生产过程中需要一系列的加工，才能使茶树的芽叶发生物理和化学反应，形成所期望的色香味形等。在加工过程中，由于摩擦、挤压、破碎等，不可避免地产生茶尘。名优茶叶的初加工也产生茶尘，但茶尘量相对较少，主要是茶叶茸毛之类的较大颗粒。但大宗茶叶的精制则涉及到轧制切断、各种筛分、车色紧条、拣梗分选、拼配匀堆等，这些工艺涉及切断、摩擦和挤压等诸多物理过程，都不可避免地产生不少茶尘。本文主要讨论茶叶精制过程中茶尘问题。

广义上生产过程产生的茶叶粉尘除了来自茶叶自身的茶尘外，还有来自于外界的非茶类粉尘。来自于外界的粉尘有茶叶表面的泥尘、人员和运输车辆带入的泥尘、煤和木柴燃烧生成的粉尘、机械摩擦生产的粉尘等。杨东伟等[1]发现虽然有部分叶面降尘，并含有一定的重金属元素，但距公路较远时，影响不大。

茶厂粉尘是影响茶叶高效安全洁净生产的重要因素之一，其主要影响包括：1.茶尘会影响茶叶外观和汤色透明程度，对茶叶的品质有影响。2.生产环境中空气中茶尘对生产过程中工人的健康有影响，若排放到大气中则增加了空气中颗粒物的含量，对周围人群有一定的影响。3.若环境中茶尘的浓度超过一定的限度(32.8 g/m3)2，遇明火、高温、碰撞、摩擦等可能会引起爆炸。4.茶尘过多还会增加机械的摩檫力和电器接触点的电阻，影响设备的使用寿命。

根据中华人民共和国国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》(GBZ2.1-2007)的要求，工作场所空气中粉尘容许浓度用8h时间加权平均容许浓度(PC-TWA)来衡量，茶尘的总尘容许浓度为2 mg/m3。

由于加工工艺的要求，尚不可能杜绝茶尘的产生，因而目前主要的研究工作集中在减少茶尘的生成和如何高效地收集并排除茶叶加工过程中所产生的茶尘。本文综述了国内外部分相关的研究，并对今后精制茶厂的除尘进行初步分析。

1 茶尘的物理和化学性质

在茶叶的生产过程中，不少茶类都需要精制加工，在加工过程中都会产生茶尘。但不同茶类茶尘颗粒的物理性质与茶类本身关系不大，茶尘颗粒都比较小，小于2 μm的茶尘占50%以上。李一鸣[3]对眉茶、花茶、工夫红茶、乌龙茶和红碎茶等六个茶厂测定发现，大于10 μm的茶尘只占2.74%，2-10 μm的茶尘占39.32%，小于2 μm的茶尘占58.18%。茶尘的自然堆积密度一般为0.12-0.20 g/cm3之间，茶尘的真密度较小，在1.4-1.7 g/cm3之间。

不同的工艺过程会影响到产生的茶尘大小。赵先明等[4]测定了茶叶精制车间的茶尘分布，从24小时的茶尘积累量看，设备周边的呼吸性茶尘(<5 μm)平均为35.45%，可吸入性茶尘(5-10 μm)为20.89%，吸入性茶尘(>10 μm)为43.66%。在距离设备1.3 m远处测定，呼吸性茶尘平均为54.24%，可吸入性茶尘为19.53%，吸入性茶尘为28.23%。

李一鸣[3]和赵先明等[4]的结果有差异，一方面是采用了不同的取样和分析方法，另一方面是茶叶性质、机械种类和操作方式的差异等。在这类研究中需要采用统一的研究模型和数据标准，比如用目前较常用的PM2.5、PM10等指标为标准，才能得到可以进行比较的结论。

虽然茶尘多是来自于茶叶，但不同工艺过程产生的茶尘其化学性质有较大的差异。胡善国等[5]对取自祁门县金东茶厂红茶精制加中不同来源的样品进行测定与分析。结果表明：可溶性糖含量以抖筛茶尘样最高，茶多酚、咖啡碱、水浸出物、茶红素和茶黄素含量则均以分筛茶尘样最高。氨基酸以抖筛茶尘样中最低，茶多酚、可溶性糖、水浸出物、茶红素最低的为风选粉尘样，咖啡碱和茶黄素含量则以车间场地茶尘样最低。虽然胡善国等认为各工序茶尘化学特性差异与设备的机械性能、工艺参数及其空间布置直接相关，但是茶尘是直接来源于茶叶本身，其化学成份应该与茶叶有关而不是与机械或工艺有关。也有可能是茶叶的不同部位的化学成份有差异，从而导致来至于茶叶不同部位的茶尘在化学组成上有差异。

2 不同工序对茶尘生成的影响

茶尘是在茶叶加工过程中产生的，不同的加工过程对茶叶产生的作用力不同，因而产生的茶尘量也有较大的差异。

制茶车间的茶尘浓度与所采用的加工工艺和生产机器有较大的关系，李一鸣[3]对眉茶、花茶、工夫红茶、乌龙茶和红碎茶等六个茶厂测定发现，生产车间平均茶尘浓度为15-87 mg/m3。其中滚筒园筛机(88-234 mg/m3)产生的茶尘最多，其次是拼配机(12-141 mg/m3)和园筛机(10-137 mg/m3)。拣梗机(6-16 mg/m3)产生的茶尘最少，其次是车色机(17-33 mg/m3)和抖筛机(12-47 mg/m3)。

赵先明等[4]测定了茶叶精制车间的茶尘分布，从24小时的茶尘积累量看，风选机(11.65 mg/cm2)最多，其次是园筛机(4.38 mg/cm2)和抖筛机(0.81 mg/cm2)，切茶机(0.08 mg/cm2)最少。在统计上其差异达到极显著水平。茶尘的移动距离不远，在设备1.3 m处的茶尘积累量差异在统计上不显著，从0.49 mg/cm2到1.52 mg/cm2之间，平均为0.91 mg/cm2。

胡善国等[6]对不同工序的茶尘浓度分析发现，分筛和撩筛产生的茶尘最多，风选产生的茶尘最少。无论是PM2.5或PM10，在机器近旁的茶尘浓度差异最大有2.6倍，以分筛机产生的茶尘最多，风选机产生的茶尘最少。在距机器1.2米处，不同机器产生的茶尘浓度差异较小，在1.6倍以下，其中分筛机产生的PM2.5最多，风选机最少，而撩筛机产生的PM10最多，也是风选机最少。从距离看，分筛，撩筛的近旁的茶尘浓度高于1.2米处的茶尘浓度，而抖筛，紧门和风选的1.2米处的茶尘浓度高于近旁的茶尘浓度。比较4小时和8小时的茶尘浓度数据，分筛和撩筛的茶尘浓度没有变化，抖筛的产生的茶尘浓度也基本不变，风选产生的茶尘浓度是8小时高于4小时，紧门则相反，4小时的茶尘浓度高于8小时的茶尘浓度。

3 茶尘对人的可能影响

由于茶尘颗粒较小，能较长时间悬浮于空气中，形成气溶胶体。通过呼吸作用进入气道的颗粒，较大的颗粒部分被阻隔在鼻腔和气管中，但微小的颗粒部分则会通过呼吸道进入肺部并沉积在肺组织中，从而造成损伤。周群敏等[7]发现茶厂工人的肺功能有急性和慢性改变。虞龙等[8]对肺功能的指标进行了测定，发现茶叶粉尘接触组女工实测值/预计值(%)均较对照组显著降低，茶尘增加了大、小气道阻力，影响肺通气功能。林崇荣等[9]对茶厂工人进行胸部X线检查，发现以肺门、肺纹理及网状纹理改变为主，也认为茶尘是引起这些改变的主要原因。

刘敬东等[10]用大鼠做实验，发现染尘后肺干重、胶原蛋白、肺气肿程度和血清铜蓝蛋白含量等指标均与染尘时间及剂量的增加而上升；X线见肺纹理增粗、增多、模糊或呈斑片状浸润灶。

李来玉[11]、王融初[12]综述了部分国内外的研究，认为茶尘具有多种生物学作用，对呼吸系统的影响比较肯定，对神经系统也有一定影响，此外对心血管有一些影响。

黄曙海等[13]研究认为在茶尘的职业损害中可能有免疫因素参与。周群敏等[14]发现茶厂工人血清中总IgE和红茶尘浸液特异性IgE均显著高于对照组。但总IgE和红茶尘浸液特异性IgE水平间无相关性。

周群敏等[15]认为茶尘本身不是致病因子，主要是其中的霉菌、细菌和茶叶茸毛等生物成分及泥尘对健康有影响。

李思瑜等[16]对某个年加工茶粉9000吨的企业的调查表明，空气中的茶尘浓度有9个点符合国家职业接触限值要求，有2个检测点茶尘浓度超过了国家规定的接触限值。这两个点均为茶粉车间下料岗位，主要是未采取足够的抽风除尘等防护措施。但根据《职业健康监护管理办法》确定体检项目，组织了工龄0.5-12年的31人进行了职业性健康检查。检查结果未发现尘肺等相应职业病和从事相应岗位的职业禁忌症。

4 目前茶厂常用的除尘措施及效果

从工艺看，减少茶厂的茶尘难度较大，所以当前较多的研究集中在降低工作场所的茶尘浓度。

郑功宇等[17]对茶叶加工过程中产生的茶尘进行了探讨，并建议实时在线监测，以控制茶尘的清除。张荣珍[18]对抖筛机的结构进行了改进，设计了机动刮筛机构，采用全封闭结构，操作者从观察窗观察筛网挂茶情况，需要时则启动进行机刮，能有效地减少茶尘的逸散。胡善国等[19]认为筛分机械尤其是抖筛机可以用板筛代替现有的网筛，以自动清筛代替人工清筛，从而可以封闭筛床减少茶尘外逸。

吕维新等[20]在自动车色机上加装了两组吸尘管，使车色机外扬的茶尘直接进入集合管式除尘系统，空气中的含尘量只有之前的1/5。王希俊[21]报道了脉冲除尘器在茶厂的应用情况，含尘气体经过下方箱体后通过滤袋，净化空气经文氏管后由上方箱体排出。定时开启的脉冲阀释放压缩空气喷进滤袋，滤袋瞬间急剧膨胀，其上黏附的茶尘伴随反向气流落入灰斗，再经排灰阀排出机外。其主要特点是无机械部件，对5μm以下的颗粒捕集较强。装置的除尘效率达到93%，排出室外的气体含尘达到国家标准，室内的除尘指标虽未能达到国家标准，但也有很大的改善。丁清厚[22]在广西灵山县茶厂试验了双级螺旋型除尘器为主的集合式机械除尘系统。该系统包括气流筒、进气管、排气管、双级除尘筒和集尘袋等，利用旋转气流产生的巨大离心力进行空气净化，茶尘惯性比空气大很多，沿筒壁下落与空气相分离，茶尘进入集尘袋，空气则通过排气筒派出。

洪婉珍等[23]等对采用旋风除尘器进行试验，认为吸尘罩的设计和使用较为关键。罩口面积要罩住尘源，并且越接近尘源越好。

李一鸣[3]对眉茶、花茶、工夫红茶、乌龙茶和红碎茶等六个茶厂测定表明：粉尘的密度是除尘设备选型的依据之一，因为在重力场和离心力场中沉降时，其沉降速度与尘粒的密度成正比。对于细小悬浮的粉尘，选用袋式除尘器比旋风式除尘器的效果好。由于茶尘颗粒小，聚合性比较强，安息角接近50度，流动性较差。茶尘的滑动角在40度左右，与含水率正相关。除尘系统中的粉料灰斗、吸尘管的倾斜角等都必须大于滑动角。如不能达到，则应考虑增加振动器，加大风速或设置淸扫孔。茶尘比电阻在0.9-9.0×1014Ωcm，远高于电除尘工作的粉尘比电阻的适宜范围(104-5×1010Ωcm)，因而电除尘方式去除茶尘的效果不好。根据丁清厚的报道[24]，5 μm以下的微尘，其临界流速为10-12 m/s；5-10 μm的细尘，其临界流速为12-15 m/s；10 μm以上的粗尘，其临界流速为15-18 m/s，由此可见，为了避免管路内积尘，空气流速应达到15-16 m/s。此外，茶尘吸入点的风速一般以0.5-1.4 m/s为好，其中绿茶茶尘的吸入速度为0.5-1 m/s，红茶茶尘的吸入速度为0.7-1.2 m/s，边销茶(伏砖精制)为0.9-1.4 m/s，分级红茶为0.5-0.9 m/s。

在深入分析名优茶加工过程茶尘形成特性以及动力学规律的基础上，倪德江[25]提出了“屏风分道负压吸尘”、“高低压减压处理集尘”和“水喷淋过滤分离茶尘”的茶叶除尘方式，进行名优茶初加工除尘，并取得较好的效果。虽然作者认为这些设备同样适于茶叶精制的除尘，但尚需要进一步试验才能推广应用。

5 展望及讨论

5.1 除尘方式选择

传统的茶厂除尘一般都采用负压方式。整个系统包括吸尘罩、通风管道、净化设备(除尘器)、离心风机等组成。吸尘罩作为茶尘捕集装置，其结构、吸入口锥度、罩口与茶尘扩散区的距离等均会影响到吸尘效果。重力场和离心力场的除尘器均可，茶尘收集可分为干法和湿法两类，湿法设备简单，投资省，但易造成水体污染。干法没有二次污染，利用重力，惯性或过滤等方式捕集茶尘。茶叶的粉末生成量大概为3%左右，对于产量较大的企业应该考虑收集再利用，如成份提取等。用水或溶剂作为湿法集尘液，收集茶尘后进入后续的成份提取工艺。

此外还应研究试验其它的集尘方式，如高压静电、超声波雾化等，充分利用新技术、新机器，以达到更好的除尘效果。

色选机在茶叶企业的使用越来越多。在高压气流的作用下，茶尘逸散较多，并且目前色选机结构设计上开放空间较大，吸尘罩很难有好的效果。因而需要在色选机的设计和生产环节上充分考虑到茶尘的影响，将色选机设计成封闭或半封闭式，并带有吸尘和集尘系统，以减少生产车间中的茶尘数量。

将茶叶输送由开放的传送带改为管道风力输送，对一些茶尘产生较多的机械尽可能进行密闭，可有效地减少茶尘逸散。

5.2 生产工艺调整

茶尘主要是在摩擦、挤压和切断等工艺过程产生的，因而减少摩擦，挤压的力及缩短其时间有助于减少茶尘的产生。如减少筛分时的上样量，降低茶叶之间的相互作用力。在机械设计制造中，采用摩擦系数小的材料生产茶机。调整工艺，减少工序，提高效率以缩短工序时间。用链式烘干机代替滚筒烘干机能大大减少茶尘的产生。

茶叶的干燥程度不同，加工过程中生成的茶尘量也会有差异。越干燥的茶叶，越容易产生粉尘。在生产过程中，茶叶维持适度的含水率，对减少茶尘的产生会有较大的效果。

由于不同批次原料的差异较大，因此在生产过程中，要根据实际制定工艺过程，调整作业时间，从而减少茶尘的产生。

5.3 精制茶除尘设施的设计建议

根据生产过程中不同机械设备茶尘产生量，以及产生位置，设计合适大小的吸尘罩，其倾斜角必须大于45度，并近可能靠近茶尘逸散处安装。吸尘口的风速保持在0.5-1.4 m/s，过小除尘效果差，过大则吸走茶叶和增加能耗。在风管合适位置需要安装控制阀，以便调节风速和风量。

集尘管道以圆管和方管均可，圆管省材料，空气流动阻力也较小，采用较多。安装时要维持3%-5%的倾斜度。在需要转弯时，圆管的转弯半径应大于管道直径，方管则为内截面积的2.5-3倍。吸尘罩和管道制作要选择摩擦力小的材料。在管道布置上，集合管式系统比枝状式系统除尘效果好，维护方便，目前采用较多。管道必须有静电安全装置，以消除除尘系统的静电。接地的电阻值应控制在2-3 Ω。

除尘器可选用旋风除尘器，或者脉冲袋式除尘器，二者在净化空气中茶尘的效果上大致相同。集尘斗的倾斜角也必须大于45度。

有条件的企业可以用管道输送代替传送带输送，也可减少茶尘的逸散。

此外，生产车间还要增加通风，降低空气中的茶尘含量。

1 杨东伟，章明奎.茶区叶面降尘的粒径和重金属含量研究.茶叶科学，2010，30(5)：355-361.

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3 李一鸣.茶尘理化特性研究.茶叶科学，1993，13(1)：37-44.

4 赵先明，汪艳霞，杜晓，陈吴静.茶叶精制车间茶尘状况分析.西南农业学报，2011，24(3):1114-1118.

5 胡善国，苏有键，雷攀登，罗毅.精制茶厂不同工序茶尘主要化学特性的比较研究.中国茶叶加工，2015，(2)：29-32，23.

6 胡善国，罗毅，苏有键.精制茶厂不同工序茶尘物理特性的比较研究.中国农学通报，2016，32(7)：109-114.

7 周群敏，张幸，吴翠娥，沈贻谔，陆培廉，丁玉琪，赫小虎.茶工肺功能急慢性改变研究.劳动医学，1992，9(1)：7-10.

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9 林崇荣，王方能，张福彩，谢万力，陈六英.海南区茶厂职业危害调查小结. 广东职业病防治，1981，(3)：26-29.

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13 黄曙海，梁家春，王英杰，刘敬东.茶尘对工人血液免疫生化指标的影响.劳动医学，1986，3(4)：56.

14 周群敏，沈贻谔，陆培廉.茶工血清中总IgE与特异性IgE水平分析.工业卫生与职业病，1992，18(1)：1-3.

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21 王希俊.脉冲袋式除尘器在福鼎茶厂应用成功.福建茶叶，1983，(2)：36-37.

22 丁清厚.茶厂除尘问题初探. 茶叶，1989，15(3)：38-39.

23 洪婉珍，黄育春，杨光明，王景华，占江山.安溪县茶厂通风除尘与卫生学评价.职业医学，1992，19(5)315-316.

24 丁淸厚.茶尘特性与风力除尘装置.茶机设计与研究1993，(3)：12-14.

25 倪德江.名优茶加工除尘设备的研制与示范项目通过成果鉴定.中国茶叶，2011，(11)：32.

Areviewonformationandcontrolofteadustsduringtearefinementprocess

WEN Zhengjun1，SHEN Yao2，HE Shengbo3，ZHAO Dong4*

(1.Agricultural Bureau of Cangnan County； 2.Science and Technology Bureau of Cangnan County；3.Zhejiang Efeng Agricultural Development Co Ltd； 4.Tea Research Institute of ZJU；Agricultural Technological Extension Center of ZJU)

The sources, physical and chemical characters of tea dusts formed during tea refining process were summarized, along with its potential influence on human health. The effect of currently used techniques on reduction of tea dusts was assessed. Countermeasures for reducing tea dust formation were proposed.

Tea refining process; properties of tea dust, removing tea dust

2017-09-11

本研究受苍南县科技局《眉茶加工车间除尘装置及技术研究》资助。

温正军(1965年-)，男，主要从事经济作物管理和技术推广工作。*

dzhao@zju.edu.cn

TS272；X513

A

0577-8921(2017)04-193-05