油茶籽动态循环热风干燥试验研究

廖 强,郭 伟 ,王 伟,朱恩华,伍文锋

（1.赣州市农业科学研究所，江西 赣州 341000；2.赣南科学院，江西 赣州 341000）

0 引言

油茶是我国特有的木本油料植物，其喜温喜光不耐寒，主要分布于我国长江流域及其以南多个省份的丘陵山区，其中以湖南、江西、广西产量最多，占全国总产量的80%以上［1-2］。油茶籽油因其脂肪酸组成与橄榄油相似，营养价值高，被誉为“东方橄榄油”［3-5］，其营养丰富，含有油酸、亚油酸、多酚、植物甾醇和角鲨烯等营养物质，不仅能够提高人体免疫力、预防心血管疾病，还具有很高的食用价值和医疗保健功能［6-7］。

干燥是油茶籽加工利用的重要工序，对油茶籽的加工储藏及油茶籽油品质有重要影响［1］。传统自然晾晒处理耗时费力且对场地要求高，高水分油茶籽不及时干燥处理容易导致霉变、油脂酸败，从而影响到茶油品质。目前，生产中常用的油茶籽干燥方法主要是热风干燥，干燥设备有带式烘干热风炉、空气能热泵［8］等，这些设备在干燥时茶籽状态均为静态堆积烘干，且风道结构因风量不均致使物料受热不均匀，通常需要40~50 h才能将油茶籽的水分烘干到8%左右，干燥时间长、效率低，且需要配备大量的人工进行辅助，人力成本高。因此，为适应油茶籽产业化加工需求，有必要找到一种更适合油茶籽的干燥方式。

近年来，学者们对热风、微波［9-10］、热风—微波耦合［11-12］、红外［13］等干燥方式进行了研究。邢朝宏等［14］研究发现，微波干燥易导致内部温度较高，造成油茶籽部分细胞糊化，其认为热风干燥油脂品质保留程度最好。张喜梅等［15］研究发现，热风干燥、微波干燥和自然干燥3种方法中油茶籽适宜采用热风干燥，油茶籽油脂稳定性更好。热风干燥是油茶籽加工企业首选的干燥处理方法，但油茶籽热风干燥方式均为静态、无循环方式烘干，干燥效率低、受热不均匀，目前，对油茶籽动态循环干燥方法应用在油茶籽干燥方面的研究还鲜见报道。为解决油茶籽传统烘干效率低、受热不均匀等突出问题，从而探讨油茶籽动态循环干燥的可行性，本文在研制的动态循环烘干设备基础上，采用单因素试验研究了热风温度对油茶籽干燥特性的影响，并对比不同干燥方式对油茶籽干燥速率、成本、出油率及所得茶油品质的影响，验证了设备性能，以期为油茶籽高效、高品质干燥技术及设备的推广应用提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取江西绿野轩生物科技有限公司油茶林基地采摘的新鲜油茶果，并经过机械脱壳分选得到油茶籽，其含水率为40%左右。

1.2 仪器设备

本研究中的油茶籽烘干设备是由赣南科学院、宁波鑫能国际贸易有限公司、江西绿野轩生物科技有限公司联合研制的CPT7新型烘干设备，该设备容量7 t，主电机功率22 kW，燃烧功率155~485 kW，设备采用内循环干燥技术原理，主要由燃烧系统、控制系统、进料及排料系统、筒仓、温度传感器等组成。工作时，茶籽装载完后开始启动加热程序，根据预先设定好的干燥工艺参数进行烘干，由高效燃烧系统加热空气，经热交换器吹进筒仓内部的加热仓对油茶籽进行加热，油茶籽通过提升机输送在筒仓内抛洒运动，实现连续内循环烘干。

其他仪器设备：KFDXQS-35ⅡK空气能热泵干燥机（江西天泉热能科技有限公司）、DFY-500摇摆式小型粉碎机（温岭市林大机械有限公司）、ST-100A卤素灯水分测定仪（厦门易仕特仪器有限公司）、ZYJ300全自动液压榨油机（赣州市荣升农机制造有限公司）、TCS型电子秤（广州广衡电子衡器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 新型烘干设备油茶籽恒温与变温烘干试验 将机械脱壳分选得到的油茶籽装载至烘干设备筒仓内，设定好烘干试验参数后启动干燥程序开始进行加热，每小时取样测定油茶籽的含水率，直至油茶籽含水率达到8%左右时，结束干燥试验，试验结束后整理记录数据，绘制油茶籽干燥曲线。

本试验采用恒温与分段变温2种方式进行烘干试验，试验中的热风温度根据前期试验探索及相关文献［16］设定试验参数，并结合新型烘干设备自身特点，选取热风温度为50、60、70 ℃。其原因：干燥温度过低，油茶籽干燥时间长，容易变质；温度超过70 ℃，则影响油茶籽压榨时的出油率和油品。考虑到设备批次试验茶籽消耗量较大，本研究新型烘干设备干燥试验设置3种恒温和1种变温干燥工艺，其具体干燥试验方案如表1所示。表1试验方案中分段变温工艺采用先升温后降温的干燥工艺，变温温度梯度为20 ℃。

表1 油茶籽干燥试验方案

1.3.2 不同干燥方式下油茶籽干燥试验 对新鲜油茶籽分别进行日晒（自然摊晒）、空气能热泵（55-60-65 ℃）和新型设备（60 ℃）烘干方式干燥。不同干燥方式试验完成后分别取一定质量的油茶籽，通过粉碎、蒸煮、压饼及液压榨油机压榨后，称取所得油茶籽油，分别提取样品测得油品的理化指标和功能营养成分，分析油品脂肪酸组成。对比分析不同干燥方式下的干燥速率、出油率、油茶籽油品质量的影响，以确定新型烘干设备在油茶籽干燥品质及干燥效率上的提升效果。

1.3.3 干燥速率［17］干燥速率表示物料脱水速度的快慢，计算公式为：

式中：X为干燥速率（%/min）；M1为样品干燥前的湿基含水率（%）；M2为样品干燥后的湿基含水率（%）；Δt为水分由M1干燥至M2所需的时间（min）。

1.3.4 油茶籽出油率计算 油茶籽出油率计算公式为：

出油率=压榨所得油茶籽油/（油茶籽质量×油茶籽含油率）×100%

1.3.5 检测分析 油茶籽含水率测定：取干燥油茶籽样品，用摇摆式小型粉碎机将样品打碎呈粉末状，取出样品6 g左右平铺在卤素灯水分测量仪托盘上，开始加热，升温至110~120 ℃，烘干结束后从仪表中读取含水率数值。

油茶籽含油率的测定：参照GB/T 14488.1-2008测定。

压榨油茶籽油品质测定：酸价、过氧化值测定参照GB 5009.229—2016（第一法）；脂肪酸组成测定参照GB 5009.168—2016（第三法）；角鲨烯、β-谷甾醇及多酚测定分别采用LS/T 6120—2017、NY/T 3111—2017、LS/T 6119—2017方法测定。

2 结果与分析

2.1 不同干燥温度下新型烘干设备干燥油茶籽的热风干燥曲线

由图1可以看出，随着干燥时间的推移，油茶籽湿基含水率呈下降趋势，在相同的干燥时间下，热风温度越高，油茶籽含水率越低，水分下降越明显。在50、60、70 ℃恒温干燥工艺下，达到油茶籽干燥至目标含水量8%左右所用干燥时间分别为18、14和13 h。在50 ℃（5 h）-70 ℃（5 h）-50℃（end）变温干燥工艺下干燥时间为18 h，干燥曲线介于50~60 ℃恒温干燥曲线之间，前5 h与恒温50 ℃工艺条件下的干燥含水率下降相差不大，在5~10 h段由于提高了热风温度，加快了干燥速率，但后期降低了热风温度，水分迁移动力减小，水分下降趋于平缓。油茶籽干燥前期含水率下降较快，主要是在干燥初期油茶籽含有较多的自由水，自由水变成水蒸气挥发较快，此阶段受热风温度影响较大，因此，在保证油品质量条件下适当提高初始热风温度，能有效缩短油茶籽的干燥时长。在干燥后期，含水率变化较小，此阶段油茶籽表面自由水分少，内部结合水不易从油茶籽内部转移出来，此时受热风温度影响相对较小。

2.2 不同干燥方式对油茶籽干燥速率及干燥成本的影响

新型烘干设备、空气能热泵、日晒3种干燥方式的烘干试验情况见表2。从表2可以看出，干燥效率方面，新型油茶籽烘干设备的干燥速率最快，其次是空气能热泵烘干，日晒干燥速率最慢。在60 ℃恒温烘干工艺下新型烘干设备的平均干燥速率为2.83 %/h，是空气能热泵的3.8倍，是日晒方式的20倍，与空气能热泵烘干、日晒方式相比，大大缩减了干燥时长。

表2 不同干燥方式下的油茶籽干燥试验数据统计表

油茶籽干燥成本包括耗能成本、设备使用成本、人工作业成本。从单位干燥成本来看，采用传统自然摊晒虽然简便，节省设备投入，但人工作业成本较高，劳动强度大，在自有场地的情况下油茶籽单位干燥成本0.330元/kg，如果租赁场地，成本更高。60 ℃恒温烘干条件下新型烘干设备的单位烘干总成本为0.520元/kg，与空气能热泵相单位烘干成本相比降低了12.75%。

2.3 不同干燥方式对油茶籽含油率、出油率的影响

含油率的高低直接决定了油料的经济价值，是评价油料品质的重要指标之一［18］。由图2可知，不同干燥方式处理对油茶籽含油率、出油率有一定的影响，油茶籽含油率由高到低为：新型设备干燥（38.9%）＞日晒（38.1%）＞空气能干燥（36.4%）。通过新型设备干燥的油茶籽含油率高，油茶籽油品质较好，由于空气能干燥使得油茶籽长期处于静态堆积状态，油茶籽含水率较高，呼吸旺盛，营养物质消耗较大，致使油茶籽含油率下降［19］。在出油率方面，新型设备烘干方式处理后的茶籽出油率最高，达67.5%，其次是空气能热泵烘干（66.7%），日晒烘干方式出油率最低（61.6%），说明新型设备采用内循环动态烘干，干燥更加均匀，有助于提高茶籽干燥的出油率（图3）。

图2 不同干燥方式对油茶籽含油率的影响

图3 不同干燥方式对油茶籽出油率的影响

2.4 不同干燥方式对油茶籽油品质的影响

酸值和过氧化值是评价油品质量好坏的重要理化指标。由表3可知，采用不同的干燥方式对油茶籽油的酸值和过氧化值有明显的影响。3种干燥方式中，新型设备干燥处理后的油茶籽所榨茶籽油的酸值、过氧化值均低于空气能热泵烘干和日晒烘干方式，空气能热泵干燥方式处理的油茶籽油酸值与日晒烘干方式差异较小。由于空气能热泵干燥属于长时间静态堆积烘干，易造成油茶籽干燥不均匀，影响茶籽的品质，新型设备干燥能较好地保证油脂品质。

表3 不同干燥方式对油茶籽油理化指标及功能营养成分的影响

油脂中微量营养成分对人体健康具有不可忽视的作用，油茶籽油中β-谷甾醇、角鲨烯、多酚［20］具有很好的抗氧化、提高人体免疫力、抗癌等功效，广泛应用于医疗保健领域。从表3可以看出，直接日晒所得油茶籽油的β-谷甾醇与多酚含量最高，日晒干燥处理能够更好地保留油茶籽油中的β-谷甾醇与多酚含量，通过新型设备与空气能热泵干燥所得油茶籽油中的β-谷甾醇与多酚含量差异不大。但是不同的干燥方式对油茶籽油中角鲨烯的含量有明显影响，空气能热泵干燥处理的油茶籽油中角鲨烯的含量最高，其次是日晒烘干方式，含量最少的是新型设备干燥方式。这可能与茶籽含水率有关，适当的含水率可提高榨油机的压榨性能，同时有效保留茶油营养成分。

2.5 不同干燥方式对油茶籽油脂肪酸组成的影响

油酸是油茶籽油中含量最高的不饱和脂肪酸，其含量多少直接影响到油茶籽油的品质。从表4可以看出，不同的干燥方式下油茶籽油脂肪酸组成含量有变化，3种干燥方式中，油茶籽油中油酸含量由高到低依次是：新型设备干燥＞空气能热泵干燥＞日晒，与油茶籽出油率的规律一致；日晒的油茶籽油中棕榈酸、亚油酸含量最高，分别为8.19%和8.28%；空气能热泵烘干的油茶籽油中亚麻酸含量最高，为0.382%；新型设备变温烘干的油茶籽油中硬脂酸含量最高，为3.43%；其他脂肪酸含量相差不大。

表4 不同干燥方式对油茶籽油中脂肪酸组成及含量的影响 %

3 结论

在研制的新型烘干设备基础上，通过开展油茶籽恒温与变温干燥试验，建立了不同干燥温度下新型烘干设备烘干油茶籽的热风干燥曲线，并比较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质。试验结果表明，油茶籽干燥前期含水率下降较快，受热风温度影响较大，后期受热风温度影响较小；在50、60、70 ℃恒温干燥工艺下，油茶籽干燥至目标含水量8%左右所用干燥时间分别为18、14和13 h，比空气能热泵干燥时间缩短了70%左右，60 ℃恒温烘干工艺下新型烘干设备干燥速率比空气能热泵提高了2.8倍，单位干燥成本比空气能热泵干燥降低了12.75%；日晒、空气能热泵干燥、新型设备干燥3种干燥方式中新型设备处理制得的茶油酸值和氧化值性均低于空气能热泵烘干和日晒方式，酸值、过氧化值较空气能热泵干燥分别减小了29.7%、2.8%；新型设备处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种方式，油茶籽油品质较好。