本發(fā)明屬于茶葉加工，具體涉及一種雙熱源茶葉烘焙提香裝置及其操作方法。

背景技術(shù)：

1、紅茶初制加工主要包括萎凋、揉捻、發(fā)酵和干燥，而精制加工則主要包括提香、風(fēng)選、拼配等。通常萎凋是紅茶香氣形成的基礎(chǔ)，揉捻、發(fā)酵是香氣形成的關(guān)鍵，而干燥和提香是香氣品質(zhì)的重要工序。干燥是紅茶初制加工的最后一道工序，高溫作用使酶迅速失活，終止酶促反應(yīng)，固定茶葉品質(zhì)特征，降低含水量，便于茶葉儲(chǔ)存。目前，在紅茶諸多加工環(huán)節(jié)中，主要圍繞萎凋、發(fā)酵和干燥展開(kāi)研究。茶葉常用的提香方式主要有三種：烘焙提香、炒制提香和遠(yuǎn)紅外提香，其中烘焙提香技術(shù)使用最為廣泛。烘焙提香通常是指利用熱對(duì)流的熱傳導(dǎo)方式，如使用熱風(fēng)烘箱對(duì)茶葉進(jìn)行烘焙處理。除提香方式外，影響提香效果的因素還有溫度、時(shí)間、茶葉初始含水量、溫升速率等。

2、茶葉在烘焙提香過(guò)程中，水分散失的同時(shí)還會(huì)發(fā)生復(fù)雜的熱化學(xué)反應(yīng)，如美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等，導(dǎo)致茶葉成分結(jié)構(gòu)的改變甚至形成新的物質(zhì)，從而激發(fā)茶香，進(jìn)一步改善茶葉品質(zhì)。茶葉加工時(shí)葉片溫度控制在130℃以下，因此以發(fā)生美拉德反應(yīng)為主導(dǎo)。茶葉中存在大量游離氨基酸和糖類物質(zhì)，是重要的呈味物質(zhì)，也是美拉德產(chǎn)物如吡嗪和糠醛類衍生物的重要前體物質(zhì)，烘焙提香過(guò)程中溫度的提高有利于美拉德反應(yīng)的發(fā)生，使得茶葉香氣增強(qiáng)并產(chǎn)生烘炒香、甜香、焦糖香等香氣，但過(guò)度則會(huì)產(chǎn)生焦糊氣。因此，茶葉烘焙時(shí)的溫度和濕度及其持續(xù)時(shí)間對(duì)茶葉品質(zhì)有著至關(guān)重要的作用。

3、雖然烘焙提香應(yīng)用廣泛，但對(duì)于優(yōu)化烘焙提香工藝的參數(shù)選擇如何對(duì)紅茶香氣品質(zhì)影響的研究相對(duì)匱乏。目前的提香增香復(fù)烤烘焙機(jī)，大多采用單一管道送氣，烘焙機(jī)內(nèi)氣流不均勻，導(dǎo)致茶葉表面溫度、濕度不一致，從而使得茶葉烘焙后的品質(zhì)不高。單一熱源控溫具有滯后性，不管電加熱器或遠(yuǎn)紅外加熱，由于傳熱具有滯后性，因此對(duì)其控溫都會(huì)有延時(shí)，一般為了怕過(guò)溫會(huì)提前控制，這樣會(huì)導(dǎo)致局部溫度不夠，降低了茶葉的品質(zhì)。遠(yuǎn)紅外被證實(shí)對(duì)提香增香有效，但是通過(guò)石英玻璃的遠(yuǎn)紅外加熱會(huì)造成對(duì)某些成分的傷害，使得茶葉增香不足。因此，迫切需要研究用于茶葉提香增香合適的遠(yuǎn)紅外加熱波長(zhǎng)和頻段。僅采用溫度單一因素控制，使得烘焙箱體內(nèi)溫度不穩(wěn)定，精度控制不高，不利于茶葉香氣層次的豐富。當(dāng)前茶葉烘焙也沒(méi)有考慮能效問(wèn)題：熱量通常直接排放到環(huán)境中，造成資源浪費(fèi)。

4、基于上述背景，需要進(jìn)一步研究烘焙提香工藝參數(shù)對(duì)茶葉烘焙品質(zhì)的具體影響，設(shè)計(jì)能夠?qū)⒋_定的烘焙提香工藝參數(shù)在實(shí)際茶葉烘焙過(guò)程中得以實(shí)施的操作裝置和操作方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，申請(qǐng)人提供了一種烘焙提香與遠(yuǎn)紅外提香結(jié)合，選擇石墨烯材料擋板對(duì)遠(yuǎn)紅外光進(jìn)行阻隔僅允許部分頻段的遠(yuǎn)紅外波透過(guò)對(duì)茶葉進(jìn)行加熱，同時(shí)采用循環(huán)風(fēng)和多個(gè)出風(fēng)口均勻送風(fēng)相結(jié)合的技術(shù)方案，具體如下：

2、申請(qǐng)人提出了采用雙熱源的茶葉烘焙提香裝置對(duì)茶葉進(jìn)行烘焙提香，該茶葉烘焙提香裝置包括箱體，所述箱體的頂部設(shè)有新風(fēng)輸入設(shè)備、回?zé)崞?、電加熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)和氣流導(dǎo)向控制閥，所述箱體內(nèi)部的左右兩側(cè)內(nèi)壁上各安裝一遠(yuǎn)紅外加熱器及其對(duì)應(yīng)的石墨烯擋板。

3、所述箱體內(nèi)部還設(shè)有多層支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)為空心支撐管，所述支撐管為通過(guò)連接或盤(pán)繞的方式處于同一個(gè)平面上的空心管道，所述支撐管根據(jù)需要可以是圓盤(pán)形或者矩形，所述支撐管用于放置茶葉托盤(pán)；所述支撐管和所述循環(huán)風(fēng)機(jī)之間連接有進(jìn)風(fēng)管道，所述支撐管和流體控制閥之間連接有出風(fēng)管道；所述支撐管的外周均勻開(kāi)有多個(gè)通風(fēng)孔；循環(huán)風(fēng)機(jī)通過(guò)進(jìn)風(fēng)管道將電加熱器加熱/不加熱后的熱風(fēng)輸送至支撐管，熱風(fēng)通過(guò)支撐管外周的通風(fēng)孔對(duì)置于支撐管上托盤(pán)里的茶葉進(jìn)行加熱，氣流通過(guò)出風(fēng)管道流經(jīng)溫濕度監(jiān)測(cè)器、氣流導(dǎo)向控制閥和/或通過(guò)/不通過(guò)新風(fēng)輸入設(shè)備、回?zé)崞鳌?/p>

4、所述遠(yuǎn)紅外加熱器經(jīng)石墨烯擋板阻隔后輸出的遠(yuǎn)紅外光的波長(zhǎng)范圍為10μm至15μm。

5、所述新風(fēng)輸入設(shè)備、氣流導(dǎo)向控制閥、回?zé)崞鳌⒓訜崞?、循環(huán)風(fēng)機(jī)、支撐管之間實(shí)現(xiàn)連接的管道均為空心管道。

6、所述箱體的門(mén)板側(cè)面或上部安裝有觸摸屏控制器，所述觸摸屏控制器用于設(shè)置和調(diào)整參數(shù)，并直顯溫度、濕度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和記錄工藝曲線。所述參數(shù)包括箱體內(nèi)部的加熱溫度、濕度和加熱時(shí)間，所述箱體內(nèi)部還設(shè)有多個(gè)溫度濕度采集裝置。所述箱體的頂部或正面或側(cè)立面上設(shè)置有溫度濕度監(jiān)測(cè)器，便于工作人員觀測(cè)箱體內(nèi)的工作溫度。所述控制器與溫度濕度采集裝置和溫度濕度監(jiān)測(cè)器之間電連接，共同構(gòu)成該雙熱源茶葉烘焙提香裝置的溫度濕度調(diào)控系統(tǒng)。

7、該雙熱源茶葉烘焙提香裝置的操作方法具體包括：?jiǎn)?dòng)雙熱源的茶葉烘焙提香裝置后，循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，電加熱器與遠(yuǎn)紅外加熱器同時(shí)接通加熱，電加熱器產(chǎn)生的熱風(fēng)通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)被輸送至箱體內(nèi)的支撐管，氣流通過(guò)支撐管上均勻分布的多個(gè)通風(fēng)孔對(duì)茶葉托盤(pán)進(jìn)行加熱，循環(huán)后的氣體通過(guò)出氣管道被依次輸送至箱體外的溫濕度監(jiān)測(cè)器和氣流控制閥，當(dāng)濕度超過(guò)設(shè)定數(shù)值則控制閥打開(kāi)、新風(fēng)輸入設(shè)備啟動(dòng)，氣流與回?zé)崞魍ǖ肋B通排出濕氣后與新風(fēng)換熱，隨后被輸送至加熱器，再通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)將氣流輸送至送氣管道進(jìn)入箱體；當(dāng)濕度低于設(shè)定數(shù)值則關(guān)閉控制閥，氣流直接流經(jīng)加熱器再次進(jìn)入循環(huán)。

8、所述箱體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)采集點(diǎn)，用于采集茶葉的加熱溫度、濕度和加熱時(shí)間等參數(shù)，溫度波動(dòng)控制±1℃以內(nèi)。

9、該雙熱源茶葉烘焙提香裝置的溫控方法具體包括：根據(jù)不同的茶葉，當(dāng)升溫速率達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，所述數(shù)值范圍為0.5℃/min-0.8℃/min，電加熱器停止作業(yè)，僅遠(yuǎn)紅外加熱器工作。根據(jù)茶葉的種類，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度t1后，則兩個(gè)加熱器都停止工作。當(dāng)箱體內(nèi)部的氣流的溫度低于設(shè)定溫度1℃以上時(shí)，電加熱與遠(yuǎn)紅外同時(shí)工作。升溫、排濕過(guò)程中兩個(gè)熱源同時(shí)工作，維持溫度過(guò)程中加熱器不工作或僅有一個(gè)加熱器工作。

10、本技術(shù)采用雙熱源組合提升控溫控濕精度，綜合利用熱風(fēng)加熱和遠(yuǎn)紅外加熱提香的優(yōu)點(diǎn)使得茶葉香氣的層次豐富。

11、熱風(fēng)循環(huán)加熱主要是對(duì)物體表面加熱，物體內(nèi)外是有溫差的，當(dāng)表面達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，內(nèi)部實(shí)際上有部分未達(dá)到設(shè)定溫度，這樣會(huì)影響茶葉內(nèi)部香氛物質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化，影響茶葉的提香增香。一般情況下，為了實(shí)現(xiàn)提香增香可提高加熱溫度，但是過(guò)高的加熱溫度又會(huì)對(duì)茶葉表面的轉(zhuǎn)化造成影響，所以只能采用低溫慢烤，即采用較低的溫度并延長(zhǎng)加熱時(shí)間，這與煙草低溫慢烤契合，也是當(dāng)前茶葉烘焙提香增香的趨勢(shì)。但是對(duì)于茶葉而言，溫度精確控制對(duì)茶葉品質(zhì)影響巨大，升溫的幅度和速率都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的烘烤會(huì)明顯降低茶葉品質(zhì)。

12、基于此，申請(qǐng)人提出在初始加熱時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)電加熱、遠(yuǎn)紅外加熱，使得茶葉表面和內(nèi)部能夠同時(shí)到達(dá)設(shè)定溫度，然后再僅熱風(fēng)循環(huán)，進(jìn)入低溫加熱模式。當(dāng)稍低于設(shè)定溫度，采用弱熱量補(bǔ)充，此時(shí)啟動(dòng)其中一個(gè)加熱器即可。這樣既能高效地從內(nèi)到外快速加熱，降低物質(zhì)從內(nèi)到外的溫差，也可以采用熱風(fēng)循環(huán)補(bǔ)能，實(shí)現(xiàn)提香增香的同時(shí)也達(dá)到了節(jié)能的目的，有利于茶葉品質(zhì)穩(wěn)定。

13、利用石墨烯遮擋板選擇遠(yuǎn)紅外光透過(guò)的頻率與波長(zhǎng)：通過(guò)石墨烯遮擋阻隔不利于茶葉提香增香的頻段光來(lái)優(yōu)化遠(yuǎn)紅外加熱對(duì)茶葉的提香增香效果。遠(yuǎn)紅外加熱的頻率波長(zhǎng)范圍中，部分頻率波長(zhǎng)對(duì)茶葉香氛轉(zhuǎn)化不利，因此選擇合適的材料對(duì)遠(yuǎn)紅外加熱的頻率波長(zhǎng)不利的頻段進(jìn)行阻隔是一個(gè)可行方案，實(shí)驗(yàn)證實(shí)石墨烯遮擋板對(duì)遠(yuǎn)紅外阻隔后波長(zhǎng)范圍在10μm至15μm之間的遠(yuǎn)紅外線能夠?qū)崿F(xiàn)激發(fā)茶香而不影響色澤且具有優(yōu)越的提香增香效果，具體為：通過(guò)石墨烯遮擋后，由于石墨烯可攔截部分頻段的遠(yuǎn)紅外光，對(duì)茶葉色澤控制和增香更加有利，茶葉色澤鮮亮，香氣濃郁；而石英擋板遮擋的遠(yuǎn)紅外加熱會(huì)改變茶葉的某些有益成分，茶葉色澤發(fā)暗、發(fā)黑，且香氣損失嚴(yán)重。

14、在一些示例中，遮擋板還可以選擇其他能夠透過(guò)10μm至15μm波長(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線的材料制成。在茶葉等食材烘烤場(chǎng)景下，食品安全是首要考慮因素，因此必須確保所選材料無(wú)毒無(wú)害，不釋放有害物質(zhì)，符合食品接觸安全標(biāo)準(zhǔn)；耐高溫穩(wěn)定，在130℃下不分解、不變質(zhì)；并且不與食材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如不吸附異味、不催化變質(zhì)。因此，可選的，采用食品級(jí)改性型聚酰亞胺(pi)薄膜。食品級(jí)聚酰亞胺可以采用市售的杜邦或類似認(rèn)證產(chǎn)品，符合fda?21cfr?177.2450(允許用于食品接觸材料)，可耐200℃以上高溫，并且不釋放有害物質(zhì)，耐油、耐水、抗老化。

15、在一些示例中，采用食品級(jí)氧化鋁陶瓷制作茶葉烘焙提香裝置的遠(yuǎn)紅外加熱器或腔體。食品級(jí)氧化鋁陶瓷如高純度氧化鋁陶瓷(99.5％?al2o3)，符合fda、lfgb(德國(guó)食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn))等認(rèn)證，不釋放重金屬(如鉛、鎘)，耐高溫(>1600℃)，長(zhǎng)期使用穩(wěn)定。從成本來(lái)看，食品級(jí)氧化鋁陶瓷成本較低，具備最優(yōu)性價(jià)比，適合主流茶葉烘焙裝置。

16、循環(huán)風(fēng)送入茶葉托盤(pán)支撐管風(fēng)道，對(duì)茶葉進(jìn)行加熱，帶出茶葉中水蒸氣中含水率超過(guò)設(shè)定數(shù)值則與回?zé)崞魍ǖ肋B通，排出濕氣，同時(shí)新風(fēng)進(jìn)入與排出熱氣流換熱回收熱量后，進(jìn)入加熱器，通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入箱體；當(dāng)循環(huán)氣流含水率低于設(shè)定數(shù)值，新風(fēng)停止，切換閥將氣流導(dǎo)入加熱器進(jìn)入循環(huán)模式。直接排風(fēng)和進(jìn)風(fēng)時(shí)的氣流溫度與茶葉溫度濕度差距大，會(huì)導(dǎo)致一些不好的轉(zhuǎn)化發(fā)生，而采用回?zé)岷?，進(jìn)入箱體的新風(fēng)氣流升高了溫度，同時(shí)也可降低新風(fēng)的相對(duì)濕度，這樣的氣流與茶葉的溫濕度差變小，實(shí)現(xiàn)柔和加熱。有利于茶葉的提香增香和茶葉品質(zhì)提升。排濕后，因?yàn)橛行嘛L(fēng)進(jìn)入，為了降低新風(fēng)與茶葉的溫度差、濕度差，此時(shí)是電加熱與遠(yuǎn)紅外同時(shí)工作，以確保溫升速率，或者控制溫度波動(dòng)低于±1℃以下。溫度上升速率及到達(dá)某個(gè)溫度的升溫時(shí)間，不同茶葉品種按該種茶葉烘焙工藝進(jìn)行設(shè)定。

17、將送風(fēng)通道的單一開(kāi)孔送風(fēng)模式改變?yōu)橹窝b置的通風(fēng)管外周開(kāi)多個(gè)通風(fēng)孔的多風(fēng)口送風(fēng)模式達(dá)到均勻送風(fēng)加熱的目的，實(shí)現(xiàn)茶葉烘焙的均勻加熱，提高了茶葉的提香品質(zhì)。通過(guò)將循環(huán)風(fēng)輸送至托盤(pán)下的多點(diǎn)送風(fēng)口確保各層溫度均勻且每層支撐架上各處茶葉受熱均勻。從流體力學(xué)來(lái)衡量，流體的多點(diǎn)均布送風(fēng)比單管單孔送風(fēng)均勻性要好得多，流體流動(dòng)滿足伯努利方程，在加熱過(guò)程中通過(guò)優(yōu)化流動(dòng)結(jié)構(gòu)與送風(fēng)點(diǎn)達(dá)成流動(dòng)均勻性，也可以通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)軟件cfd模擬優(yōu)化，所以從茶葉托盤(pán)下面對(duì)應(yīng)采用環(huán)形風(fēng)管多孔送風(fēng)或矩形風(fēng)管多孔送風(fēng)有利于流體流動(dòng)均勻性。

18、采用觸摸屏控制器或簡(jiǎn)易數(shù)顯控制器，可以方便地設(shè)置和調(diào)整采集點(diǎn)溫度、濕度和加熱時(shí)間等參數(shù)，數(shù)字直顯參數(shù)的實(shí)時(shí)狀況并記錄工藝曲線。采集點(diǎn)所采集的工藝參數(shù)可跟實(shí)際需要進(jìn)行選擇，可設(shè)置多個(gè)溫、濕度采集點(diǎn)，也可以上部、下部各設(shè)置一個(gè)采集點(diǎn)，還可以上、中、下設(shè)置3個(gè)采集點(diǎn)。

19、本技術(shù)采用雙熱源組合控制提升了茶葉烘焙提香的溫度控制精度，有利于茶葉的增香提香，綜合利用熱風(fēng)加熱和遠(yuǎn)紅外加熱提香的優(yōu)勢(shì)也使得茶葉香氣濃郁、層次豐富。