專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用蒸汽爆破技術(shù)處理茶原料生產(chǎn)速溶茶粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用茶類(lèi)原料蒸汽爆破生產(chǎn)速溶茶粉的新方法，采用蒸汽爆破工藝取代傳統(tǒng)水煮工藝來(lái)完成茶葉浸提環(huán)節(jié)，進(jìn)而針對(duì)汽爆工藝物料特點(diǎn)優(yōu)化后續(xù)凈化、濃縮工藝過(guò)程，整個(gè)工藝過(guò)程降低能耗、用水量及生產(chǎn)成本，提高茶粉產(chǎn)品產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能、降排和無(wú)污染的目標(biāo)。
背景技術(shù)：
速溶茶是以成品茶或鮮葉為原料通過(guò)提取、濃縮和干燥等工序加工成的一種粉末狀或碎片狀或小顆粒狀的新型產(chǎn)品。該產(chǎn)品沖水即溶，不留余渣，故得名為“速溶茶”，也因外形是晶塊狀又稱(chēng)“茶晶”。由于速溶茶基本保持了茶葉原來(lái)的色、香、味，且同時(shí)具備營(yíng)養(yǎng)、方便、衛(wèi)生、高雅等特點(diǎn)而深受?chē)?guó)外許多消費(fèi)者的喜愛(ài)，是國(guó)外當(dāng)前最為流行的一種飲料。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)茶葉的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與生理功能的認(rèn)識(shí)得到深化，尤其是醫(yī)學(xué)藥學(xué)的介入，集中研究了茶與人體健康的關(guān)系，深刻地揭示了茶對(duì)治療心血管病、抗氧化、抗衰老及抗腫瘤等方面具有藥效功能，從而更推動(dòng)了速溶茶的向前發(fā)展；同時(shí)由于把茶及其它天然植物作為原料進(jìn)行合理配伍而成的產(chǎn)品己成為比較時(shí)尚的健康食品或飲料，因而也大大地推進(jìn)了速溶茶的工業(yè)生產(chǎn)。由于速溶茶工業(yè)使得制茶學(xué)、生物化學(xué)、調(diào)味學(xué)、香料學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科得到綜合運(yùn)用，并發(fā)展形成了一種新的深加工學(xué)科，該領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)已成為茶葉乃至整個(gè)飲料學(xué)科領(lǐng)域中最活躍的研究?jī)?nèi)容。由于速溶茶取用了當(dāng)代化工基本設(shè)備，并運(yùn)用茶葉生物化學(xué)的基本原理，采用制茶和飲料雙重技術(shù)的成熟經(jīng)驗(yàn)，因而易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，并具備實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程全盤(pán)自動(dòng)化、自控化的基本條件，它將有效地推動(dòng)茶葉生產(chǎn)的現(xiàn)代化進(jìn)程。茶飲料在國(guó)際上被稱(chēng)為“新時(shí)代飲料”從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，是可以與碳酸飲料相抗衡的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是天然、保健且能解渴，符合現(xiàn)代人崇尚天然、追求健康保健的消費(fèi)心理需求。中國(guó)是茶的故鄉(xiāng)，具有4000多年的發(fā)展歷史。先輩以茶為載體，以中國(guó)為中心，向世界各國(guó)和地區(qū)傳播包茶文化，增強(qiáng)了中國(guó)與世界各地的聯(lián)系，增進(jìn)了交流和友誼，推動(dòng)了中國(guó)的科技、經(jīng)濟(jì)、文化的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用在生物質(zhì)資源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域廣泛使用的蒸汽爆破技術(shù)進(jìn)行茶葉原料預(yù)處理進(jìn)而生產(chǎn)速溶茶粉，蒸汽爆破技術(shù)即將通過(guò)微孔滲進(jìn)植物組織內(nèi)部的高壓壓飽和水汽瞬間釋放，在0.00875s范圍內(nèi)，閃爆至大氣壓力下。蒸汽爆破過(guò)程中，能量密度高而且集中，蒸汽分子可以滲透到生物大分子之間，可充分的在大分子水平上將物料分解。在汽爆時(shí)，將茶葉(被爆物)置于壓力爆腔內(nèi)，利用植物表層微孔和組織空隙，將高壓飽和水汽滲透到植物組織內(nèi)部，待植物內(nèi)部壓力與容器壓力平衡后，瞬間汽爆，壓力下降為大氣壓，使得大部分存于植物內(nèi)部的高壓飽和水汽，在內(nèi)外壓差的做用下完成膨脹做功，更有效的破壞茶葉植物組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成植物胞壁木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等組織及糖鏈的分段分離，大大提高茶葉中茶多酚、兒茶素等有效物質(zhì)的提取效率；采用蒸汽爆破工藝取代傳統(tǒng)水煮工藝來(lái)完成茶葉浸提環(huán)節(jié)，工藝用水大幅減少，浸提液濃度提高10% 30%，浸提后物料含水量由原工藝的97% 90%降低至80% 50%，進(jìn)而后續(xù)凈化、濃縮工藝過(guò)程全面優(yōu)化、處理成本及能耗大幅降低10% 20%，最終整個(gè)生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)的蒸煮法相比用水量降低了15% 40%，能耗降低了 10% 30%，污水排放量降低10% 35%，整個(gè)工藝環(huán)節(jié)高效、節(jié)能、減排、無(wú)污染。一種利用蒸汽爆破技術(shù)處理茶類(lèi)原料生產(chǎn)速溶茶粉的方法包括以下步驟(I)對(duì)茶葉、茶梗、茶渣等原料進(jìn)行預(yù)溶處理；(2)經(jīng)過(guò)(I)處理后的原料進(jìn)行釜式間歇蒸爆處理或造壓連續(xù)蒸汽爆破處理；(3)經(jīng)(2)汽爆后的體系經(jīng)過(guò)固液分離工序獲得富含茶多酚等有效成分的汽爆液；(4)將(3)處理后的汽爆液進(jìn)行降壓精餾濃縮；(5)經(jīng)過(guò)(4)處理之后的汽爆濃縮液，采用冷凍干燥或噴霧干燥等方式生產(chǎn)速溶茶粉產(chǎn)品。其中所述的茶葉可以是鮮茶葉、干茶葉。其中所述的預(yù)溶處理工藝其目的是使茶葉或茶渣等原料胞壁中的纖維素和半纖維素等物質(zhì)在預(yù)溶處理過(guò)程中得到了充分的溶脹，能夠顯著提高物料蒸汽爆破過(guò)程中的汽爆效果。進(jìn)一步，茶葉等干物原料的預(yù)溶處理工藝中所使用的預(yù)溶溫度為45 75°C，預(yù)溶液為乙醇水溶液，乙醇質(zhì)量濃度為0% 55%，預(yù)溶液與干茶原料的質(zhì)量比為I :1 6 :1，預(yù)溶時(shí)間為0. 5 12小時(shí)。經(jīng)過(guò)預(yù)溶處理后的茶葉原料采取釜式間歇蒸爆處理、連續(xù)螺桿擠壓或往復(fù)式造壓蒸汽爆破處理。釜式間歇汽爆試驗(yàn)臺(tái)可實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力、汽爆壓力、汽爆溫度、保壓時(shí)間等多工藝參數(shù)獨(dú)立調(diào)整，任意組合，對(duì)茶葉做廣泛的汽爆工藝試驗(yàn)來(lái)確定最適宜的工藝組合；汽爆過(guò)程中，將0. 5 15L的待蒸爆物料裝入到反應(yīng)器中，設(shè)定汽爆保壓時(shí)間，然后打開(kāi)蒸汽閥，對(duì)物料升溫、加壓，在達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，設(shè)備拉爆，反應(yīng)器中的物料瞬間爆出到分離器中；一體化連續(xù)造壓蒸爆裝置采用茶葉進(jìn)入螺桿擠出造壓機(jī)，經(jīng)預(yù)熱、浸潰、搓揉及粉碎，通入高溫高壓的蒸汽，迅速滲透到物料內(nèi)部，使物料溫度迅速上升，使物料組織內(nèi)部壓力與腔內(nèi)蒸汽壓力平衡。物料被推動(dòng)前進(jìn)，控制螺帶轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)物料停留時(shí)間。物料到達(dá)噴放處后,瞬間噴爆完成汽爆過(guò)程。進(jìn)一步，其中所述的汽爆處理方式為，蒸汽維持及爆破壓力為0. 8 I. 8MPa,維壓時(shí)間為0. 5 5分鐘。進(jìn)一步，將汽爆后的體系趁熱通過(guò)離心或者板框過(guò)濾的方式進(jìn)行固液分離得到蒸煮液。離心過(guò)程中將蒸汽爆破后的汽爆混合物通過(guò)傳送管道運(yùn)送到分離離心機(jī)中，內(nèi)裝濾袋，控制離心機(jī)轉(zhuǎn)速2000rpm 4000 rpm,維持5 15 min,洗液口加入45 75°C乙醇水溶液，乙醇質(zhì)量濃度為0% 25%，加入質(zhì)量為干物質(zhì)量的0. 5 3倍，混合后對(duì)固體再次進(jìn)行離心,重復(fù)I 3次后清理余渣。
板框過(guò)濾是將蒸汽爆破后的汽爆混合物通過(guò)傳送管道運(yùn)送到板框壓濾機(jī)中。適合的汽爆混合物的固體顆粒濃度為15% 35%，操作壓力為0. 5 I. 5 MPa。由供料泵將汽爆混合物壓入濾室，在濾布上形成濾渣，然后加入45 75°C干物0. 5 3倍質(zhì)量乙醇水溶液，乙醇質(zhì)量濃度為0% 25%，混合后對(duì)固體再次進(jìn)行過(guò)濾，重復(fù)I 3次。進(jìn)一步，汽爆液的濃縮處理工藝所采取的工藝為真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮。真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮工藝?yán)谜婵照舭l(fā)器對(duì)汽爆液進(jìn)行高效濃縮的工藝，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮的過(guò)程中保持真空度500 mmHg以上，濃縮溫度為30°C 55°C，濃縮后固形物質(zhì)量含量為總濃縮液質(zhì)量的 15% 45%o本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)本發(fā)明方法既可以成品茶葉、茶磚為原料，也可進(jìn)一步利用碎茶、茶渣及茶梗等廢棄資源，經(jīng)過(guò)預(yù)處理和清潔先進(jìn)的蒸汽爆破工藝獲得了汽爆處理液，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的純化和濃縮工藝處理得到了茶濃縮液，進(jìn)一步經(jīng)干燥生產(chǎn)出了速溶茶粉產(chǎn)品。整個(gè)工藝緊湊易于操作，原材料來(lái)源廣泛且生產(chǎn)成本低廉，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，同時(shí)也降低了農(nóng)工業(yè)廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染，生產(chǎn)具有可持續(xù)性。本發(fā)明方法的創(chuàng)新處在于在工藝轉(zhuǎn)化過(guò)程中，采用蒸汽爆破工藝取代傳統(tǒng)水煮工藝來(lái)完成茶葉浸提環(huán)節(jié)，更有效的打破植物組織結(jié)構(gòu)，提高了有效物質(zhì)的浸提率以及浸提液的濃度，，工藝用水大幅減少，浸提液濃度提高10% 30%，浸提后物料含水量由原工藝的97% 90%降低至80% 50%，進(jìn)而后續(xù)凈化、濃縮工藝過(guò)程全面優(yōu)化、處理成本及能耗大幅降低10% 20%，最終整個(gè)生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)的蒸煮法相比用水量降低了 15% 40%，能耗降低了 10% 30%，污水排放量降低10% 35%，實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能、降排和無(wú)污染的目標(biāo)。
具體實(shí)施例方式通過(guò)以下實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例I本實(shí)施例的具體步驟及工藝參數(shù)如下選用食品級(jí)干燥綠茶原料Ikg進(jìn)行預(yù)溶處理,預(yù)溶溫度為50°C,預(yù)溶液為乙醇水溶液，乙醇質(zhì)量濃度35%，溶液與干茶葉原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為3 :1，預(yù)溶時(shí)間為半小時(shí)；水溶處理后的原料進(jìn)行釜式間歇蒸爆處理，將4kg混合物料放入盛料筒裝入到汽爆反應(yīng)器中，關(guān)閉閥門(mén)后設(shè)定汽爆保壓時(shí)間90秒，打開(kāi)蒸汽閥，對(duì)物料進(jìn)行加溫、加壓，待達(dá)到設(shè)定壓力I. OMPa，計(jì)時(shí)維壓，90秒時(shí)，設(shè)備拉爆，獲得汽爆混合物，其固體顆粒質(zhì)量濃度為29. 7% ；汽爆后體系運(yùn)送到分離離心機(jī)中，轉(zhuǎn)速2500 rpm，維持10 min，然后加入50°C乙醇水溶液0. 6L，乙醇質(zhì)量濃度為10%，混合均勻后對(duì)固體再次進(jìn)行離心，重復(fù)上述操作2次后清理余渣；收集凈化后汽爆液3. 52L，其中有效成分茶多酚濃度為24. 2g/L，對(duì)凈化汽爆液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，利用真空蒸發(fā)器對(duì)汽爆液進(jìn)行高效濃縮，真空度-0. 08Mpa，溫度為45°C，濃縮后體積為I. 1L，濃縮液中固形物含量28%，進(jìn)行真空冷凍干燥處理濃縮液，得到速溶茶粉269g,其有效成分茶多酚質(zhì)量占茶粉的25.6%。實(shí)施例2本實(shí)施例的具體步驟及工藝參數(shù)如下
選用食品級(jí)碎茶原料(西湖龍井新茶碎茶末)500g，將原料進(jìn)行預(yù)溶處理，預(yù)溶溫度為65°C，預(yù)溶液為水，溶液與干茶葉原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為I :1，預(yù)溶時(shí)間為6小時(shí)；水溶處理后的原料進(jìn)行釜式間歇蒸爆處理，將混合物料裝入到汽爆反應(yīng)器中，關(guān)閉閥門(mén)后設(shè)定汽爆保壓時(shí)間120秒，打開(kāi)蒸汽閥，對(duì)物料進(jìn)行加溫、加壓，待達(dá)到設(shè)定壓力
I.5MPa，計(jì)時(shí)維壓，120秒時(shí)，設(shè)備拉爆，獲得汽爆混合物，其固體顆粒質(zhì)量濃度為32. 3% ；汽爆后體系運(yùn)送到分離離心機(jī)，裝入濾袋中，轉(zhuǎn)速設(shè)定3000 rpm，離心時(shí)間8min,然后加入40°C水0. 5L,混合均勻后對(duì)固體再次進(jìn)行離心,重復(fù)上述操作I次后清理余渣；收集凈化后汽爆液I. 82L，其中有效成分茶多酚濃度為19. 8g/L，對(duì)凈化汽爆液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，利用真空蒸發(fā)器對(duì)汽爆液進(jìn)行高效濃縮，真空度-0. 07Mpa,溫度為55°C，濃縮后體積為0. 33L，濃縮液中固形物含量31. 2%，進(jìn)行噴霧干燥處理濃縮液，得到速溶茶粉129g，其有效成分茶多酚質(zhì)量占茶粉的27. 4%。實(shí)施例3本實(shí)施例的具體步驟及工藝參數(shù)如下選用茶梗原料(福建安溪鐵觀音綠茶茶梗)IOkg進(jìn)行預(yù)溶處理，預(yù)溶溫度為45°C，預(yù)溶液為乙醇水溶液，乙醇質(zhì)量濃度10%，溶液與干茶葉原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為I :1，預(yù)溶時(shí)間為10小時(shí)；水溶處理后的原料利用連續(xù)螺桿造壓蒸爆處理，將混合物料輸送入螺桿擠出造壓機(jī)，設(shè)定汽爆保壓時(shí)間180秒，設(shè)定壓力I. 2MPa，打開(kāi)蒸汽閥，通入高溫高壓蒸汽對(duì)物料進(jìn)行加溫、加壓，待達(dá)到設(shè)定壓力，計(jì)時(shí)維壓，180秒設(shè)備拉爆，獲得汽爆混合物，其固體顆粒質(zhì)量濃度為34. 8% ；將蒸汽爆破后的汽爆混合物運(yùn)送到板框壓濾機(jī)中，在操作壓力為0.55MPa條件下過(guò)濾，在濾布上形成濾渣，然后加入45°C乙醇水溶液5. 5L，乙醇質(zhì)量濃度為15%，混合后對(duì)固體再次進(jìn)行過(guò)濾，重復(fù)上述操作I次后清理余渣；收集凈化后汽爆液16. 3L，對(duì)凈化汽爆液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，利用真空蒸發(fā)器對(duì)汽爆液進(jìn)行高效濃縮，真空度-0. 075Mpa，溫度為40°C，濃縮后體積為3. 5L，濃縮液中固形物含量27. 3%，進(jìn)行噴霧干燥處理濃縮液，得到速溶茶粉885g，其有效成分茶多酚質(zhì)量占茶粉的19.6%。
權(quán)利要求
1.一種利用蒸汽爆破技術(shù)處理茶原料生產(chǎn)速溶茶粉的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)對(duì)茶葉、茶梗、茶渣、茶磚或碎茶原料進(jìn)行預(yù)溶處理； (2)經(jīng)過(guò)(I)處理后的原料進(jìn)行釜式間歇蒸爆處理、連續(xù)螺桿擠壓或造壓連續(xù)蒸汽爆破這些汽爆處理； (3)經(jīng)(2)汽爆后的體系經(jīng)過(guò)固液分離工序獲得富含茶多酚等有效成分的汽爆液； (4)將(3)處理后的汽爆液進(jìn)行降壓精餾濃縮； (5)經(jīng)過(guò)(4)處理之后的汽爆濃縮液，采用冷凍干燥或噴霧干燥等方式生產(chǎn)速溶茶粉產(chǎn)品O
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述的茶葉是鮮茶葉或干茶葉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述的預(yù)溶處理的預(yù)溶溫度為45 75°C，預(yù)溶液為乙醇水溶液，乙醇質(zhì)量濃度為0% 55%，預(yù)溶液與原料的質(zhì)量比為I :1 6 :1，預(yù)溶時(shí)間為O. 5 12小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述的汽爆處理蒸汽維持及爆破壓力為O.8 I. 8MPa,維壓時(shí)間為O. 5 5分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，將汽爆后的體系趁熱通過(guò)離心或者板框過(guò)濾的方式進(jìn)行固液分離得到蒸煮液。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，利用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮工藝方式將(3)處理后的汽爆液降壓精餾濃縮；真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮工藝濃縮的過(guò)程中保持氣壓O. 07MPa以下，濃縮溫度為30°C 55°C，濃縮后固形物質(zhì)量含量為總濃縮液質(zhì)量的15% 45%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用蒸汽爆破技術(shù)處理茶原料生產(chǎn)速溶茶粉的方法。該方法將茶葉、茶梗、茶渣等茶原料預(yù)溶處理,然后進(jìn)行蒸汽爆破，蒸汽爆破壓力為0.8～1.8MPa，維壓時(shí)間為0.5～5分鐘，收集蒸爆物料，然后依汽爆體系狀態(tài)進(jìn)行凈化、濃縮、干燥生產(chǎn)速溶茶粉。本發(fā)明通過(guò)蒸汽爆破技術(shù)生產(chǎn)速溶茶粉,能夠提高工藝的自動(dòng)化，利用蒸汽爆破取代原水煮生產(chǎn)環(huán)節(jié),優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，使得汽爆、凈化、濃縮精餾整體環(huán)節(jié)減少10%～30%能耗及15%～40%用水量，提高產(chǎn)品產(chǎn)量2%～15%，降低生產(chǎn)成本10～30%,同時(shí)節(jié)約生產(chǎn)資源和空間,起到節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要作用。
文檔編號(hào)A23F3/16GK102972557SQ20121048509
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月25日
發(fā)明者張秋翔, 張宏嘉, 王文雅, 蔡紀(jì)寧, 李雙喜, 吳澤 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)