油茶籽干燥工艺与设备研究

摘要：为了更好地了解我国油茶籽干燥工艺与相关设备，对现有油茶籽干燥中存在的问题、干燥工艺及塔式烘干设备做了相关介绍。油茶籽的干燥对脱蒲、储存及加工均具有重要意义。油茶籽热风干燥工艺研究中，热风温度的选择需兼顾热能利用率和油茶籽干燥后的品质。烘干塔的工艺设计计算为油茶籽的烘干塔设计提供理论依据。

关键词：油茶籽；干燥工艺；烘干设备

油茶（Camellia oleifera Abel.)是世界四大木本油料树种之一，在我国有2000多年的栽培历史，主要分布在长江流域及其以南的14个省（市、区），其中江西、湖南、广西三省（区）栽培面积占到全国总面积的76.2%，约300万h㎡，油茶籽年产量100万t左右，年产油茶籽油26万t，产值约110亿元。油茶籽油是我国传统食用油品种之一，油茶籽油脂肪酸组成可与橄榄油媲美，被盛誉为“东方橄榄油”[1]。此外，在我国食用植物油自给率不足40%的背景下，为保障油脂供给安全，积极发展油茶产业是提高我国食用油自给率的重要举措[2]。

近年来，在政策支持下，我国油茶产业发展迅速，油茶种植和加工产业规模不断扩大，对油茶籽油的质量要求也不断提高。在油茶籽干燥方面，已经发展了多种干燥方式，以满足不同规模企业的生产需要。从传统的自然晾晒到烘房干燥，至今已经发展到应用大型烘干设备进行集中干燥。本文结合油茶籽制油加工工艺和原料特性，就干燥环节阐述一些看法，以期为油茶籽加工企业提供参考。

1 油茶籽干燥必要性

油茶籽在压榨制油前需要进行下列预处理加工工艺，如图1所示。

刚收获的新鲜油茶果水分含量很高，可达40%~50%，需要及时干燥以防止霉变的发生，另外油茶果脱蒲及脱壳处理均需要在水分含量降到10%以下才易完成。油茶果结构如图2所示。

图2 油茶果结构

1.1 防止霉变

在南方温暖湿润的环境下，新鲜油茶果或油茶籽因水分含量较高极易发霉变质，非常不易储存。新鲜油茶籽应及时干燥至水分含量小于13%，防止霉变发生，保证初榨油茶籽油的酸值（KOH)小于3.0mg/g[3]。

在适宜的温度条件下，新鲜油茶果会在较短时间发生霉变反应，从而产生腐败异味，导致油茶籽品质劣变，如图3所示。

图3 发霉的带蒲油茶籽

图3中所示的发生霉变的油茶籽，其储存环境温度在20℃左右，可以观察到大部分油茶籽被一层白色或灰色菌丝包围，并伴随着明显刺鼻气味。霉变油茶籽已经不适合加工。

1.2 脱蒲及脱壳

油茶籽加工首先需要进行脱蒲处理取出油茶籽，而对于农户而言，油茶果“带蒲”和“去蒲”销售价格相差很大，所以，无论茶籽蒲是否容易剥落，通常农户都将油茶籽作脱蒲处理。

一般情况下，油茶果在采摘时茶籽蒲会自然开裂，便于油茶籽的脱落，但收获时节如遇阴雨天气，将影响茶籽蒲的自然开裂，此时收获的油茶果，茶籽蒲的脱除将费时费力。刚采摘的新鲜油茶果因为水分含量高，蒲不易裂开，脱除难度较大。经试验研究，取自大别山的新鲜未开裂的油茶果在烘箱内80℃干燥约0.5h后，90%的茶籽蒲可以绽开，油茶籽自然脱落，这为油茶果脱蒲提供了一种方法。脱蒲后的油茶籽需要经过干燥环节降低水分含量以适应后续加工或短时储存。

油茶籽压榨制油时多采用去壳处理，避免油茶籽壳吸附油茶籽油而降低出油率，同时由于油茶籽壳中的纤维素含量高，油茶籽带壳制油，机械设备特别是榨油机的磨损大[4]。用于榨油的油茶籽应将水分含量控制在7%~10%，水分含量高的脱壳困难，应先进行晒干。生产中，根据经验手摇油茶籽壳听见响声的，水分含量一般在7%以下，此时易于脱壳，手摇听不见响声的，通常水分含量偏高，难以脱壳[5]。

1.3 加工要求

入榨油茶籽仁的水分含量对压榨效果起着决定性作用，高水分含量的油茶籽仁不适宜加工。各低温螺旋榨油机生产厂家要求油茶籽仁入榨水分含量不大于8%[6]。因此，新鲜油茶籽需要经过干燥降水后才能进入加工环节，或经干燥至安全储存水分含量后经短暂储存再进入加工环节。就加工过程而言，如何将水分含量降至合理范围具有重要意义。

新鲜油茶籽的传统干燥方法为晾晒，而油茶籽收获时间一般在每年的11月份左右，此时，南方地区多阴雨天气，非常不利于油茶籽的晾晒干燥。如果农户将油茶籽摊晾在柏油、沥青等路面上，则又增加了油茶籽被污染的可能。为了寻求适宜油茶籽干燥的工艺及设备，首先需要对油茶籽的物料干燥特性进行研究。

2 油茶籽热风干燥工艺

很多学者对油茶籽的热风干燥特性进行了深入研究，以探究油茶籽干燥工艺参数对干燥效果的影响，为油茶籽机械干燥设备设计提供理论依据。张喜梅等[7]研究了热风温度和堆积密度等参数对油茶籽热风干燥过程的影响。邢朝宏等[8]研究了油茶籽储存过程中的水分含量和相对湿度对油茶籽储存稳定性的影响规律。

为了研究油茶籽热风干燥特性，以新鲜油茶籽为原料，测定油茶籽热风干燥曲线，结果如图4所示。

图4 油茶籽热风干燥曲线

从图4中可以看出，油茶籽热风干燥曲线变化速率由快到慢，随着干燥过程的进行，油茶籽降水越来越困难。从传质角度分析，主要由于随着干燥过程的进行，干燥层厚度增加，传质阻力增大。水分含量的降低幅度越来越小，从而导致干燥速率降低。因此，在油茶籽热风干燥初期，降水速率较快；随着干燥过程的进行，降水速率逐渐变缓。

在油茶籽干燥过程中，热风温度起着非常重要的作用。选择热风温度分别为95℃、80℃和65℃对油茶籽进行干燥，以时间为横坐标，累计降水率为纵坐标做3种条件下的热风干燥曲线，结果如图5所示。

图5 不同热风温度下茶籽热风干燥曲线

由图5可知，不同热风温度下油茶籽干燥曲线变化趋势相同，热风温度越高，干燥到目标水分含量所用的时间越短。

用于干燥油茶籽的热风温度不是越高越好，将油茶籽热风干燥温度设为110℃，此时经过干燥的油茶籽状态如图6所示。

图6  新鲜油茶籽在110℃热风温度下干燥后的状态

从图6中可以看出，油茶籽仁的状态发生明显变化，油茶籽仁断面由干燥前的黄白色变为黄褐色，且有焦香味，110℃的热风温度对油茶籽仁的感官状态影响较大。因此，油茶籽采用热风干燥时，热风温度的选择需要兼顾热能利用率和油茶籽干燥后品质。

3 油茶籽机械干燥

3.1 塔式烘干设备

机械烘干技术是以机械为主要手段，采用相应工艺和技术措施，人为控制温度、湿度等因素，在不损害物料品质的前提下，使其达到国家安全储存标准的干燥技术[9]。机械干燥能有效防止连绵阴雨等不利天气所造成的损失，还具有明显优势：减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率。

目前，大型油茶籽加工企业多配备塔式烘干设备。烘干塔是一种塔式烘干设备，形如高塔，内装有角状气道，故又称气道分布式干燥机。塔式烘干机最大的优点是占地面积小、内部容积大、干燥时间长，可以较大幅度降水，一次降水可达5%-6%，适合需要大幅度降水的粮食和油料[10]。

烘干塔按照物料运动方向与热风流动方向的不同可以分为4种[9]，4种烘干塔的特点如表1所示。

表1 不同结构形式的烘干塔特点

结构形式	特  性	优  点	缺  点
顺流	热风与物料同向流动。	干燥速度快，烘干效率高，质量好，适合烘干高水分油料。	结构比较复杂，所需高压风机功率大。
逆流	热风与物料流向相反。	热效率较高，水分和温度比较均匀，排气的潜热可以充分利用。	烘干后油料的温度较高，接近热空气温度。
横流	物料流向与热风流向垂直。	设备结构简单，制造方便，成本低。	烘干不均匀，进风侧的油料过干，排气侧则烘干不足，产生了水分差，热能未充分利用。
混流	物料按照S形曲线向下流动，交替受到高温和低温气流的作用，相当于顺流逆流交替作用。	油料烘干后品质好，裂纹率相对较低。	多由三角或五角盒交错排列组成的塔式结构，结构复杂；烘干机4个角处的一小部分物料降水偏慢。

为干燥油茶籽而设计的烘干塔与干燥其他油料的烘干塔的结构类似。一种整体式烘干塔的外形及混流式烘干塔的内部角状结构如图7、图8所示，整体结构主要由烘干段、缓苏段和冷却段组成，风通过烘干塔内部角状结构进入塔体作用于油料。

3.2 工艺设计计算

油茶籽烘干塔的产量一般在50-500t/d之间，有些甚至更高。目前关于油茶籽烘干塔的设计还缺少理论依据，许多现有的结构尺寸多是根据经验公式计算确定。

干燥段的设计计算是烘干塔设计中非常重要的一部分。一般干燥段所需要的热量主要包括三部分，水分汽化热、物料升温所需要的热量和干燥排出废气带走的热量。

图7 整体式塔式干燥设备

图8 混流进排气角状结构排列图

针对某种物料设计烘干塔，前期物料干燥特性的研究尤为重要。干燥段的各项参数需要根据物料特性确定。油茶籽干燥工艺试验中，由于新鲜油茶籽水分含量高，且高温易导致品质变化，所以为保证油茶籽干燥后品质，需要采用低温多次循环干燥。

以干燥初始水分含量为W1,干燥后水分含量为W2,降水量为W的新鲜油茶籽为例，设计能力每天干燥量为x。

3.2.1 干燥段设计计算

干燥机生产能力P(每日工作时间按20h估算）为：

P=x/20                                      （1)

则降水量W为：

W=P(W1-W2)/(1-W2)               （2)

干燥蒸发掉这些水分所需要的汽化热Q汽为：

Q汽=W×H水(H水为水的焓）      （3)

此外，物料升温所需要的热量Q物料需要根据环境温度及干燥塔中物料所达到的温度确定。

废气带走的热量Q废与废气的温度、质量风量及环境温度有关。

综上，物料干燥消耗的总热量Q总为：

Q总=Q汽 Q物料＋Q废              （4)

根据物料量和热量平衡计算，选配的热介质质量风量所载热量需要满足以上干燥段的热量需求，选配的热介质质量风量可以采用试差法确定。烘干设备配备风机选型除了考虑以上问题外，还要考虑物料层H物料层、换热器H换和风管阻力H管的计算，总阻力H总为：

H总=H物料层 H换 H总            （5)

3.2.2 冷却段设计计算

物料进入冷却段后往往会继续降低一部分水分含量，因此冷风机的选型需要考虑蒸发水分汽化热、物料降温需要载出的热量、管道阻力等因素。此外，整个烘干设备的设计还包括烘干塔尺寸的确定和热风炉的选型问题。

针对某一种物料的塔式烘干设备的设计计算往往需要综合考虑多方面的因素以及一些经验数据和公式。

4、展望

随着国家政策的支持和油茶产业的不断发展壮大，油茶籽加工企业的规模将继续扩大。现代化的加工设备和工艺是未来油茶籽加工企业的发展方向和趋势，油茶籽干燥的机械化操作也将不断代替人工晾晒发挥重要作用。

油茶产业是一个生机勃勃的产业，发展油茶产业是提高我国油脂自给率的重要举措。油茶籽油营养价值与橄榄油相似，但其知名度却远远不及橄榄油。这需要我国油茶籽加工企业不断提高加工设备及工艺水平，严把产品质量关，还要做好油茶籽油的市场宣传和推广工作。

参考文献：

［1]刘玉兰，油脂制取与加工工艺学.北京：科学出版社，2009:28.

［2]王瑞元．发展油茶产业是提高中国食用油自给率的重要举措.粮食科技与经济，2011,36(4):5-6.

［3]刘东风，陈木赠．茶籽油的开发与加工.福州大学学报：自然科学版，2002,30:730-732.

［4]夏伏建，黄凤洪，钮琰星，等．油茶籽脱壳制油工艺的研究与实践.中国油脂，2004,29(1):34-35.

［5]郭书普，肖扬书，范远景．茶籽油加工工艺的探讨.安徽农业科学，1996,24(3):285-288.

［6]沈善登．油茶籽冷榨工艺技术及预处理装备探讨.中国油脂，2012,37(1):85-87.

［7]张喜梅，吴雪辉，李昌宝，等．油茶籽的热风干燥特性及数学描述.华南理工大学学报，2010,38(8):116-120.

［8]邢朝宏，李进伟，金青哲，等．油茶籽储藏稳定性研究.农业机械：粮油加工，2011(10):48-51.

［9]胥振邦．粮食烘干技术发展浅析,粮食与油脂，2004,11:33-35.

［10]中国农业机械化科学研究院，农业机械设计手册.北京：中国农业科学技术出版社，2007:1393.

作者：刘增革，相海，胡淑珍，牟仁生，任嘉嘉，张松涛