专利名称：一种利用蒸汽爆破技术处理茶原料生产速溶茶粉的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用茶类原料蒸汽爆破生产速溶茶粉的新方法，采用蒸汽爆破工艺取代传统水煮工艺来完成茶叶浸提环节，进而针对汽爆工艺物料特点优化后续净化、浓缩工艺过程，整个工艺过程降低能耗、用水量及生产成本，提高茶粉产品产量，实现了高效、节能、降排和无污染的目标。
背景技术：
速溶茶是以成品茶或鲜叶为原料通过提取、浓缩和干燥等工序加工成的一种粉末状或碎片状或小颗粒状的新型产品。该产品冲水即溶，不留余渣，故得名为“速溶茶”，也因外形是晶块状又称“茶晶”。由于速溶茶基本保持了茶叶原来的色、香、味，且同时具备营养、方便、卫生、高雅等特点而深受国外许多消费者的喜爱，是国外当前最为流行的一种饮料。随着科学技术的进步，人们对茶叶的经济价值与生理功能的认识得到深化，尤其是医学药学的介入，集中研究了茶与人体健康的关系，深刻地揭示了茶对治疗心血管病、抗氧化、抗衰老及抗肿瘤等方面具有药效功能，从而更推动了速溶茶的向前发展；同时由于把茶及其它天然植物作为原料进行合理配伍而成的产品己成为比较时尚的健康食品或饮料，因而也大大地推进了速溶茶的工业生产。由于速溶茶工业使得制茶学、生物化学、调味学、香料学、药学、医学等多学科得到综合运用，并发展形成了一种新的深加工学科，该领域的研究与开发已成为茶叶乃至整个饮料学科领域中最活跃的研究内容。由于速溶茶取用了当代化工基本设备，并运用茶叶生物化学的基本原理，采用制茶和饮料双重技术的成熟经验，因而易于实现连续化生产，并具备实现加工过程全盘自动化、自控化的基本条件，它将有效地推动茶叶生产的现代化进程。茶饮料在国际上被称为“新时代饮料”从长远的观点看，是可以与碳酸饮料相抗衡的产品，其特点是天然、保健且能解渴，符合现代人崇尚天然、追求健康保健的消费心理需求。中国是茶的故乡，具有4000多年的发展历史。先辈以茶为载体，以中国为中心，向世界各国和地区传播包茶文化，增强了中国与世界各地的联系，增进了交流和友谊，推动了中国的科技、经济、文化的发展。
发明内容
本发明利用在生物质资源开发领域广泛使用的蒸汽爆破技术进行茶叶原料预处理进而生产速溶茶粉，蒸汽爆破技术即将通过微孔渗进植物组织内部的高压压饱和水汽瞬间释放，在0.00875s范围内，闪爆至大气压力下。蒸汽爆破过程中，能量密度高而且集中，蒸汽分子可以渗透到生物大分子之间，可充分的在大分子水平上将物料分解。在汽爆时，将茶叶(被爆物)置于压力爆腔内，利用植物表层微孔和组织空隙，将高压饱和水汽渗透到植物组织内部，待植物内部压力与容器压力平衡后，瞬间汽爆，压力下降为大气压，使得大部分存于植物内部的高压饱和水汽，在内外压差的做用下完成膨胀做功，更有效的破坏茶叶植物组织内部结构，完成植物胞壁木质素、纤维素、半纤维素等组织及糖链的分段分离，大大提高茶叶中茶多酚、儿茶素等有效物质的提取效率；采用蒸汽爆破工艺取代传统水煮工艺来完成茶叶浸提环节，工艺用水大幅减少，浸提液浓度提高10% 30%，浸提后物料含水量由原工艺的97% 90%降低至80% 50%，进而后续净化、浓缩工艺过程全面优化、处理成本及能耗大幅降低10% 20%，最终整个生产工艺与传统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%，整个工艺环节高效、节能、减排、无污染。一种利用蒸汽爆破技术处理茶类原料生产速溶茶粉的方法包括以下步骤(I)对茶叶、茶梗、茶渣等原料进行预溶处理；(2)经过(I)处理后的原料进行釜式间歇蒸爆处理或造压连续蒸汽爆破处理；(3)经(2)汽爆后的体系经过固液分离工序获得富含茶多酚等有效成分的汽爆液；(4)将(3)处理后的汽爆液进行降压精馏浓缩；(5)经过(4)处理之后的汽爆浓缩液，采用冷冻干燥或喷雾干燥等方式生产速溶茶粉产品。其中所述的茶叶可以是鲜茶叶、干茶叶。其中所述的预溶处理工艺其目的是使茶叶或茶渣等原料胞壁中的纤维素和半纤维素等物质在预溶处理过程中得到了充分的溶胀，能够显著提高物料蒸汽爆破过程中的汽爆效果。进一步，茶叶等干物原料的预溶处理工艺中所使用的预溶温度为45 75°C，预溶液为乙醇水溶液，乙醇质量浓度为0% 55%，预溶液与干茶原料的质量比为I :1 6 :1，预溶时间为0. 5 12小时。经过预溶处理后的茶叶原料采取釜式间歇蒸爆处理、连续螺杆挤压或往复式造压蒸汽爆破处理。釜式间歇汽爆试验台可实现蒸汽压力、汽爆压力、汽爆温度、保压时间等多工艺参数独立调整，任意组合，对茶叶做广泛的汽爆工艺试验来确定最适宜的工艺组合；汽爆过程中，将0. 5 15L的待蒸爆物料装入到反应器中，设定汽爆保压时间，然后打开蒸汽阀，对物料升温、加压，在达到设定时间时，设备拉爆，反应器中的物料瞬间爆出到分离器中；一体化连续造压蒸爆装置采用茶叶进入螺杆挤出造压机，经预热、浸溃、搓揉及粉碎，通入高温高压的蒸汽，迅速渗透到物料内部，使物料温度迅速上升，使物料组织内部压力与腔内蒸汽压力平衡。物料被推动前进，控制螺带转速调节物料停留时间。物料到达喷放处后,瞬间喷爆完成汽爆过程。进一步，其中所述的汽爆处理方式为，蒸汽维持及爆破压力为0. 8 I. 8MPa,维压时间为0. 5 5分钟。进一步，将汽爆后的体系趁热通过离心或者板框过滤的方式进行固液分离得到蒸煮液。离心过程中将蒸汽爆破后的汽爆混合物通过传送管道运送到分离离心机中，内装滤袋，控制离心机转速2000rpm 4000 rpm,维持5 15 min,洗液口加入45 75°C乙醇水溶液，乙醇质量浓度为0% 25%，加入质量为干物质量的0. 5 3倍，混合后对固体再次进行离心,重复I 3次后清理余渣。
板框过滤是将蒸汽爆破后的汽爆混合物通过传送管道运送到板框压滤机中。适合的汽爆混合物的固体颗粒浓度为15% 35%，操作压力为0. 5 I. 5 MPa。由供料泵将汽爆混合物压入滤室，在滤布上形成滤渣，然后加入45 75°C干物0. 5 3倍质量乙醇水溶液，乙醇质量浓度为0% 25%，混合后对固体再次进行过滤，重复I 3次。进一步，汽爆液的浓缩处理工艺所采取的工艺为真空旋转蒸发浓缩。真空旋转蒸发浓缩工艺利用真空蒸发器对汽爆液进行高效浓缩的工艺，真空旋转蒸发浓缩的过程中保持真空度500 mmHg以上，浓缩温度为30°C 55°C，浓缩后固形物质量含量为总浓缩液质量的 15% 45%o本发明的优势本发明方法既可以成品茶叶、茶砖为原料，也可进一步利用碎茶、茶渣及茶梗等废弃资源，经过预处理和清洁先进的蒸汽爆破工艺获得了汽爆处理液，经过优化后的纯化和浓缩工艺处理得到了茶浓缩液，进一步经干燥生产出了速溶茶粉产品。整个工艺紧凑易于操作，原材料来源广泛且生产成本低廉，经济价值高，同时也降低了农工业废弃物对环境造成的污染，生产具有可持续性。本发明方法的创新处在于在工艺转化过程中，采用蒸汽爆破工艺取代传统水煮工艺来完成茶叶浸提环节，更有效的打破植物组织结构，提高了有效物质的浸提率以及浸提液的浓度，，工艺用水大幅减少，浸提液浓度提高10% 30%，浸提后物料含水量由原工艺的97% 90%降低至80% 50%，进而后续净化、浓缩工艺过程全面优化、处理成本及能耗大幅降低10% 20%，最终整个生产工艺与传统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%，实现了高效、节能、降排和无污染的目标。
具体实施例方式通过以下实施例的方式进一步说明本发明。实施例I本实施例的具体步骤及工艺参数如下选用食品级干燥绿茶原料Ikg进行预溶处理,预溶温度为50°C,预溶液为乙醇水溶液，乙醇质量浓度35%，溶液与干茶叶原料的质量分数比为3 :1，预溶时间为半小时；水溶处理后的原料进行釜式间歇蒸爆处理，将4kg混合物料放入盛料筒装入到汽爆反应器中，关闭阀门后设定汽爆保压时间90秒，打开蒸汽阀，对物料进行加温、加压，待达到设定压力I. OMPa，计时维压，90秒时，设备拉爆，获得汽爆混合物，其固体颗粒质量浓度为29. 7% ；汽爆后体系运送到分离离心机中，转速2500 rpm，维持10 min，然后加入50°C乙醇水溶液0. 6L，乙醇质量浓度为10%，混合均匀后对固体再次进行离心，重复上述操作2次后清理余渣；收集净化后汽爆液3. 52L，其中有效成分茶多酚浓度为24. 2g/L，对净化汽爆液进行蒸发浓缩，利用真空蒸发器对汽爆液进行高效浓缩，真空度-0. 08Mpa，温度为45°C，浓缩后体积为I. 1L，浓缩液中固形物含量28%，进行真空冷冻干燥处理浓缩液，得到速溶茶粉269g,其有效成分茶多酚质量占茶粉的25.6%。实施例2本实施例的具体步骤及工艺参数如下
选用食品级碎茶原料(西湖龙井新茶碎茶末)500g，将原料进行预溶处理，预溶温度为65°C，预溶液为水，溶液与干茶叶原料的质量分数比为I :1，预溶时间为6小时；水溶处理后的原料进行釜式间歇蒸爆处理，将混合物料装入到汽爆反应器中，关闭阀门后设定汽爆保压时间120秒，打开蒸汽阀，对物料进行加温、加压，待达到设定压力
I.5MPa，计时维压，120秒时，设备拉爆，获得汽爆混合物，其固体颗粒质量浓度为32. 3% ；汽爆后体系运送到分离离心机，装入滤袋中，转速设定3000 rpm，离心时间8min,然后加入40°C水0. 5L,混合均匀后对固体再次进行离心,重复上述操作I次后清理余渣；收集净化后汽爆液I. 82L，其中有效成分茶多酚浓度为19. 8g/L，对净化汽爆液进行蒸发浓缩，利用真空蒸发器对汽爆液进行高效浓缩，真空度-0. 07Mpa,温度为55°C，浓缩后体积为0. 33L，浓缩液中固形物含量31. 2%，进行喷雾干燥处理浓缩液，得到速溶茶粉129g，其有效成分茶多酚质量占茶粉的27. 4%。实施例3本实施例的具体步骤及工艺参数如下选用茶梗原料(福建安溪铁观音绿茶茶梗)IOkg进行预溶处理，预溶温度为45°C，预溶液为乙醇水溶液，乙醇质量浓度10%，溶液与干茶叶原料的质量分数比为I :1，预溶时间为10小时；水溶处理后的原料利用连续螺杆造压蒸爆处理，将混合物料输送入螺杆挤出造压机，设定汽爆保压时间180秒，设定压力I. 2MPa，打开蒸汽阀，通入高温高压蒸汽对物料进行加温、加压，待达到设定压力，计时维压，180秒设备拉爆，获得汽爆混合物，其固体颗粒质量浓度为34. 8% ；将蒸汽爆破后的汽爆混合物运送到板框压滤机中，在操作压力为0.55MPa条件下过滤，在滤布上形成滤渣，然后加入45°C乙醇水溶液5. 5L，乙醇质量浓度为15%，混合后对固体再次进行过滤，重复上述操作I次后清理余渣；收集净化后汽爆液16. 3L，对净化汽爆液进行蒸发浓缩，利用真空蒸发器对汽爆液进行高效浓缩，真空度-0. 075Mpa，温度为40°C，浓缩后体积为3. 5L，浓缩液中固形物含量27. 3%，进行喷雾干燥处理浓缩液，得到速溶茶粉885g，其有效成分茶多酚质量占茶粉的19.6%。
权利要求
1.一种利用蒸汽爆破技术处理茶原料生产速溶茶粉的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)对茶叶、茶梗、茶渣、茶砖或碎茶原料进行预溶处理； (2)经过(I)处理后的原料进行釜式间歇蒸爆处理、连续螺杆挤压或造压连续蒸汽爆破这些汽爆处理； (3)经(2)汽爆后的体系经过固液分离工序获得富含茶多酚等有效成分的汽爆液； (4)将(3)处理后的汽爆液进行降压精馏浓缩； (5)经过(4)处理之后的汽爆浓缩液，采用冷冻干燥或喷雾干燥等方式生产速溶茶粉产品O
2.根据权利要求I的方法，其中所述的茶叶是鲜茶叶或干茶叶。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述的预溶处理的预溶温度为45 75°C，预溶液为乙醇水溶液，乙醇质量浓度为0% 55%，预溶液与原料的质量比为I :1 6 :1，预溶时间为O. 5 12小时。
4.根据权利要求I所述的方法，所述的汽爆处理蒸汽维持及爆破压力为O.8 I. 8MPa,维压时间为O. 5 5分钟。
5.根据权利要求I所述的方法，将汽爆后的体系趁热通过离心或者板框过滤的方式进行固液分离得到蒸煮液。
6.根据权利要求I所述的方法，利用真空旋转蒸发浓缩工艺方式将(3)处理后的汽爆液降压精馏浓缩；真空旋转蒸发浓缩工艺浓缩的过程中保持气压O. 07MPa以下，浓缩温度为30°C 55°C，浓缩后固形物质量含量为总浓缩液质量的15% 45%。
全文摘要
本发明涉及一种利用蒸汽爆破技术处理茶原料生产速溶茶粉的方法。该方法将茶叶、茶梗、茶渣等茶原料预溶处理,然后进行蒸汽爆破，蒸汽爆破压力为0.8～1.8MPa，维压时间为0.5～5分钟，收集蒸爆物料，然后依汽爆体系状态进行净化、浓缩、干燥生产速溶茶粉。本发明通过蒸汽爆破技术生产速溶茶粉,能够提高工艺的自动化，利用蒸汽爆破取代原水煮生产环节,优化了生产工艺，使得汽爆、净化、浓缩精馏整体环节减少10%～30%能耗及15%～40%用水量，提高产品产量2%～15%，降低生产成本10～30%,同时节约生产资源和空间,起到节能减排、提高经济效益的重要作用。
文档编号A23F3/16GK102972557SQ20121048509
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月25日 优先权日2012年11月25日
发明者张秋翔, 张宏嘉, 王文雅, 蔡纪宁, 李双喜, 吴泽 申请人:北京化工大学