茶葉籽榨油機設計與試驗

陳 斌，陳長卿，鄭寨生，邊曉東，陳麗娟，袁名安

（金華市農業科學研究院（浙江省農業機械研究院），浙江金華 321017）

0 引言

茶葉籽綜合利用是對茶樹重要功能價值的全新利用。茶葉籽是茶樹的種子，生長周期長達400多天，富含不飽和脂肪酸、茶多酚、維生素E、角鯊烯等多種高品質功能活性成分，是整株茶樹中最精華的部位[1]。茶葉籽油不飽和脂肪酸含量超過80%，其中亞油酸15%～35%，是油茶籽油的3倍[2，3]，更特別的是含有豐富的天然茶多酚、角鯊烯、維生素E等多種功能活性成分，其營養價值媲美橄欖油，多項營養指標超過橄欖油，長期食用能增強免疫功能、促進新陳代謝、提高抗病能力、延緩機體衰老，是一種綠色健康的功能食用油，特別是可作為老年人或心血管病人的保健用油[4，5]。

根據查閱研究文獻，近年來研究學者已在微波提質[6]、預處理[7，8]、工藝參數[9，11]等方面對茶葉籽加工進行了研究，而螺旋壓榨取油是當今油料加工的最主要的方法之一，但專門針對茶葉籽螺旋榨油機的研究及設備相對較少，導致現有螺旋榨油機在壓榨茶葉籽時出油率低，且易出現各種問題。因此，對茶葉籽壓榨設備的研究具有重要意義。

本文以茶葉籽螺旋壓榨為研究對象，以設備設計與試驗相結合的方法，研究自清理吸料和油渣分離回榨技術方案，設計了茶葉籽榨油機，并采用單因素試驗分析茶餅厚度對茶葉籽出油率的影響，為茶葉籽螺旋壓榨設備設計與工藝參數的選擇提供設計依據和參考。

1 總體結構與工作原理

1.1 結構組成

本文設計茶葉籽榨油機主要由自清理吸料裝置、螺旋壓榨裝置、油渣分離回榨系統和動力系統等部分組成，如圖1所示。茶葉籽榨油機的主要參數為：額定功率15 kW，榨螺軸轉速25～30 r/min，作業效率200～250 kg/h。

圖1 茶葉籽榨油機示意圖

1.2 工作原理

根據螺旋壓榨制油理論，本文設計的茶葉籽榨油機借助茶葉籽油料在內受空間容積由大到小的變化及螺旋軸的推進力，榨圈內曲線裾齒的阻力，料胚間相互擠壓摩擦而產生很大壓榨力來實現茶葉籽壓榨制油。

茶葉籽榨油機的吸料裝置通過氣泵產生的負壓，將加熱提質后的茶葉籽仁吸入榨油機的進料機構，螺旋榨油裝置進行對茶葉籽仁進行壓榨制油，油渣分離回榨系統對壓榨產生的油渣混合液進行過濾分離，并將過濾后的油渣通過絞龍機構輸送至進料斗重新回榨，以提高茶葉籽的出油率。

2 關鍵部件設計

2.1 自清理吸料裝置

傳統榨油機的吸料裝置容易造成吸料濾網堵塞，影響茶葉籽進料效率。為解決濾網堵塞的難題，設計了自清理吸料裝置，如圖2所示，主要由吸料電機、吸料筒、濾網更換部件和濾網清理部件組成。吸料電機、吸料筒和濾網更換部件之間采用可分離式連接設計，能實現自動更換濾網，防止濾網堵塞，影響進料效率。濾網更換時，氣缸使濾網更換部件與吸料電機和吸料筒快速分離，驅動電機旋轉濾網更換部件，使備用的濾網進入吸料作業，濾網清理電機驅動滾刷自轉，從而使滾刷對更換的濾網進行清理，同時，控制吸塵器工作，將滾刷刷動產生的灰塵及時吸走，實現對濾網的自清理效果。

圖2 自清理吸料裝置示意圖

2.2 油渣分離回榨系統

針對螺旋壓榨的茶葉籽毛油中含有大量的油渣，而且油渣中的含油量很高的難題，采用油渣分離和絞龍回渣設計方案使油渣進行回榨，提升茶葉籽出油率。設計的油渣分離回榨系統，如圖3所示，主要由接油斗、螺旋導向器、濾網和回榨絞龍組成。平面螺旋導向件與濾網貼合設計，組成油渣分離回榨系統的核心部件。工作時，榨油機產生的茶葉籽油倒入壓榨分離回榨系統，濾網將茶葉籽油過濾后會產生油渣，驅動盤會驅動內部的油渣逐漸沿著螺旋導向件移動，這樣會增大油渣在濾網上的行程，同時，螺旋導向件也會對油渣產生一定的擠壓，從而能使油渣中的茶葉籽油能夠有足夠的時間濾出并穿過濾網滴落到導油板上，提升油渣中的茶葉籽油的濾出率。

圖3 油渣分離回榨系統、螺旋導向器和濾網示意圖

3 茶葉籽壓榨試驗研究

茶餅厚度是茶葉籽螺旋壓榨制油的重要工藝參數之一，茶餅厚度參數會影響茶葉籽在螺旋壓榨中所受負載大小與壓力穩定性，它對于提高茶葉籽的出油率和茶葉籽油品質具有重要作用。為提高茶葉籽的出油率，本試驗以茶葉籽為原料，以茶餅厚度為因素進行茶葉籽螺旋壓榨單因素試驗。試驗通過調節茶葉籽榨油機設置茶餅厚度為0.6 mm、1.2 mm、1.8 mm、2.4 mm、3.0 mm五個水平，每個水平選取同批次茶葉籽100 kg，進行破殼清選和微波加熱，再進行螺旋壓榨試驗。

由圖4可知，茶餅厚度對茶葉籽出油率和茶餅殘油率有一定的影響，隨著茶餅厚度的增加，茶葉籽出油率呈現先上升后下降趨勢，茶餅殘油率則為先下降后上升，其原因是茶餅厚度決定茶葉籽榨油機的榨膛壓力，當茶餅厚度減小，榨膛壓力升高，克服茶葉籽油料變形阻力的能力就增強，使得茶葉籽油料在榨膛中擠得更加密實，油脂從茶葉籽油料的出油孔道中擠壓得也就越干凈，同時出油壓力也增大，油脂流出壓力也增大[12]。但是隨著茶葉籽油料不斷壓緊，榨膛壓力的逐漸提高，會使茶葉籽油料越來越緊密，導致茶葉籽油料的出油孔道縮小，從而也增加了油脂在出油孔道中的流動阻力，甚至會使孔道堵塞阻礙茶葉籽油的流出，導致茶葉籽出油率降低以及茶餅殘油率升高。

圖4 茶餅厚度對茶葉籽出油率和茶餅殘油率的影響

此外，茶餅厚度還影響著壓榨溫度，而壓榨溫度變化則影響到茶葉籽出油率[13]。合適的壓榨溫度可以提高茶葉籽油料塑性，從而降低油脂的粘度，有利于茶葉籽油的流出。但是如果壓榨溫度過低，則茶葉籽油料不易結合，茶餅不易成型，茶葉籽油料可塑性降低，茶葉籽油脂枯度升高，不利于壓榨出油，導致出油率較低；但如果壓榨溫度過高，將會使茶葉籽油料中某些物質氣化，也會降低茶葉籽油的出油率。

因此，茶餅厚度參數對茶葉籽出油率影響較大。在茶餅厚度為1.2 mm時，茶葉籽出油率顯著上升至最高值11.86%，茶餅殘油率降低至最低值7.12%。此時，茶葉籽壓榨溫度在135℃，壓榨功率在11.7 kW。

4 結語

1）結合自清理吸料裝置、螺旋榨油裝置、壓榨分離回榨系統，設計了茶葉籽榨油機，并且通過試驗實現了較高的出油率，達到了設計要求，為茶葉籽榨油機的改進和研發提供理論參考。

2）對研制的茶葉籽榨油機通過單因素試驗分析，茶餅厚度對茶葉籽出油率影響顯著，能較好地描述茶葉籽出油率與茶餅厚度參數之間的關系，有助于選擇合理的茶餅厚度，降低茶餅殘油率和提高茶葉籽出油率。