李為寧，柏宣丙，李 兵，2，*

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，安徽 合肥 230036； 2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230036)

六安瓜片是我國(guó)十大名茶之一，其烘焙工藝流程分為拉毛火、拉小火、拉老火[1]，烘焙效果直接決定了茶葉的品質(zhì)。傳統(tǒng)人工炭火烘焙的茶葉品質(zhì)較優(yōu)，但是烘焙時(shí)間和溫度依賴人工經(jīng)驗(yàn)，瓜片品質(zhì)的穩(wěn)定性不易保證，且不符合茶葉清潔化生產(chǎn)的要求。茶葉提香機(jī)是模擬傳統(tǒng)烘焙工藝，進(jìn)行綠茶烘焙提香的關(guān)鍵設(shè)備。茶葉提香機(jī)不僅可以降低茶葉含水率，使之便于儲(chǔ)存，而且還能夠達(dá)到殺菌、去除異味的作用。在烘焙過(guò)程中，茶葉內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生明顯的理化變化[2-3]，產(chǎn)生茶葉特有的香氣。國(guó)內(nèi)的一些專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)茶葉提香設(shè)備進(jìn)行了相關(guān)研究：林新英[4]對(duì)烘焙機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于Pro/E軟件的實(shí)體建模，并對(duì)控制部分系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；楊君等[5]研究了炭焙-電焙相結(jié)合的茶葉烘焙機(jī)對(duì)武夷巖茶烘焙效果的影響；李兵等[6]根據(jù)六安瓜片制作工藝研制了基于光電控制的六安瓜片烘焙機(jī)。上述研究通過(guò)改變茶葉提香設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和加熱方式等，在一定程度上提高了茶葉提香設(shè)備的烘焙效果；但是以上研究均無(wú)法獲得茶葉顆粒在烘焙過(guò)程中的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這將影響茶葉提香機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。離散元法作為一種數(shù)值模擬方法，在研究散粒體物料與農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)零部件的相互作用和物料顆粒的流動(dòng)問(wèn)題上具有較大的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)逐漸在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[7-10]。本研究選取大別山地區(qū)的六安瓜片為試驗(yàn)材料，以滾筒式茶葉提香機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為提香機(jī))為試驗(yàn)對(duì)象，使用SolidWorks 2014軟件建立滾筒的三維幾何模型，運(yùn)用EDEM 2018軟件對(duì)提香機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，根據(jù)仿真結(jié)果得到茶葉顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律與提香機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，并設(shè)計(jì)2因素5水平的二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，進(jìn)行提香機(jī)烘焙試驗(yàn)，根據(jù)擬合的回歸方程對(duì)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，以期為提香機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供技術(shù)參考。

1 提香機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

提香機(jī)由投料口、減速電機(jī)、傳動(dòng)裝置、機(jī)架、滾筒、滾輪、滾輪軸承座、風(fēng)機(jī)、出茶口、加熱裝置等組成(圖1)，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。其主要工作部件是一個(gè)半封閉的不銹鋼滾筒，筒體內(nèi)壁焊有若干螺旋導(dǎo)葉板。

如圖2所示的提香機(jī)，其工作原理為固定在機(jī)架上的減速電機(jī)作為動(dòng)力輸出，通過(guò)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)滾筒順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。綠茶通過(guò)投料口進(jìn)入滾筒內(nèi)部，茶葉顆粒在螺旋導(dǎo)葉板和滾筒旋轉(zhuǎn)的共同作用下產(chǎn)生翻滾和軸向移動(dòng)，位于滾筒內(nèi)部中央偏上方位置的加熱器對(duì)其加熱。加熱方式主要為熱輻射和以熱空氣為介質(zhì)的熱傳導(dǎo)。

2 仿真模型的建立

1，電機(jī)；2，滾筒；3，管狀燃燒器；4，機(jī)架；5，電動(dòng)推桿；6，滾輪；7，軸承座；8，進(jìn)(出)茶導(dǎo)葉板；9，投料口。1， Motor; 2， Drum; 3， Tubular burner; 4， Frame; 5， Linear actuator; 6， Rolling wheels; 7， Bearing seat; 8， Tea inlet (outlet) guide vane plate; 9， Feeding port.圖1 滾筒式茶葉提香機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of drum type tea re-dryer

圖2 滾筒式茶葉提香機(jī)實(shí)體圖Fig.2 Physical diagram of drum type tea re-dryer

表1 滾筒式茶葉提香機(jī)技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of drum type tea re-dryer

2.1 茶葉顆粒的接觸力學(xué)模型和仿真模型

離散元法是一種面向離散體物料的分析方法，將物料顆?？醋饕幌盗须x散的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元，根據(jù)離散物質(zhì)本身所具有的離散特性建立數(shù)學(xué)模型。將需要分析的物體看作離散顆粒的集合，這與離散物質(zhì)本身所具有的離散特性一致。離散元法的顆粒模型采用振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程模擬顆粒與顆粒、顆粒與邊界的接觸。法向和切向分解顆粒接觸過(guò)程的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。其法向振動(dòng)方程為

(1)

顆粒接觸過(guò)程的切向振動(dòng)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為切向滑動(dòng)與顆粒的滾動(dòng)：

(2)

(3)

式(1)～(3)中：m1，2為顆粒的等效質(zhì)量；I1，2為顆粒的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；s為旋轉(zhuǎn)半徑；un、us為顆粒的法向和切向相對(duì)位移；θ為顆粒自身的旋轉(zhuǎn)角度；Fn、Fs為顆粒所受外力的法向分量和切向分量；M為顆粒所受外力矩；Kn、Ks為接觸模型中的法向和切向彈性系數(shù)；cn、cs為接觸模型中的法向和切向阻尼系數(shù)。

顆粒間的摩擦力影響顆粒的切向滑動(dòng)與顆粒的滾動(dòng)。由滑動(dòng)模型可以建立顆粒的切向滑動(dòng)與滾動(dòng)的極限判斷條件[9-11]：

(4)

顆粒接觸模型是EDEM 2018軟件進(jìn)行仿真的重要基礎(chǔ)設(shè)置。在離散元中，單元之間接觸的彈性和非彈性性質(zhì)分別用彈簧和阻尼器表示：彈簧代表單元的彈性，阻尼器代表單元的非彈性。用帶有摩擦因數(shù)的滑塊來(lái)表示單元之間的摩擦[12]。本研究的對(duì)象是茶葉顆粒。軟球模型考慮到了顆粒間的碰撞變形，可以用來(lái)模擬2個(gè)和2個(gè)以上顆粒之間的碰撞過(guò)程。由于烘焙過(guò)程中接觸主要是茶葉顆粒與茶葉顆粒、茶葉顆粒與導(dǎo)葉板之間的接觸，因此選用軟球模型中的Hertz-Mindlin無(wú)滑動(dòng)接觸模型[13-14]。

顆粒間的法向力、切向力、法向阻尼力、切向阻尼力分別為

(5)

Ft=-Stδ；

(6)

(7)

(8)

顆粒模型會(huì)對(duì)仿真結(jié)果產(chǎn)生影響。茶葉顆粒的形狀差異明顯，多為不規(guī)則形狀。目前，對(duì)于不規(guī)則的物料顆粒建模，普遍采用的是由多球組合成一個(gè)具有固定空間關(guān)系的組合體的方式[15]。考慮到計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和處理時(shí)間，茶葉顆粒模型采用由球形顆粒聚合體建立的條形模型[16]，如圖3所示。

圖3 茶葉顆粒仿真模型Fig.3 Simulation model of tea particle

2.2 仿真模型的參數(shù)設(shè)置

設(shè)置仿真模型的材料特性和接觸參數(shù)[17-18](表2)。為了使顆?？焖偕桑岣哂?jì)算機(jī)的仿真速度，顆粒工廠采用動(dòng)態(tài)生成顆粒的方式。EDEM 2018中設(shè)定的時(shí)間步長(zhǎng)通常為Rayleigh時(shí)間步長(zhǎng)的30%。對(duì)仿真區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格大小定義，設(shè)置網(wǎng)格大小為3Rmin(Rmin為最小顆粒的半徑)，設(shè)置仿真總時(shí)長(zhǎng)為6 s(2.4 s之前為顆粒生成過(guò)程，2.4 s之后為烘焙仿真過(guò)程)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)頻率為0.01 s[19-20]。運(yùn)行仿真。

3 茶葉顆粒在滾筒中的運(yùn)動(dòng)軌跡

運(yùn)用三維建模軟件SolidWorks 2014建立滾筒三維模型(圖4)。在實(shí)際使用過(guò)程中，提香機(jī)中的茶葉顆粒數(shù)量較多，運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜。為了便于分析茶葉顆粒在滾筒中的運(yùn)動(dòng)軌跡，選取單個(gè)茶葉顆粒對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。茶葉顆粒在滾筒中的運(yùn)動(dòng)可以分為沿著滾筒內(nèi)壁的相對(duì)滑動(dòng)、沿著滾筒內(nèi)導(dǎo)葉板的軸向移動(dòng)，以及跟隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周運(yùn)動(dòng)。本研究?jī)H考慮茶葉顆粒在平面xoy內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，忽略茶葉顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與滾筒壁存在的相對(duì)滑動(dòng)，如圖5所示。

單個(gè)茶葉顆粒在平面xoy內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以分為2個(gè)部分：B點(diǎn)到S點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)，S點(diǎn)到D點(diǎn)再到B點(diǎn)的拋物線運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方程如下：

表2 茶葉顆粒模型參數(shù)Table 2 Tea particle model parameters

1，進(jìn)(出)茶導(dǎo)葉板；2，螺旋導(dǎo)葉板；3，進(jìn)(出)茶口；4，筒體。1， Tea inlet (outlet) guide vane plate; 2， Helical guide vane; 3， Tea inlet (outlet); 4， Cylinder.圖4 滾筒三維模型Fig.4 Three-dimensional model of drum

圖5 茶葉顆粒在xoy平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.5 Trajectory of tea particles in xoy plane

(9)

(10)

式(9)和式(10)分別為圓周運(yùn)動(dòng)方程和拋物線運(yùn)動(dòng)方程，其中：r為茶葉顆粒在xoy平面內(nèi)與滾筒軸線處的距離，單位為m；v為茶葉顆粒在xoy平面內(nèi)脫離滾筒時(shí)的線速度，單位為m·s-1；ω為滾筒的角速度，單位為rad·s-1；α為茶葉顆粒的起拋角，單位為(°)；t為茶葉顆粒的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，單位為s。

由S點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程可以得出其運(yùn)動(dòng)軌跡方程：

(x-rcosα)2+(y+rsinα)=r2，0

(11)

(12)

式(11)、(12)分別為圓周運(yùn)動(dòng)軌跡方程和拋物線運(yùn)動(dòng)軌跡方程，式中R為滾筒的半徑，單位為m。由式(11)和式(12)可以得到任意2條曲線的交點(diǎn)，其交點(diǎn)坐標(biāo)分別為原點(diǎn)O(0，0)和(4rsin2αcosα，-4rsinαcos2α)。若茶葉顆粒位于滾筒內(nèi)壁，則r=R，交點(diǎn)坐標(biāo)分別為O(0，0)和(4Rsin2αcosα，-4Rsinαcos2α)。為了使茶葉顆粒在滾筒中做較大的翻動(dòng)，應(yīng)使茶葉顆粒獲得較大的拋落差(yD-yB)[21]。對(duì)式(12)兩邊求導(dǎo)可得：

(13)

(14)

4 仿真結(jié)果與分析

茶葉顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程非常復(fù)雜，難以通過(guò)傳統(tǒng)的分析方法得到全部茶葉顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而利用EDEM 2018軟件仿真就可以獲得全部茶葉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。根據(jù)茶葉在滾筒中的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況對(duì)茶葉顆粒進(jìn)行數(shù)值模擬，將滾筒以網(wǎng)格模型(Mesh=0.7)顯示，通過(guò)仿真分析得到滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的茶葉顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡(圖6)。圖6中顏色差異表示茶葉顆粒運(yùn)動(dòng)速度的變化，藍(lán)色代表速度較小的茶葉顆粒，綠色代表速度中等的茶葉顆粒，紅色代表速度較大的茶葉顆粒。當(dāng)t=0.5 s時(shí)，茶葉顆粒從顆粒工廠生成并在重力作用下散落在滾筒底部，此時(shí)顆粒逐漸堆積在滾筒壁底部，尚未跟隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)t=3 s時(shí)，茶葉顆粒被螺旋導(dǎo)葉板帶起跟隨滾筒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，茶葉顆粒間的速度大小沒(méi)有顯著性差異，與滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度基本保持一致；當(dāng)t=3.2 s時(shí)，茶葉顆粒被螺旋導(dǎo)葉板帶起到一定高度后脫離滾筒壁做拋撒運(yùn)動(dòng)，做拋撒運(yùn)動(dòng)的茶葉顆粒的速度明顯大于導(dǎo)葉板上茶葉顆粒的速度，并且隨著加速度增大，茶葉顆粒的速度達(dá)到最大值；當(dāng)t=4 s時(shí)，與滾筒內(nèi)壁相接觸的茶葉顆粒與熱空氣進(jìn)行充分接觸后在自身重力作用下落在滾筒的底部，茶葉顆粒逐漸堆積在底部，開(kāi)始下一周期的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

由圖7可知：在其他條件都相同的情況下，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大，滾筒處于高轉(zhuǎn)速時(shí)茶葉顆粒的平均速度大于滾筒處于低轉(zhuǎn)速時(shí)，茶葉顆粒間的相互作用力也隨著滾筒轉(zhuǎn)速增大而增大。分析可知：當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，茶葉不能隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)被拋落到高溫區(qū)與滾筒內(nèi)的熱空氣充分接觸，影響烘焙效果。而且，茶葉顆粒在滾筒底部大量堆積或者相互勾連滾成團(tuán)狀，會(huì)導(dǎo)致茶葉顆粒之間透氣性變差，容易產(chǎn)生苦悶味和燒焦變糊的現(xiàn)象。反之，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，部分茶葉顆粒的離心力大于自身重力，導(dǎo)致茶葉顆粒長(zhǎng)期貼附在筒壁上，在滾筒中的拋撒運(yùn)動(dòng)時(shí)間縮短，導(dǎo)致茶葉烘焙不均勻。同時(shí)，由于茶葉顆粒之間的作用力較大，容易產(chǎn)生較多碎茶，導(dǎo)致烘焙效果不佳。最佳的滾筒轉(zhuǎn)速出現(xiàn)在35 r·min-1左右，此時(shí)茶葉顆粒能夠獲得較大的速度，茶葉顆粒間的碰撞、擠壓作用顯著，在保證碎茶率較小的情況下，可使茶葉顆?；旌暇鶆虻乃俣燃涌?，有利于提升烘焙效果。

在烘焙過(guò)程中傾角的大小能夠影響茶葉顆粒在滾筒中的軸向移動(dòng)，決定了茶葉顆粒能否充分混合，從而影響茶葉的烘焙效果。由圖8可知：在其他條件都相同的情況下，滾筒傾角增大時(shí)茶葉顆粒的平均速度沒(méi)有顯著性變化，而顆粒間的作用力隨著滾筒傾角的增大發(fā)生較大變化。滾筒傾角過(guò)小，茶葉顆粒容易集中堆積在滾筒后部，不會(huì)隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)沿導(dǎo)葉板軸向移動(dòng)，造成茶葉烘焙不均勻，影響烘焙質(zhì)量；滾筒傾角過(guò)大，茶葉顆粒間的相互作用力變得劇烈，增大了茶葉的碎茶率，并且茶葉顆粒沿滾筒內(nèi)壁軸向的移動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，導(dǎo)致茶葉顆粒隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)沿導(dǎo)葉板軸向移動(dòng)更大距離，易產(chǎn)生焦片，從而影響烘焙質(zhì)量。

圖6 不同時(shí)刻茶葉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.6 Trajectory of tea particles at different time

圖7 轉(zhuǎn)速不同時(shí)茶葉顆粒的平均速度、平均作用力與時(shí)間的變化曲線Fig.7 Curves of average velocity， average force of tea particles with time under different rotational speed

圖8 傾角不同時(shí)茶葉顆粒的平均速度、平均作用力與時(shí)間的變化曲線Fig.8 Curves of velocity， force of tea particles with time under different inclination angle

5 正交試驗(yàn)與結(jié)果

在茶葉品種、茶葉含水率、烘焙溫度、投葉量等其他條件都相同的情況下，選擇滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒傾角作為試驗(yàn)因素，以碎茶率和感官審評(píng)得分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)2因素5水平的二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，試驗(yàn)因素編碼見(jiàn)表3。按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用冷庫(kù)儲(chǔ)存溫度4 ℃、儲(chǔ)存時(shí)間10個(gè)月的六安瓜片陳茶作為試驗(yàn)材料，以提香機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，在安徽六安瓜片茶業(yè)股份有限公司獨(dú)山鎮(zhèn)基地進(jìn)行烘焙試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。如圖9所示，茶葉在滾筒中的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程與仿真運(yùn)動(dòng)過(guò)程基本一致，說(shuō)明所使用的仿真方法能夠較為真實(shí)地模擬茶葉在滾筒中的運(yùn)動(dòng)情況。

碎茶率的測(cè)定。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8311—2013測(cè)定茶葉中的碎茶含量。稱(chēng)取充分混勻的茶樣100 g(準(zhǔn)確至0.1 g)，倒入規(guī)定的碎茶篩檢驗(yàn)套篩內(nèi)，蓋上篩蓋，放在電動(dòng)篩分機(jī)上篩動(dòng)50轉(zhuǎn)。稱(chēng)量篩下物(準(zhǔn)確至0.1 g)，即為碎茶含量。

對(duì)不同滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒傾角條件下的茶樣進(jìn)行感官審評(píng)，按照GB/T 23776—2018進(jìn)行茶葉感官審評(píng)，品質(zhì)審評(píng)因子權(quán)數(shù)詳見(jiàn)表5。

運(yùn)用Design-Expert 10.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次響應(yīng)面回歸分析[22]，得到碎茶率Y1、感官審評(píng)得分Y2與滾筒轉(zhuǎn)速X1、滾筒傾角X2的回歸方程：

(15)

(16)

對(duì)擬合的回歸方程進(jìn)行方差分析(表6)：Y1回歸模型的P值<0.01，失擬項(xiàng)P值>0.05，模型的決定系數(shù)R2=0.93；Y2回歸模型的P值<0.01，失擬項(xiàng)P值>0.05，模型的決定系數(shù)R2=0.97。失擬項(xiàng)可以表示模型與試驗(yàn)擬合的程度，即二者之間的差異程度。以上結(jié)果顯示，滾筒的轉(zhuǎn)速和傾角對(duì)于碎茶率、感官審評(píng)得分的影響都達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，但失擬項(xiàng)都不顯著(P>0.05)，表明在一定范圍內(nèi)回歸模型與實(shí)際情況的擬合度較高，可以用上述擬合的回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析[23]。

圖9 茶葉的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程(左)與仿真運(yùn)動(dòng)過(guò)程(右)Fig.9 Actual movement (left) and simulated motion process (right) of tea

表3 試驗(yàn)因素編碼與水平設(shè)置Table 3 Coding of experimental factors and setting levels

表4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 4 Experimental design and result

表5 品質(zhì)審評(píng)因子權(quán)數(shù)Table 5 Quality evaluation factor weight

表6 回歸方程的方差分析Table 6 Variance analysis of regression equations

由圖10可知：在其他條件都相同的條件下，滾筒轉(zhuǎn)速一定時(shí)，碎茶率隨著滾筒傾角的增大而增大；當(dāng)滾筒傾角一定時(shí)，碎茶率隨滾筒轉(zhuǎn)速的增大而增大。在其他條件都相同的條件下，滾筒轉(zhuǎn)速一定時(shí)，感官審評(píng)得分隨著滾筒傾角的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)；當(dāng)滾筒傾角一定時(shí)，感官審評(píng)得分隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒傾角均變化時(shí)，對(duì)碎茶率和感官審評(píng)得分的影響較為明顯。經(jīng)分析，最佳的參數(shù)組合為滾筒轉(zhuǎn)速33 r·min-1、滾筒傾角3.7°，此時(shí)的碎茶率為6.7%，感官審評(píng)得分為90.6。

于提香機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化前后，選取相同質(zhì)量的六安瓜片茶樣進(jìn)行比較(圖11)?？梢钥闯?，提香機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后，制得的六安瓜片樣本碎茶較少，大部分茶葉呈條索狀，具有較好的烘焙品質(zhì)。

圖10 響應(yīng)曲面圖Fig.10 Response surface map

圖11 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化前(a)、后(b)的六安瓜片樣本Fig.11 Samples of Lu’an Guapian before (a) and after (b) optimization of structural parameters

6 結(jié)論與討論

本研究選擇了提香機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒傾角設(shè)計(jì)2因素5水平的二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，結(jié)果表明：滾筒轉(zhuǎn)速和滾筒傾角影響茶葉烘焙效果，其最優(yōu)參數(shù)組合為滾筒轉(zhuǎn)速33 r·min-1，滾筒傾角3.7°。在此條件下，碎茶率為6.7%，感官審評(píng)得分為90.6，制得的六安瓜片具有良好的烘焙品質(zhì)。這說(shuō)明茶葉烘焙質(zhì)量不但與茶葉烘焙工藝參數(shù)有關(guān)，還與提香機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)?；贓DEM 2018軟件的優(yōu)化方法能夠?qū)Σ枞~顆粒在提香機(jī)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律做精確分析，可為提香機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供借鑒。

本研究?jī)H對(duì)提香機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并未考慮茶葉含水率、投葉量、烘焙溫度，以及茶葉外形等制茶工藝參數(shù)的影響。在今后的研究中，可結(jié)合制茶工藝參數(shù)進(jìn)一步對(duì)提香機(jī)的烘焙效果做深入研究。