一種黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)的研制及其對(duì)品質(zhì)形成的影響

田時(shí)雨，封雯，陳玉瓊，余志，黃申逵，陳省忠，陳學(xué)禮，倪德江

1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；2.貴州農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院食品藥品系，貴陽 551400；3.浙江綠峰機(jī)械有限公司，衢州 324000；4.云南省騰沖市高黎貢山生態(tài)茶業(yè)有限責(zé)任公司，騰沖 679100；5.湖北省宜昌鑫鼎生物科技有限公司，宜昌443000

黑茶屬于后發(fā)酵茶類，具有減肥降脂、調(diào)節(jié)腸胃道、降血糖等功能［1］。目前，黑茶消費(fèi)區(qū)域已經(jīng)從我國(guó)邊疆?dāng)U展到我國(guó)內(nèi)地和港、澳、臺(tái)地區(qū)，以及俄羅斯、歐洲等地區(qū)。黑茶的功能與其獨(dú)特的渥堆工藝有關(guān)。渥堆過程中，由于微生物和濕熱作用，茶葉內(nèi)含成分發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)變化，形成一系列新的化合物，這些物質(zhì)貢獻(xiàn)于黑茶的特殊功能［2-3］。

影響渥堆的因素主要有茶葉的含水量和渥堆溫度、濕度和時(shí)間等。Zheng 等［4］研究表明，普洱茶渥堆要求曬青毛茶原料加水量在25%～35%，原料越粗老加水量越大；渥堆過程中堆內(nèi)溫度35～65 ℃、濕度70%～90%有利于普洱茶品質(zhì)的形成。談峰等［5］對(duì)雅安藏茶臥式發(fā)酵機(jī)渥堆工藝進(jìn)行優(yōu)化，適宜的參數(shù)為茶坯含水量30%、渥堆溫度70 ℃、時(shí)間110 h。郝娟［6］在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化出湖北青磚茶渥堆適宜的茶葉含水量為38%、溫度為45℃、濕度為85%，在此條件下渥堆制成的青磚茶陳香明顯，滋味甜醇。劉盼盼等［7］進(jìn)一步優(yōu)化渥堆工藝，并分析了香氣組分的變化。張芬［8］對(duì)六堡茶渥堆工藝進(jìn)行優(yōu)化?？傮w來看，不同的黑茶由于原料、風(fēng)格等變化要求，渥堆工藝有一定差異，但在生產(chǎn)過程中如何保持工藝穩(wěn)定至關(guān)重要。

采用渥堆機(jī)渥堆是確保渥堆過程品質(zhì)形成與穩(wěn)定的關(guān)鍵。目前在黑茶的生產(chǎn)中尚未有大規(guī)模推廣使用的渥堆機(jī)械［5，9］。雖然有一些渥堆機(jī)的專利出現(xiàn)［10］，但這些渥堆機(jī)并不能徹底替代傳統(tǒng)的人工渥堆，尤其是加工的茶葉與傳統(tǒng)渥堆的品質(zhì)存在較大差異，性能有待提高［10-11］。本研究設(shè)計(jì)一種黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)，對(duì)渥堆過程的溫度、濕度、氧氣進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和數(shù)字化控制，旨在為我國(guó)黑茶加工自動(dòng)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特征

1）設(shè)計(jì)原理。模擬青磚茶、普洱茶等黑茶室內(nèi)自然渥堆方法，根據(jù)茶葉吸水發(fā)熱原理，采用雙倉控溫控濕調(diào)氧，促進(jìn)濕熱作用和微生物作用進(jìn)行渥堆。

2）基本結(jié)構(gòu)。黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。包括外倉、滾筒架、滾筒、加熱器和加濕器，滾筒通過主軸設(shè)置在滾筒架上且位于外倉內(nèi)，加熱器和加濕器設(shè)置在滾筒與外倉之間的空間內(nèi)。在外倉上設(shè)有空氣調(diào)節(jié)門，以利于調(diào)節(jié)渥堆過程的氧氣與濕度。在滾筒內(nèi)壁上設(shè)有若干根攪拌葉以利于翻茶。在滾筒的內(nèi)部安裝有溫度測(cè)量?jī)x，以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)渥堆溫度。在滾筒軸上安裝有加濕裝置，以利于噴水發(fā)水和渥堆過程的補(bǔ)水。滾筒上設(shè)有進(jìn)出茶門，以利于上下料。

3）主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。溫度、濕度、氧氣自動(dòng)調(diào)節(jié)：利用加熱器和加濕器，控制渥堆室內(nèi)環(huán)境溫度≥25 ℃、相對(duì)濕度≥65%；利用外罩上的空氣調(diào)節(jié)門，調(diào)節(jié)渥堆過程的氧氣與濕度。數(shù)值化控制：實(shí)時(shí)顯示渥堆過程溫濕度變化，并實(shí)現(xiàn)溫、濕、水自動(dòng)補(bǔ)償功能；采用光控系統(tǒng)自動(dòng)控制滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)以及進(jìn)出茶門情況。自動(dòng)化操作：控制器集成西門子S7-200P?C快速運(yùn)算、液晶觸摸屏操作界面友好的特點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)材料

研究自動(dòng)渥堆機(jī)渥堆過程中品質(zhì)變化的綠毛茶原料為湖北省宣恩縣伍臺(tái)昌臣茶葉有限公司生產(chǎn)的曬青毛茶，品種為當(dāng)?shù)厝后w種，嫩度為機(jī)采一芽四五葉。研究不同類型的茶葉品質(zhì)所用綠毛茶原料為云南省鳳慶縣陳緣茶廠生產(chǎn)的曬青毛茶，品種為當(dāng)?shù)卦颇洗笕~群體種，嫩度為一芽三四葉。

1.3 試驗(yàn)方法

1）自動(dòng)渥堆機(jī)渥堆方法。6CWD-1 型黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)（專利號(hào)Z?201720918436.8），浙江綠峰機(jī)械有限公司生產(chǎn)。將毛茶原料分次加入滾筒渥堆機(jī)中，自動(dòng)加水至茶葉含水量38%。渥堆期間每隔3 d翻堆1次，共15 d。茶堆內(nèi)部的溫濕度由內(nèi)置的TH10R 型號(hào)溫濕度儀（距離滾筒底部20 cm）自動(dòng)測(cè)定。渥堆結(jié)束后出料，然后使用6CSF-100 型篩分機(jī)（浙江綠峰機(jī)械有限公司）進(jìn)行篩分，分離團(tuán)塊茶與散茶。團(tuán)塊茶使用6CJ-4 型解塊機(jī)（浙江綠峰機(jī)械有限公司）解塊。散茶和經(jīng)過解塊的茶葉用6CH-3 型烘干機(jī)（浙江綠峰機(jī)械有限公司）分2 次干燥，第1 次溫度90 ℃，第2 次溫度70 ℃。渥堆過程在每次翻堆時(shí)取樣，樣品混勻后使用6CTH-6.0 型號(hào)提香機(jī)（浙江綠峰機(jī)械有限公司）在70 ℃下烘1 h。

2）室內(nèi)自然渥堆方法。按照湖北青磚茶的工藝，相同原料（來源于湖北省宣恩縣伍臺(tái)昌臣茶葉有限公司）在宜昌鑫鼎生物科技有限公司進(jìn)行，渥堆時(shí)茶葉質(zhì)量一般10 000 kg 左右，掌握堆高在1.6～1.8 m，毛茶灑水后含水量35%～38%。發(fā)酵時(shí)間26 d，發(fā)酵過程堆溫一般不超過70 ℃，6～8 d 翻動(dòng)1 次，一般翻動(dòng)3次左右，然后開溝通風(fēng)晾干。

1.4 分析方法

1）感官審評(píng)。根據(jù)GB/T 23776—2018《茶葉感官評(píng)審方法》進(jìn)行。

2）理化分析。水分分析采用GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》；茶多酚分析參考GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測(cè)方法》；水浸出物分析參考GB/T 8305—2013《茶水浸出物測(cè)定》；游離氨基酸分析參考GB/T 8314—2013《茶游離氨基酸總量的測(cè)定》；茶黃素（TF）、茶紅素（TR）、茶褐素（TB）含量采用比色系統(tǒng)分析法［12］；可溶性糖含量采用蒽酮比色法［13］。

3）微生物毒素分析。送樣到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部微生物產(chǎn)品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（武漢）分析。采用國(guó)標(biāo)法，其中脫氧雪腐鐮刀烯醇（嘔吐毒素）參考GB 5009.111—2016《食品安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)食品中脫氧雪腐鐮刀烯醇及其乙?；苌锏臏y(cè)定》，黃曲霉素B1參考GB 5009.22—2016《食品安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)食品中黃曲霉素B 族和G 族的測(cè)定》，玉米赤霉烯酮參考GB 5009.209—2016《食品安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)食品中玉米赤霉烯酮的測(cè)定》。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)結(jié)果表示為±SD。采用SPSS Statistics 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，?SD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 渥堆過程茶葉品質(zhì)的變化

1）渥堆過程溫度、相對(duì)濕度以及茶葉含水量的變化。由圖2A 可知，茶葉經(jīng)過灑水增濕后第1 天堆溫僅13 ℃，但第2 天迅速升溫至56.8 ℃，說明茶葉充分吸水后葉片內(nèi)開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，堆溫上升［14］，之后基本保持在55 ℃左右，平均溫度為51 ℃。青磚茶渥堆的溫度只要保持在40～60 ℃就能獲得較好的品質(zhì)［6］，也有研究顯示六堡茶所需的堆溫在40～50 ℃可以保持較好的品質(zhì)［8］。這說明我們研發(fā)的自動(dòng)渥堆機(jī)完全能達(dá)到黑茶渥堆的溫度要求。由圖2B 可知，渥堆過程空氣相對(duì)濕度介于61%～89%，大多數(shù)時(shí)間濕度都在80%左右。我們前期的研究發(fā)現(xiàn)，青磚茶渥堆的相對(duì)濕度在65%～95%均能獲得較好的品質(zhì)，而且比較好的濕度范圍為65%～85%［6］。也有其他研究顯示黑茶最適宜的渥堆濕度在58%～81%［15］。這也說明我們研發(fā)的自動(dòng)渥堆機(jī)完全能達(dá)到黑茶渥堆的濕度要求。由圖2C 可以看出，渥堆過程茶葉的含水量從38%逐漸降低至22%，與傳統(tǒng)渥堆工藝茶葉的含水量變化一致［14］，其中前6 d下降速度較慢，之后下降速度較快。

2）渥堆過程茶葉品質(zhì)的變化。渥堆過程茶葉感官審評(píng)結(jié)果如表1 所示。渥堆過程中茶葉的形狀變化較小，但色澤由青褐逐漸變?yōu)樽睾?，香氣也在逐漸變?yōu)殛愊?，湯色由橙黃變?yōu)榧t色，滋味由粗澀變?yōu)樘鸫?，葉底也逐漸由黃綠變?yōu)樽睾?。渥堆過程茶葉理化性質(zhì)變化如表2所示。氨基酸、多酚、可溶性糖、茶黃素和茶紅素含量以及水浸出物呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，茶褐素呈上升趨勢(shì)。由渥堆過程中黑茶感官審評(píng)結(jié)果和理化性質(zhì)變化可以看出，隨著渥堆時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵程度不斷加深，形成了黑茶應(yīng)有的品質(zhì)特征。

表1 自動(dòng)渥堆機(jī)渥堆過程茶葉感官審評(píng)結(jié)果Table 1 Sensory evaluation results of dark tea made by the automatic piling machine

表2 自動(dòng)渥堆機(jī)渥堆過程茶葉的理化性質(zhì)變化Table 2 Change of physical and chemical properties during the piling process

2.2 渥堆質(zhì)量評(píng)價(jià)

1）渥堆機(jī)渥堆與傳統(tǒng)渥堆方法茶葉品質(zhì)對(duì)比。渥堆機(jī)渥堆與傳統(tǒng)渥堆方法加工茶葉的感官品質(zhì)分析結(jié)果見表3，理化分析結(jié)果見表4。從表3 可以看出，2 種渥堆方式加工的茶葉感官品質(zhì)差異較小，渥堆機(jī)渥堆的茶葉在香氣和滋味方面還優(yōu)于傳統(tǒng)渥堆方法。表4 理化性質(zhì)分析顯示，2 種渥堆方式的茶葉主要品質(zhì)成分差異也較小。由此表明，利用渥堆機(jī)渥堆的茶葉完全能滿足傳統(tǒng)加工方法要求。而且由于渥堆機(jī)渥堆能控制溫濕度，避免了傳統(tǒng)渥堆方法車間溫濕度因季節(jié)、天氣變化帶來的不穩(wěn)定性問題，每批次茶葉品質(zhì)基本一致，穩(wěn)定性較好。

表3 渥堆機(jī)渥堆與傳統(tǒng)渥堆方法茶葉感官品質(zhì)比較Table 3 Sensory evaluation of tea made by piling machine and traditional method

表4 渥堆機(jī)渥堆與傳統(tǒng)渥堆方法茶葉理化性質(zhì)比較Table 4 physical and chemical properties comparison of tea made by piling machine and traditional method

2）不同類型茶葉品質(zhì)分析。在使用滾筒渥堆機(jī)進(jìn)行渥堆的過程中，對(duì)于較為細(xì)嫩的原料，由于茶葉之間的作用力以及翻料時(shí)的撞擊擠壓力會(huì)導(dǎo)致部分茶葉結(jié)塊，由于茶葉與滾筒壁的粘附力會(huì)導(dǎo)致少量茶葉粘壁。為比較結(jié)塊與貼壁茶葉的渥堆質(zhì)量，本試驗(yàn)采用云南省鳳慶縣陳緣茶廠生產(chǎn)的曬青毛茶，按照上述工藝進(jìn)行渥堆。在第19 天補(bǔ)水1 次，總時(shí)38 d。渥堆結(jié)束后，將散茶、團(tuán)塊茶和貼壁茶分類，并將團(tuán)塊茶和貼壁茶解塊，分別進(jìn)行干燥。從表5可知，團(tuán)塊茶和散茶在外形、干茶色澤、湯色、香氣、葉底方面并無明顯差異，但在滋味方面團(tuán)塊茶甜醇度還優(yōu)于散茶。該結(jié)果表明，利用渥堆機(jī)渥堆產(chǎn)生的團(tuán)塊茶并不影響渥堆質(zhì)量。表3也表明，貼壁茶葉外形和葉底色澤雜，欠調(diào)勻，香氣雜，滋味較為苦澀，帶霉味，品質(zhì)較差。這主要是由于茶葉貼壁是呈現(xiàn)零星分布，當(dāng)翻料后部分位置的貼壁茶位于茶堆的上部，并沒有與成堆的茶葉接觸堆積，或接觸太少而溫度較低難以發(fā)酵，從而導(dǎo)致渥堆發(fā)酵不均勻現(xiàn)象。從試驗(yàn)結(jié)果看，貼壁茶數(shù)量?jī)H占茶葉總量的不足2%，而且只有嫩的原料才有貼壁現(xiàn)象，有一定成熟度的茶葉并無此現(xiàn)象。從觀察貼壁的位置看，主要是在滾筒的水平和垂直壁交叉處，且筒壁表面欠光滑的位置較易貼壁。這一結(jié)果提示，在設(shè)備制造過程應(yīng)該盡量將筒壁表面處理光滑，以避免茶葉的貼壁現(xiàn)象。

表5 不同成品茶感官審評(píng)比較Table 5 Sensory evaluation results of different made tea

表6 不同成品茶理化性質(zhì)比較Table 6 Physico-chemical analysis results of different made tea

3）機(jī)械渥堆黑茶微生物毒素分析。渥堆結(jié)束后，對(duì)形成的不同類型茶葉進(jìn)行取樣，分析嘔吐毒素（檢測(cè)依據(jù)，GB 5009.111—2016）、黃曲霉素（檢測(cè)依據(jù)，GB 5009.22—2016）、玉米赤霉烯酮（檢測(cè)依據(jù)，GB 5009.209—2016）等消費(fèi)者主要關(guān)注的微生物毒素，結(jié)果顯示，使用自動(dòng)渥堆機(jī)渥堆的黑茶，無論是散茶、團(tuán)塊茶還是貼壁茶，均未檢出嘔吐毒素、黃曲霉素B1和玉米赤霉烯酮。

2.3 渥堆效率分析

本試驗(yàn)采用的6CWD-1 型黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)每次渥堆葉量為1 t左右，渥堆機(jī)以及配套的上料、控制等設(shè)備占地面積約30 m2，加上輸送、解塊、干燥等設(shè)備，占地面積約50 m2。自然渥堆每次渥堆葉量不能低于5 t，中途翻堆需要同樣面積的空間，渥堆占地面積至少100 m2。因此，從車間空間看，采用渥堆機(jī)渥堆至少可以節(jié)約50%的廠房面積。渥堆機(jī)渥堆只需要1 人上料，計(jì)1 個(gè)工，中途不需要人工。自然渥堆每次灑水發(fā)水、翻堆等至少需要5 人，以翻堆3 次計(jì)算，需要20 個(gè)工。因此，相較于傳統(tǒng)工藝而言，使用自動(dòng)渥堆機(jī)可以節(jié)約大量人工。以青磚茶為例，渥堆機(jī)渥堆時(shí)間一般15～20 d，自然渥堆一般需要24～30 d，每批次節(jié)約9～10 d，減少約50%的生產(chǎn)時(shí)間，在相同的生產(chǎn)時(shí)間下，使用渥堆機(jī)可以增加更多的黑茶產(chǎn)量，以此增加產(chǎn)值。

3 討論

筆者所在的課題組經(jīng)過近10 年的研究，設(shè)計(jì)出黑茶自動(dòng)渥堆機(jī)（Z?201720918436.8），并建立了成套的生產(chǎn)線（Z?201720918323.8），已應(yīng)用于湖北青磚茶的渥堆，并在浙江衢州、湖北紅安等地推廣應(yīng)用，效果良好。該自動(dòng)渥堆機(jī)具有溫度、濕度、氧氣自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，具有數(shù)值化控制和自動(dòng)化操作的特點(diǎn)。利用渥堆機(jī)渥堆的黑茶完全能滿足傳統(tǒng)加工方法要求。而且由于渥堆機(jī)渥堆能控制溫濕度，避免了傳統(tǒng)渥堆方法車間溫濕度因天氣變化帶來的不穩(wěn)定性問題，每批次茶葉品質(zhì)基本一致，穩(wěn)定性較好。由于黑茶渥堆過程中灰綠曲霉、酵母等有益微生物生長(zhǎng)對(duì)于品質(zhì)的形成至關(guān)重要，它們分泌的水解酶、氧化酶等胞外酶參與黑茶品質(zhì)形成［16］，所以一旦渥堆工藝控制不當(dāng)，如溫度過低、茶葉水分過高，甚至衛(wèi)生條件不合格等也會(huì)引起霉菌等有害微生物大量繁殖，產(chǎn)生微生物毒素［17］，影響人體健康［18］。而本研究發(fā)現(xiàn)，由本課題組研制的新型自動(dòng)渥堆機(jī)所生產(chǎn)的黑茶從安全性角度來說完全達(dá)到食品安全質(zhì)量要求。同時(shí)，新型的自動(dòng)渥堆機(jī)其生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)工藝大大提高，更好地節(jié)約人力物力。