茶葉揉捻工藝技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

陳俠，楊亦揚，皮杰，柳軍,*

1.南京農(nóng)業(yè)大學人工智能學院，江蘇 南京 210031；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院休閑農(nóng)業(yè)研究所，江蘇 南京 210014；3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)設施與裝備研究所，江蘇 南京 210014

中國是世界上最早種植茶樹的國家，茶園面積和茶葉產(chǎn)量均居世界首位[1]，茶葉產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的45%。2021 年全國18 個主要產(chǎn)茶?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）共有茶園面積4 896.09萬hm2，干毛茶產(chǎn)量306.32萬t，總產(chǎn)值達2 928.14億元[2]。

揉捻是大部分茶類加工過程中一道非常重要的工序，對茶葉外形和內(nèi)質(zhì)的形成都起到重要作用。揉捻前置工藝殺青或萎凋?qū)θ嗄砉に囉幸欢ǖ挠绊懀蝗嗄磉^程中投葉量、揉捻時間、揉捻壓力以及揉捻轉(zhuǎn)速會直接影響茶葉品質(zhì)[3-4]。隨著人們對茶葉品質(zhì)要求的不斷提高，以及在人口老齡化加劇、人工成本增加的背景下，加強對茶葉加工揉捻技術(shù)的研究，尤其是提高茶葉揉捻技術(shù)的自動化、智能化和標準化水平，來降低人工參與程度，對今后茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

1 茶葉揉捻工藝

揉捻是指通過外力作用，采用搓、揉等方式，使在制品茶形成條索狀，并促使莖葉細胞組織破壞的過程[5]。根據(jù)不同茶類的要求，與揉捻相近的作業(yè)過程包括揉切和包揉，其中揉切適用于紅碎茶、綠碎茶的加工，包揉適用于顆粒型烏龍茶加工。揉捻主要有3個目的[6]：一是揉捻茶葉成形，為成品茶外形打基礎(chǔ)；二是使茶葉細胞破壞、茶汁溢出；三是為茶葉的進一步加工做準備。

根據(jù)揉捻葉葉溫的不同，揉捻方式有冷揉、余熱揉和熱揉3種[7]。冷揉是把待揉捻葉放涼降溫至室溫時進行揉捻；余熱揉是指趁著殺青葉或萎凋葉的余溫進行揉捻；熱揉是指在揉捻過程中還需額外加熱。茶葉的揉捻一般提倡冷揉，原因是熱揉易使茶葉色澤發(fā)黃，香氣低悶，品質(zhì)較差[8]，但黃茶和黑茶可以采用熱揉。

揉捻過程中會造成茶葉的葉綠素被破壞，影響茶葉色澤。在茶葉制作過程中，茶葉中的葉綠素會發(fā)生脫鎂反應，使之變?yōu)槊撴V葉綠素，顏色也隨之變褐，茶葉沖泡后茶湯顏色變深。經(jīng)揉捻后，茶葉細胞被破壞，兒茶素與多酚氧化酶充分接觸，酶性氧化作用加強，導致香氣成分大量形成[9]。對于大部分茶葉來說，隨著揉捻程度加深，細胞破壞率提高，溢出的茶汁愈多，茶葉內(nèi)氧化反應加快，導致茶葉香氣降低，內(nèi)含物質(zhì)充分接觸并發(fā)生劇烈變化[10]，會影響茶葉滋味。

1.1 手工揉捻

我國茶葉加工在相當長時期一直處于手工或半手工作業(yè)狀態(tài)[11]，現(xiàn)在還有一些高檔名優(yōu)茶仍然保留手工揉捻的工藝，手工揉捻工藝也是現(xiàn)代揉捻機設計的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)手工揉捻[12]有單把揉和雙把揉兩種方式。單把揉也叫推揉，揉捻過程中右手放在茶團上，左手握住右手并進行推捻，可兩手互換做同樣操作，一般適用于較成熟鮮葉。雙把揉又稱為團揉，把茶團放在揉盤中，雙手放在茶團上五指伸開并微微彎曲，把茶團來回推轉(zhuǎn)，一般適用于細嫩鮮葉。單把揉與雙把揉都需要將茶團放于手心，使茶團在手心翻轉(zhuǎn)，從而達到使茶葉卷緊成條的目的。茶葉揉捻到一定程度需解塊，使已經(jīng)結(jié)塊的茶條松散開，以便進一步揉捻成條。

手工揉捻用力應掌握“輕、重、輕”的原則[12]。揉捻初期，葉片完整且無茶汁溢出，此時葉片相對扁平，揉捻用力宜輕，以使葉片逐漸卷起；揉捻中期，待揉捻葉已經(jīng)逐漸成條形，葉片也具有較強的粘性，揉捻用力應逐漸增大；揉捻后期，大部分茶葉已經(jīng)成條，此時揉捻用力宜輕，以便在進一步收緊茶條的同時將外溢的茶汁重新吸附到茶條中。手工揉捻適度的標準為芽葉緊卷成條，無松散折疊現(xiàn)象；緊握揉捻葉時，葉汁稍溢出，松手茶團不散[13-14]。

1.2 機械揉捻

揉捻機是目前能夠完成茶葉揉捻工藝的主要設備。揉捻機主體部分包括機座、揉桶和揉捻蓋，其中，機座主體部分由腳支柱、揉捻盤等構(gòu)成[15]（圖1）。揉桶在曲柄等機構(gòu)的帶動和控制下，在揉捻盤上做相對偏揉捻軸中心的橫向旋轉(zhuǎn)。茶葉在揉桶中隨著揉桶的運動不斷往復翻轉(zhuǎn)，并在揉盤上進行來回揉搓，逐步卷縮成條。在揉捻過程中，葉片細胞被破壞，茶汁溢出，從而增加茶葉滋味的濃度[16]。

圖1 揉捻機結(jié)構(gòu)示意圖

我國現(xiàn)行茶葉揉捻機相關(guān)標準有行業(yè)標準、團體標準和企業(yè)標準等幾種。行業(yè)標準《茶葉揉捻機》（JB/T 9814—2007）[17]由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出，安徽省農(nóng)業(yè)機械研究所等單位起草。

21 世紀以來所制定的茶葉揉捻機工藝標準中都提出使用茶葉揉捻機揉捻的原料應為含水量58%～62%的殺青葉或萎凋葉。對比現(xiàn)有的茶葉揉捻機標準，其中對茶葉品質(zhì)影響較大的3 個參數(shù)：細胞成條率、細胞破壞率和碎茶率的要求幾乎一致，可總結(jié)概括為：較小型號茶葉揉捻機要求綠茶成條率≥85%、細胞破壞率50%～60%、碎茶率≤2.2%，紅茶成條率≥90%、細胞破壞率83%、碎茶率≤4.2%；較大型號茶葉揉捻機要求綠茶成條率≥83%、細胞破壞率50%～60%、碎茶率≤2.0%，紅茶成條率≥88%、細胞破壞率83%、碎茶率≤4.0%[17-20]。在茶葉揉捻過程中，茶葉成條率越高使得茶葉條索越美觀，葉片細胞破壞率會影響茶葉風味，茶葉碎茶率高會造成茶原料浪費。

1.2.1 投葉量

采用揉捻機進行揉捻，投入揉捻葉量的多少對揉捻效果會有較大影響。若揉桶內(nèi)投入大量茶葉，茶葉在桶內(nèi)翻轉(zhuǎn)困難，難以做到揉捻均勻，易造成茶葉松條和扁碎，若揉桶內(nèi)投入少量茶葉，揉捻葉之間摩擦力減弱，不易翻動成條[21-22]。不同型號茶葉揉捻機的投茶量不同，李新杰[23]提出投葉量為自然裝至揉桶容量的80%～90%，彭功明[24]提出投葉量為揉桶的2/3，歐平勇[25]提出35 型茶葉揉捻機的揉葉量裝至揉桶高度4/5處為宜，葛長虹等[26]給出55 型揉捻機每次投葉在40～50 kg，鄭際雄[27]提出55型或65型揉捻機投葉量應為空揉時桶蓋接觸揉桶內(nèi)葉面?？傊?，掌握“嫩葉少投”投葉量應為自然裝至揉桶高度4/5 處；“老葉多投”投葉量為自然裝至桶蓋處。

1.2.2 揉桶轉(zhuǎn)速

茶葉揉捻時揉桶轉(zhuǎn)動的速度原則上應遵循慢、快、慢的原則。揉捻初期，葉片尚未成條，揉捻速度要慢，否則會造成葉片之間摩擦過大，葉片直接折疊，難以成條。揉捻中期，茶葉葉片已經(jīng)開始成條，適當加快揉捻速度，有利于葉片快速成條。揉捻后期，葉片已大部分成條，若揉桶速度過快，會造成茶條斷碎，因此揉捻速度適當調(diào)慢。

我國茶葉花色繁多，揉捻工藝的要求各有不同，轉(zhuǎn)速設置不能一概而論。于志宏[28]研究認為綠茶初制揉捻的轉(zhuǎn)速以控制在45～60 r/min較為合適。柴文勝[29]給出揉捻機轉(zhuǎn)速以45～55 r/min 為好。葉飛[30]通過揉捻試驗得出紅茶宜采用55 型揉捻機，轉(zhuǎn)速46～48 r/min具有較好的揉捻效果。曹望成等[31]通過試驗得出了不同類型揉捻機揉捻的轉(zhuǎn)速推薦值（表1）。目前的揉捻機一般都不帶轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，茶葉加工廠一般也沒有額外配置調(diào)速裝置。

表1 不同機型揉捻轉(zhuǎn)速推薦值 r/min

1.2.3 揉捻壓力

揉捻過程中，揉捻蓋通過擠壓茶葉會使葉片和揉盤之間摩擦力增大，使較軟的葉片邊緣向相對較硬葉脈方向卷曲成條。隨著壓力增加茶葉曲卷會更緊，成型的速度也會加快，但過大的壓力會使未成條茶葉形成扁條，已初步成條的茶葉又會斷碎，所以通常的工藝是揉捻開始時無壓力，然后緩緩增加壓力，先使茶葉邊緣開始卷曲，隨著壓力逐漸增加茶葉逐步成條，壓力到達峰值時，絕大多數(shù)茶葉卷緊成條。揉捻過程中，葉片細胞破壞，茶汁擠出，既增加茶條的粘性，利于緊結(jié)成條，也利于提高茶的滋味濃度。揉捻后期壓力逐漸減小，茶汁重新進入茶條中。揉捻時加壓方法為逐漸加壓，經(jīng)典的加壓模式為輕-重-輕，否則易導致茶葉斷碎較多或條形扁平[32]。由于揉捻葉品質(zhì)不一，其所加壓力大小也有所不同，現(xiàn)有的研究中還未能給出揉捻壓力的具體值。洪勇為[33]對茶葉揉捻過程中所要施加壓力的輕重進行相關(guān)分析，并給出一般重壓與輕壓的比值為2∶1或者3∶1。最新的紅茶制作工藝中，嫩度較高的鮮葉也可以先空壓一段時間，然后長時間輕壓。

1.2.4 揉捻時間

在揉捻過程中，揉捻時間長短對茶葉品質(zhì)也有一定的影響[34]。揉捻時間過長，會造成芽葉斷碎；若揉捻時間不足，茶葉很難揉捻成條，且細胞破壞率不夠?qū)е虏铚兜珳\。不同種類茶葉所需揉捻時間不同，目前還沒有相應揉捻標準來確定不同茶葉揉捻所需的具體時間。綠茶揉捻時間一般為46～50 min[35]；針形名優(yōu)綠茶控制揉捻時間30 min左右，中揉10 min效果最好[36]；嶗山綠茶加工技術(shù)要求輕壓15 min，重壓20 min，輕壓15 min[37]；祁門紅茶揉捻時遵循“輕、重、輕”的加減壓原則，空揉30 min，輕壓10～15 min，中壓10～15 min，重壓5～10 min，中壓3～8 min[38]；西藏紅茶采取輕揉50 min，中揉20 min，重揉10 min[39]；一般優(yōu)質(zhì)紅茶分3次揉捻，每次揉30 min；大宗紅茶分兩次揉捻，每次45 min[40]。

2 揉捻工藝的影響因素

2.1 茶樹品種及所制茶類

鮮葉品種不同、所制茶類不同，對揉捻工藝的要求也有所區(qū)別。如桐柏“白露”茶要分兩次揉捻，分別為30 min 和20 min[41]；鄂茶10 號優(yōu)質(zhì)綠茶加工揉捻時間以10～20 min 為宜[42]；云抗10號制滇紅工夫茶揉捻28 ～30 min[43]；峨山綠茶要輕揉才能使茶葉條索緊且均勻，茶湯滋味濃醇[44]；“女媧毛尖”茶揉捻過程采用漸進式加壓：無壓1 min—輕壓3 min—稍重壓3 min—無壓1 min—稍重壓4 min—無壓2 min[45]。

2.2 葉片嫩度

葉片的老嫩對揉捻加工有一定的影響，茶葉揉捻所需具體時間需根據(jù)葉質(zhì)老嫩程度來掌握[46]。嫩葉輕壓短揉，老葉重壓長揉[47]。若老葉多、嫩葉少、含水量少，揉捻時投葉量可多些，否則揉捻量就少些[48]。高檔嫩葉原料因其葉質(zhì)柔軟易于成條，投葉量可略多一點[49]。名優(yōu)綠茶揉捻時間，嫩葉25～30 min，中等嫩度葉40～45 min，老葉55～60 min[22]。

2.3 葉片含水量

紅茶和綠茶在揉捻前需要分別通過萎凋和殺青對葉片含水量進行控制。對含水量過高茶葉采用重揉會增加碎茶率，若對含水量過低茶葉采用輕揉會使溢出茶汁減少和細胞破壞率降低，都會影響到茶葉成型的時間和品質(zhì)[50]。徐興國等[51]提出對于含水量55%～60%的廣東英德紅茶萎凋葉，采用揉捻機揉捻時應輕壓長揉，時間一般在90～120 min。雷該翔[52]提出對含水量58%～60%羊樓洞翠毫茶的殺青葉，機械揉捻時間在25 min 內(nèi)，揉捻茶樣所制得的翠毫茶感官品質(zhì)最好。葉片含水量是影響揉捻參數(shù)設置的關(guān)鍵因素，根據(jù)現(xiàn)行的茶葉揉捻機行業(yè)標準，殺青葉或萎凋葉含水量應為58%～62%。

3 揉捻技術(shù)發(fā)展展望

3.1 半自動化揉捻逐步趨向智能化

由于茶樹鮮葉品質(zhì)與茶葉生長時間、地理、環(huán)境、氣候等有關(guān)，不同品質(zhì)的鮮葉其揉捻需求也有所不同，而現(xiàn)有茶葉揉捻機設備還難以滿足眾多茶葉揉捻需求?，F(xiàn)階段茶葉揉捻過程的控制參數(shù)如投葉量、加壓程度、揉捻時間、轉(zhuǎn)速都完全依賴經(jīng)驗，揉捻機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、環(huán)境溫度控制被忽視，導致茶葉揉捻可重復性差，難于掌控。我國現(xiàn)有揉捻機設備智能化程度不高，無法根據(jù)鮮葉嫩度采取智能化操控[53]。

盧素芳等[54]提出，應將當前的新技術(shù)和新方法應用于揉捻工藝研究之中，改造現(xiàn)有揉捻設備，實現(xiàn)實時在線反饋原料揉捻過程中的物理信息，達到精準監(jiān)測茶葉揉捻效果的目的。目前，機器視覺和深度學習已廣泛應用于農(nóng)產(chǎn)品的識別與分類[55-58]。在茶葉方面，張金炎等[59]通過機器視覺實現(xiàn)對茶鮮葉進行精準等級識別，為茶葉揉捻前分類提供了新思路。近年來，專家們對揉捻過程中在制品基本物理特性、外觀紋理、力學特性、電學特性、光學特性、顯微結(jié)構(gòu)及主要化學成分的變化進行了相關(guān)研究，經(jīng)相關(guān)分析初步建立了揉捻程度的評價方法及揉捻機數(shù)字化控制策略[60]。

利用新技術(shù)與揉捻工藝的結(jié)合，開發(fā)出能滿足自動識別茶葉類別、智能選擇揉捻工藝參數(shù)、實時監(jiān)測揉捻過程相關(guān)參數(shù)，并且通過得到及時有效的參數(shù)對揉捻機進行壓力、轉(zhuǎn)速以及揉捻時間進行負反饋調(diào)節(jié)的揉捻設備，對當前茶葉揉捻設備的研制和開發(fā)具有一定現(xiàn)實意義。徐文娟等[61]改進了揉捻機的自動化裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)茶葉質(zhì)量自動監(jiān)測、壓力及速度控制；楊旭東等[62]通過對茶葉揉捻環(huán)節(jié)的上下茶系統(tǒng)進行改進，實現(xiàn)了茶葉揉捻環(huán)節(jié)的自動化流水作業(yè)；趙進等[63]設計茶葉揉捻機組自動控制系統(tǒng)以實現(xiàn)茶葉揉捻壓力數(shù)字化、設備運行自動化以及采用自動和遙控多方式控制。

3.2 制定標準化揉捻加工工藝

現(xiàn)行揉捻機標準僅涉及紅茶和綠茶兩個茶類。我國還有青茶（烏龍茶）、黃茶和黑茶的加工工藝都涉及揉捻這一重要工序。另外現(xiàn)行行業(yè)標準《茶葉揉捻機》（JB/T 9814—2007） 發(fā)布于2007年，已有10多年未加修訂?，F(xiàn)行茶葉加工技術(shù)標準中對揉捻工藝參數(shù)的規(guī)定仍是基于經(jīng)驗的描述，受茶葉揉捻機本身的技術(shù)狀態(tài)限制，無法實現(xiàn)精準的數(shù)字化描述和操作。目前揉捻機適用茶類較少，應根據(jù)我國不同地區(qū)不同種類茶葉的揉捻需求，建立適用于更多種類的茶葉揉捻機工藝標準，提升茶葉產(chǎn)品品質(zhì)與生產(chǎn)效率。

我國茶葉產(chǎn)地廣、品種多，不同產(chǎn)地茶葉品種類型不一，即便是同一產(chǎn)地同一種類的茶葉，不同時間段采摘的茶葉品質(zhì)也會有所區(qū)別。對于品質(zhì)不一的鮮葉，其茶葉揉捻加工工藝也有所不同。針對這一問題，張問采等[64]通過收集茶葉原產(chǎn)地溫度、氣候、海拔等地理數(shù)據(jù)，并采集不同地區(qū)茶葉加工工藝參數(shù)建立大數(shù)據(jù)庫，使茶葉揉捻工藝參數(shù)更加全面化，加工工藝更加標準化。

揉捻是茶葉加工過程中十分重要的一道工序，揉捻工藝對茶葉的色澤、香氣和滋味都有一定的影響。中國茶葉類型很多，區(qū)域要求不同，個性化要求高，而現(xiàn)有的揉捻設備很難滿足眾多茶葉的個性化要求。目前，茶葉揉捻機在高端茶葉揉捻上還不能夠完全替代傳統(tǒng)手工揉捻，真正實現(xiàn)茶葉自動化、智能化和標準化加工模式，還需進一步研發(fā)。希望未來技術(shù)人員通過對茶葉揉捻設備進行深層次解析，并強化茶葉揉捻功能，真正實現(xiàn)茶葉揉捻機智能化和標準化全面發(fā)展。