廣東巖茶自動化加工生產(chǎn)線設計開發(fā)

劉庚強，胡光華，李浩權(quán)，劉清化

（1.廣東弘科農(nóng)業(yè)機械研究開發(fā)有限公司，廣州 510630；2.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州 510630）

0 引言

廣東作為全國最大的茶葉集散地和消費大省，茶葉種類齊全，品種繁多，各個茶類都有特定的消費群體。廣東地處熱帶和亞熱帶，高溫多濕，雨量充沛，土壤肥沃，地理環(huán)境得天獨厚，適宜茶樹生長。以大紅袍為代表的武夷巖茶是中國十大名茶之一，被譽為茶中貴族、茶中極品，深受市場歡迎。廣東丹霞地貌眾多，以韶關(guān)仁化縣、惠州白盆珠為代表的丹霞山區(qū)域［1］，適宜巖茶品種種植。開發(fā)廣東巖茶自動化加工生產(chǎn)線，對提高廣東茶葉加工企業(yè)的競爭力具有重要的意義。

傳統(tǒng)巖茶的制作有13道工序，包括曬青、晾青、做青、殺青、揉捻、復炒、復揉、毛火、扇簸、攤放、揀剔、足火、燉火等［2］，做工復雜?，F(xiàn)結(jié)合巖茶的傳統(tǒng)加工工藝特點，開發(fā)了廣東巖茶自動化加工生產(chǎn)線，將殺青及之后的多道加工工序采用機械連續(xù)化自動加工生產(chǎn)線完成，分別為：殺青—揉捻—解塊—初火—冷卻—復火—冷卻7道工序，再輔以大數(shù)據(jù)軟件分析技術(shù)，推進制茶工藝自動化、機械化、信息化進程，見圖1。

圖1 巖茶自動化加工生產(chǎn)線效果圖

1 殺青

殺青的原理是利用高溫火力，破壞酶的活性，中止發(fā)酵，并通過熱化學作用，進一步破壞葉綠素，使部分多酚類化合物受熱加速自動氧化。巖茶自動化加工生產(chǎn)線據(jù)此工藝展開，殺青標準為葉子去盡青氣，有清香味，葉態(tài)干軟，葉緣起白泡，手揉搓無水分滲出，有粘手感，固定做青時的毛茶品質(zhì)?？紤]規(guī)?；庸さ男枰?，采用燃油滾筒式殺青機組，輔以食品級皮帶分配系統(tǒng)及入料出料輸送機，溫度在100～800℃之間自由調(diào)節(jié)，每個滾筒內(nèi)置溫度探頭，通過PLC控制模塊，采用觸摸屏操控，精確顯示溫度、時間數(shù)據(jù)，固定品質(zhì)生產(chǎn)。

生產(chǎn)時，將做青結(jié)束的茶青放置于殺青機組提升機料斗中，機器自動分配適宜茶青量到殺青滾筒內(nèi)，自動反復翻炒，到達設置的時間后，自動出茶并將出茶信號傳輸?shù)饺嗄頇C組，等待揉捻。

2 揉捻

完成殺青工藝后，茶青需趁熱置于揉捻機上進行揉茶。在機械力的作用下，茶青搓卷成條，茶葉細胞組織被充分破壞，茶汁溢出，使葉內(nèi)多酚氧化酶與多酚類化合物接觸，借助空氣中氧氣的作用，促進發(fā)酵。揉出的茶汁凝于葉表，在茶葉沖泡時，可溶性物質(zhì)溶于茶湯，增加茶湯的濃度。

考慮到規(guī)?；庸ば枰?，揉捻機組由4臺65型變頻自動揉捻機組連接組成，自動分配系統(tǒng)選用2臺食品級皮帶輸送機，使用行程開關(guān)自動定位；采用光電開關(guān)對茶青位置以及每個揉桶的裝青量進行精準定位；揉桶壓蓋設置0.01 kg級壓力感應器，配備自動感應揉捻信號的出茶輸送機以及自動進茶輸送機。全程采用PLC自動控制，觸摸屏操控，完成茶青揉捻的自動化生產(chǎn)。

生產(chǎn)時，揉捻機組PLC接收到殺青機組完成殺青的信號后，自動啟動揉捻機組，自動分配系統(tǒng)將殺青后的茶青定量輸送到各個揉桶內(nèi)。根據(jù)工藝的不同，預先設置不同的揉捻速度與揉捻壓力，根據(jù)工藝參數(shù)的設置，揉捻壓蓋自動加壓、揉桶自動揉捻，揉茶完成后，出茶輸送機將茶青輸送到解塊系統(tǒng)。

解塊機采用304#不銹鋼軸梯次分配，三相電動機驅(qū)動，打散揉捻后結(jié)成的茶團而不傷茶條。啟?？刂七B接到揉捻系統(tǒng)PLC，實現(xiàn)自動啟停。

3 干燥

干燥分初火干燥及復火干燥。初火干燥后需要將毛茶冷卻才能進行復火干燥，以防止長時間高溫而使茶葉烤焦，喪失茶香。冷卻可使茶葉轉(zhuǎn)色，有油潤之感。初火溫度一般控制在150～180℃，時間為10～15 min，復火溫度一般為110℃左右，時間為30 min左右，以干茶散發(fā)獨有的花果香、焦糖香為理想之茶。干燥工藝是利用高溫破壞酶的活性，使毛茶停止發(fā)酵，固定茶葉品質(zhì)；蒸發(fā)水分使干毛茶含水量降低到6%左右，以緊縮茶條，防止霉變，便于貯運，以及進一步增加茶葉香氣，提高品質(zhì)。

為達到巖茶干燥工藝要求，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)線使用2臺40 m2干燥機，全部采用不銹鋼制作，與茶葉直接接觸部分使用304#不銹鋼材料，安全衛(wèi)生。干燥機采用翻板式設計，上下共5層，以節(jié)省空間；為保證熱空氣通行，全部翻板采用密集沖孔工藝；干燥機上下設置熱空氣進氣口和廢氣出氣口，用不銹鋼管道連接，耐熱風機驅(qū)動熱風流動，使熱空氣得以在干燥機內(nèi)往復，與內(nèi)部茶青發(fā)生冷熱交換，達成干燥目的。進氣口通過管道與熱風爐連接，熱源為柴油燃燒機。燃燒機在熱風爐中加熱空氣，杜絕油煙污染，清潔無異味。熱風爐整體由加厚碳鋼制成，配備空氣導流槽內(nèi)膽，熱能損失小，換熱效率高。廢氣通過耐熱風機驅(qū)動排出，因只是冷熱空氣發(fā)生換熱作用，排出的廢氣無污染。

揉捻后的茶條經(jīng)提升機輸送到干燥機鏈板中，與熱空氣持續(xù)換熱，達到初火效果。初火行程完成后，干燥機鏈板將茶葉傳輸?shù)嚼鋮s輸送機上，進行初火后的冷卻。

冷卻輸送機采用不銹鋼絲編織成的細網(wǎng)做輸送鏈，上下各置數(shù)臺風機送風冷卻。根據(jù)茶葉種類的不同，通過變頻控制，設置不同的輸送速度，以實現(xiàn)不同的冷卻工藝。

冷卻后的茶葉經(jīng)輸送機送入復火干燥機，繼續(xù)換熱。復火干燥機轉(zhuǎn)速設置更低，即低溫慢烘。巖茶經(jīng)過低溫慢烘，促進了茶葉內(nèi)含物的轉(zhuǎn)化，加強氨基酸和糖的相互作用形成焦糖香［3］，進一步提高了巖茶的香氣，達到增進湯色、提高耐泡程度的效果。

復火后的茶葉經(jīng)冷卻后即為毛茶，經(jīng)過挑揀、分篩、焙火、色選、包裝等一系列工藝制成成品巖茶。

4 信息化技術(shù)

在巖茶連續(xù)化加工生產(chǎn)線的基礎上，加裝智能監(jiān)控系統(tǒng)，對茶葉連續(xù)化加工生產(chǎn)線進行技術(shù)升級，利用現(xiàn)代的信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立服務平臺，實時采集茶葉加工中的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，通過大數(shù)據(jù)分析，得出最優(yōu)的加工工藝參數(shù)，實施方案見圖2。

在巖茶自動化加工生產(chǎn)線殺青、揉捻、干燥三個工藝中融合傳感器監(jiān)測、環(huán)境調(diào)控及設備故障診斷的智能控制平臺，實現(xiàn)茶葉加工過程控制、遠程監(jiān)控和無線終端實時顯示。應用嵌入式、無線通信、多傳感器多通道數(shù)據(jù)采集、信息融合以及自動化控制等技術(shù)，綜合制作端、控制終端、服務平臺的智能化加工信息系統(tǒng)，實現(xiàn)茶葉加工過程的可視可控，實時顯示，提升茶企品牌影響力。

以高清網(wǎng)絡智能球機錄制工序場地全景，以高清攝像槍監(jiān)控設備實時動態(tài)，設置包括溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、壓力、光照等傳感器組的采集器，通過建立各工序的DCS分布式智能化控制系統(tǒng)，分別記錄加工工藝和數(shù)據(jù)，同時通過網(wǎng)絡交換機將所有收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌厥矣嬎銠C，利用中控終端將所有收集到的數(shù)據(jù)與以往不同環(huán)境、茶況、制茶時間、工況、最終茶葉品質(zhì)進行比對，得到最優(yōu)制茶數(shù)據(jù)。監(jiān)控攝像通過網(wǎng)絡硬盤錄像機傳輸?shù)斤@示屏實現(xiàn)實時監(jiān)控。同時應用VNC虛擬網(wǎng)絡控制技術(shù)建立了遠程電腦端和手機端的同步控制系統(tǒng)，最終做到集制茶、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析于一體的茶葉自動化加工生產(chǎn)線。

圖2 巖茶自動化加工生產(chǎn)線自動控制及信息化系統(tǒng)

5 結(jié)語

本文設計的廣東巖茶自動化加工生產(chǎn)線，將標準化的殺青、揉捻、干燥工藝采用機械化連續(xù)生產(chǎn)，通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化，降低人工因素對茶葉品質(zhì)的影響，節(jié)省生產(chǎn)成本，穩(wěn)定成品茶質(zhì)。茶葉加工機械化、自動化、信息化的升級，對推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程、促進國民經(jīng)濟綠色發(fā)展具有重要意義。