栗香型優(yōu)質(zhì)綠茶自動化加工工藝設(shè)計與應(yīng)用

黃懷生，粟本文*，鐘興剛，舒 琿

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省沅陵碣灘茶業(yè)有限公司，湖南 沅陵 419600）

綠茶是我國的主要茶類之一。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對綠茶的品質(zhì)要求從單一的口感轉(zhuǎn)變?yōu)樽涛逗拖銡獠⒅兀跸阈蛢?yōu)質(zhì)綠茶不斷得到消費(fèi)者的青睞，市場份額不斷擴(kuò)大。但原有的加工方式效率較低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，勞動強(qiáng)度大。

隨著茶葉加工裝備與自動化控制技術(shù)的發(fā)展，茶葉全自動化加工生產(chǎn)已成為現(xiàn)代茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。我國現(xiàn)階段已成功研發(fā)了多條全自動化加工生產(chǎn)線，如半烘炒型綠茶自動化生產(chǎn)線[1]、香茶自動化生產(chǎn)線[2]、炒青綠茶自動化生產(chǎn)線[3]、都勻毛尖自動化生產(chǎn)線[4]、黃山毛峰自動化生產(chǎn)線[5]、扁形茶自動化生產(chǎn)線[6]、條形紅茶自動化生產(chǎn)線[7]、紅綠茶兼制自動化生產(chǎn)線[8]等。本文在傳統(tǒng)單機(jī)作業(yè)及優(yōu)化栗香型優(yōu)質(zhì)綠茶工藝的基礎(chǔ)上，借鑒自動化生產(chǎn)線建設(shè)成功的經(jīng)驗，全部采用清潔化能源（電能），設(shè)計建立一條栗香型優(yōu)質(zhì)綠茶自動化、清潔化加工生產(chǎn)線，為我國優(yōu)質(zhì)綠茶的自動化加工生產(chǎn)提供參考。

1 工藝設(shè)計

試驗采用單機(jī)作業(yè)，設(shè)計5套加工工藝，以產(chǎn)自湖南省沅陵縣庫區(qū)茶葉基地的一芽二葉（部分一芽三葉）鮮葉原料，分別制作樣品，進(jìn)行感官審評及計算能耗、用工及產(chǎn)品合格率等。主要工藝設(shè)計如下：工藝1：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-滾炒-滾炒-滾炒（一揉一烘三炒）。工藝2：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-復(fù)揉-烘干-滾炒-烘足干（兩揉兩烘一炒）。工藝3：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-復(fù)揉-烘干-滾炒-炒足干（兩揉兩烘兩炒）。工藝4：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-滾炒-炒足干（一揉一烘兩炒）。工藝5：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-滾炒-烘足干（一揉兩烘一炒）。

其中：殺青機(jī)采用CST-70型滾筒殺青機(jī)，揉捻機(jī)采用CR-45型揉捻機(jī)，復(fù)揉采用CR-45型揉捻機(jī)，初烘采用五斗烘干機(jī)，滾炒采用6CPC-100型電熱瓶式炒干機(jī)，烘足干采用五斗烘干機(jī)，各高溫作業(yè)工序后均進(jìn)行攤涼處理，揉捻后進(jìn)行解塊。從表1可看出，外形方面以工藝4最高，其次為工藝3和工藝2；香氣方面也以工藝4最高，其次為工藝2和工藝3；湯色方面均可達(dá)到名優(yōu)綠茶綠明亮要求，其中以工藝2和工藝4最佳；滋味方面，以工藝2和工藝3得分最高，達(dá)到90分；葉底基本保持完整，以工藝2得分最高，綠有光澤。從綜合得分來看，以工藝2綜合得分最高，其次為工藝3和工藝4。因此，自動化設(shè)計可以選用工藝2、工藝3和工藝4三種工藝進(jìn)行設(shè)計。

表1 不同加工工藝品質(zhì)比較Table 1 Comparison of quality of different processing techniques

為了更全面的了解工藝設(shè)計的合理性，項目組對工藝的能效、工效及正品率進(jìn)行更全面的考查。從工藝效能來看（表2），工藝1工效較低，能耗高；工藝4工效高，能耗也較工藝2、工藝3和工藝5高，其正品率較低。因此，從工藝效能考慮，可以選用工藝2、工藝3和工藝5三種加工工藝。

表2 不同加工工藝效能比較Table 2 Comparison of different processing eff i ciency

綜上，工藝2和工藝3較適合優(yōu)質(zhì)綠茶自動化設(shè)計工藝；而從產(chǎn)品品質(zhì)來看，工藝2產(chǎn)品色澤翠綠、香氣嫩栗香，較工藝3好，更符合優(yōu)質(zhì)綠茶的品質(zhì)要求。因此，最終確定自動化設(shè)計工藝采用工藝2。

2 自動化生產(chǎn)線設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

針對優(yōu)質(zhì)綠茶原料（一芽二、三葉為主）及品質(zhì)特點(diǎn)，在以上工藝設(shè)計實驗的基礎(chǔ)上，采用“兩揉兩烘一炒”為設(shè)計工藝，各熱能和動能供應(yīng)均利用清潔化的電能，單機(jī)設(shè)備主要以經(jīng)過自動化控制改裝的萎凋機(jī)、殺青機(jī)、揉捻機(jī)、單層烘干機(jī)、攤涼回潮機(jī)、瓶式炒干機(jī)、自動烘干機(jī)等，通過平輸、立輸、斜輸和振動裝置連裝成一條完整的生產(chǎn)線。自動化控制采用工藝化設(shè)計模塊化管理，共設(shè)計攤放模塊、殺青模塊、兩揉兩烘模塊（初揉模塊、復(fù)揉模塊和初烘模塊、復(fù)烘模塊）和滾炒足干模塊4大模塊，對各模塊進(jìn)行機(jī)械選型配套，建立一套功能實用、使用簡便、人機(jī)界面友好的日產(chǎn)150～200 kg優(yōu)質(zhì)綠茶自動化生產(chǎn)線及其控制系統(tǒng)。整套設(shè)備以實現(xiàn)茶葉加工參數(shù)精準(zhǔn)控制、加工狀態(tài)動態(tài)實時顯示、加工數(shù)據(jù)自動存儲與更新及自動控制與手動控制自由切換為目標(biāo)，并可根據(jù)不同鮮葉的嫩度、含水量等具體條件，設(shè)置各種加工方案，并在生產(chǎn)結(jié)束后形成文本報表、打印輸出。

2.2 工藝模塊化設(shè)計

2.2.1 攤放

攤放工藝由攤放模塊組成（圖1），裝備主要有上料斜輸機(jī)、往返式行車布料機(jī)、勻葉機(jī)、上下調(diào)節(jié)式固定勻葉器、三層100 m2步走式履帶、出料輸送機(jī)、電熱加溫鼓風(fēng)裝置和紅外線感應(yīng)探頭等。因攤放工藝是優(yōu)質(zhì)綠茶生產(chǎn)的第一道關(guān)鍵工序，對于提高茶葉品質(zhì)尤其是茶葉香氣及保證后序工藝的順利開展非常重要。因此，要求攤放均勻，厚度可調(diào)，設(shè)計時采用了往返式行車布料，同時設(shè)計上下可調(diào)式勻葉器，滿足優(yōu)質(zhì)綠茶攤?cè)~的需要。春季雨水多發(fā)季節(jié)，氣溫相對較低，為了不影響正常的生產(chǎn)以及加工效率，設(shè)計了加溫鼓風(fēng)裝置，能及時處理鮮葉，保證原料的新鮮度。考慮到自動化的科學(xué)性，在下料端設(shè)計一個紅外線感應(yīng)裝置，工作上料時，開啟主控自動上料，當(dāng)布料滿后，出料端紅外線感應(yīng)器傳導(dǎo)信號至主控，停止上料，使自動化控制更智能化。攤?cè)~厚度5～10 cm，攤放時間一般4～6 h可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)綠茶攤放要求，含水量70%左右。開始下料殺青，下料采用出料時間30 s，停機(jī)時間10 s進(jìn)行程序化控制，同時配合殺青機(jī)送料端的紅外感應(yīng)調(diào)節(jié)在線流量，達(dá)到流量匹配。

2.2.2 殺青

殺青工藝主要由殺青模塊組成（圖1），裝備有上料斜輸（安裝紅外感應(yīng)探頭）、振動式投料盤、電熱熱風(fēng)補(bǔ)償式70D型滾筒殺青機(jī)、6CML75型冷卻機(jī)、6CFC48型風(fēng)選機(jī)、輸送帶及控制箱等。電熱熱風(fēng)補(bǔ)償式70D型滾筒殺青機(jī)，電機(jī)總功率：73.5 kw，能耗：73.5 kw（電），工作效率200～300 kg/h（鮮葉），整機(jī)質(zhì)量600 kg，外形尺寸4500×1100×1600 mm。70D型殺青機(jī)在電阻加熱的同時，加載熱風(fēng)補(bǔ)償，可快速補(bǔ)償筒體因殺青時鮮葉帶走的熱量，保障筒體溫度的穩(wěn)定。同時，熱風(fēng)補(bǔ)償可結(jié)合滾筒出葉端的排氣泵及筒體內(nèi)徑大，減少悶黃可能，保證了綠茶“三綠”品質(zhì)。上料斜輸設(shè)計紅外感應(yīng)器，調(diào)節(jié)下料，當(dāng)下料過快，儲料斗紅外感應(yīng)反饋至攤放模塊主控停止下料，實現(xiàn)下料與投料的平衡，達(dá)到下料與投料的智能控制。殺青出料后經(jīng)過6CML75型冷卻機(jī)（風(fēng)冷型）冷卻，冷卻至室溫后通過輸送帶，輸送至風(fēng)選機(jī)（6CFC48型風(fēng)選機(jī)）吹出黃片，同時進(jìn)一步冷卻，保證產(chǎn)品的綠色和勻凈。根據(jù)栗香型優(yōu)質(zhì)綠茶殺青要求（葉色暗綠，葉緣微卷，清香凸顯）、投葉量及單機(jī)實驗結(jié)果，殺青設(shè)置溫度330℃，開啟熱風(fēng)補(bǔ)償，同時開啟尾端排氣電機(jī)抽走筒體內(nèi)的濕氣，以保證殺青效果良好。

圖1 攤放及殺青工藝模塊Fig. 1 Deposition and solidif i cation process

2.2.3 揉捻與初烘

揉捻和初烘采取“兩揉兩烘工藝”，包括初揉模塊、初烘模塊、復(fù)揉模塊和復(fù)烘模塊（圖2）。初揉模塊和復(fù)揉模塊均由4臺45型自動揉捻機(jī)（6CRZ45型自動揉捻機(jī)）聯(lián)裝、在線電子稱（6CDC18Ⅱ電子稱量裝置）2臺、震動出料槽2條、解塊機(jī)（6CJK30型解塊機(jī)）1臺、輸送帶以及控制箱組成。一芽二葉（部分一芽三葉）鮮葉原料較嫩，揉捻容易成條，且不需很大的壓力，根據(jù)現(xiàn)時流量，采用45型揉捻機(jī)能夠滿足產(chǎn)量要求。另一方面，機(jī)組占用空間與整條生產(chǎn)線匹配，達(dá)到美學(xué)的要求。初烘模塊和復(fù)烘模塊主要有電熱式單層烘干機(jī)（6CH12型單層茶葉烘干機(jī)功率1.5 kw，DRL153型電熱風(fēng)爐總功率153 kw）、6CHS11型茶葉緩蘇機(jī)、輸送設(shè)備及控制箱等。初烘和復(fù)烘模塊采用單層烘干機(jī)，達(dá)到快速脫除茶葉水分，減少茶葉在烘干機(jī)密閉高溫環(huán)境中的時間，以保證綠茶的色澤。

初揉模塊在殺青清風(fēng)冷卻、風(fēng)選后進(jìn)行，以在線電子稱定量揉捻。每個模塊設(shè)計兩臺電子稱，一臺電子稱供料兩臺揉捻機(jī)，可減少下料等待時間，同時不需增加儲料裝置，減少了殺青葉的悶黃風(fēng)險?？紤]到與殺青機(jī)流量匹配以及揉捻效果，初揉參數(shù)設(shè)計1臺揉捻機(jī)裝葉12 kg，加壓采用壓力桿（揉捻機(jī)蓋的支撐桿）定位加壓，揉捻機(jī)關(guān)閉桶蓋時壓力桿位置定為原點(diǎn)（0 mm），最大壓力位500 mm。揉捻時間12 min：2 min（無壓0 mm）+4 min（輕壓150 mm）+1 min（松壓100 mm）+4 min（重壓250 mm）+1 min（松壓0 mm出料）。可以根據(jù)需要設(shè)置多段加壓位點(diǎn)程序，滿足實際需要。揉捻下機(jī)后進(jìn)行解塊，進(jìn)入初干。

初烘模塊茶葉水分含量高，在密閉的高溫環(huán)境下容易悶黃。為了保持茶葉色澤翠綠，生產(chǎn)線初烘設(shè)計采用單層自動烘干機(jī)，初烘設(shè)置溫度為140℃，攤?cè)~厚度3 cm左右，行車速度（翻板行進(jìn)速度）的電機(jī)速率40 rnd/min。初烘后攤涼回潮30 min。

初烘攤涼回潮后復(fù)揉，復(fù)揉模塊進(jìn)一步緊細(xì)條索。此時茶葉水分較初揉時少，但茶條比較松散，因此裝料比初揉應(yīng)少，復(fù)揉每桶裝料10 kg。揉捻時間較初揉時間稍長為15 min：2 min（無壓0 mm）+5 min（輕壓200 mm）+1 min（松壓150 mm）+6 min（重壓350 mm）+1 min（松壓0 mm出料），壓力較初揉重，下機(jī)后解塊，進(jìn)入復(fù)烘。

復(fù)烘模塊為第二次烘干，此次烘干主要是烘干茶條表面水分，控制茶葉的水分含量，滿足后序操作。溫度設(shè)置120℃，行車速度的電機(jī)速率35 rnd/min，茶葉含水量達(dá)6成干。復(fù)烘后冷卻進(jìn)入緩蘇機(jī)攤涼30 min左右，均衡茶葉各部位水分。

2.2.4 滾炒足干

滾炒足干由滾炒模塊和足干模塊組成（圖3），滾炒模塊由兩臺100型瓶式炒干機(jī)、6CDC35C電子稱量裝置、輸送帶及控制箱組成。足干模塊由一臺多層自動烘干機(jī)及冷卻設(shè)備組成。第三次干燥是滾炒，緩蘇機(jī)攤涼后稱量30 kg下料至100型瓶式炒干機(jī)，溫度240℃，滾炒時間30 min，茶葉達(dá)到8～9成干即下機(jī)。振動輸送至自動烘干機(jī)進(jìn)行第四次干燥（足干），足干溫度100℃，電機(jī)速率40 rnd/min。

3 效果測評

自動化生產(chǎn)線建成后進(jìn)行試生產(chǎn)，對其能耗、工效、產(chǎn)品正品率和產(chǎn)品品質(zhì)與單機(jī)作業(yè)進(jìn)行了對比。從感官品質(zhì)可看出（表4），單機(jī)作業(yè)在香氣和滋味略微比自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品好，但外形的均勻性較自動化生產(chǎn)線差，兩者綜合得分沒有明顯差異。從效能來看（表3），自動化生產(chǎn)線效能明顯優(yōu)于單機(jī)，能耗降低3.6%，工效提高23.8%，正品率提高2.8%。因此，兩者綜合考慮，自動化生產(chǎn)線在品質(zhì)保障的前提下，能明顯降低加工生產(chǎn)成本。自動化生產(chǎn)線的建立是成功的，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

圖2 兩揉兩烘工藝模塊Fig. 2 Two kneading two baking process

圖3 干燥模塊Fig. 3 Drying module

表3 自動化生產(chǎn)線效能Table 3 Eff i ciency of automated production line

表4 自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品品質(zhì)Table 4 Quality of automatic production line

4 小結(jié)

優(yōu)質(zhì)綠茶質(zhì)量好價格適中，市場占有率高。然而，市場上的優(yōu)質(zhì)綠茶產(chǎn)品花色各異，品質(zhì)參差不齊，發(fā)揮不出茶葉的增值效應(yīng)。通過栗香型優(yōu)質(zhì)綠茶加工工藝優(yōu)化，湖南省沅陵碣灘茶業(yè)有限公司斥資300多萬元，聯(lián)合浙江春江茶葉機(jī)械有限公司，依據(jù)優(yōu)化工藝建立了優(yōu)質(zhì)綠茶自動化加工生產(chǎn)線，生產(chǎn)線采用工藝模塊化控制，手動和自動可切換，全線采用清潔化能源電能，總裝機(jī)功率489 kw，真正實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)綠茶的清潔化、標(biāo)準(zhǔn)化加工。經(jīng)多次實驗和試生產(chǎn)，整條生產(chǎn)線運(yùn)行良好，加工的產(chǎn)品優(yōu)良。自動化加工生產(chǎn)線將是茶葉加工發(fā)展趨勢，但我們也發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的自動化加工生產(chǎn)線自動化控制復(fù)雜，加工產(chǎn)品單一，設(shè)備型號大，投資大等弊端，這些將是今后自動化生產(chǎn)線研發(fā)的一項重要工作。

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