新型可控葉溫紅茶發(fā)酵設(shè)備的研制和應(yīng)用

鄧余良，袁海波，滑金杰，王近近，吳榮梅，余書平

1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，310008；2.開化縣特產(chǎn)局，324300

工夫紅茶是我國特有的茶類，也是傳統(tǒng)出口產(chǎn)品。近年來，國內(nèi)茶葉市場對紅茶的需求量持續(xù)增長，對全國各產(chǎn)茶省形成刺激，2005年以來，我國紅茶產(chǎn)業(yè)再次進(jìn)入振興發(fā)展的新階段，紅茶生產(chǎn)保持持續(xù)增長的態(tài)勢。紅茶產(chǎn)量超過1 000 t的地區(qū)從2012年的13個?。ㄊ?、自治區(qū)）增加到2016年14個?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）；超過5 000 t的地區(qū)從2012年7個?。ㄊ?、自治區(qū)）增加到2016年10個?。ㄊ?、自治區(qū)）；超過1萬t的地區(qū)從2012年的4個?。ㄊ?、自治區(qū)）增加到2016年有5個?。ㄊ?、自治區(qū)）。2016年紅茶產(chǎn)量達(dá)到21.8萬t，比2011年增長91.82%；紅茶產(chǎn)量占茶葉總產(chǎn)量的比重也逐年增加，由2011年的7.02%提高到2016年的9.06%。主要以工夫紅茶為主的內(nèi)銷量逐年快速增加，2016年達(dá)到18.49萬t，占紅茶產(chǎn)量的84.8%，較2011年增長136.7%。

一、紅茶發(fā)酵機(jī)現(xiàn)狀與存在的不足

隨著工夫紅茶產(chǎn)量和銷量的增長，對紅茶的重要加工設(shè)備——紅茶發(fā)酵機(jī)的需求也越來越大，要求也越來越高，然而市場上的紅茶發(fā)酵機(jī)基本都存在以下不足。

1.紅茶發(fā)酵時，葉溫過高易導(dǎo)致發(fā)酵過度，茶葉產(chǎn)生酸餿味。目前市場上銷售的紅茶發(fā)酵機(jī)在溫度控制方面，只能加溫，不能降溫，更不能顯示和控制茶葉的葉溫。在夏季高溫條件下加工茶葉，葉溫就會過高，無法使用。如需降溫則要將茶葉取出翻動，費(fèi)工費(fèi)力，還會因監(jiān)控疏忽導(dǎo)致葉溫過高，影響工夫紅茶的品質(zhì)。

2.目前市場上銷售的紅茶發(fā)酵機(jī)，其濕度傳感器性能差或控制方式不合理，造成在高濕條件下，由于濕度傳感器加濕滯后，濕度過低，影響茶葉加工品質(zhì)。

3.為保持發(fā)酵過程有充足氧氣，通常紅茶發(fā)酵機(jī)都配置間歇通風(fēng)裝置，但此裝置的頻繁通風(fēng)會導(dǎo)致發(fā)酵環(huán)境濕度過低，影響發(fā)酵質(zhì)量和效率。

二、紅茶發(fā)酵的技術(shù)要求

1.紅茶發(fā)酵原理

紅茶發(fā)酵的原理是在以多酚氧化酶為主體的酶催化下，利用空氣中的氧，使多酚類化合物產(chǎn)生一系列的氧化作用，生成茶黃素、茶紅素等多種氧化產(chǎn)物。與此同時，其他物質(zhì)在多酚類化合物氧化、還原的推動下進(jìn)行比較復(fù)雜的化學(xué)變化，從而形成紅茶特有的色香味品質(zhì)。紅茶發(fā)酵過程中，多酚類化合物的氧化，包括酶性氧化和非酶性氧化兩種，所謂的“發(fā)酵”實際是“氧化”。

2.溫度

溫度是化學(xué)反應(yīng)的重要條件，紅茶發(fā)酵需要一定的溫度才能順利進(jìn)行，溫度越高氧化反應(yīng)越快，反之則越慢，但如果發(fā)酵溫度過高，容易發(fā)酵過度產(chǎn)生酸餿味，溫度過低，則會導(dǎo)致發(fā)酵時間太長，生產(chǎn)效率降低，一般發(fā)酵葉溫度控制在28～30℃比較合適。

3.濕度

紅茶發(fā)酵需要一定水分，水分是化學(xué)反應(yīng)的重要介質(zhì)，含水率過高，水膜包裹茶葉，茶葉含氧量降低，影響發(fā)酵，茶葉含水率太低，缺少水分，也會降低氧化反應(yīng)速度，降低產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，一般要求發(fā)酵機(jī)內(nèi)空氣相對濕度為90%～95%。

4.氧氣

氧氣直接參與紅茶發(fā)酵過程，充足的氧氣才能保證氧化反應(yīng)的進(jìn)行，如果氧氣含量過低，多酚類物質(zhì)氧化不充分，會影響紅茶發(fā)酵質(zhì)量。

三、新型紅茶發(fā)酵機(jī)的研制思路

新型紅茶發(fā)酵機(jī)主要應(yīng)用對象為加工中高檔工夫紅茶的企業(yè)，每次可發(fā)酵80～100 kg的揉捻葉（55型揉捻機(jī)2次揉捻的量），造價適中，使用簡單、方便。該發(fā)酵機(jī)既能升溫也能降溫，以滿足初春低溫和夏季高溫季節(jié)的使用要求，并能在線監(jiān)測、控制茶葉溫度，發(fā)酵機(jī)濕度穩(wěn)定保持90%～96%，濕度傳感器脫濕響應(yīng)時間短，可避免顯示非真實參數(shù)，延誤加濕模塊工作，影響發(fā)酵。

四、材料的選擇

1.箱體材料

工夫紅茶發(fā)酵機(jī)工作時，機(jī)體內(nèi)外最大溫差一般不會超過25℃，所以對材料的保溫性能要求不需要很高。穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)≤0.5 W/(m·K)的材料都能滿足要求，包括金屬夾心發(fā)泡或保溫棉、木材、PE板、CPP板、有機(jī)玻璃板、玻璃鋼等。

2.制冷單元

紅茶發(fā)酵機(jī)制冷時，降溫幅度一般不超過10℃，中大型發(fā)酵設(shè)備采用普通冷媒空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，小型紅茶發(fā)酵設(shè)備也可采用半導(dǎo)體制冷設(shè)備，內(nèi)循環(huán)制冷，冷風(fēng)出口必須在發(fā)酵機(jī)上部，制冷量≥100 W/m3。

3.制熱單元

制熱時，升溫幅度可達(dá)25℃，所以制熱量需適當(dāng)放大，但制熱量過大會導(dǎo)致溫度波動幅度太大，可采用防水石英紅外管安裝在發(fā)酵機(jī)下部，自然內(nèi)循環(huán)加熱，制熱量≥200～250 W/m3；溫度傳感器選用精度≤0.5℃的防水熱電偶。

4.濕度調(diào)節(jié)單元

發(fā)酵機(jī)一般都在相對濕度90%～95%高濕狀態(tài)下工作，只要停止加濕即可降低濕度，所以只需配置加濕設(shè)備即可，加濕設(shè)備一般采用超聲波霧化設(shè)備，每立方米加濕量≥1 500 mL/h；溫濕度傳感器要求：當(dāng)相對濕度超過95%時，電阻式濕度傳感器的濕敏膜會因濕潤而溶解，厚度會發(fā)生變化，如反復(fù)結(jié)露和潮解，會導(dǎo)致傳感器失效；當(dāng)相對濕度超過80%時，電容式傳感器在結(jié)露和潮解狀態(tài)時也不能正常檢測。所以采用的濕度傳感器要求線性度強(qiáng)、抗污染能力強(qiáng)、測量量程0～100%、響應(yīng)速度快、精度±3%。

五、新型紅茶發(fā)酵機(jī)性能檢測與應(yīng)用

首批制造的新型發(fā)酵機(jī)容積約為1.3 m3，箱體采用的金屬夾聚氨酯發(fā)泡板，發(fā)泡厚度3 cm；制熱原件采用功率1 000 W石英紅外發(fā)熱管；制冷單元采用1臺制冷量為220 W的制冷機(jī)，采用R410a制冷劑；加濕模塊采用1 500 mL/h超聲波霧化換能板；空氣溫濕度傳感器采用量程為0～100%的一體式傳感器；葉溫傳感器采用精度為±0.1℃的K型不銹鋼防水熱電偶，采用低溫空氣降溫，發(fā)酵筐采用打孔直徑2 mm不銹鋼板加工。

隨機(jī)選取1臺新型發(fā)酵機(jī)檢測其性能，試驗時間：2018年5月8日；茶樹品種：鳩坑20；茶鮮葉嫩度：一芽二葉。鮮葉進(jìn)行常規(guī)萎凋和揉捻后投入發(fā)酵機(jī)，設(shè)置發(fā)酵4 h、發(fā)酵機(jī)內(nèi)溫度28℃、發(fā)酵機(jī)內(nèi)相對濕度95%、茶葉限高溫度30℃，在整個發(fā)酵過程中每0.5 h記錄機(jī)內(nèi)空氣溫濕度和含氧量、茶葉溫度、室溫等參數(shù)，結(jié)果如圖1、圖2。由圖可見，室溫基本穩(wěn)定的條件下，在4 h的發(fā)酵過程中，發(fā)酵機(jī)內(nèi)的含氧量始終保持在21%，非常充足；發(fā)酵0.5 h時，發(fā)酵機(jī)內(nèi)的溫度、濕度都已達(dá)到設(shè)計需求參數(shù)，且穩(wěn)定性好；發(fā)酵筐內(nèi)的茶葉溫度，在穩(wěn)定的發(fā)酵環(huán)境條件下，多酚類的氧化反應(yīng)非常順利，發(fā)酵2.5 h就已達(dá)到最佳發(fā)酵溫度，發(fā)酵至3.5 h達(dá)到限高值30℃后一直保持在30℃。由此可見，新型可控葉溫紅茶發(fā)酵機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，完全達(dá)到設(shè)計的要求，是一臺使用方便、狀態(tài)穩(wěn)定、功能人性化、完全符合茶葉加工技術(shù)要求的紅茶發(fā)酵設(shè)備。

圖1 紅茶發(fā)酵過程中室溫、機(jī)內(nèi)空氣溫度、茶葉溫度變化

圖2 紅茶發(fā)酵過程中機(jī)內(nèi)濕度和含氧量變化