舒城大蘭花茶機(jī)械化加工生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)

宋彥，寧井銘，陳白祥，劉佳林，徐飛揚(yáng)

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，安徽合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230036；3.安徽蘭祥園茶業(yè)有限公司，安徽六安 231340）

舒城縣位于安徽省大別山東部，茶業(yè)是山區(qū)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，全縣約有茶農(nóng)20 萬(wàn)人。 舒城產(chǎn)茶歷史久遠(yuǎn)，以 “舒城小蘭花”[1]最為知名，該茶以其特有的蘭花清香以及蘭花狀外形而著稱(chēng)。 我國(guó)著名茶學(xué)專(zhuān)家陳椽教授在《安徽茶經(jīng)》中曾記錄：“當(dāng)?shù)厥考濍A層極為講究蘭花茶生產(chǎn)”。 蘭花茶依據(jù)采制要求的不同，分為小蘭花茶與大蘭花茶，大蘭花多采用一芽三葉至五葉，長(zhǎng)6~10 cm 的原料，小蘭花多采用一芽二、三葉，長(zhǎng)3~4 cm 的原料。近年來(lái)由于小蘭花茶的經(jīng)濟(jì)效益更好，故大多數(shù)早春時(shí)節(jié)的鮮葉用于制作小蘭花茶。

春末夏初時(shí)期由于鮮葉逐漸粗老，價(jià)格降低，多數(shù)茶區(qū)往往只在春季采摘一季，夏、秋季茶鮮葉普遍棄采，資源浪費(fèi)嚴(yán)重[2]。 若能充分利用春末夏初乃至秋季的鮮葉，用于生產(chǎn)大蘭花茶，將有效提高鮮葉的利用率，提高當(dāng)?shù)夭柁r(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入，助力當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。為開(kāi)發(fā)大蘭花茶產(chǎn)品，文章開(kāi)展了大蘭花茶機(jī)械化加工生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)與加工工藝研究，旨在解決大蘭花茶生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)大蘭花茶標(biāo)準(zhǔn)化加工。 目前，已經(jīng)建成機(jī)械化、連續(xù)化、清潔化生產(chǎn)線(xiàn)一條，首批大蘭花產(chǎn)品已投放市場(chǎng)。 文章將討論大蘭花茶生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)與集成，以及茶葉加工過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)。

1 生產(chǎn)線(xiàn)構(gòu)成與設(shè)備組成

大蘭花茶是一種烘青綠茶，其加工工藝為攤青、殺青、冷卻、揉捻、理?xiàng)l、初烘、復(fù)烘。 根據(jù)大蘭花茶連續(xù)化、機(jī)械化加工要求與工藝流程設(shè)計(jì)，在安徽蘭祥園茶葉有限公司集成首條大蘭花茶連續(xù)化加工生產(chǎn)線(xiàn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)量100 kg/h，主要設(shè)備配置如圖1 所示。

圖1 大蘭花茶機(jī)械化加工生產(chǎn)線(xiàn)Fig. 1 Large orchid tea mechanized production line

1.1 攤青模塊

根據(jù)大蘭花茶加工工藝要求，設(shè)計(jì)采用多層式自動(dòng)攤青機(jī)組，選型為上洋機(jī)械6CWD80 型攤青機(jī)，該攤青機(jī)為網(wǎng)帶式結(jié)構(gòu)，攤青面積80 m2，一次可攤放鮮葉約1000 kg。該設(shè)備具有可變頻調(diào)速的移動(dòng)布料裝置，可有效調(diào)節(jié)上料速度。 同時(shí)具有通風(fēng)、加濕裝置，能有效調(diào)節(jié)攤青機(jī)內(nèi)部溫度，避免長(zhǎng)時(shí)間攤青造成溫度過(guò)高，出現(xiàn)葉片發(fā)紅的情況。 但是該設(shè)備缺乏溫濕度傳感器，同時(shí)由于箱體內(nèi)部空間較大，為了避免參數(shù)分布不均勻的情況，故在攤青機(jī)內(nèi)部安裝了4 個(gè)溫濕度傳感器，全面檢測(cè)溫濕度情況，同時(shí)可將溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，如圖2 所示。

圖2 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)Fig. 2 Temperature and humidity monitoring system

1.2 殺青攤涼模塊

攤放后的茶鮮葉通過(guò)鮮葉輸送機(jī)送入滾筒殺青機(jī)中進(jìn)行殺青，殺青結(jié)束后，將殺青葉送入冷卻回潮機(jī)進(jìn)行攤涼回潮，使葉片水分重新分布，葉片也會(huì)變得相對(duì)柔軟，便于在做形工藝中使葉片成條。 生產(chǎn)線(xiàn)殺青機(jī)為60 型滾筒殺青機(jī)，型號(hào)為6CST-60，該設(shè)備殺青品質(zhì)良好，且具有排風(fēng)裝置，便于濕熱氣體散發(fā)，殺青溫度220 ℃，投葉量90 kg/h。連接殺青機(jī)與回潮機(jī)的輸送帶上方，也裝有若干軸流風(fēng)機(jī)，用于吹冷殺青葉，輔助冷卻。 回潮機(jī)選型為6CLHC6，為網(wǎng)袋式結(jié)構(gòu)，可調(diào)速。

1.3 做形模塊

做形模塊包含揉捻、理?xiàng)l機(jī)組。 揉捻機(jī)組型號(hào)為6CRS55（2），每組2 臺(tái)，每桶裝葉約30 kg，具有自動(dòng)下料功能，手動(dòng)加壓，揉桶、揉盤(pán)、揉筋均使用不銹鋼材料，操作按鈕安裝在機(jī)架上，便于操作。該機(jī)組實(shí)現(xiàn)了揉捻作業(yè)過(guò)程連續(xù)化、清潔化生產(chǎn)，減少人工接觸二次污染，提高了工作效率。 完成揉捻工藝后，進(jìn)入連續(xù)理?xiàng)l機(jī)組進(jìn)行理?xiàng)l作業(yè)。 兩臺(tái)理?xiàng)l機(jī)串聯(lián)布置，通過(guò)往復(fù)連續(xù)擺動(dòng)，將茶葉的條形理直。

1.4 烘干模塊

烘干分為毛火和足火兩個(gè)階段，均采用烘干機(jī)作業(yè)，采用烘干機(jī)分別為岳西縣同發(fā)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的網(wǎng)袋定型連續(xù)烘干機(jī)6CHWDL-12 和上洋機(jī)械生產(chǎn)的6CHB-10 型茶葉烘干機(jī)。 大蘭花茶生產(chǎn)線(xiàn)選用烘干設(shè)備，主箱體采用多層搭接式結(jié)構(gòu)，增加烘干有效時(shí)間，滿(mǎn)足連續(xù)化作業(yè)要求。毛火階段，葉料應(yīng)薄攤，厚度在1 cm 左右；足火階段，葉料厚度在1.5~2 cm 左右，攤?cè)~應(yīng)相對(duì)均勻。毛火的烘干溫度可在110 ℃，烘干5~10 min 左右；足火階段的烘干溫度約為90 ℃，烘干至含水量在5%左右。

2 大蘭花茶加工工藝特點(diǎn)

大蘭花茶加工過(guò)程中存在兩個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，一方面由于鮮葉外形較大，在加工過(guò)程中如何做形，避免外形散亂，制成具有蘭花狀外形的干茶；另一方面，由于采用晚春、初夏時(shí)節(jié)的鮮葉，內(nèi)含物質(zhì)相對(duì)早春鮮葉更為豐富，茶多酚與氨基酸比率較高，這就導(dǎo)致茶葉的苦澀味較重，如何降低大蘭花茶的苦澀味，也是加工中的難點(diǎn)問(wèn)題。

2.1 鮮葉攤青

鮮葉在攤放期間，隨著水分的減少，多酚氧化酶、 蛋白水解酶等活性增強(qiáng)，茶多酚發(fā)生降解作用，蛋白質(zhì)發(fā)生水解導(dǎo)致游離氨基酸含量增加。 因此，延長(zhǎng)攤青時(shí)間被認(rèn)為能夠顯著改善茶葉的苦澀味。 楊清平等[2]研究了鄂北地區(qū)綠茶加工工藝，攤放時(shí)間在4 h 左右，攤青葉含水率在70%左右，能夠有效改善夏秋茶的滋味品質(zhì)，苦澀味明顯減弱，香氣也有所改善。 常碩其等[3]針對(duì)湖南產(chǎn)區(qū)的綠茶，通過(guò)加工工藝對(duì)比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)8 h 左右的攤青，能夠提高氨基酸含量，降低酚氨比，有效提高其滋味品質(zhì)。 敖存等[4]探討了在控制溫度與濕度條件下，延長(zhǎng)攤青時(shí)間的效果，結(jié)果表明控制適當(dāng)?shù)臏囟扰c濕度可以降低水分散失，在較長(zhǎng)時(shí)間保持鮮葉的鮮活程度，有利于酶催化反應(yīng)，對(duì)香氣的形成有利。 尹軍峰等[5]分析了名優(yōu)綠茶鮮葉攤放過(guò)程中主要生化成分的動(dòng)態(tài)變化，該項(xiàng)研究更為細(xì)致地揭示出氨基酸隨攤青時(shí)間的變化規(guī)律，氨基酸各組分總量并不是隨攤青時(shí)間增加而單調(diào)增加的，其攤放后期含量也有一定下降，在鮮葉含水率達(dá)到70%時(shí)達(dá)到最大值。因此，掌握好鮮葉攤放時(shí)間和程度，更有利于提高茶葉滋味品質(zhì)。

針對(duì)大蘭花茶攤青工藝優(yōu)化問(wèn)題，擬采用攤青機(jī)攤放8~12 h，由于大蘭花茶生產(chǎn)時(shí)間主要集中在5~6 月，環(huán)境溫度較高，為避免鮮葉出現(xiàn) “紅葉” 現(xiàn)象，攤青機(jī)需具備溫濕度檢測(cè)傳感器，同時(shí)具有通風(fēng)、 加濕功能。 攤青過(guò)程中將溫度維持在20~25 ℃，濕度維持在60%~80%。

2.2 殺青

殺青工藝對(duì)于茶葉品質(zhì)的形成也有著重要的影響。 近年來(lái)，有學(xué)者探討了新型殺青工藝對(duì)減輕茶葉苦澀味的影響[6-8]，分別對(duì)比了不同殺青方式對(duì)茶葉苦澀味的影響，一般認(rèn)為不同殺青方式對(duì)綠茶的苦味強(qiáng)度為： 滾筒殺青>蒸汽殺青>微波殺青；澀味強(qiáng)度為：蒸汽殺青>滾筒殺青>微波殺青。

針對(duì)大蘭花茶殺青工藝問(wèn)題，由于設(shè)備條件限制，仍然采用滾筒殺青機(jī)作為殺青機(jī)械。 從生產(chǎn)試驗(yàn)效果分析，需要把握以下要點(diǎn)：（1）大蘭花茶所用鮮葉，相對(duì)于初春鮮葉，較為粗老，因此要控制好殺青溫度 “老葉嫩殺”，避免葉片失水過(guò)多，在后期做形工藝中出現(xiàn)大量碎片；（2） 控制好投葉量，保證 “殺透”，避免干茶中出現(xiàn)青草氣。 殺青溫度約220 ℃，殺青時(shí)間約1~2 min。

2.3 做形

茶葉的做形工藝包括冷做形（揉捻）和熱做形（理?xiàng)l）[9]，茶葉的做形工藝不但影響茶葉的外觀品質(zhì)，還影響其滋味品質(zhì)，尤其對(duì)其苦澀味的生成有重要影響。 銀霞等[10]通過(guò)分析不同揉捻工藝和茶多酚、氨基酸、咖啡堿等化學(xué)成分的相關(guān)性，并結(jié)合感官審評(píng)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)由于加壓揉捻會(huì)導(dǎo)致茶多酚的浸出率增加，因此揉捻程度相對(duì)于揉捻時(shí)間對(duì)苦澀味的影響更大。 王輝等[11]探討了制茶工藝與主要滋味成分含量的變化關(guān)系，同樣認(rèn)為揉捻提高了茶葉細(xì)胞的破損率，增加泡茶時(shí)的水浸出物。 劉曉博等[12]討論了機(jī)械做形對(duì)貴州卷曲形茶品質(zhì)的影響，正交試驗(yàn)的感官審評(píng)結(jié)果表明加壓力度對(duì)外觀品質(zhì)影響最大，加壓力度大，成條率高，外觀評(píng)分高；但外觀品質(zhì)和滋味品質(zhì)是矛盾關(guān)系，外觀品質(zhì)好的樣本，苦澀味也較重。 從總體評(píng)分來(lái)看，不宜采用較高的壓力，而影響茶葉的滋味品質(zhì)。 羅紅玉等[13]對(duì)比了不同變溫變頻理?xiàng)l工藝對(duì)針形茶品質(zhì)的影響結(jié)果發(fā)現(xiàn)，理?xiàng)l溫度、頻率宜先高后低，前期高溫高頻利于快速提升葉溫，后期低溫低頻可以避免葉片黃枯。 陳根生等[14]優(yōu)化了針芽形綠茶加工工藝參數(shù)，研究結(jié)果表明理?xiàng)l級(jí)數(shù)對(duì)成條率影響極為顯著，理?xiàng)l溫度的影響也較為顯著，當(dāng)采用三級(jí)連續(xù)理?xiàng)l工藝，成條率達(dá)到80%以上。

做形工藝對(duì)于大蘭花茶的外觀、滋味品質(zhì)，均有顯著影響，從綠茶加工研究現(xiàn)狀來(lái)看，成條率和滋味品質(zhì)呈矛盾關(guān)系。 在揉捻環(huán)節(jié)，為了避免茶湯出現(xiàn)嚴(yán)重的苦澀味，不宜采用重壓揉捻的方式，而采用輕度揉捻，適當(dāng)延長(zhǎng)揉捻時(shí)間。 為了保證較高的成條率，將采用二級(jí)連續(xù)理?xiàng)l工藝，減少茶葉外形散亂的情況，保證其外觀品質(zhì)。

2.4 烘干

烘干也是茶葉加工過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，該工序減少茶葉中水分，起到穩(wěn)定品質(zhì)、提升香氣的作用。 敖存等[15]研究了烘焙技術(shù)對(duì)中低檔綠茶滋味品質(zhì)的改善效果，結(jié)果表明烘焙能夠去除茶葉的雜味，降低青草氣，提升香氣，在烘焙過(guò)程中，酚氨比變化不明顯。 文獻(xiàn)同時(shí)指出，烘焙時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生焦味，影響茶葉品質(zhì)。 許偉等[16]也有類(lèi)似的結(jié)論，認(rèn)為酚氨比、簡(jiǎn)單兒茶素/酯型兒茶素比這兩個(gè)指標(biāo)在干燥階段趨于穩(wěn)定。 張俊等[17]討論了烘焙處理對(duì)綠茶香氣品質(zhì)的影響，通過(guò)GC-MS 分析對(duì)照感官審評(píng)結(jié)果，認(rèn)為隨著烘焙時(shí)間延長(zhǎng)，表征香氣品質(zhì)的醇類(lèi)物質(zhì)含量下降，而吡咯類(lèi)物質(zhì)含量相對(duì)增加，這造成茶葉的火工味凸顯。

FENG 等[18]揭示了蘭花香型茶葉香氣的主要貢獻(xiàn)物為順式表茉莉酸甲酯，但它們的含量和比例與制茶過(guò)程以及隨后的存儲(chǔ)條件密切相關(guān)，制茶過(guò)程中的高溫不利于順式茉莉酸甲酯的產(chǎn)生。為了保留蘭花茶特殊的香氣，烘干過(guò)程不宜采用高溫。 最大程度保留香氣成分，采用低溫烘干的加工工藝。 設(shè)計(jì)毛火溫度不低于110 ℃，足火溫度不低于90 ℃。

3 不同加工方式的大蘭花茶品質(zhì)分析

生產(chǎn)試驗(yàn)鮮葉來(lái)源于舒城縣河棚鎮(zhèn)，生產(chǎn)時(shí)間為每年的4 月底至5 月下旬。 文章將生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品與傳統(tǒng)人工加工產(chǎn)品做了對(duì)比，舒城蘭花茶傳統(tǒng)制作工藝是手工制作，其工藝為生鍋殺青、熟鍋殺青做形、炭火烘籠初烘、足烘。 采用特制的竹絲把在兩口并連的鍋灶中完成殺青、做形。

對(duì)兩種方式加工的產(chǎn)品進(jìn)行感官審評(píng)，感官審評(píng)標(biāo)準(zhǔn)參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23776—2018 執(zhí)行，外形、湯色、香氣、滋味、葉底五項(xiàng)質(zhì)量因子的權(quán)重分別為25%、10%、25%、30%、10%，感官審評(píng)結(jié)果如表1 所示。 兩類(lèi)產(chǎn)品的外形照片如圖3 所示，圖3（a）為生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品，圖3（b）為人工加工產(chǎn)品。 通過(guò)對(duì)比其形狀可以看出，生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品條形緊細(xì)、勻齊，外形舒展，呈朵形；而人工采用竹絲把回旋翻炒，茶葉條形整體較為卷曲，勻整度不高，且存在短鈍、破碎的情況。

圖3 大蘭花茶生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品與人工加工產(chǎn)品外形對(duì)比Fig. 3 The appearance comparison of processed products on the large orchid tea production line and artificial processed products

表1 舒城大蘭花茶機(jī)械化與人工加工產(chǎn)品質(zhì)量感官審評(píng)結(jié)果Table 1 Sensory evaluation results of Shucheng Large Orchid Tea by manual and production line

對(duì)兩種產(chǎn)品主要內(nèi)含成分的檢測(cè)方法依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展，其中茶多酚、兒茶素含量測(cè)定按照GB/T 8313—2018 《茶葉中茶多酚和兒茶素含量的檢測(cè)方法》執(zhí)行；氨基酸含量測(cè)定按照GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測(cè)定》執(zhí)行；水浸出物含量按照GB/T 8305—2013《茶 水浸出物測(cè)定》 執(zhí)行； 水分測(cè)定采用GB/T 8304—2013《茶 水分測(cè)定》執(zhí)行。 每種產(chǎn)品設(shè)置3 個(gè)平行樣，對(duì)于主要內(nèi)含成分的分析結(jié)果如表2 所示。 對(duì)比不同加工方式的理化成分發(fā)現(xiàn)，人工加工產(chǎn)品與生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品僅在含水率上存在顯著性差異（p<0.05），而其他主要理化成分水浸出物、 茶多酚、氨基酸、兒茶素均沒(méi)有顯著性差異（p>0.05）。

表2 大蘭花茶主要成分含量檢測(cè)結(jié)果（單位：%）Table 2 Test results of main components of the large orchid tea （Unit： %）

對(duì)比兩種加工方式可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)的人工加工產(chǎn)品，生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品的主要化學(xué)成分含量變化不大，這意味著它們的滋味品質(zhì)較為接近，但是生產(chǎn)線(xiàn)加工產(chǎn)品的條形較前者更為緊細(xì)、 勻齊，外觀品質(zhì)有一定改善。 這和感官審評(píng)的結(jié)果較為一致。 若采用人工加工，攤青環(huán)節(jié)每天需要2 名工人，人工炒茶生產(chǎn)效率約為1 kg/h，以每天工作8 h 計(jì)算，產(chǎn)量約為8 kg/d，以每天加工400 kg 茶葉計(jì)算，需要50 名炒茶工人。 而采用文章提出的生產(chǎn)線(xiàn)制茶速度最高可達(dá)100 kg/h，僅需要4 名工人維持生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行，不但極大地節(jié)約了勞動(dòng)力，降低了人工成本，而且還保證了產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化。

4 討論

文章面向舒城大蘭花茶機(jī)械化加工工藝與生產(chǎn)線(xiàn)構(gòu)建問(wèn)題，開(kāi)展工藝與生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)工作。 為解決加工工藝中的兩個(gè)難點(diǎn)，即如何減輕苦澀味和如何提高外形品質(zhì)，提出了針對(duì)性的解決方案；并基于大蘭花茶的加工工藝，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，完成了生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)。 生產(chǎn)出的大蘭花茶產(chǎn)品，一致性較好，經(jīng)感官審評(píng)結(jié)果表明，產(chǎn)品外形舒展似蘭花狀，條形較為勻整。 經(jīng)沖泡后，湯色綠亮，香氣栗香高長(zhǎng)，滋味醇較鮮，葉底綠稍深、較勻，基本達(dá)到預(yù)期質(zhì)量要求。 該生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了大蘭花茶連續(xù)化、機(jī)械化、自動(dòng)化加工，相對(duì)于傳統(tǒng)的單機(jī)人工加工，顯著提高了加工效率，隨著產(chǎn)能的增加，收購(gòu)茶農(nóng)鮮葉的數(shù)量也隨之提升，增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的收入，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。