緊壓茶壓制機研發(fā)技術的探討

王敦炳

（福鼎潤古今白茶有限公司，福建 福鼎 355200）

白茶主產(chǎn)于福建省，是中國的傳統(tǒng)名茶。白茶主要特點是外形芽毫完整、毫香清鮮、湯色黃綠清澈且滋味清淡回甘[1]。白茶不炒不揉的工藝特點使散茶外形疏松，占用體積大，不利于包裝、貯藏和運輸[2]。近年來，參照黑茶磚茶和普洱茶的壓餅工藝，白茶行業(yè)創(chuàng)制出了白茶壓餅工藝[3]，使白茶經(jīng)緊壓后減小體積，方便陳放與攜帶。白茶壓餅工藝是以白茶散茶為原料，經(jīng)過汽蒸、壓制、長時低溫烘干而成[4]，制成的白茶餅與散茶相比，滋味濃醇、香氣轉變，品質(zhì)特點與散茶不同，受到市場歡迎。

將等級不同的白茶毛茶作為原料，采用白茶壓餅工藝制成緊壓茶餅，被稱為白茶緊壓餅（又稱為緊壓白茶）。而依據(jù)白茶原料等級的不同，可以分為白毫銀針餅、白牡丹餅、貢眉餅、新工藝白茶餅[5]。白茶壓餅工藝中汽蒸的濕熱作用，以熱傳導和水動力為基礎，其中濕熱工藝中的溫度和相對濕度因素又起主要作用，是制茶過程中僅次于酶促作用的主要推動力，可促使白茶內(nèi)含成分發(fā)生豐富深刻的非酶性氧化、分解反應，即白茶壓餅工藝是一個復雜的生化過程，濕熱作用促使茶葉內(nèi)含物質(zhì)發(fā)生緩慢溫和的非酶促氧化反應，相關動力的催化使得白茶緊壓餅獨有品質(zhì)特征形成。經(jīng)過白茶壓餅工藝后，其水浸出物、茶多酚、可溶性蛋白質(zhì)和黃酮類含量顯著增加，而氨基酸、可溶性糖和茶多糖則顯著減少。由于茶多酚和黃酮類含量的增加，處理組的抗氧化功能性成分含量隨即增加[6]。

1 現(xiàn)有緊壓茶壓制過程中存在的問題

隨著緊壓白茶（白茶緊壓餅）需求量增大，對白茶餅壓制機的要求也越來越苛刻。由于之前沒有針對白茶行業(yè)專用的壓制機，只能借鑒使用類似的普洱茶壓餅機。以普洱茶壓餅機為例，隨著普洱茶產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，普洱茶壓餅機械生產(chǎn)廠家眾多，生產(chǎn)的機械品種及類型也紛繁多樣，為普洱茶生產(chǎn)走向機械化、現(xiàn)代化奠定了基礎，并起了積極的推動作用[7]。但茶葉壓餅機械目前還存在著許多問題有待解決：

1.1 企業(yè)創(chuàng)新意識不夠，創(chuàng)新條件缺乏，產(chǎn)品更新?lián)Q代慢

企業(yè)缺乏制造茶葉機械的專業(yè)人才，很多機械生產(chǎn)企業(yè)并非以生產(chǎn)茶葉機械為主，沒有意識到產(chǎn)品創(chuàng)新的重要性和必要性。另一方面，許多企業(yè)資金薄弱，很少有關于茶葉加工機械的專題研究，導致了市場上茶葉壓餅機品牌繁多，但都大同小異，沒有實質(zhì)性的技術改進，產(chǎn)品更新?lián)Q代很慢。

1.2 械價格貴，耗能高

目前市場上的茶葉壓餅機通常只是單純達到壓制茶餅的目的，在節(jié)能降耗上并沒有過多考慮。多數(shù)企業(yè)對于茶葉壓餅機到底需要多大壓力并沒有通過試驗測定，大多為粗放預估。有些壓餅機的額定壓力值遠超出制茶標準壓力的需求，導致制造成本增加和使用過程中生產(chǎn)能耗增加，產(chǎn)生不必要的能源浪費。

1.3 現(xiàn)有壓餅機生產(chǎn)的茶餅質(zhì)量穩(wěn)定性差

由于當前的茶葉壓餅機僅僅只是用于壓制茶餅的一個工序，設備通常都是獨立的小型機械，不成體系，前后工序仍然由人工完成，在蒸汽濕熱、壓制前裝模等工序中產(chǎn)品質(zhì)量受人為影響較大，加工的茶葉質(zhì)量取決于操作者的經(jīng)驗，不能穩(wěn)定地保證加工質(zhì)量。

1.4 單臺壓餅機的人力成本高，生產(chǎn)效率低

由于現(xiàn)有技術中的壓制機結構比較簡單，壓制機中通常只有一個壓餅驅動油缸帶動上模向下運動靠近下模進行成型壓制，茶餅壓制后脫模時只是上模向上移動與下模分開，上模分開后需要人工將下模中的茶餅取走，然后將蒸潤的茶葉放置在下模中繼續(xù)壓制。由于脫模后下模容易被上模粘住跟隨帶起或者仍然保留卡在上模下方的固定位置，而上下模之間空間狹窄，不利于添加茶葉和取走壓制好的茶餅。即現(xiàn)有的壓餅機只能簡單完成壓餅成型工序，茶餅生產(chǎn)中其他的工序（茶葉蒸潤、上下料等）仍然需要人工配合完成，在生產(chǎn)過程中所需人力較多，生產(chǎn)效率低。

2 緊壓茶壓制機的研發(fā)

針對現(xiàn)有緊壓茶壓制工藝及緊壓茶壓制機存在的問題，福鼎潤古今白茶有限公司研發(fā)人員結合幾十年白茶制茶技藝及白茶行業(yè)專用設備開發(fā)經(jīng)驗，經(jīng)過不斷的摸索和實踐，對傳統(tǒng)的各自獨立操作使用的白茶蒸汽蒸潤和壓制成型機進行自動化融合改造，研發(fā)出適合白茶行業(yè)使用的緊壓茶壓制機，緊壓茶壓制機中設置配套相連的蒸汽自動輸送潤茶裝置可實現(xiàn)茶葉的連續(xù)蒸潤、連續(xù)壓制。

2.1 蒸汽自動輸送潤茶裝置的研發(fā)

現(xiàn)有技術中通常是將茶葉置于蒸鍋中蒸軟，或者將蒸汽管道通入一堆茶葉中蒸潤，蒸潤時蒸汽管道一直在向茶葉堆輸出蒸汽，這種方式容易導致蒸汽損耗多、蒸汽管道出口附近的茶葉變得水分太多，而茶葉堆外圍的茶葉又不夠濕潤，不利于批量生產(chǎn)時保持茶葉濕度均勻性，而且現(xiàn)有的蒸鍋難以跟緊壓茶壓制機自動連接實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。為解決茶葉壓制前的蒸潤問題，研發(fā)出一種蒸汽自動輸送潤茶裝置，能夠均勻可控地輸送蒸汽對茶葉進行潤濕，潤濕后的茶葉能夠連續(xù)自動輸送至緊壓茶壓制機處，有利于提高緊壓白茶產(chǎn)品質(zhì)量，并降低能耗。

蒸汽自動輸送潤茶裝置參見圖1-2所示，包括工作臺10，工作臺10中嵌入安裝有兩套蒸汽輸出筒20，每套蒸汽輸出筒20上方的工作臺10上放置能夠移除取放的蒸汽潤茶桶30，蒸汽輸出筒20的筒體中設有便于蒸汽均勻輸出的可拆卸式出氣嘴201，以便于清洗更換，保證蒸汽均勻輸出效果。工作臺10上設有檢測蒸汽潤茶桶30是否放置到位的檢測傳感器40，蒸汽輸出筒20的下側設有蒸汽輸入管50，蒸汽輸入管50上連接有電磁閥60，檢測傳感器40和電磁閥60與設于工作臺10箱體中的控制器70相連，控制器70中設有定時控制程序，檢測傳感器40為接近開關或光電開關。蒸汽輸入管50上連接有與電磁閥60并聯(lián)設置的手動閥80。蒸汽輸出筒20的底部設有放水閥90，工作臺10底部設有接水盤100。蒸汽輸出筒20中的積水排放到接水盤100中收集處理。

圖2 蒸汽自動輸送潤茶裝置中蒸汽輸出筒、蒸汽潤茶桶及蒸汽輸入管部分的具體結構圖

蒸汽自動輸送潤茶裝置工作時，在蒸汽潤茶桶30中放入茶葉后再將其放置于工作臺10上的蒸汽輸出筒20上方，檢測傳感器40檢測到蒸汽潤茶桶30放到位后，輸入信號至控制器70，控制器70控制電磁閥60打開，蒸汽輸入管50中的蒸汽經(jīng)可拆卸式出氣嘴201輸出，對蒸汽潤茶桶30中的茶葉進行自動蒸潤，蒸汽輸出的時間由控制器70設定，設定時間到后控制器70控制電磁閥60關閉，取走已潤濕的蒸汽潤茶桶30中茶葉，再放入茶葉循環(huán)工作。

茶葉蒸潤好后，將蒸汽潤茶桶30移至緊壓茶壓制機工作臺，再將已蒸潤好白茶散葉分散放入模具的模穴中，便可開始進行茶餅自動壓制。蒸汽潤茶桶30在蒸汽自動輸送潤茶裝置和緊壓茶壓制機工作臺之間設置自動循環(huán)輸送帶進行自動運輸，能夠進一步節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。而且緊壓茶壓制機工作臺上預留后續(xù)進一步自動化改造的空間。

2.2 緊壓茶壓制機的研發(fā)

為解決現(xiàn)有技術中的壓制機結構比較簡單、茶葉成型壓制效果不好、生產(chǎn)效率低等問題，我司研發(fā)出一種緊壓茶壓制機，其中設置四個自動成型工位，每個成型工位中設置獨立的下模整體水平推出機構、壓餅模具頂出機構和防粘模機構，方便在下模中添加茶葉和取走壓制好的茶餅，多工位同時生產(chǎn)效率高，成型壓制效果好。

緊壓茶壓制機的具體結構參見圖3-4所示，包括工作臺1、支架2、上模3和壓餅驅動油缸4，支架2設于工作臺1上，支架2中設置四套壓餅驅動油缸4，四套壓餅驅動油缸4的下端分別連接上模3，每套壓餅驅動油缸4的輸出端與上模3之間設有成型高度調(diào)節(jié)板11，利用成型高度調(diào)節(jié)板11便于調(diào)節(jié)上模3與成型下模8之間的壓餅成型高度。工作臺1上設有四套下模水平滑臺5，下模水平滑臺5的兩側設有滑動導向裝置51保證水平推動順滑可靠；每套下模水平滑臺5的后端獨立連接有平推油缸6，每套下模水平滑臺5上設有下模定位框7，下模定位框7中放置成型下模8，下模定位框7與成型下模8的外形相匹配，成型下模8根據(jù)需要壓制的茶餅形狀及規(guī)格大小制作，成型下模8中設置多個成型模穴。每個平推油缸6推動下模水平滑臺5及成型下模8在成型壓餅位置和取放操作位置往復移動，取放操作位置下方的工作臺1底部設有下模頂出機構9，下模頂出機構9中設有往復升降的頂桿91，脫模時頂桿91上升穿過下模水平滑臺5將成型下模8從下模定位框7中頂起。

圖3 緊壓茶壓制機的主視圖

圖4 緊壓茶壓制機去除防護罩后的立體圖

下模定位框7中設有防粘模機構71，防粘模機構71在上模3上升脫模時向成型下模8施加力防止成型下模8在脫模時被上模3上升帶起。防粘模機構71包括電磁鐵或真空吸盤，也可以是其他類似的間歇施力裝置。下模頂出機構9中包括帶動頂桿91升降的升降油缸92。頂桿91最少為一個，也可設置多個頂桿91同時固定在一個升降油缸92的輸出端，便于頂起成型下模8。下模水平滑臺5及防粘模機構71中設有避讓頂桿91的過孔。

支架2上設有防護罩21，防護罩21的正面設置操作觸摸屏和控制按鈕。升降油缸92、壓餅驅動油缸4和平推油缸6都設有位置檢測傳感器與控制器相連，控制器再與操作觸摸屏和控制按鈕相連。根據(jù)需要，升降油缸92和平推油缸6也可以用驅動力足夠的氣缸替代。

緊壓茶壓制機工作時，由平推油缸6伸出將下模水平滑臺5及下模定位框7推到取放操作位置，由人工將成型下模8放置在下模定位框7中，再將蒸潤的茶葉放置在成型下模8上，平推油缸6縮回將下模水平滑臺5及成型下模8推到成型壓餅位置，壓餅驅動油缸4帶動上模3下降進行自動壓制，自動壓制結束后上模3上升脫模，防粘模機構71在上模3上升脫模時向成型下模8施加力防止成型下模8在脫模時被上模3上升帶起；脫模結束后平推油缸6再伸出將下模水平滑臺5及成型下模8推到取放操作位置，由升降油缸92帶動頂桿91從下模水平滑臺5及防粘模機構71中穿出，將成型下模8從下模定位框7中頂起便于取出成型下模8及壓好的茶餅；緊壓茶壓制機中的四個壓制工位能夠獨立工作，便于往復循環(huán)連續(xù)工作。

3 緊壓茶壓制機的效果驗證

福鼎潤古今白茶有限公司研制出的緊壓茶壓制機及配套使用的蒸汽自動輸送潤茶裝置已經(jīng)在我司實際生產(chǎn)中使用。實際應用結果表明，在蒸汽自動輸送潤茶裝置中設置檢測傳感器和自動控制的電磁閥，能夠均勻穩(wěn)定地輸送蒸汽對茶葉進行蒸潤，蒸汽潤濕工藝中的溫度和相對濕度能夠更好控制，有利于提高白茶產(chǎn)品質(zhì)量；同時能夠減少蒸汽浪費，降低能耗、節(jié)約成本。

經(jīng)過蒸汽自動輸送潤茶裝置蒸潤后的茶葉及時輸送到壓制機中進行壓制，避免熱量和水汽散發(fā)，對茶葉成型過程中的具有更好濕熱作用，更加有利于保證茶葉壓制成型品質(zhì)。多工位的自動成型緊壓茶壓制機工作順暢，便于多工位同時操作，生產(chǎn)效率高。緊壓茶壓制機中的下模頂出機構和防粘模機構配合使用，防止成型下模在脫模時被上模上升帶起，避免損壞壓好的茶餅，便于將成型下模及壓好的茶餅取出，操作方便省力，經(jīng)實際使用驗證，效果良好。

經(jīng)過蒸汽自動輸送潤茶裝置自動蒸潤和緊壓茶壓制機自動壓制出來的緊壓茶成型質(zhì)量好，表面整潔光滑。自動壓制出的小塊茶餅沖泡后茶葉散開快，葉片完整性好，且沖泡或煮制后色澤、滋味、湯色等質(zhì)量好。自動壓制出的大塊茶磚、茶餅也能很好地滿足工藝質(zhì)量要求，保證緊壓茶品質(zhì)。

4 結論與探討

隨著白茶行業(yè)規(guī)模的不斷擴大，緊壓茶壓制機領域對設備自動化程度要求越來越高，設計出更加高效實用、穩(wěn)定性良好的緊壓茶壓制機對白茶加工尤為重要。緊壓茶壓制機不僅適合壓制白茶，也適合壓制綠茶、普洱茶、黑茶等，既可以壓制小塊的茶餅，也適合壓制大塊茶磚，適用范圍廣。自動成型壓制速度快，能夠大大提高生產(chǎn)效率。

接下來，還可進一步提高緊壓茶壓制機和配套設置的蒸汽自動輸送潤茶裝置的自動化集成度，例如可以在蒸汽自動輸送潤茶裝置前再設置茶葉自動裝桶裝置（如自動輸送帶和振動輸送料斗），能夠將茶葉自動裝入蒸汽潤茶桶中；在蒸汽自動輸送潤茶裝置、緊壓茶壓制機工作臺和循環(huán)輸送帶之間設置自動搬運機械手或機器人，實現(xiàn)蒸汽潤茶桶的自動循環(huán)搬運輸送、蒸汽潤茶桶中茶葉自動倒出等。緊壓茶壓制機工作臺中還可以進一步增加將蒸潤好的茶葉自動裝入成型下模模穴中的茶葉自動裝模裝置，成型出料位置增加茶餅自動下料收集裝置、以及茶餅自動下料收集裝置配合連接的視覺檢測裝置，視覺檢測裝置能夠針對壓好的茶餅進行智能化的視覺檢測，剔除不合格的緊壓茶茶餅。

進一步不斷完善設計，形成白茶緊壓茶全自動加工生產(chǎn)線，實現(xiàn)各作業(yè)工序無縫自動連接，相比分散獨立運行的單機設備在產(chǎn)能、效率、質(zhì)量衛(wèi)生等方面都能夠進一步提高，同時能夠大大降低操作工的勞動強度，而且生產(chǎn)車間設備、工序、流程布置也能夠更加規(guī)范、整潔有序，便于車間實現(xiàn)現(xiàn)代化管理。當然在設計過程中需要避免投入造價過高的大型設備，需根據(jù)國內(nèi)茶葉加工行業(yè)實際需求分段研究、分段驗證、逐步完善。確保生產(chǎn)加工的白茶緊壓茶能夠符合嚴格的質(zhì)量標準要求，讓白茶緊壓茶滿足全球消費者需求。