二款新型茶鮮葉分級機工藝優化試驗

2016-01-12 14:35:17高士偉龔自明葉飛張強鄭鵬程崔清梅王勝鵬王雪萍滕靖戴居會梁金波

湖北農業科學 2015年24期

高士偉　龔自明　葉飛　張強　鄭鵬程　崔清梅　王勝鵬　王雪萍　滕靖　戴居會　梁金波

摘要：針對綠峰6CFJ-70鮮葉分級機、恩施振動分級機二款新型茶葉加工機械，以手采混合鮮葉為試驗材料，通過感官判別比較分析分級效果和分級率，確定二者最佳設備參數及篩網搭配。結果顯示，綠峰6CFJ-70鮮葉分級機設置電機頻率H=36 r/min、篩網搭配組合為20 mm+10 mm能較好地將1芽1葉與1芽2～3葉分開。恩施振動分級機振動電機與水平線傾角調整為35°、電機頻率H=28.7 r/min、篩孔搭配組合為25 mm+15 mm能較好地將1芽1葉、1芽2葉、1芽3葉分開。該試驗為下一步篩選適合機采鮮葉分級設備奠定了基礎。

關鍵詞：茶鮮葉；分級機；工藝優化

中圖分類號：TS272.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）24-6272-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.045

Abstract： For the two kinds of new processing machinery lvfeng 6CFJ-70 fresh tea leaves classifier and Enshi vibration fresh tea leaves classifier， using hand mixed fresh tea leaves as the research material， the optimal parameters and screen of the equipments were determined by sensory discrimination， classification effect and classification ratio. The results showed that， it could better separate one bud and the first tea leaf from the one bud and 2～3 tea leaves with the condition of motor frequency （H） at 36 r/min and screen collocation combination as 20 mm+10 mm for lvfeng 6CFJ-70 fresh tea leaves classifier； but for Enshi vibration fresh tea leaves classifier， the optical parameters were vibration motor with the horizontal angle at 35°， the motor frequency （H） at 28.7 r/min， screen collocation combination as 25 mm+15 mm. The conclusion of this study is to lay the foundation for the selection of fresh leaves classification equipment next stop.

Key words： fresh tea leaves； classifiers； process optimization

茶鮮葉機械采摘是解決名優茶原料成本高、采工荒等問題的有效途徑之一[1-7]。現階段，由于茶樹品種、種植規格、管理水平及采茶機械等因素的限制，致使機采鮮葉存在參差不齊、老嫩不均、魚目混珠等實際問題[1-6]，造成鮮葉無法直接加工的尷尬局面。因此，如何對機采鮮葉進行有效的分級就顯得非常必要。袁海波等[1]、張蘭蘭等[6]研究表明，生產上的鮮葉分級需要適宜的分級設備，而傳統的分級設備難以將機采鮮葉進行有效的分離，無法滿足加工的要求[1，6]；駱耀平等[8]研制了鮮葉原料分級機MCF-Ⅰ、改良型MCF-Ⅰ和MCF-Ⅱ；楊擁軍等[9]創新傳統分級設備，研發出了新型螺旋導向式鮮葉分級機；魯成銀等[10]、尹軍峰等[11]、張強等[12]以及李宗生[13]突破傳統滾篩分級原理，研制出了鮮葉振動分級機，如6CFJ-70鮮葉分級機已在實際生產中得到應用，其篩面與水平面形成斜度，通過支撐板運動時篩網同步運動，使篩網上面的部分茶鮮葉在運動過程中通過篩孔掉落到下一層，實現茶鮮葉大小分級的目的[10]。而恩施振動分級機根據先分層、再透篩的篩分原理，通過振動電機帶動篩面運動，首先使鮮葉具有較大的拋擲強度和運動速度，呈現出具有“活性”的松散狀態，鮮葉按比重大小分層并向前輸送，將下層與篩面接觸的小于篩孔的原料進行有效的透篩，以此實現鮮葉按照嫩度和大小進行分級、輸送的目標[12]。國家茶產業技術體系名特茶加工研究站與恩施綜合試驗站團隊，通過引進和自行研發設備，開展了茶鮮葉機械采摘后前期分級優化試驗，以期為茶鮮葉機采新型分級設備優化提供參考，為下一步篩選合適機采鮮葉分級設備奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 茶鮮葉大小分級設備參試的茶鮮葉分級機械分別為①綠峰6CFJ-70鮮葉分級機（浙江綠峰機械有限公司），配備篩網為圓孔，直徑規格分別為30、20、10 mm；② 恩施振動分級機（專利號ZL 2012203 76563.7），配備篩網為圓孔，直徑規格分別為30、25、20、15 mm。

1.1.2 茶鮮葉原料鮮葉原料采自恩施州農業科學院試驗茶園，以人工采摘茶鮮葉為試樣，將鮮葉分為1芽1葉、1芽2葉和1芽3葉3個等級；然后按照一定比例將其混合。其中6CFJ-70鮮葉分級機工藝優化試驗采用的茶鮮葉原料組成為：1芽1葉27.9%、1芽2葉46.1%、1芽3葉23.3%、單片2.7%。恩施振動分級機工藝優化試驗采用的茶鮮葉原料組成為：1芽1葉23.7%、1芽2葉33.9%、1芽3葉39.6%、單片2.8%。

1.2 方法

1.2.1 6CFJ-70鮮葉分級機鮮葉的機械組成 ① 設備工藝參數優化試驗。投葉量1.0 kg，篩網搭配為30 mm+10 mm，電機頻率（H）分別設置為34、35、36、37、38 r/min，記錄鮮葉在篩網上的運行情況，測定運行時間，稱量30 mm篩上的葉重量，同時感官判別分級效果。② 篩網搭配優化試驗。投葉量為2.5 kg，電機頻率設置為綠峰6CFJ-70鮮葉分級機設備工藝參數優化試驗得出的最佳參數，篩孔搭配組合（上篩+下篩）試驗處理分別是處理1：30 mm+10 mm，處理2：20 mm+10 mm，各處理從上至下篩網出口的鮮葉分別記為A1、A2、A3，稱量各出口鮮葉的重量，測定運行時間，進行感官判別；按照文獻[14]的要求調查各出口鮮葉的機械組成，重復3次，計算分級率并進行綜合比較分析。

1.2.2 恩施振動分級機鮮葉的機械組成 ①設備工藝參數優化試驗。在前期設置振動電動機位置、方向等預備試驗基礎上，投葉量4 kg。通過調節，分別設置15°、25°、35°、45°、55°振動電機的傾角，頻率在0～300 r/min，以能順利出葉為標準進行感官判別。②篩網搭配優化試驗。投葉量10 kg，電機頻率設置為恩施振動分級機設備工藝參數優化試驗得到的最佳參數，篩孔搭配組合（上篩+下篩）試驗處理分別是處理3：30 mm+25 mm，處理4：30 mm+20 mm，處理5：30 mm+15 mm，處理6：25 mm+20 mm，處理7：25 mm+15 mm，處理8：20 mm+15 mm，各處理從上至下篩網出口的鮮葉分別記為B1、B2、B3。稱量各出口鮮葉的重量，測定運行時間，進行感官判別，按照文獻[14]的要求調查各出口鮮葉的機械組成，重復3次，計算分級率并進行綜合比較分析。

1.2.3 分級率計算方法茶鮮葉芽葉分級率=（W1×a%）÷W×100%，其中W1為分級后某出口鮮葉的重量，a%為分級后該出口某類芽葉的比率，W為該類芽葉各出口的總重量。

1.3 數據處理

試驗所得數據采用Microsoft Office Excel 2003軟件進行標準化處理并作圖，應用SPSS 19.0統計分析軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 6CFJ-70鮮葉分級機工藝優化試驗

2.1.1 6CFJ-70鮮葉分級機的設備參數優化試驗設置的6CFJ-70鮮葉分級機設備參數優化試驗結果見表1。從表1可見，隨著電機頻率的增加，鮮葉運行呈現出走動→抖起→跳起的歷程；頻率低時出現了掛葉現象，頻率高則部分鮮葉被抖出來；運行時間呈現遞減現象，最慢為105 s，最快僅48 s；篩上葉比率呈現遞增現象，由27%增加至46%，說明透篩率越來越低。顯而易見，當頻率設置為34 r/min時，鮮葉在篩面上運行速度慢，且易出現掛葉現象，所以該參數可直接舍去；而當頻率設置為37、38 r/min時，出葉快，且鮮葉易被抖出篩面，部分鮮葉來不及過篩即被抖至出口，故亦可直接舍去；只有當頻率設置為35、36 r/min時，篩上葉的比率相同，但36 r/min的頻率鮮葉運行時間較短、效率高，且出葉效果好。綜合以上結果，認為6CFJ-70鮮葉分級機的適宜頻率為36 r/min。

2.1.2 6CFJ-70鮮葉分級機篩網搭配優化為從混合鮮葉中獲得加工名優綠茶的原料，即將1芽1葉與1芽2～3葉分開，有必要進行篩網搭配優化試驗。在2.1.1試驗的基礎上，將6CFJ-70鮮葉分級機電機頻率設置為36 r/min，得到的試驗結果見表2。從表2可見，從各出口鮮葉所占比率來看，處理1、處理2均將鮮葉大致分為了2檔，A1、A2之和分別占處理1的96%、處理2的98%以上，A3所占的比率小，且基本為碎片，可以舍去，不再進行分析討論。分析表2可知，處理1與處理2的A1、A2鮮葉重量及比率均達到了極顯著差異水平（P<0.01）。處理1以A2為主，占61.6%，A1、A2 重量比為1.0∶1.8；處理2以A1為主，占74.1%，A1、A2重量比為1.00∶0.32。而混合鮮葉原料中1芽2～3葉比率為69.4%、1芽1葉比率為27.9%；假設分級機能將1芽1葉與1芽2～3葉完全分開，則A1應以1芽2～3葉為主，A2以1芽1葉為主，二者之比即1.0∶0.4，由此可以看出，該結果與處理2接近，說明處理2分級效果比較接近理想效果。從分級所需時間來看，處理2需要的時間短，比處理1節省了26 s，經過計算，其效率亦提高了22%。感官判別顯示，處理1的A2中1芽2～3葉偏多，說明上篩網的孔較大，部分較老原料被分篩到了下一個出口中，而處理2的A2以1芽1葉為主，適宜加工名優茶。處理2各出口鮮葉的機械組成情況見表3。由表3可以看出，處理2中A1鮮葉以1芽2葉為主，占該出口量的56%左右，A2以1芽1葉為主，占該出口量的77%左右。處理2各出口各芽葉的分類比較情況見圖1。由圖1可知，處理2中A1較大程度地保留了較粗老的1芽2～3葉原料；而A2以1芽1葉為主，夾雜部分較嫩的1芽2葉原料；1芽1葉、1芽2葉及1芽3葉原料的A1∶A2分別為9∶16、89∶11、99∶1，充分說明該處理能較好地將1芽1葉與1芽2～3葉分開，分級效果明顯。

2.2 恩施振動分級機工藝優化試驗

2.2.1 恩施振動分級機的設備參數優化試驗設置的恩施振動分級機設備參數優化試驗結果見表4。由表4可知，設備的電機頻率與水平線傾角對于能否順利出葉十分關鍵，當電機頻率與水平線傾角調整為H=28.7 r/min、35°時，出葉順利，效果最佳。

2.2.2 恩施振動分級機篩網搭配優化為將1芽1葉、1芽2葉、1芽3葉有效地從混合原料中分離出來，優化該設備篩網搭配十分必要。以2.2.1得到的最優電機頻率與水平線傾角為參數，進行篩網搭配優化，得到的試驗結果見表5。由表5可知，從各出口鮮葉所占比率來看，各處理均將鮮葉大致分為B1、B2、B3 3檔；B1以處理8里最多，約有5.7 kg，占處理8鮮葉總重量的58%左右，并且與處理3、處理4、處理5、處理6、處理7之間達到了極顯著差異水平（P<0.01）；其次，B1鮮葉重量大小依次是處理8、處理7、處理6、處理3、處理5、處理4，從中可以看出，上篩網孔越小，上篩保留的鮮葉就越多。B2以處理5最多，達到了6.3 kg，占處理5鮮葉總重量的62%左右，并且與處理3、處理4、處理6、處理7、處理8之間達到了極顯著差異水平（P<0.01）；其次，B2鮮葉重量大小依次是處理5、處理7、處理4、處理8、處理6、處理3，說明上篩網孔越大、下篩網孔越小則B2保留的鮮葉就越多。B3以處理3最多，達5.22 kg，占處理3鮮葉總重量的56.15%，并且與處理4、處理5、處理6、處理7、處理8之間達到了極顯著差異水平（P<0.01），其次，B3鮮葉重量大小依次是處理3、處理4、處理6、處理8、處理7、處理5，說明下篩網孔越大則B3的量越大。從各處理各出口鮮葉所占比例來看，處理3以B3為主，占56.15%，B3∶B2∶B1為1.0∶0.2∶0.6；處理4以B3為主，占46.44%，B3∶B2∶B1為1.0∶0.6∶0.5；處理5以B2為主，占61.65%，B3∶B2∶B1為1.0∶4.2∶1.6；處理6以B3為主，占42.87%，B3∶B2∶B1為1.0∶0.5∶0.8；處理7以B1、B2為主，二者分別占42.41%、40.42%，B3∶B2∶B1為1.0∶2.4∶2.5；處理8以B1為主，占57.92%，B3∶B2∶B1為1.0∶1.2∶3.0。假設分級機能將1芽1葉、1芽2葉、1芽3葉完全分離出來，則B1原料應以1芽3葉為主、B2以1芽2葉為主、B3以1芽1葉為主，B3∶B2∶B1理想比值即為1.0∶1.4∶1.7。由上述計算結果來看，處理7結果與理想效果最為接近。從分級所需時間來看，處理7需要的時間較短，與處理3、處理8、處理4之間無顯著性差異（P>0.05），但與處理6、處理5之間達到了極顯著差異水平（P<0.01）。同時在感官判別時，處理7的分級效果較好，上、中、下3檔茶原料特征明顯，B1以1芽2～3葉偏多，適宜加工大宗茶；B2以1芽1～2葉較嫩原料為主，適宜加工優質茶；B3以1芽1葉為主，適宜加工名優茶。

處理7各出口鮮葉的機械組成情況見表6。由表6可以看出，處理7中B1較大程度保留了較粗老的1芽2～3葉原料，二者占該出口85.80%，B2以1芽1～2葉為主，二者占該出口的78.75%，B3以1芽1葉為主，占該出口92.22%，與感官判斷結果一致。同時，通過計算各類芽葉分級率，由圖2可以得出：供試原料中44%的1芽2葉、91%的1芽3葉保留在B1中，48%的1芽1葉、55%的1芽2葉保留在B2，44%的1芽1葉被分離到B3，充分說明該處理分級效果好。

3 小結與討論

試驗結果顯示，綠峰6CFJ-70鮮葉分級機設置電機頻率H=36 r/min、篩網搭配組合為20 mm+10 mm的設備參數，能較好地將1芽1葉與1芽2～3葉分開；恩施振動分級機設置振動電機頻率H=28.7 r/min、與水平線傾角調整為35°、篩孔搭配組合為25 mm+15 mm的設備參數，能較好地將1芽1葉、1芽2葉、1芽3葉分開。但由于試驗原料為手采鮮葉，機采鮮葉原料是否具有同樣的分級效果還需進一步驗證。

然而，針對目前機采茶鮮葉質量現狀，分級加工還有以下問題值得探討。①機采鮮葉分級設備及方法的問題。張蘭蘭等[6]、楊娟等[15]認為滾篩+風選組合分級效果最優，常春等[16]設計的基于神經網絡圖像分析的智能鮮茶葉分選機分類正確率可達到90%，此外也可考慮振動篩分+風選組合分級、初加工過程中分級等分級方法，但哪種方法最適宜還有待比較研究。②機采鮮葉是否需要分級問題。是否所有機采鮮葉均需要分級加工呢？前期調研發現，部分企業并不贊同機采鮮葉分級加工，如生產眉茶，機采原料基本是1芽3葉以上，鮮葉分級并沒有意義；生產炒青或名優綠茶時，機采原料為1芽2葉左右，若不分級直接加工成干茶后再進行風選、色選，亦能獲得較好品質的商品茶。朱躍進等[7]利用機采原料初制毛峰茶后進行抖篩、圓篩、風選等精加工，即可包裝銷售。所以機采鮮葉是否分級還需要看原料質量如何以及加工什么產品，不能一概而論。

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