黑茶渥堆工藝研究進展

張 亞黃亞亞 梁 艷 紀曉明 胡 歆,2

(1. 咸陽涇渭茯茶有限公司，陜西 咸陽 712044; 2. 陜西蒼山秦茶集團有限公司，陜西 西安 710003; 3. 國家林業局茯茶工程技術研究中心，陜西 咸陽 712044)

黑茶渥堆工藝研究進展

張 亞1黃亞亞1梁 艷1紀曉明2,3胡 歆1,2

(1. 咸陽涇渭茯茶有限公司，陜西 咸陽 712044; 2. 陜西蒼山秦茶集團有限公司，陜西 西安 710003; 3. 國家林業局茯茶工程技術研究中心，陜西 咸陽 712044)

黑茶屬于后發酵茶，渥堆是形成黑茶品質的關鍵性工序。文章詳盡綜述了近年來黑茶渥堆的研究進展，指出渥堆的實質是濕熱環境、微生物及酶綜合作用的結果，從黑茶香氣、色澤、滋味等方面概述渥堆過程中功能成分的變化，提出利用接種微生物及添加外源物作為創新渥堆工藝的思路，討論了包括翻堆設備、發酵罐在內的自動化渥堆車間的開發應用及面臨的問題難點，以期為黑茶渥堆工藝的進一步探索提供方向。

黑茶；渥堆；調控技術；翻堆設備；發酵罐；自動化車間

黑茶屬于后發酵茶，是中國特有的一大茶類，主要產于湖南、云南、廣西、四川、陜西等地，包括普洱茶、茯磚茶、青磚、康磚、六堡茶等。黑茶采用較粗老原料加工而成，初加工包括殺青、揉捻、渥堆和干燥4道工序。其中，渥堆是黑茶品質形成的關鍵工序，在此進程中，茶葉中內含物質發生復雜的化學變化，形成黑茶獨特的色澤、香氣、滋味[1]。本文從黑茶渥堆作用的實質、過程中主要成分的變化、工藝的調控以及自動化渥堆設備的開發等方面進行概述，更為全面地分析渥堆過程及設備研發，旨在為黑茶渥堆工藝的進一步探索提供方向。

1 黑茶渥堆的實質

1.1 濕熱作用

濕熱作用貫穿于黑茶渥堆的始終，在渥堆中起重要作用。在適宜的溫度和濕度、氧氣和適當筑緊的條件下，渥堆葉經長時間的濕熱作用發生一系列化學變化。其中，以茶多酚為主的內含成分發生非酶促自動氧化，形成一系列初級產物和次級產物，蛋白質和氨基酸的分解、降解，碳水化合物的分解以及各產物之間的氧化縮合，生成更加復雜的化合物如茶褐素等產物，對黑茶的品質形成有重要作用[2]。

1.2 微生物作用

渥堆過程是黑茶微生物快速增長的階段，Tian Jian-qing等[3]通過培養依賴和PCR-DGGE方法研究表明，相比原料，真菌和細菌的個體數目在成熟的黑茶中含量更高。周紅杰等[4]發現，黑茶渥堆過程中的微生物主要有黑曲霉、青霉屬、根霉屬、灰綠曲霉、酵母屬、土生曲霉、白曲霉、細菌類，其中黑曲霉最多，酵母次之；Michiharu等[5-7]發現Blastobotrys adeninivorans、Arxula adeninivorans、芽孢桿菌等是渥堆中后期的優勢種群；溫志杰等[8]研究了六堡茶渥堆發酵中微生物的變化，發現其中存在著大量的細菌、酵母、霉菌；李東等[9]發現雅安藏茶渥堆過程中主要的真菌種群是黑曲霉、塔賓曲霉、總狀枝毛霉、炭黑曲霉、根霉等；劉石泉等[10]認為茯磚茶渥堆過程中普遍存在的是假單胞菌、克雷伯氏菌、乳桿菌。此外，Doris[11]證實了普洱茶的安全性，所有樣品中均未檢測到黃曲霉毒素和伏馬毒素。

黑茶渥堆中微生物的變化是有一定規律的，細菌數目在渥堆初期大量增加，當渥堆溫度達到一定時，霉菌大量繁殖，產生的雙糖和多糖物質為酵母提供養分使酵母大量繁殖，細菌數目則減少[12]。普洱茶渥堆一般堆溫50～65 ℃、渥堆葉pH變化范圍3～6，黑曲霉等嗜熱真菌可以在50 ℃生長，塔賓曲霉和熱帶假絲酵母可在25～45 ℃、pH 5左右適合生長[13]。微生物在代謝活動過程中，為了滿足自身對碳、氮的需求，通過分泌胞外酶，實現各種物質的轉化，同時呼吸放熱加劇了濕熱作用，促進黑茶品質的形成。

1.3 酶促作用

劉仲華等[14]系統研究了黑茶渥堆過程中的酶活性變化，結果發現渥堆過程中新的酶系統源自微生物代謝分泌的胞外酶，為滿足自身生長繁殖需要，微生物通過代謝過程產生纖維素酶、果膠酶和淀粉酶等水解酶系，并使包括多酚氧化酶、過氧化物酶等在內的氧化酶系發生根本性變化，促進茶葉中內含物質的改變。其中，黑曲霉能產生多種水解酶，分解包括有多糖、脂肪、天然纖維、蛋白質、果膠等有機物，產物多為單糖、氨基酸、水化果膠和可溶性碳水化合物，從而形成黑茶甘滑、醇厚的品質[4]。

黑茶渥堆過程中，同時存在著濕熱、微生物、酶促作用，它們之間相互影響，相互促進，形成了黑茶特有的風味品質，見圖1。

2 渥堆中主要成分變化

2.1 香氣

黑茶特征香氣的形成來自3個方面：① 茶葉本身芳香物質的轉化、異構、降解、聚合形成黑茶的基本茶香；② 來自微生物及其分泌的胞外酶，在渥堆過程中對各種底物作用而產生的一些風味香氣；③ 烘焙中形成和吸附的一些特殊香氣[15]。

黑茶在渥堆過程中形成大量的雜氧化合物和酯類物質[16]，微生物代謝釋放水解酶，促進單萜烯醇配糖體水解形成單萜烯醇[17]。不同黑茶香氣特征較大，湖南的“湘尖”具有松煙香，茯磚具有“菌花香”；云南普洱茶(熟茶)強調的則是一種特殊的“陳香”；廣西六堡茶的香氣除“醇陳”之外，還有松煙和檳榔氣味[18]。有研究[19-20]證實普洱茶陳香特征與1,2,3-三甲氧基苯及1,2,4-三甲氧基苯等烷氧基苯類化合物密切相關。而水楊酸甲酯、β-紫羅蘭酮、香葉基丙酮等[20-21]與“菌花香”的特征存在有一定聯系。陳文品等[22]研究比較了具有檳榔香和菌香韻的六堡茶香氣組分，結果顯示前者檢出高含量芳樟醇和D-檸檬油精等，后者則檢出較高含量的醇類化合物3-甲基-1,2-丙二醇，并檢測到吡咯、1-乙基吡咯等成分，正是這些不同組分和含量的差異導致感官審評時六堡茶的香氣表現出兩種不同風格。

2.2 色澤

色澤是茶葉脂溶性色素和水溶性色素的綜合反映，其中脂溶性色素形成黑茶的干茶和葉底色澤，包括葉綠素a、葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素等；水溶性色素是茶多酚氧化的主要產物，構成黑茶的湯色，包括茶黃素、茶紅素和茶褐素等。鮮葉經過加工，其內部各種內含色素和色素源物質經氧化、分解、轉化聚合，最終使茶褐素含量上升，形成黑毛茶外形黃褐、湯色橙黃明亮的特征[23-24]。

2.3 滋味

黑茶滋味是茶多酚及其氧化產物、氨基酸等物質的綜合體，由于渥堆過程中多酚類物質的降解和異構作用，苦澀味較弱的沒食子酸及兒茶素的氧化聚合產物得以保留，而呈苦澀味的酯型兒茶素進行水解，茶葉中醇和類呈味物質增加，苦澀味降低。楊撫林等[25]認為，渥堆過程中大分子碳水化合物分解成小分子的糖及可溶性糖，在感官上表現為“甘”，蛋白質被分解產生多種氨基酸，賦予黑茶茶湯“醇”的口感。Zhu Yu-chen等[26]研究發現天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、丙氨酸、茶氨酸和酪氨酸是普洱熟茶中的主要氨基酸，發酵期間總游離氨基酸含量顯著降低(P<0.05)。

3 工藝的優化與調控

3.1 傳統渥堆工藝

傳統的黑毛茶渥堆一般是在背窗潔凈的地面，避免陽光直射，保持室溫25 ℃以上、相對濕度85%、茶葉含水量65%左右。普遍做法是將初揉后的茶坯立即堆積起來，上面加蓋濕布等物，渥堆過程中進行翻堆，待茶坯表面出現水珠，葉色由暗綠變為黃褐，茶團黏性變小，一打即散，即為渥堆適度[27]。

茶葉含水量、溫度、渥堆時間是黑茶渥堆作用的重要因素，水是渥堆過程中化學變化和生物化學變化的必要介質和直接參與者。馮超浩等[28]、胡捷等[29]研究認為不同潮水量會影響渥堆過程中堆溫、微生物和酶活，發現40%～45%潮水量下普洱茶感官品質、霉菌和各類酶活性維持在較高水平。適宜的溫濕度是保證渥堆過程微生物生長代謝和茶葉自身酶促反應的重要條件，研究[30]發現滇桂黑茶渥堆發酵中葉溫不能超過60 ℃，控制在40 ℃左右最好，云南多數茶廠選擇秋天進行渥堆，溫濕度適宜發酵和后續的晾干。劉石泉等[31]通過調控茶葉含水率、渥堆溫度、渥堆時間，優化茯茶渥堆工藝，分析其理化成分變化，綜合評價認為茯磚茶在含水率為23%～28%、渥堆時間為24～30 h、渥堆溫度為35～40 ℃時發酵較好。鐘興剛等[32]通過較長時間(36～48 h)及二次渥堆，充分利用微生物，使天尖中茶多糖含量提高30%以上。農艷芳等[33]研究六堡茶渥堆工藝，得出蒸壓前茶葉含水量控制在16%～18%，蒸壓形成后存放環境溫度控制在(25±2) ℃，濕度為78%～82%，茶葉溫度為(30±2) ℃較易發花。

3.2 創新渥堆工藝

目前，傳統渥堆工藝以人工操作為主，環境因素難以控制，工藝時間長、單次處理量大，易出現渥堆不均勻、渥堆程度不到位或渥堆過度等偏差[34]。針對于此，行業學者除了探索傳統渥堆中溫、濕度等最佳條件外，也在利用接種微生物、添加外源物優化渥堆工藝，提高渥堆品質，見圖2。

3.2.1 接種微生物 梁名志等[35]通過人工接種黑曲霉、青霉和酵母固態發酵普洱茶，結果發現3種真菌的添加能保持自然渥堆普洱茶的基本品質。周春紅等[36]從普洱茶渥堆樣中篩選出生產菌株，分別接種至茶葉鮮葉中進行發酵，結果發現普洱茶中茶黃素、茶紅素和可溶性糖含量在發酵過程中呈減少趨勢，茶褐素呈增高趨勢，顯示合適的菌種配比及接種量對普洱茶的生產有很好的促進作用。

3.2.2 添加外源物 李中皓等[37]通過纖維素酶、過氧化物酶和風味蛋白酶對黑茶品質成分的影響研究表明，適量的酶促處理有利于黑茶品質成分的形成。唐燕山等[38]研究發現纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶及外源酵母的添加對黑茶渥堆過程中水溶性總糖、氨基酸、茶多酚的含量變化影響顯著。龔加順等[39]利用潮水和不同外源物質對曬青綠毛茶進行固態發酵，發現茶葉的外觀色澤以及湯色均有顯著性變化，添加葡萄糖、沒食子酸、焦性沒食子酸、甘氨酸等以及它們的混合物均能促進茶褐素的大量形成。高力等[40]研究發現，黑茶發酵前期的多酚氧化酶活和霉菌總數的最大值，與外源添加物木糖的濃度呈正相關；茶多酚與兒茶素含量變化速度加快，且與木糖濃度呈正相關；而茶黃素變化與木糖濃度呈顯著負相關；添加木糖能縮短黑茶發酵時間，且茶湯滋味更甘甜，香氣更濃郁。付贏萱等[41]將不同濃度多酚氧化酶處理普洱茶，發現試驗組渥堆平均溫度相對較高，其中茶多酚、兒茶素指標變化速度加快且與多酚氧化酶的添加量呈負相關，茶褐素積累較快，添加量分別為1.6，3.2 U/g的多酚氧化酶組可達到陳年普洱茶的品質特點，縮短發酵周期。劉通訊等[42]探討了外源氨基酸對普洱茶湯中的呈味物質以及香氣成分的形成有顯著影響，能加快普洱茶特殊品質的形成。

4 自動化渥堆設備的開發應用

4.1 翻堆設備

李亞莉等[43]對人工翻堆各動作采用機械模擬方式進行創新設計，研制出移動式普洱茶發酵翻堆機，該設備主要由旋轉耙堆裝置、輸送提升裝置、解塊裝置及電機控制裝置等部分組成，利用籠網狀解塊輪的高速旋轉打散茶葉進行解塊，實現翻堆、輸送、解塊等工藝一次性完成。楊光等[44]設計出為解決黑茶發酵過程中翻堆降溫的問題，設計一種黑茶翻堆設備，經試驗發現影響溫差變化最大的是輥筒線速度，影響含水率變化最大的是輥筒線速度和前進速度的速比，影響蓬松率最大的是前進速度。肖宏儒等[45]設計了一種安裝在行走總成上的黑茶發酵翻堆機，此裝置可實現在行走過程中逾越地面障礙，實現連續均勻的茶葉翻堆，提高渥堆效率。

4.2 發酵罐

黑茶發酵罐的設計包括溫度、濕度、內部壓力、翻轉周期、數據采集等主要因素。黃云戰等[46]采用三維建模對發酵罐攪拌機構進行有限元分析，研制出自動發酵罐專用變頻控制柜，設計出潮水、解塊裝置。吳紹帥等[47]研發出集自動潮水、保溫保濕發酵、旋轉翻堆等技術于一體的多功能雙層保濕轉動式普洱茶發酵罐(專利號ZL2009201116889)，可實現普洱茶發酵過程的自動化、清潔化、數字化、標準化和可控性操作。李亞莉等[48]應用雙層保濕轉動式普洱茶發酵罐(專利號ZL200920111698.9)，以云南大葉種曬青茶為原料，研究發酵罐的最優工藝參數。羅新文等[49]優化了發酵罐的主軸管直徑、解塊叉桿連接方式和變頻控制方式，設計出II型普洱茶發酵罐，對車間外部環境條件(溫度、濕度)進行監測，通過自動控制精確定量潮水，渥堆前潮水比例按25%～33%、接入不同發酵劑進行加工試驗，結果顯示普洱茶感官審評色澤、香氣、滋味等變化較為理想。

發酵罐罐體工作時的變形量、應力分布、強度等直接影響到發酵罐能否安全有效地工作，李歡等[50]運用有限元分析方法，建立黑茶發酵罐罐體模型，得出發酵罐的位移分布和應力分布，確定發酵罐的危險區域為中部和邊緣，對罐體的整體和局部受力條件有更直觀準確的認識，為以后發酵罐的結構優化提供理論基礎，提高設計的安全性、經濟性。

4.3 自動化發酵車間

黑茶清潔化發酵車間的設計是將微生物技術、機械加工技術和電氣控制技術融為一體，根據茶葉發酵量、霧化加濕設備、環境和茶堆溫濕度變化規律等因素設計出黑茶發酵車間的有效空間尺寸，并進行生產試驗，其中自動化渥堆設備由PLC主控設備、溫濕度傳感器、變送器、計算機處理系統等構成[51]。

吳曉強等[52]為自動調整普洱茶發酵車間環境溫度，有效提高普洱茶的均勻發酵效率，采用最小二乘法進行溫度測量數據處理，建立發酵過程中車間溫度的數學模型，為自動化普洱茶發酵車間的環境溫度控制提供了理論依據。偉恒等[53]設計出一種基于C8051F020單片機的溫濕度自動監測預警系統，將溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器HS1101應用于黑茶渥堆過程。聞娜等[54]建立了一種基于PLC技術的自動化黑茶渥堆生產裝置，通過電源照射、光纖探聚集發酵信息、發酵儀轉換成數字信號、微處理器進行處理、計算和分析，從而完成對待測黑茶樣品渥堆程度的預測。趙永杰等[55]開發出普洱茶發酵車間測控系統，基于PLC和現場總線等現代技術，利用傳感器在線檢測茶溫和水分等過程參數，使不同批次普洱茶的質量趨于穩定。何梅珍等[56]設計出六堡茶自動發酵聯合控制機，該設備封閉式設計、保濕透氣，發酵箱采用復合結構材料，利于優勢微生物種群的保持和傳遞。

5 展望

近年來，關于黑茶渥堆的研究取得了一定的進展，結合國內外研究現狀來看，黑茶渥堆目前的研究情況及未來研究方向是：

(1) 不同黑茶渥堆過程中的主要微生物種類及變化已基本研究清楚，但缺少其相應的作用機制及最適生長條件研究；同時，開展黑茶渥堆過程中酶的基因調控、功能成分形成機理三者之間相互聯系的研究，從本質上揭示渥堆對黑茶品質的形成機理，是今后渥堆基礎性理論研究的主要方向。

(2) 對渥堆過程中接種優勢微生物和添加外源物的研究已經普遍，其主要分析對茶葉內含物成分含量的影響，而缺少相應對生產周期、生產成本，以及內含物變化機理、規律的研究，尚需建立外源添加物對黑茶渥堆功能成分的影響機制，進而全面考察菌種的配比、接種量以及多種類型的外源物組合來調控黑茶的渥堆進程。

(3) 黑茶自動化渥堆設備的研制，主要集中在發酵罐的開發、渥堆倉的建立、環境的智能控制、動態式監測等方面，目前關于普洱茶、六堡茶的自動渥堆設備已運用到生產實踐中，但是大多是小批量生產，如何做到工業化、商品化，在降低能耗、增加產能的基礎上保證自動化設備安全、持續、高效地進行仍需進一步探討。此外，自動化設備的開發中仍存在一些問題，比如發酵罐內部壓力的控制、如何安全持續渥堆、罐內環境是否利于微生物生長等。今后的研發方向應集中在降低能耗、增加渥堆量的基礎上，注重發酵罐罐體材料的開發、如何利用接種及添加外源物縮短罐內茶葉渥堆時間(控制發酵程度)、發酵罐如何進行循環渥堆以及自動化設備的動態式監測等方面，從而實現黑茶的科學化生產。

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Research progress on pile-fermentation of dark tea

HUANGYa-ya1LIANGYan1JIXiao-ming2,3HUXin1,2

(1.XianyangJingweiFuTeaCo.,Ltd.,Xianyang,Shaanxi712044,China; 2.ShaanxiC.S.QTeaGroupCorp.,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710003,China; 3.StateForestryAdministrationEngineeringResearchCenterofFuTea,Xianyang,Shaanxi712044,China)

Dark tea is one kind of peculiar post-fermented tea in China,while pile-fermentation was the key process for forming the quality. This review summarized the recent progress in pile-fermentation of dark tea including the essence of pile-fermentation, which was the result of the combination of hot-humid environment, microbial effect and enzyme action. The change of the aroma, color and taste of dark tea were analyzed by functional components in the process of pile-fermentation. Furthermore, the idea of using inoculated microorganisms and adding exogenous materials as innovative pile-fermentation, as well as the development and application of automated pile-fermentation workshop including turning device and fermenter were put forward. Combined with the above aspects,the paper for the purpose of provide direction and opinion to the further research on pile-fermentation of dark tea.

dark tea; pile-fermentation; regulation technology; turning device; fermenter; automation workshop

陜西省自然科學基礎研究計劃(編號：2015JQ3080)；陜西省青年科技新星計劃項目(編號：2016KJXX-76)；咸陽市二○一五年科學技術研究計劃項目(編號：2015K02-24)；咸陽市2015年中青年科技領軍人才計劃(編號：2015K04-30-2)

張亞，女，咸陽涇渭茯茶有限公司助理研究員，碩士。

紀曉明(1964—)，男，陜西蒼山秦茶集團有限公司高級工程師。E-mail：jxm0312@126.com 胡歆(1984—)，男，咸陽涇渭茯茶有限公司高級工程師，博士。E-mail：sysu-huxin@hotmail.com

2016-12-26

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.03.044