栗香型優質綠茶自動化加工工藝設計與應用

黃懷生，粟本文*，鐘興剛，舒 琿

（1.湖南省農業科學院 茶葉研究所，湖南 長沙 410125；2.湖南省沅陵碣灘茶業有限公司，湖南 沅陵 419600）

綠茶是我國的主要茶類之一。近年來，隨著經濟的快速發展和生活水平的不斷提高，消費者對綠茶的品質要求從單一的口感轉變為滋味和香氣并重，栗香型優質綠茶不斷得到消費者的青睞，市場份額不斷擴大。但原有的加工方式效率較低，產品質量不穩定，勞動強度大。

隨著茶葉加工裝備與自動化控制技術的發展，茶葉全自動化加工生產已成為現代茶產業的發展趨勢。我國現階段已成功研發了多條全自動化加工生產線，如半烘炒型綠茶自動化生產線[1]、香茶自動化生產線[2]、炒青綠茶自動化生產線[3]、都勻毛尖自動化生產線[4]、黃山毛峰自動化生產線[5]、扁形茶自動化生產線[6]、條形紅茶自動化生產線[7]、紅綠茶兼制自動化生產線[8]等。本文在傳統單機作業及優化栗香型優質綠茶工藝的基礎上，借鑒自動化生產線建設成功的經驗，全部采用清潔化能源（電能），設計建立一條栗香型優質綠茶自動化、清潔化加工生產線，為我國優質綠茶的自動化加工生產提供參考。

1 工藝設計

試驗采用單機作業，設計5套加工工藝，以產自湖南省沅陵縣庫區茶葉基地的一芽二葉（部分一芽三葉）鮮葉原料，分別制作樣品，進行感官審評及計算能耗、用工及產品合格率等。主要工藝設計如下：工藝1：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-滾炒-滾炒-滾炒（一揉一烘三炒）。工藝2：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-復揉-烘干-滾炒-烘足干（兩揉兩烘一炒）。工藝3：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-復揉-烘干-滾炒-炒足干（兩揉兩烘兩炒）。工藝4：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-滾炒-炒足干（一揉一烘兩炒）。工藝5：鮮葉-攤放-殺青-揉捻-初烘-滾炒-烘足干（一揉兩烘一炒）。

其中：殺青機采用CST-70型滾筒殺青機，揉捻機采用CR-45型揉捻機，復揉采用CR-45型揉捻機，初烘采用五斗烘干機，滾炒采用6CPC-100型電熱瓶式炒干機，烘足干采用五斗烘干機，各高溫作業工序后均進行攤涼處理，揉捻后進行解塊。從表1可看出，外形方面以工藝4最高，其次為工藝3和工藝2；香氣方面也以工藝4最高，其次為工藝2和工藝3；湯色方面均可達到名優綠茶綠明亮要求，其中以工藝2和工藝4最佳；滋味方面，以工藝2和工藝3得分最高，達到90分；葉底基本保持完整，以工藝2得分最高，綠有光澤。從綜合得分來看，以工藝2綜合得分最高，其次為工藝3和工藝4。因此，自動化設計可以選用工藝2、工藝3和工藝4三種工藝進行設計。

表1 不同加工工藝品質比較Table 1 Comparison of quality of different processing techniques

為了更全面的了解工藝設計的合理性，項目組對工藝的能效、工效及正品率進行更全面的考查。從工藝效能來看（表2），工藝1工效較低，能耗高；工藝4工效高，能耗也較工藝2、工藝3和工藝5高，其正品率較低。因此，從工藝效能考慮，可以選用工藝2、工藝3和工藝5三種加工工藝。

表2 不同加工工藝效能比較Table 2 Comparison of different processing eff i ciency

綜上，工藝2和工藝3較適合優質綠茶自動化設計工藝；而從產品品質來看，工藝2產品色澤翠綠、香氣嫩栗香，較工藝3好，更符合優質綠茶的品質要求。因此，最終確定自動化設計工藝采用工藝2。

2 自動化生產線設計

2.1 設計思路

針對優質綠茶原料（一芽二、三葉為主）及品質特點，在以上工藝設計實驗的基礎上，采用“兩揉兩烘一炒”為設計工藝，各熱能和動能供應均利用清潔化的電能，單機設備主要以經過自動化控制改裝的萎凋機、殺青機、揉捻機、單層烘干機、攤涼回潮機、瓶式炒干機、自動烘干機等，通過平輸、立輸、斜輸和振動裝置連裝成一條完整的生產線。自動化控制采用工藝化設計模塊化管理，共設計攤放模塊、殺青模塊、兩揉兩烘模塊（初揉模塊、復揉模塊和初烘模塊、復烘模塊）和滾炒足干模塊4大模塊，對各模塊進行機械選型配套，建立一套功能實用、使用簡便、人機界面友好的日產150～200 kg優質綠茶自動化生產線及其控制系統。整套設備以實現茶葉加工參數精準控制、加工狀態動態實時顯示、加工數據自動存儲與更新及自動控制與手動控制自由切換為目標，并可根據不同鮮葉的嫩度、含水量等具體條件，設置各種加工方案，并在生產結束后形成文本報表、打印輸出。

2.2 工藝模塊化設計

2.2.1 攤放

攤放工藝由攤放模塊組成（圖1），裝備主要有上料斜輸機、往返式行車布料機、勻葉機、上下調節式固定勻葉器、三層100 m2步走式履帶、出料輸送機、電熱加溫鼓風裝置和紅外線感應探頭等。因攤放工藝是優質綠茶生產的第一道關鍵工序，對于提高茶葉品質尤其是茶葉香氣及保證后序工藝的順利開展非常重要。因此，要求攤放均勻，厚度可調，設計時采用了往返式行車布料，同時設計上下可調式勻葉器，滿足優質綠茶攤葉的需要。春季雨水多發季節，氣溫相對較低，為了不影響正常的生產以及加工效率，設計了加溫鼓風裝置，能及時處理鮮葉，保證原料的新鮮度。考慮到自動化的科學性，在下料端設計一個紅外線感應裝置，工作上料時，開啟主控自動上料，當布料滿后，出料端紅外線感應器傳導信號至主控，停止上料，使自動化控制更智能化。攤葉厚度5～10 cm，攤放時間一般4～6 h可以達到優質綠茶攤放要求，含水量70%左右。開始下料殺青，下料采用出料時間30 s，停機時間10 s進行程序化控制，同時配合殺青機送料端的紅外感應調節在線流量，達到流量匹配。

2.2.2 殺青

殺青工藝主要由殺青模塊組成（圖1），裝備有上料斜輸（安裝紅外感應探頭）、振動式投料盤、電熱熱風補償式70D型滾筒殺青機、6CML75型冷卻機、6CFC48型風選機、輸送帶及控制箱等。電熱熱風補償式70D型滾筒殺青機，電機總功率：73.5 kw，能耗：73.5 kw（電），工作效率200～300 kg/h（鮮葉），整機質量600 kg，外形尺寸4500×1100×1600 mm。70D型殺青機在電阻加熱的同時，加載熱風補償，可快速補償筒體因殺青時鮮葉帶走的熱量，保障筒體溫度的穩定。同時，熱風補償可結合滾筒出葉端的排氣泵及筒體內徑大，減少悶黃可能，保證了綠茶“三綠”品質。上料斜輸設計紅外感應器，調節下料，當下料過快，儲料斗紅外感應反饋至攤放模塊主控停止下料，實現下料與投料的平衡，達到下料與投料的智能控制。殺青出料后經過6CML75型冷卻機（風冷型）冷卻，冷卻至室溫后通過輸送帶，輸送至風選機（6CFC48型風選機）吹出黃片，同時進一步冷卻，保證產品的綠色和勻凈。根據栗香型優質綠茶殺青要求（葉色暗綠，葉緣微卷，清香凸顯）、投葉量及單機實驗結果，殺青設置溫度330℃，開啟熱風補償，同時開啟尾端排氣電機抽走筒體內的濕氣，以保證殺青效果良好。

圖1 攤放及殺青工藝模塊Fig. 1 Deposition and solidif i cation process

2.2.3 揉捻與初烘

揉捻和初烘采取“兩揉兩烘工藝”，包括初揉模塊、初烘模塊、復揉模塊和復烘模塊（圖2）。初揉模塊和復揉模塊均由4臺45型自動揉捻機（6CRZ45型自動揉捻機）聯裝、在線電子稱（6CDC18Ⅱ電子稱量裝置）2臺、震動出料槽2條、解塊機（6CJK30型解塊機）1臺、輸送帶以及控制箱組成。一芽二葉（部分一芽三葉）鮮葉原料較嫩，揉捻容易成條，且不需很大的壓力，根據現時流量，采用45型揉捻機能夠滿足產量要求。另一方面，機組占用空間與整條生產線匹配，達到美學的要求。初烘模塊和復烘模塊主要有電熱式單層烘干機（6CH12型單層茶葉烘干機功率1.5 kw，DRL153型電熱風爐總功率153 kw）、6CHS11型茶葉緩蘇機、輸送設備及控制箱等。初烘和復烘模塊采用單層烘干機，達到快速脫除茶葉水分，減少茶葉在烘干機密閉高溫環境中的時間，以保證綠茶的色澤。

初揉模塊在殺青清風冷卻、風選后進行，以在線電子稱定量揉捻。每個模塊設計兩臺電子稱，一臺電子稱供料兩臺揉捻機，可減少下料等待時間，同時不需增加儲料裝置，減少了殺青葉的悶黃風險。考慮到與殺青機流量匹配以及揉捻效果，初揉參數設計1臺揉捻機裝葉12 kg，加壓采用壓力桿（揉捻機蓋的支撐桿）定位加壓，揉捻機關閉桶蓋時壓力桿位置定為原點（0 mm），最大壓力位500 mm。揉捻時間12 min：2 min（無壓0 mm）+4 min（輕壓150 mm）+1 min（松壓100 mm）+4 min（重壓250 mm）+1 min（松壓0 mm出料）?？梢愿鶕枰O置多段加壓位點程序，滿足實際需要。揉捻下機后進行解塊，進入初干。

初烘模塊茶葉水分含量高，在密閉的高溫環境下容易悶黃。為了保持茶葉色澤翠綠，生產線初烘設計采用單層自動烘干機，初烘設置溫度為140℃，攤葉厚度3 cm左右，行車速度（翻板行進速度）的電機速率40 rnd/min。初烘后攤涼回潮30 min。

初烘攤涼回潮后復揉，復揉模塊進一步緊細條索。此時茶葉水分較初揉時少，但茶條比較松散，因此裝料比初揉應少，復揉每桶裝料10 kg。揉捻時間較初揉時間稍長為15 min：2 min（無壓0 mm）+5 min（輕壓200 mm）+1 min（松壓150 mm）+6 min（重壓350 mm）+1 min（松壓0 mm出料），壓力較初揉重，下機后解塊，進入復烘。

復烘模塊為第二次烘干，此次烘干主要是烘干茶條表面水分，控制茶葉的水分含量，滿足后序操作。溫度設置120℃，行車速度的電機速率35 rnd/min，茶葉含水量達6成干。復烘后冷卻進入緩蘇機攤涼30 min左右，均衡茶葉各部位水分。

2.2.4 滾炒足干

滾炒足干由滾炒模塊和足干模塊組成（圖3），滾炒模塊由兩臺100型瓶式炒干機、6CDC35C電子稱量裝置、輸送帶及控制箱組成。足干模塊由一臺多層自動烘干機及冷卻設備組成。第三次干燥是滾炒，緩蘇機攤涼后稱量30 kg下料至100型瓶式炒干機，溫度240℃，滾炒時間30 min，茶葉達到8～9成干即下機。振動輸送至自動烘干機進行第四次干燥（足干），足干溫度100℃，電機速率40 rnd/min。

3 效果測評

自動化生產線建成后進行試生產，對其能耗、工效、產品正品率和產品品質與單機作業進行了對比。從感官品質可看出（表4），單機作業在香氣和滋味略微比自動化生產線產品好，但外形的均勻性較自動化生產線差，兩者綜合得分沒有明顯差異。從效能來看（表3），自動化生產線效能明顯優于單機，能耗降低3.6%，工效提高23.8%，正品率提高2.8%。因此，兩者綜合考慮，自動化生產線在品質保障的前提下，能明顯降低加工生產成本。自動化生產線的建立是成功的，可以進行推廣應用。

圖2 兩揉兩烘工藝模塊Fig. 2 Two kneading two baking process

圖3 干燥模塊Fig. 3 Drying module

表3 自動化生產線效能Table 3 Eff i ciency of automated production line

表4 自動化生產線產品品質Table 4 Quality of automatic production line

4 小結

優質綠茶質量好價格適中，市場占有率高。然而，市場上的優質綠茶產品花色各異，品質參差不齊，發揮不出茶葉的增值效應。通過栗香型優質綠茶加工工藝優化，湖南省沅陵碣灘茶業有限公司斥資300多萬元，聯合浙江春江茶葉機械有限公司，依據優化工藝建立了優質綠茶自動化加工生產線，生產線采用工藝模塊化控制，手動和自動可切換，全線采用清潔化能源電能，總裝機功率489 kw，真正實現優質綠茶的清潔化、標準化加工。經多次實驗和試生產，整條生產線運行良好，加工的產品優良。自動化加工生產線將是茶葉加工發展趨勢，但我們也發現，現在的自動化加工生產線自動化控制復雜，加工產品單一，設備型號大，投資大等弊端，這些將是今后自動化生產線研發的一項重要工作。

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