白茶清潔化智能化精制生產線工藝技術研究與應用

劉烽 王文燦 高謙

(云南省農業機械研究所，云南 昆明 650032)

前言

白茶是中國6大茶類之一，中國茶葉流通協會統計數據顯示，2020年中國茶葉總產量為298.6萬t,白茶產量占比2.47%，較2019年大幅增長56.3%。2020年全國白茶農業產值約75.2億元，較2019年增加20.1億元，增幅達36.41%[1]。

白茶是鮮葉采摘后，主要經過萎凋和烘干加工的茶，因此白茶外形松散，比重較輕，流動性差。在茶葉精加工階段，可以去除制作環節中混入的雜質，也可以除去次茶，使得茶葉的潔凈得到保證，提高茶葉的品質。同時，通過干燥茶葉，有助于白茶提香和香氣釋放，使得品質提升，從而延長儲存時間。拼配過程可以使茶葉條索、顏色更均勻，口感各方面得到更好的提升，讓各時期加工的茶葉規格一致，在保證質量穩定的同時發掘出茶葉最好的經濟價值[2]。

茶葉精制過程中主要以人工挑揀雜質，配置單機設備以圓篩機、風選機為主，各個環節需要人工參與完成，這個過程很容易造成茶葉的二次污染，如在加工過程中茶葉掉落到地面受灰塵以及細菌的污染，在生產過程中人手頻繁的觸摸茶葉，加工機械清潔不到位或不及時，這些都可能造成茶葉的污染，使得白茶食品安全衛生及品質不能得到很好的保證，同時生產效率也不高，制約著白茶茶葉加工水平的提升，設計研發用于白茶清潔化、智能化加工設備有很重大的意義。白茶精制加工作為白茶生產過程中的重要環節，加工的品質穩定性、質量、衛生情況受到各加工企業的高度重視，規模化生產采用清潔化、智能化白茶生產線是白茶加工的發展趨勢。

1 白茶精制加工工藝流程

1.1 白茶精制加工工藝流程

根據工藝要求，不同的茶葉精制和加工也不同，但多數茶類精制加工基本都包含篩分、風選、除雜和拼配等幾個工序。白茶精制過程主要包括以下幾個工序,對原料中雜質揀剔、勻堆拼配、烘干、包裝入庫。具體工藝流程如圖1所示。

勻堆槽(精制)→平圓→風選→色選→靜電→揀剔→勻堆槽(半成品)→烘干→入庫

1.2 工藝基本參數

產量400kg·h-1；復焙時間30min；成品茶含水率小于7%。

2 白茶清潔化、智能化精制加工生產線設計方案

傳統茶葉生產加工以單機加工為主，加工過程中需要人工輔助，生產效率低，人工投入大，產品質量不穩定，智能化和清潔水平不高，對茶葉加工規?；a有較大的影響。

依據傳統白茶精制生產工藝，設計福鼎白茶清潔化、智能化加工生產線，旨在提高茶葉生產穩定性、降低加工成本，提高經濟效益，為推廣白茶清洗和智能化加工技術提供參考。白茶清潔化、智能化加工生產線如圖2所示，由拼配機組、圓篩機組、風選機組、色選機、除雜機組及人工檢查臺由輸送設備組成，按照日處理白茶80擔(4000kg·d-1)的產量配置生產線。根據白茶精制工藝要求，白茶精制流程分成2段。

2.1 白茶精制第1段工藝流程及設備配置

白茶精制第1段工藝流程包括工序如圖1所示。

圖1 白茶精制第1段工藝流程圖

本生產生產線包括拼配機、圓篩機、風選機、色選機、靜電除雜機和人工撿剔臺見圖2。

圖2 生產線設備布置圖

拼配機與圓篩機連接，色選機與靜電除雜機連接，人工撿剔臺設置在末尾；風選機為2臺，第1臺風選機放置在圓篩機與色選機中間，風選機進料端與圓篩機出料端連接，風選機出料端與色選機進料端連接，第2臺風選機放置在靜電除雜機與人工撿剔臺之間，風選機進料端與靜電除雜機出料端連接，風選機出料端與人工撿剔臺進料端連接；其中拼配機包括水平輸送帶、混料輸送帶、原料輸送帶和混料裝置，水平輸送帶水平設置，6個原料輸送帶設置在水平輸送帶兩側，混料輸送帶進料端設置在水平輸送帶尾部，混料輸送帶出料端與混料裝置連接；混料裝置內部交錯設置有數塊傾斜的下料板，下料板固定在混料裝置內壁上；圓篩機包括篩盤和出料圓口，篩盤分為4層，從上至下平行設置，出料圓口為4個，每層篩盤尾部連接1個出料圓口，4個出料圓口等間距固定在圓篩機尾端，其中1個出料口位于第1風選機上料輸送帶的上方；風選機包括振動篩、風選箱、出料口和鼓風機，振動篩為前端低、后端高的傾斜狀設置，振動篩前端設置在前方加工設備的出料端下方，風選箱進料口設置在振動篩后端下方，數個出料口等距設置在風選箱底部；鼓風機安裝在風選箱底部，風向從風選箱前端吹向后端；第1臺風選機的振動篩前端通過輸送帶與圓篩機的出料圓口連接；靜電除雜機主要部件有送料板、靜電輥筒、毛氈條和電機，送料板前端高、后端低傾斜設置，數個靜電輥筒平行設置在送料板上，與送料板的送料方向垂直，每個工程靜電輥筒上均設置有一塊毛氈條，毛氈條覆蓋在靜電輥筒上表面，電機通過鏈條與靜電輥筒連接，帶動靜電輥筒轉動；人工撿剔臺包括水平輸送帶和照明燈，水平輸送帶前端設置在靜電除雜機的出料口下方，照明燈水平設置在水平輸送帶上方。

多種茶葉分別通過拼配機的原料輸送帶一層一層的平鋪到水平輸送帶上，調節原料輸送帶的輸送速度，實現不同茶葉的比例要求；通過混料輸送帶運送至混料裝置內，經過交錯布置的下料板一層一層的交錯平鋪完成混合后進入圓篩機，經過圓篩機內豎向設置的多層篩盤篩選，篩選后的茶葉分別從數個出料圓口中排出，根據所需的茶葉要求，將第1臺風選機的輸送設備移動到符合要求的出料圓口下方，該出料圓口排出的符合要求的茶葉通過輸送機后經振動篩進入風選箱內，其他出料圓口中的茶葉則分別裝箱，待后續處理；風選機的風選箱內，利用吹風將茶葉和雜物向風選箱后端吹送，在吹送過程中，茶葉和雜物因自身重量以及受風力吹送，進行風選操作，然后從風選箱的多個卸料口排出不同大小的茶葉，其中1個出料口的茶葉通過輸送機進入色選機，其他風選出料口中的茶葉或雜質則分別收集，待后續處理；色選機選用美亞光電的多層色選機對茶葉根據顏色進行分選；分選后進入靜電除雜機中，利用毛氈條摩擦靜電輥筒產生的靜電，吸附茶葉中包含的雜物；然后進入第2臺風選機，再次經過風選除雜后其中1個茶葉規格符合要求出料口的茶葉通過輸送機進入人工撿剔臺；將茶葉均勻平鋪在水平輸送帶上，對靜電、風選、色選等機械設備沒有剔除的非茶類物質進行最后的揀剔，揀剔過程中，還可以開啟照明燈，提高揀剔效率，以確保茶葉的清潔衛生。

2.2 白茶精制第2段工藝流程

經過第1段加工的不同品種的白茶半成品，再次利用拼配機組按不同比例進行二次拼配，然后進行烘干至含水率6%～7%，最后包裝入庫存儲。本階段工藝流程與精制第1段設備共用。

2.3 白茶加工應用智能化的意義和具體過程

茶葉生產線智能化的實現有利于減少茶葉加工的二次污染，穩定成品茶品質，提高生產效率，使得茶葉加工過程標準化和統一化。本生產線智能化的實現，在自動模式下，plc控制程序基于預設的混合比，控制各上料輸送機上料量，實現拼配比列的準確性，通過控制完成拼配工藝后，經輸送機輸送到圓篩機進行分級；正口茶輸送至風選機進行清灰、除石、除梗。風選機正口茶經色選機提出黃片等后，通過靜電除雜機提出茶葉中的毛發等對靜電敏感的雜物，經靜電除雜機處理后的茶葉在此經風選機清除茶末、茶毛后得到條形、色澤一致的茶葉；為保證品質，經人工再次復揀后得到半成品茶。不同的半成品經再次拼配后，再由烘干機進行烘干，完成白茶精制加工的全部生產工序，得到成品茶。

2.4 白茶清潔化、智能化加工生產線應用

依據白茶加工工藝要求為福建某白茶加工企業設計的白茶清潔化、智能化加工生產線的布置圖如圖3所示。

圖3 白茶加工企業生產線布置圖

3 白茶清潔化、智能化精制加工生產線關鍵設備設計與配置

白茶精制加工過程中實現清潔化、智能化主要由各關鍵設備的性能決定，因此生產線關鍵設備的設計尤為關鍵。

3.1 拼配機

茶葉拼配對提高茶葉經濟效益，穩定茶葉質量起著重要作用。國內大部分白茶的拼配過程基本是在瓷磚槽或是金屬槽上由人工完成,這種作業模式不僅工作量大，而且拼配不均勻，勻堆、開堆過程中人工踩壓造成的斷碎與損耗率也較高，存在人工接觸污染、粉塵量大等產品衛生隱患[1]。按照白茶拼配的原理和要求，白茶清潔化、智能化精制加工生產線使用的拼配機，采用多臺皮帶輸送機，將不同白茶原料輸送至水平輸送帶，并一層一層平鋪到水平輸送機皮帶上，然后經提升機將茶葉輸送到混料箱中，在下落的過程中通過固定在混料箱內混料裝置內部傾斜的下料板均勻混合，通過調節皮帶輸送機的輸送速度(調節變頻器)、厚度(調節均勻輪高度)實現拼配時不同茶葉的比例要求，皮帶輸送機上方均安裝有機罩，同時在水平輸送上方安裝除塵罩，除塵罩通過風管與塵器相連，該工藝對降低茶葉原料在運輸過程中的粉塵有一定的效果。本拼配機可以根據工藝需求增加或減少上料皮帶送機的多少，靈活實現多種茶葉的拼配，且穩定性好，同時實現連續拼配，提升整個生產線的生產效率。整個過程減少了人工的參與，降低白茶在精制過程中的斷碎和損耗，提高產品的清潔度。

圖4 拼配機

3.2 圓篩機

白茶原料中茶葉形狀的大小不一，且在加工過程中茶葉易斷碎，為確保成品的茶葉外形大小基本一致，需要通過篩分機具進行篩分，通常選用平面圓篩機進行篩分。平面圓篩機是適用于篩分精制毛茶長短作業的設備，平面圓篩機由機架、傳動機構和篩床組成。篩床作水平旋轉運動，根據工藝需要篩床配有n(1～4)片篩網，可分出n+1個篩號茶[2]。因而運動時噪音小，運轉平穩。本機為茶葉精制加工專用設備，主要將長短、大小不同規格的茶葉，依次通過各層篩面分成所需篩號茶，從而達到整形的目的。

圖5 圓篩機

3.3 茶葉靜電除雜機

通過初制的白茶原料中含有灰塵、編織物、砂石、動物毛發等雜質，嚴重影響了白茶的品質，僅僅依靠人工揀剔，難以剔除干凈，且效率低。茶葉靜電除雜機的原理是利用靜電效應吸附茶葉中的粉塵、毛發、細小顆粒、塑料碎片等異物。機器有機架、床身、電機、投料口和出料口，床身上方安裝羊毛氈和水平的塑料輥筒，羊毛氈與塑料輥筒摩擦接觸產生靜電，將白茶中的異物吸附到輥筒上。異物經過刮板收集，從側邊出雜槽口排出。能有效清除茶葉中粉塵、毛發、細小顆粒、塑料碎片等異物，除雜率超過95%，除雜過程一次完成，無需重復操作，有效地提高了工作效率，節約成本[3]。

圖6 茶葉靜電除雜機

3.4 風力分選機

在風選過程中，茶葉主要受到外部風力和自身重力2個作用。而風選機的基本原理是利用茶葉的重量、體積、形狀差異和迎風面積大小的不同，以及在均勻空氣流中行程不同而進行分離。本生產線采用正壓原理，封閉式結構，研發新型的風選機，最大限度地降低了風的泄露，避免了傳統風選機產生大量粉塵的弊端。每個風選機設置4個出口，實現茶葉的充分分級[3]。風選機包括振動篩、風選箱、出料口和鼓風機，振動篩為前端低、后端高的傾斜狀設置，振動篩前端設置在前方加工設備的出料端下方，風選箱進料口設置在振動篩后端下方，數個出料口等距設置在風選箱底部；鼓風機安裝在風選箱底部，風向從風選箱前端吹向后端。

圖7 風力分選機

3.5 人工揀剔臺

經勻料輸送裝置將茶葉均勻平鋪在檢查臺上，對靜電、風選、色選等機械設備沒有剔除的非茶類物質進行最后的揀剔，確保茶葉的清潔衛生。

圖8 人工揀剔臺

4 生產線的工藝流程

白茶清潔化、智能化精制加工生產線符合茶廠對頭茶、條茶、粉末茶的篩分要求，通過茶葉調配、篩選、選風、選色、除雜等工序，實現了揀剔、分離出茶葉中的粉塵、毛發、細小顆粒、塑料碎片等異物；且減少灰塵，有效地提高了分選效率，降低生產成本和損耗，有效地保證茶葉的食品安全和茶葉品質。該生產線已在福建品品香茶業有限公司投入生產，生產線的生產能力達到了500kg·h-1，去除茶葉的除雜率也超過95%，茶葉潔凈程度有明顯提升，勞動力使用量減少了60%，成效顯著[3]。

白茶清潔化、智能化精制加工生產線，解決白茶加工中亟需解決的問題，對白茶產業的加工裝備有了明顯提升，加快白茶產業快速發展。