工夫紅茶自動萎凋機研制及其制茶品質分析

摘要：研制出一款紅茶自動萎凋機，對該萎凋機萎凋簾表面風速及溫度、葉層厚度、萎凋葉含水量等性能進行檢測，結果表明，萎凋簾表面風速差異＜0.2 m/s，溫度差異＜1 ℃，葉層厚度檢測偏差為0.2 cm，萎凋葉含水量檢測偏差約為1個百分點，說明萎凋機性能較好。進一步以6CW-120型單層萎凋槽作為對照，對比分析自動萎凋機的紅茶加工質量。結果表明，采用萎凋機制得的紅茶在香氣、葉底和總體品質方面均優于萎凋槽萎凋的紅茶，水浸出物、茶多酚、茶紅素含量高于萎凋槽樣品。試驗結果說明，利用自動萎凋機生產紅茶的品質達到并部分超過萎凋槽生產的紅茶。

關鍵詞：紅茶；自動萎凋機；結構；性能；品質

中圖分類號：TS272.3" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " nbsp; " " " " " " "文章編號：1000－3150（2023）03-30-7

Development of Automatic Withering Machine for Gongfu

Black Tea and Analysis of Its Processing Quality

SHU Qingning1，2， FENG Wen3， CHEN Yuqiong1， YU Zhi1， JIANG Xinfeng4， LI Chen4， NI Dejiang1*

1. Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China;

2. Xiangyang Academy of Agricultural Sciences， Xiangyang 441100， China；

3. Zhejiang Lüfeng Machinery Co.， Ltd.， Quzhou 324000， China;

4. Jiangxi Sericulture Tea Research Institute， Nanchang 330202， China

Abstract： An automatic black tea withering machine was designed. The surface air volume and temperature of the withering curtain， the thickness of the leaf layer， and the water content of the withered leaves were tested. The results show that the surface wing speed error of withering curtain was lt; 0.2 m/s. The temperature error was lt; 1 ℃. The detection deviation of leaf layer thickness was 0.2 cm， and the detection deviation of water content of withered leaves was about 1%， indicating that the performance of the wilting machine was good. Furthermore， the black tea processing quality of the automatic withering machine was compared and analyzed using the 6CW-120 single-layer withering tank as a control. The results show that the black tea obtained by the withering machine was superior to the black tea withered in the withering tank in terms of aroma， leaf base and overall quality， and the contents of water extract， tea polyphenols and thearubigin were higher than the withering tank samples. The test results show that the quality of black tea produced by the automatic withering machine reached and partially exceeded the production level of the withering tank.

Keywords： black tea， automatic withering machine， structure， performance， quality

萎凋是紅茶加工的第一道工序，通過鮮葉薄攤，使葉片均勻失水萎蔫，葉質變軟，葉色轉為暗綠[1]。在水解酶和果膠酶的作用下，使得萎凋葉內單糖、氨基酸、果膠等含量有不同程度的增加，青草氣散失，芳香化合物含量增加，形成對紅茶有利的品質[2-3]。

萎凋時環境溫度、相對濕度、萎凋程度、萎凋速率都會對萎凋質量產生顯著影響。研究表明，工夫紅茶的萎凋溫度在28～33 ℃最為適宜[4]，所制工夫紅茶可溶性糖、游離氨基酸含量高，咖啡堿含量低，甜香明顯。環境相對濕度為65%時萎凋制得紅茶審評總分最高[5]，所制工夫紅茶的茶黃素含量最高；環境相對濕度偏高時，會導致茶樣滋味苦澀。當萎凋葉含水量為55%～60%時，所制工夫紅茶滋味和香氣最好[6]，DPPH清除能力、α-淀粉酶活性強；干茶的氨基酸、可溶性糖、咖啡堿等含量最高，茶湯滋味醇和，有甜香。當萎凋時間為8～10 h時工夫紅茶品質最好[7]，干茶中可溶性糖、氨基酸含量都達到最高值，揮發性物質中醇類、醛類、酸類物質含量也達到最高值。

使用機械設備萎凋可以控制萎凋時的溫度、相對濕度、光質、光照強度等環境因素，從而控制萎凋速率和質量。目前最常見的萎凋機械設備有萎凋槽、萎凋機、萎凋房等，這些萎凋設備通過對鮮葉吹風、對環境加熱、內外空氣交換等方式[8]，加速萎凋葉水分散失，從而提高生產效率。目前生產上常用的萎凋設備主要有萎凋槽和萎凋機[9]。萎凋槽起源于20世紀60年代，其萎凋簾一般為網狀結構，用于堆積萎凋葉，風機安裝于其側壁，吹出的風經加熱后進入槽體內，吹向萎凋簾上茶葉。萎凋槽結構簡單，使用方便，但生產時需要人工翻料，且目前市面上的萎凋槽存在風量不均勻的問題。萎凋機一般為多層式結構，萎凋過程中熱空氣從下向上流通，使萎凋機內上下溫度不均勻，導致上下層萎凋不均勻。此外，在萎凋簾上直接進行勻葉會導致無法處理勻葉器后方葉層，使其堆積過厚，影響萎凋均勻性[10]。

現階段萎凋設備存在風量不均勻、布料不均勻、實時檢測手段不足等問題，導致萎凋生產自動化程度遠遠不夠。為解決上述問題，研制出一種紅茶自動萎凋機（專利公開號202210572042.7），具有使用方便、精準上料、余料回收、自動翻料、數值化控制、萎凋程度自動識別、萎凋均勻的特點，能大大降低萎凋工藝的人工成本，并且制茶品質穩定。本文對該萎凋機性能進行檢測，并使用6CW-120型單層萎凋槽作為對照，對兩種萎凋裝置加工的工夫紅茶進行對比分析。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

鮮葉原料來自浙江省衢州市江山市農業合作社，總質量107 kg，品種為浙農117，嫩度為一芽一葉。

1.2" 儀器設備及試劑

加工設備：6CW-180-5-6型多層循環式自動萎凋機、6CW-120型單層萎凋槽、6CR-55型茶葉揉捻機、6CJ-4型茶葉解塊機、6CRZ-45型茶葉發酵機、6CTH-6.0型茶葉提香機，均為浙江綠峰機械有限公司生產。

品質分析儀器：AUY220型電子分析天平（Shimadzu，日本）、CS-820N色差計（上海精密儀器儀表有限公司）、722N型可見分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）、1260Infinity高效液相色譜儀（Agilent，美國）、DSQ-Ⅱ型氣相-質譜聯用儀（ThermoFisher，美國）。

主要試劑：茚三酮、蒽酮、濃硫酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、氯化亞錫、福林酚、乙醇、甲醇、正丁醇、乙酸乙酯、碳酸氫鈉、無水氯化鈉、環己酮，均為分析純，采購自中國醫藥（集團）上海化學試劑公司，甲醇（色譜純，美國ThermoFisher）；乙腈（色譜純，美國ThermoFisher）。

1.3" 試驗方法

1.3.1" 紅茶加工方法

使用自動萎凋機進行萎凋加工，以6CW-120型單層萎凋槽萎凋作為對照。自動萎凋機設置溫度（32.0±0.5）℃，葉層厚度7 cm，翻料間隔時間2 h，萎凋葉含水量為65%、60%時分別靜置0.5 h，含水量為57%時出料。萎凋槽設置相同溫度及葉層厚度。當自動萎凋機啟動翻料時，萎凋槽同步進行人工翻料；當自動萎凋機靜置時，同步關閉單層萎凋槽風機0.5 h，通過人工稱重計算使萎凋葉含水量于57%時出料。

萎凋下料后堆積回潮1 h，使用6CR-55型揉捻機揉捻，轉速為40 r/min，上料揉捻20 min后第一次加壓，加壓揉捻20 min后二次加壓，再揉捻20 min后三次加壓，20 min后松壓，最后揉捻20 min出料，揉捻總時長100 min。揉捻葉下料后使用6CJ-4型茶葉解塊機進行解塊，解塊后使用6CFJ-100型茶葉發酵機進行發酵，發酵溫度35 ℃，相對濕度99%，發酵200 min。使用6CTH-6.0型茶葉提香機進行干燥，發酵葉先在110 ℃下干燥10 min，再在90 ℃下干燥30 min，最后在80 ℃下干燥1 h，共100 min，得到成品茶。

1.3.2" 萎凋機性能檢驗方法

自動萎凋機風速大小及溫度檢驗方法：選取兩個風包在萎凋過程中對萎凋簾表面溫度和風速進行檢測，將萎凋簾表面均分為5×5塊，取每塊中間點位檢測。溫度檢測使用家用室內數顯HTC-2溫度濕度計，將測溫探頭置于萎凋簾表面，葉層底部，檢測該部位溫度。

風速檢測是將萎凋葉層撥開一個直徑8 cm的口，用一個被剪去底部的一次性紙杯置于該口，使風從紙杯口吹出，使用手持式風速風量儀檢測該口處風速大小。

萎凋葉含水量檢測方法：設置萎凋機空機稱重結果為0，進料結束時，重力傳感器所稱得鮮葉質量W1，鮮葉含水量為75%，萎凋過程中稱得萎凋葉實時質量W2，根據以下計算公式計算萎凋葉實時含水量。

萎凋葉實時含水量（%）=（1－W1/4W2）×100

分別取鮮葉樣，兩次翻料時的萎凋樣1、萎凋樣2，以及萎凋結束的下料樣，用快速烘干法[11]檢測其實際含水量，并與萎凋機自動檢測的實時含水量進行對比，計算其誤差，檢驗萎凋機所檢測實時含水量精確程度。

萎凋葉層厚度與勻葉器升降高度匹配度檢驗方法：在進料、兩次翻料、出料時，用三角尺測量勻葉器升降過后其底部與送料機簾距離，測量進料后、翻料前、出料前萎凋葉層厚度，每個葉層共測量4處點位，計算其平均值，用以檢驗萎凋葉層厚度實時檢測裝置的可行性，以及勻葉器升降控制葉層厚度的精確程度。

1.4" 分析方法

1.4.1" 感官審評

對經自動萎凋機和萎凋槽加工的紅茶樣根據《茶葉感官審評方法》（GB/T 23776—2018）進行審評。

1.4.2" 理化分析

水分含量：參考《茶 水分測定》（GB/T 8304—2013）；茶多酚：參考《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》（GB/T 8313—2018）；水浸出物：參考《茶 水浸出物測定》（GB/T 8305—2013）；游離氨基酸：《茶葉中茶氨酸的測定》（GB/T 23193—2017）；茶黃素（TFs）、茶紅素（TRs）、茶褐素（TBs）：比色系統分析法[12]；可溶性糖：蒽酮比色法[13]；色差：色差計法[14]；茶黃素組分：參考《茶葉中茶黃素的測定》（GB/T 30483—2013）；揮發性成分：頂空固相微萃取法（HS-SPME）[15]。

1.5" 數據處理

以上試驗均為3次重復，使用SPSSStatistics 23.0軟件和Microsoft excel 2019軟件對所測得數據進行分析，結果表示為x±SD，對數據進行t檢驗。

2" 結果與分析

2.1" 紅茶自動萎凋機的設計與結構特征

2.1.1" 設計原理

鮮葉經過自動上料、均勻布料，布滿萎凋機，余料自動回收，萎凋機均勻吹風萎凋，萎凋過程中自動識別萎凋程度，自動下料。

2.1.2" 基本結構

自動萎凋機正視圖及俯視圖如圖1所示。自動萎凋機包括萎凋裝置、上料裝置、輸送裝置、控制裝置。其中萎凋裝置為多層式萎凋機，萎凋機內有多組熱風包，以及測距傳感器、激光開關傳感器、重力傳感器、接料板。上料裝置包括往復布料機、送料機、上料機，送料機內有勻葉器及其升降裝置、儲料斗和測距傳感器，上料機反轉出口有一出料管道。輸送裝置包括鮮葉提升機、檢修平臺、萎凋機、振動槽、斜輸機、往復平輸機，可將萎凋機出口處茶葉運送回往復布料機中。控制裝置包括操作平臺和控制柜，控制柜內裝有PLC控制中樞、變頻器、執行模塊和數據采集模塊電源，以及空氣開關、繼電器等電氣元件，操作平臺用于輸入萎凋參數以及觀察萎凋狀態。

2.1.3" 主要結構特點

萎凋簾表面均勻吹風：進風裝置中離心風機吹出的風經加熱后進入風包內通風道，再由出風管上出風口吹出，均勻吹向萎凋簾，使萎凋簾表面所受到的風溫和風量大小均勻。

萎凋葉含水量自動檢測：利用重力傳感器稱重計算的方式實時檢測萎凋葉含水量，重力傳感器最大負載質量4 t，最大誤差0.1%。

葉層厚度自動檢測：利用測距傳感器實時檢測萎凋機內葉層厚度和送料機內堆茶厚度，用于反饋翻料時勻葉器高度，以及儲料斗內實時堆茶厚度，以免堆茶過多溢出或茶堆厚度不足，無法精確進料。

精準進料與布料：送料機中有可升降式勻葉器，通過控制勻葉器下降時間精準得到葉層厚度，原料由布料機進入送料機，再進入上料機，最后通過萎凋機接料板堆積布料，布滿萎凋機，利用激光開關傳感器感應萎凋葉運行位置，調節上料時間。

余料自動回收：當進料結束后，上料機反轉將各輸送帶中多余茶葉從上料機管道排出。

自動萎凋：利用傳感器實時監測在線萎凋葉狀態，集成萎凋溫度、時間、葉層厚度、茶葉含水量等數值化信息系統，程序化控制萎凋進程，實現萎凋過程翻料、風速與溫度變化的自動控制，實現萎凋程度的自動識別，完全避免生產上靠經驗萎凋與判斷萎凋程度的問題。

自動化操作：控制器集成西門子S7-200PLC快速運算觸摸屏操作，顯示器用于設置萎凋參數，數據采集模塊收集信息同時顯示于此。

2.2" 紅茶自動萎凋機生產性能檢測

2.2.1" 自動萎凋機風速及風溫檢測

原料為一芽一葉，葉層厚度為7 cm時，檢測到風速范圍為0.619～0.789 m/s、溫度范圍為29.2～29.9 ℃，說明萎凋簾表面不同位置風速大小和溫度比較均勻，可以滿足均勻萎凋的目的。

2.2.2" 萎凋葉含水量實時檢測結果

鮮葉含水量一般為75%左右，本試驗鮮葉經過快速烘干法檢測得實際含水量為75.35%。萎凋過程茶葉含水量檢測結果如表1所示。自動萎凋機自動監測的含水量誤差在1個百分點以內，已經達到很高的精度要求。從課題組前期的研究可知，工夫紅茶萎凋葉含水量為55%～60%時均可以獲得較好的制茶品質[6]。由此可以說明，此含水量差異不影響萎凋質量。

2.2.3" 萎凋葉葉層厚度與勻葉器升降高度匹配度檢測結果

激光測距傳感器通過檢測上料前其與萎凋簾的距離，及上料后其與葉層上表面的距離，計算差值得到萎凋葉葉層實時厚度，為避免莖梗突出導致檢測誤差偏大，使用4個測距傳感器檢測并計算其平均值作為檢測結果。由表2可以看出，萎凋葉葉層實際厚度與勻葉器高度誤差在0.2 cm以內，萎凋機自動檢測葉層厚度結果與葉層實際厚度誤差在0.2 cm以內，說明經勻葉器勻葉后所得萎凋葉葉層厚度可以達到設定值要求。

2.3" 紅茶自動萎凋機制茶品質分析

2.3.1" 感官審評結果

兩種萎凋設備加工的工夫紅茶感官審評結果如表3所示。兩種設備加工的紅茶在外形、湯色和滋味方面差異不顯著，外形均為尚緊細、勻整、多毫、尚烏潤，湯色為橙紅明亮，滋味為醇厚。然而在香氣和葉底方面，自動萎凋機加工的茶葉品質優于萎凋槽。自動萎凋機加工的茶葉香氣更濃郁，葉底更明亮。綜合以上5項因子計算其加權平均分，萎凋機樣總得分顯著高于萎凋槽樣。

進一步分析湯色色差，結果見表4。萎凋槽樣的L*值顯著高于萎凋機樣，但不足以引起湯色明亮度感官分值的變化。萎凋機樣的a*值和b*值均顯著高于萎凋槽樣，萎凋槽樣的b*/a*值顯著高于萎凋機樣，說明萎凋機樣的紅色度占比更高，這與理化分析結果中萎凋機樣茶紅素含量更高相符合。

2.3.2" 理化成分分析

對兩種萎凋設備加工的工夫紅茶理化成分分析發現，萎凋機樣水浸出物、茶多酚、茶紅素含量顯著高于萎凋槽樣，可溶性糖含量顯著低于萎凋槽樣，茶褐素含量極顯著低于凋槽樣，游離氨基酸和茶黃素含量兩者無顯著差異（表5）。茶紅素是使茶湯顯紅色的主要物質，茶褐素是導致茶湯變暗的物質，萎凋機樣茶褐素含量低應是其湯色感官評分更高的原因。

分析兩種萎凋設備加工的工夫紅茶茶黃素組分含量發現，盡管萎凋槽樣TF-3-G含量極顯著高于萎凋機樣，但兩種萎凋設備所制得紅茶樣TF、TF-3'-G、TFDG含量以及茶黃素總量無顯著差異（表6），這與系統分析法所測結果一致。

2.3.3" 揮發性成分分析

根據GC-MS分析結果，本次試驗共鑒定出69種揮發性化合物。各類別香氣成分占比如表7所示。兩種萎凋設備所制得紅茶樣揮發性物質均以醇類為主，這與相關報道一致[16]。萎凋槽樣醇類物質占比為65.48%，而萎凋機樣占比64.60%，基本接近。萎凋槽樣中烷烯烴物質占比高于萎凋機樣，但醛酮類物質占比相反。兩種萎凋設備加工的紅茶樣酯類占比比較接近，分別為2.73%和2.40%，其他類物質占比分別為0.57%和0.85%。上述結果說明，兩種萎凋裝置所制得紅茶樣香氣并無明顯差異。

3" 小結與討論

自動萎凋機可以實現自動上料、翻料、下料，自動檢測萎凋葉葉層厚度和萎凋葉含水量，具有數值化控制和自動化操作的特點。自動萎凋機加工的工夫紅茶可達到萎凋槽加工的效果，且香氣更濃郁，葉底更明亮，質量更穩定。

自動萎凋機能有效提高生產效率，降低人工成本，節約場地。生產應用中，在該自動萎凋機樣機基礎上，將萎凋簾寬度加寬至2 m，長度加長至10 m，使萎凋機的有效萎凋面積達到80 m2。以一芽二三葉原料為例，設置上料葉層厚度為20 cm，此時自動萎凋機可同時萎凋2 000 kg鮮葉原料。如果采用6CW-120型單層萎凋槽，每臺可萎凋100 kg鮮葉，需要20臺才能與1臺自動萎凋機的生產相當。1臺自動萎凋機只需要1人進行上料操作（工作時間約1 h），萎凋過程無需人工操作；而20臺單層萎凋槽至少需要5人操作（上料、翻料、下料工作時間約5 h），每批次茶葉節約4.8個人工。按照人工成本每人每天300元計算，每天可節約成本1 440元，每千克干茶節約人工成本2.88元以上。1臺多層循環式智能萎凋設備占地約60 m2，而20臺6CW-120型單層萎凋槽，考慮到萎凋槽之間需要留出人工通道，占地面積至少為200 m2，因此使用自動萎凋機，廠房建設成本也可大幅降低。

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