柴 碩，黎 娜，李 瑾，蕭力爭

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128）

1 我國茶葉加工機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀

近年我國茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,截止2013年，干毛茶總產(chǎn)量達(dá)189 萬t，同比增加11.5 萬t，茶葉總產(chǎn)值首次突破1 000 億元大關(guān)[1]。隨著茶葉產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，茶葉生產(chǎn)日趨機(jī)械化與自動(dòng)化，茶葉生產(chǎn)基本擺脫了對(duì)人和天氣的依賴，實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)。機(jī)械生產(chǎn)茶葉產(chǎn)品的外形、色澤、口感等質(zhì)量指標(biāo)比手工茶穩(wěn)定，價(jià)格相對(duì)較低，更符合大眾消費(fèi)；同時(shí)還保證了清潔化的加工環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。茶葉加工機(jī)械的廣泛應(yīng)用，有效降低了茶葉生產(chǎn)過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度、解決了茶工匱乏的現(xiàn)狀，生產(chǎn)效率得到提高。因此，在現(xiàn)代茶葉加工中，茶農(nóng)對(duì)機(jī)械的需求高漲[2]。

我國茶葉加工機(jī)械起步于20 世紀(jì)50～60年代，自70年代起加工機(jī)械品種增多，使勞動(dòng)強(qiáng)度大、工藝技術(shù)復(fù)雜的環(huán)節(jié)逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化[3-4]。茶葉機(jī)械行業(yè)從最初的單動(dòng)力、開式齒輪傳動(dòng)發(fā)展到后期的自控技術(shù)、光電技術(shù)、靜電技術(shù)等。計(jì)算機(jī)控制等新技術(shù)也逐步開始在茶葉加工機(jī)械上得到應(yīng)用，使以往間歇作業(yè)向連續(xù)作業(yè)轉(zhuǎn)變、機(jī)械產(chǎn)品由單機(jī)向成套設(shè)備發(fā)展、大宗茶葉加工機(jī)械向名特優(yōu)茶加工機(jī)械發(fā)展、單一產(chǎn)品向系列產(chǎn)品發(fā)展[5]。為適應(yīng)名優(yōu)茶的發(fā)展，已成功研制出適用于各類名優(yōu)茶加工的加工機(jī)械，如滾筒式殺青機(jī)、揉捻機(jī)、理?xiàng)l機(jī)、烘干機(jī)等。迄今為止，我國茶葉加工已實(shí)現(xiàn)紅茶初制、綠茶初制、青茶加工等生產(chǎn)過程的機(jī)械化，部分大中型茶葉企業(yè)還擁有包括茶葉種植、制茶工藝、茶葉機(jī)械的完整產(chǎn)業(yè)鏈。圍繞制茶質(zhì)量、適應(yīng)清潔化和連續(xù)化生產(chǎn)的要求，還先后研制出鮮葉攤放機(jī)、熱風(fēng)殺青機(jī)、微博殺青干燥機(jī)、空調(diào)式冷卻機(jī)、提香機(jī)等，不僅加工出的茶葉香氣高、色澤好[6]，而且解決了勞動(dòng)力日益緊張的問題，符合食品清潔化生產(chǎn)的需要。筆者對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備研制情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，黑茶初制過程的渥堆工序尚未實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化，黑茶全程機(jī)械化加工仍處于待發(fā)展的初級(jí)階段。

2 安化黑茶機(jī)械化生產(chǎn)的意義

黑茶是我國的六大茶類之一，生產(chǎn)歷史悠久，產(chǎn)地遼闊，被邊疆人民奉為生命之飲，有著幾千年的歷史。安化是中國黑茶的故鄉(xiāng)，安化黑茶是國家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品，其獨(dú)特的口感、健康的品性和悠遠(yuǎn)的文化積淀使得其香傳天下，成為中國茶文化的代表之一。特殊的渥堆工藝也使其具有其他茶葉不可替代的藥用價(jià)值，其保健功效得到了茶學(xué)界、醫(yī)學(xué)界的廣泛認(rèn)同。隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，黑茶被越來越多的人所接受，逐漸成為健康飲品的首選，人們對(duì)黑茶的品質(zhì)要求也不斷提升，特別是對(duì)加工環(huán)境和衛(wèi)生條件提出了較高的要求。

黑茶是六大茶類中加工過程最為復(fù)雜的一大茶類，工藝繁瑣、技術(shù)性強(qiáng)，細(xì)微的差別可導(dǎo)致品質(zhì)和風(fēng)味的千差萬別[7]。為了加快黑毛茶的生產(chǎn)效率、縮短渥堆周期、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證加工過程不受外部環(huán)境條件的限制、確保茶品質(zhì)量，并使渥堆的環(huán)境衛(wèi)生條件更符合當(dāng)前茶葉清潔化生產(chǎn)的要求，黑毛茶的機(jī)械化生產(chǎn)越來越受到重視。黑毛茶的機(jī)械化生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)黑茶渥堆過程的可控性，保證加工工序的清潔化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)自動(dòng)化現(xiàn)代化茶葉生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢，所以黑茶初制渥堆設(shè)備的研究勢在必行。

3 安化黑茶初制加工現(xiàn)狀

安化黑茶經(jīng)過殺青、揉捻、渥堆、復(fù)揉、干燥五道工序制成。在逐漸趨于機(jī)械化、自動(dòng)化的茶葉加工進(jìn)程中，安化黑茶的加工機(jī)械是最落后的，尚未形成黑茶生產(chǎn)線，且最重要的渥堆工序仍沒有適用的加工設(shè)備。

3.1 殺青

由于黑茶原料較老，水分含量低，不易殺勻殺透，在殺青前應(yīng)先灑水灌漿。殺青所用的機(jī)器主要類型有滾筒殺青機(jī)、蒸汽殺青機(jī)、熱風(fēng)殺青機(jī)等。滾筒式殺青機(jī)是利用滾筒的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，通過提供穩(wěn)定的火溫和均勻投葉，保證殺青較均勻、葉色翠綠、香氣高長、品質(zhì)良好，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)，是黑茶生產(chǎn)中最為常見與普遍使用的殺青機(jī)械。

3.2 揉捻

黑茶揉捻分為初揉和復(fù)揉2 次，初揉在殺青后進(jìn)行，將殺青葉揉捻成條，具有破碎細(xì)胞，緊結(jié)條索的目的。復(fù)揉在渥堆后進(jìn)行，是將渥堆后回松的茶條經(jīng)過復(fù)揉再次緊卷，進(jìn)而增進(jìn)外形和內(nèi)質(zhì)。揉捻機(jī)器的選用依照黑茶原料的等級(jí)而定，一般黑茶原料較粗老，揉捻應(yīng)輕壓、短時(shí)、慢揉，所以在加工中多選擇揉桶內(nèi)徑為90 cm 的揉捻機(jī)為主[8]。

3.3 渥堆

渥堆作為黑茶初制中最重要的環(huán)節(jié)，是形成黑茶色香味的關(guān)鍵性工序，如今尚沒有適宜的渥堆機(jī)械設(shè)備推廣普及，安化現(xiàn)有的黑茶加工廠普遍采取將揉捻后的葉子直接堆在地面或稍潔凈的簡易渥堆槽中，人工觀察溫度及濕度的變化，適時(shí)翻堆，再通過渥堆葉子的顏色氣味變化判斷渥堆是否適度。這些主要以人工為主的操作步驟受到了諸多主觀因素的影響，生產(chǎn)過程容易出現(xiàn)渥堆不均勻、渥堆程度不到位或過度等偏差。在渥堆過程中，由于環(huán)境的影響（溫度、濕度）、堆溫的變化、渥堆葉的理化性狀、渥堆時(shí)間等渥堆過程中的因素難以控制，所以渥堆的時(shí)間長，容易出現(xiàn)堆中部發(fā)酵過度，堆邊則往往發(fā)酵不足，質(zhì)量難以掌握。同時(shí)，渥堆的環(huán)境條件惡劣，不能避免茶葉落地和人工的接觸，不符合清潔化生產(chǎn)的要求。一種黑茶自動(dòng)渥堆裝置（ZL 201110332098.7）的發(fā)明，雖然可以滿足傳統(tǒng)黑毛茶渥堆的清潔化生產(chǎn)，但是由于筒體形狀類似搖青筒，筒體長度大于桶底直徑，會(huì)導(dǎo)致筒內(nèi)葉子不能最大程度的自然成堆，渥堆效果受到影響。因此，渥堆機(jī)應(yīng)作為黑茶機(jī)械化生產(chǎn)體系中的關(guān)鍵設(shè)備，加大研發(fā)力度，以保證清潔化的實(shí)施、效率的提升及有利于品質(zhì)的控制。

3.4 干燥

安化黑茶干燥方式采用特制的七星灶，采用松柴明火烘焙，分層累加濕坯和長時(shí)間一次干燥法，使黑茶形成油黑色并帶松煙香，屬于傳統(tǒng)特殊滋味香氣形成的干燥工藝。

4 黑茶渥堆機(jī)械的研發(fā)重點(diǎn)與發(fā)展趨勢

黑茶渥堆是茶坯在濕熱條件下經(jīng)過長時(shí)間的堆積，促使內(nèi)含物質(zhì)發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)變化進(jìn)而形成黑茶特有品質(zhì)的過程，渥堆時(shí)間、溫度和含水率都會(huì)對(duì)黑茶品質(zhì)造成影響。掌握影響渥堆進(jìn)程的關(guān)鍵因素是渥堆機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

水分是產(chǎn)生物質(zhì)化學(xué)變化的必要介質(zhì)，水分含量高低影響著微生物的活動(dòng)。溫瓊英[9]對(duì)黑茶渥堆進(jìn)行微生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，微生物呼吸放熱加劇了濕熱作用，引起渥堆葉內(nèi)含物質(zhì)的變化。渥堆階段的溫度升高、酸度增加以及水分含量變化，均是微生物活動(dòng)的結(jié)果, 而這些變化又反過來影響微生物的生長發(fā)育及種群的更迭[10]。因此，保證渥堆葉的含水率有利于創(chuàng)造良好的微生物生長環(huán)境，生成更多的代謝產(chǎn)物；過高的含水率則會(huì)導(dǎo)致葉細(xì)胞破碎較多，一部分水溶性物質(zhì)被水帶走，不利于保證茶葉品質(zhì)[11]。

溫度是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的熱化學(xué)動(dòng)力。隨著渥堆的進(jìn)行，微生物呼吸代謝釋放出熱量，導(dǎo)致渥堆葉的溫度隨著時(shí)間的延長而逐漸上升，渥堆葉中的真菌類物質(zhì)在此溫度環(huán)境下分泌多酚氧化酶、蛋白酶、果膠酶及各種糖化酶，加之原有的內(nèi)源殘留酶，形成渥堆葉物質(zhì)變化的生化動(dòng)力。適宜的溫度可以提高這些酶的活性，加快微生物酶促反應(yīng)的速度，促使渥堆葉中的多種物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)變化，同時(shí)還能夠抑制有害雜菌的生長[12-13]，控制外界溫度為35～40℃比較適宜微生物的生長[14]。

渥堆時(shí)間是渥堆進(jìn)程中最難量化的因素，渥堆不到位，物質(zhì)轉(zhuǎn)化率低，茶葉呈現(xiàn)出類似粗老綠茶的品質(zhì)風(fēng)味，缺乏黑茶所應(yīng)有的風(fēng)味，影響茶葉品質(zhì)的形成；渥堆過度時(shí)，茶葉中的營養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗[15]，pH降低，會(huì)出現(xiàn)漚味及酸餿味，由于難溶性物質(zhì)被降解生成了更多的可溶性成分，內(nèi)含物質(zhì)含量會(huì)降低。目前渥堆時(shí)間的掌控全依靠制茶人的觸覺與嗅覺的判斷，容易出現(xiàn)偏差。黑茶渥堆的時(shí)間受原料、渥堆環(huán)境溫度、堆的高度、厚度、緊實(shí)度等因素的影響很大。

綜上所述，渥堆機(jī)械的設(shè)計(jì)要依據(jù)渥堆階段化學(xué)物質(zhì)的變化與品質(zhì)風(fēng)味形成的關(guān)系，營造渥堆適宜的環(huán)境要求，確保渥堆過程中各種條件的可控性，并能有效監(jiān)控黑茶渥堆進(jìn)程，使機(jī)械化加工黑茶既符合清潔化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，又保證黑茶的品質(zhì)要求。針對(duì)黑茶清潔化加工與品質(zhì)提升的要求，引入機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)線顯得十分必要。同時(shí)大批量的原料和渥堆程度的量化控制又給自動(dòng)化的設(shè)計(jì)帶來難題。渥堆機(jī)器的設(shè)計(jì)，應(yīng)在保證渥堆階段可調(diào)節(jié)溫度、控制濕度、自動(dòng)翻堆等功能的基礎(chǔ)上，把盡量減小占地面積、增加渥堆發(fā)酵堆葉量、減少人為主觀因素引起的可控偏差等作為黑茶渥堆機(jī)械設(shè)備研究的重點(diǎn)，以最低的成本加工出優(yōu)于人工地面渥堆的茶品，降低制茶能耗，保證茶農(nóng)與茶廠的利益，實(shí)現(xiàn)制茶過程自動(dòng)化。

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