毛峰茶自动化生产线设备的研究开发与应用

周仁桂，郑树立，何立军，张璐

（浙江春江茶叶机械有限公司，浙江杭州富阳 311422）

毛峰茶自动化生产线设备的研究开发与应用

周仁桂，郑树立，何立军，张璐

（浙江春江茶叶机械有限公司，浙江杭州富阳 311422）

为满足毛峰茶生产加工产业化的市场需求，对毛峰茶自动化生产线设备开展研究。文章系统而全面地介绍了黄山毛峰茶加工生产线设备的组成和各工序组合单元设备的结构原理、工艺特点及集成控制技术，并对毛峰茶单机加工和连续化生产线加工的茶叶感官品质进行比较，结果显示连续化生产线加工的产品感官品质达到并超过原单机生产的品质要求。该生产线设备经使用符合毛峰茶生产加工要求，具有较好的市场应用前景。

毛峰茶；自动化；生产装备；开发与应用

毛峰茶属绿茶烘青类，目前在国内生产地区较广，其外形呈条索状，条索有松有紧，茸毫有显有隐，形状似眉似钩。特别是黄山毛峰，清朝名茶，盛产于安徽省歙县黄山一带，属中国十大名茶之一。长期以来毛峰茶生产以家庭作坊式，手工炒制，简易单机设备人工辅助加工为主体，产能低、劳动强度大、品质不一，无法满足市场消费者的需求[1]。

进入2000年以后，随着国内茶产业结构的变化和调整，规模化、品牌化、产供销经营为一体的生产企业发展较快。为提高产能和茶叶品质，根据国内毛峰茶叶和其他条形茶类的加工工艺的特点，通过市场调研认证、制茶工艺技术的研究和关键设备的创新研发，整合最新成套设备和集成控制技术研发出适合毛峰茶加工的生产线。该生产线采用茶鲜叶保质、流量控制、温湿度控制、参数化界面设定、节能环保等先进技术，实现毛峰茶加工全过程从茶鲜叶原料到成品干毛茶不落地，减少了茶叶的二次污染，目前在国内属领先水平的毛峰茶连续化生产流水线。

图1 黄山毛峰茶自动化生产线设备布置图Fig.1 Huangshan Maofeng Tea automatic production line equipment layout

1 生产线设备的组成

根据黄山毛峰茶连续化加工要求，安徽黄山谢裕大茶业股份有限公司于2014年3月引进4条由浙江春江茶叶机械有限公司生产的毛峰茶自动化生产线（成套设备），见图1，台时产量每小时400公斤（干毛茶），该生产线于2014年5月安装并投入使用，主要设备配置见表1。

2 生产线设备工艺流程

茶鲜叶摊放→杀青→冷却除黄→揉捻→解块→烘干（初烘）→摊凉回潮→再干→烘干（复烘）→干毛茶成品。

3 生产线设备主要特点

整套生产线研究设计充分考量毛峰茶品质特点和工艺要求，采用国内较成熟的毛峰茶生产模式，通过改变加工工艺技术、污染控制技术、节能环保技术、连续化设计技术、集成控制技术和关键核心设备的创新研发产品的配套组合，旨在提高茶叶清洁化、连续化、自动化和标准化加工技术和装备水平，促进茶叶加工企业向“高效、优质、节能、安全”的技术转型，可实现毛峰茶加工全过程物料定量、温度控制、湿度控制、时间设定等自动化生产要求，茶鲜叶原料加工至成品干茶全程不落地，从而减轻劳动强度、减少茶叶二次污染、节约生产成本，提高茶叶品质和经济效益。

4 关键工艺与产品研究

毛峰茶加工生产线投入前普遍为单机作业，各工序间物料的进料、出料、时间、温度由人工辅助完成，从茶鲜叶通过各道环节到成品干茶，由于没有相应的保证措施和手段，无法保证茶叶的产品质量。针对毛峰茶加工设备不配套，工艺落后，劳动强度大，品质下降等诸多因素研究并开发了毛峰茶自动生产线，保证了茶鲜叶的质量和卫生要求的质量指标，各工序衔接由间隙加工实现连续加工。其主要技术特点为工艺先进，程序控制系统完整合理，物料平衡，各点实现自动控制，全程通过物料定量、温度控制、时间设置实现自动化生产要求。整条生产线实现茶叶不落地，减少茶叶加工过程二次污染，达到清洁化的生产条件。其优点如下：①整套设备根据黄山毛峰茶工艺要求，通过加工原料的平衡计算，确定其生产指标与设备的配套；②各工位联接采用先进的工艺技术进行合理匹配；③采用最佳工艺参数，根据毛峰茶加工过程物料的动态变化确定温湿度的自动控制条件；④生产线主要设备的选型匹配合理，各工序之间的卸装、安装、维护方便，定量分配和传送辅机及机电一体化程序控制精准；⑤主要技术和产品创新：研究开发了大型茶鲜叶摊青保质设备、冷风气流垂直体结构冷却除黄设备、集电环碳刷结构的电热杀青设备、自动称量装置、程序控制组合式揉捻设备、搭接式自动烘干设备、除尘装置、余热回收装置、茶叶再干设备、DCS控制系统等。

表1 黄山毛峰1条生产线的设备配置Table 1 Production line equipment configuration of Huangshan Maofeng Tea(one line)

5 生产线成套设备单元简介

5.1 茶鲜叶自动摊青机组

根据茶鲜叶摊青的工况和毛峰茶实际要求，设计采用单层式自动摊青机组，主要由送叶斜输送机、摆动输送机、匀叶输送机和摊青主机及框架部分、传动部件、控制部件等组成。茶鲜叶通过上叶输送机送入摊青主机，主机内自上而下摊叶，至底层出叶，通过PLC控制，数字设定鲜叶储存高度，自动定时通风降温加湿，进出料过程使用了多套光电检测装置，做到鲜叶存放均匀，自动跟踪杀青机的速度出料，整机工作全自动控制。与茶叶接触部位都采用符合食品卫生要求的食品胶带及优质不锈钢，提高茶叶清洁化。

该机组实现自动投料控制、出料控制、投料方式选择、逐段投入、逐层投入、手动投入、满箱解除等功能，其主要优点：摊放量大，一次摊青4000~ 8000公斤，茶鲜叶失水均匀，保鲜保质，是目前国内唯一的大型自动摊青设备。

曙光农场是新中国最早农业标准诞生地，几十年来，一直在农业生产标准化上下功夫，连续十四年粮食总产、单产不断攀升。然而，丰产并不代表丰收。受加工技术、市场销路等因素影响，农场每年只有10%左右的农作物通过加工转化成农副产品，提高产品附加值，而90%的粮食直接面向市场销售。2016年国家取消了玉米临储制度，在辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古实行生产者补贴制度。该农场当年玉米平均销售价格跌至0.42元/斤，亩均效益仅112元，全农场玉米收入较往年减少近900万元。因此，如何做好粮食销售成为决定职工收入的关键。

5.2 集电环碳刷结构的电热杀青机组

该杀青机组根据毛峰茶加工特点创新研究，主要由上叶输送机、电子皮带秤、匀叶振动机、滚筒主机等组成，采用远红外电热管、变温控制、隔热保温、电刷供电等独特设计。机组配置排湿装置和余热回收装置，减少污染，节约能源，保护环境。其主要优点：研究改进滚筒杀青机支撑托轮接触面材料，以高分子弹性材料接触替代传统刚性接触，提高运转平稳性，降低了噪声。采用（可控柜）电流调节方式，温度控制稳定可靠，避免了原电热式结构在筒体内或在壳体间布置传感器，温度显示和控制不准确也不稳定的问题。电热管与筒体安装于一体，采用集电环结构的连接方式，保温性好，自动控温，热效率高。筒体转速变频可调，倾斜角度可调，杀青叶品质好。

5.3 茶叶自动揉捻机组

该机组为适应黄山毛峰茶揉捻工艺特点，率先在国内研究开发了模块化程序控制茶叶自动揉捻机组。跳出传统单机的揉捻机概念，引入机组（机群）的设计理念。主要由上叶输送、平输、电子秤、移动输、整体机架、揉捻主机、振动输组成。通过PLC可编程程序控制对整个揉捻机组进行全过程自动控制，其主要的优点：实现自动投料、自动称量、下料、自动出料、工艺参数人机界面设置、不同时段的加压自动调整、时间控制。在不同时段程序通过电气转换实现“无压、轻压、中压、重压”的工艺过程控制。实现了揉捻作业过程自动清洁化生产，减少人工接触二次污染，减轻劳动强度，提高工作效率，确保茶叶品质。

5.4 热风脱水解块设备

该设备打破传统的冷解块方式，研发完成具有国内领先的一种热风脱水解块设备。主要结构由供热风装置、上料输送和进料斗、中心热风管、金属罩壳、解块筒体、出料斗、调速传动机构、滚筒轴向限位机构、机架、升降调节机构等组成。结成团块的揉捻叶随旋转筒体及导叶板的带动，上下翻滚达到解块的目的，同时有效去除茶叶中部分水分，有利于加快茶叶烘干速度，实现了解块、脱水工艺的组合，提高茶叶品质。其主要优点：进入滚筒体中心风管的热风流量及热风温度可分别通过调节风机进风量、蒸汽进入量来完成，筒体的转速根据茶叶原料和工艺要求可在20~40 r/min内任意调节，筒体的倾斜角度调节，配置自动升降机构，滚筒体0~5°之间的角度任意调整。

5.5 连续式自动烘干设备

自动烘干设备加热方式采用蒸汽换热，由低噪声风机供热风，降低噪声，节能环保。配置自动温控装置和冷疑水自动回用系统，确保热风温度的稳定并提高热效率。生产线具备除尘装置和排湿装置，减少了烘干过程尘灰和湿热空气对环境和茶产品的污染，有利于生产加工车间卫生状况。

5.6 茶叶摊凉回潮机

茶叶经初烘干后，茶叶表面与内部水分不一致，影响茶叶后续品质。在自动生产线形成前，加工方式基本采用自然摊放和摊凉平台，不能形成连续生产。本设备通过研发设计采用箱体式三层传送带结构，上一层不锈钢网带加冷风机，下二层食品级胶带，变频调速，时间设定范围可调，初烘干茶叶经摊凉回潮设备的摊放，茶叶表面与内部水分均匀一致，提高茶叶后续炒制品质，并实现连续化作业。该设备在毛峰茶生产过程属首次配套应用。

5.7 茶叶滚筒式再干机

为提高黄山毛峰茶特有品质，要求条索紧细，成套设备研发过程中，优先采用日本蒸青煎茶生产线配套的中揉机进行改进设计，主要由上叶输送、计量装置、搓条滚筒体、整体机架、除尘装置、出料机构等组成。产品经黄山谢裕大茶业股份有限公司杨村工场四条生产线配套使用，对茶叶品质提升取得较好的效果，符合黄山毛峰茶品质的生产要求。

5.8 配套辅机设备

毛峰茶生产线配套的提升输送、平输送等辅助设备，全部配置与茶叶接触部分采用符合食品卫生要求的食品胶带和优质不锈钢材料[2]，提高茶叶清洁化。摆杆式振动替代弹簧板式振动，减低噪声，提高使用可靠性。

5.9 集成化控制系统

针对黄山毛峰茶加工生产线实际需求，首次开发应用了集成化控制系统，整个生产流程采用DCS控制系统进行集中操作、分级管理。

控制系统的硬件结构和控制程序设计结合黄山毛峰茶的工艺要求，充分理解黄山毛峰的工艺特点和选定的制茶机械的性能，考虑制茶工人的操作习惯等因素，力争做到先进性、创新性和实用性，操作控制采用DCS集中控制模式；上位机采用工控机，下位机用PLC作为控制器，用485通讯网络连接。

整条生产线包含茶鲜叶摊青、杀青机组、揉捻机组、理条机组、解块、烘干机组、回潮、再干机组各工位配置独立的程序控制系统，可根据毛峰茶不同原料的加工工艺要求，实现现场操作人机界面，参数化设定。同时，各工位控制器通过信息通讯网络连接到电脑，实现集成中央控制。

6 黄山毛峰茶单机加工与自动化生产线加工产品感官品质分析

智能清洁化生产线加工的毛峰茶，根据分级结果设定加工技术参数及标准化加工技术规程，产品质量的感官品质达到并超过原单机生产的品质要求，见表2。

7 小结

该成套生产设备近几年来，产品经安徽黄山谢裕大茶业股份有限公司、四川龙都茶业有限公司、湖北采花毛尖茶叶有限公司、陕西东裕茶业有限公司、河南信阳五云茶业集团有限公司、广东丰顺八山乡茶叶专业合作社等二十多家生产企业使用，性能可靠，运行良好，符合毛峰茶生产的工艺和品质要求，提高工效、减少劳动生产力，并实现智能清洁化生产，市场前景较好。

毛峰茶成套设备通过近几年来国内茶叶生产企业使用，具有降低劳动力和生产成本，缓解用工需求，提高生产效率，提升茶叶卫生指标和茶叶品质的特点。经实际的生产验证，较传统单机产品节能20%以上，并实现节能减排，增加企业的利润率。工效比传统的单机作业提高3~5倍以上，自动化程度高，符合毛峰茶连续自动化生产加工要求，具有较好的市场应用前景。

表2 黄山毛峰茶单机和生产线加工产品质量感官审评结果Table 2 Sensory evaluation results of Maofeng Tea by single machine and production line

[1] 任广鑫，宁井铬，吴卫国，等.黄山毛峰茶连续化生产线加工工艺参数的研究 [J].安徽农业大学学报，2013，40（1）: 124-129.

[2] 黄建琴，丁勇，王昶.祁门红茶自动化加工关键技术与装备研究[J].中国茶叶加工，2012（4）:15-17.

Development and Application of Maofeng Tea Automatic Production Line Equipment

ZHOU Ren-gui，ZHENG Shu-li，HE Li-jun，ZHANG Lu
（Zhejiang Chunjiang Tea Machinery CO.LTD.，Hangzhou 311422，China）

In order to meet the market demands from the industrialization of Maofeng Tea production and processing.Research of Maofeng Tea automatic production line equipment was carried out.This paper systematically introduced the principle and structure of Huangshan Maofeng Tea production line equipment and the process unit equipment technology and integrated control technology.In addition，sensory evaluation of the Maofeng Tea processing by single processing and continuous production line processing were also compared.The sensory evaluation results showed that products processed by continuous production line processing were better，which had good market prospects for promotion and application.

Maofeng Tea；Automatic；Manufacturing equipment；Development and Application

TS272.5+1；TP23

A

2095-0306（2016）06-0043-05

中国茶叶加工 2016（6）:43-47

2016-08-05

周仁桂（1957-），男，高级工程师，主要从事茶叶机械设计与研究。