工夫红茶加工装备研究现状

覃事永， 安霆， 董春旺*

（1.湖南省农业科学院茶叶研究所，湖南 长沙 410125;2.中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008）

近年来，红茶产业在国内发展迅速，据国家统计局统计，从2006 年至2016 年，我国红茶产量呈现持续增长的态势，见表1。 首先是红茶产量的稳步增长，2016 年红茶产量达到21.84 万吨，比2006 年增长352.17%；其次，红茶产量占茶叶总产量的比重逐年增加， 由2006 年的4.70%提高到2016 年的9.44%， 其中主要是名优工夫红茶的迅速增加[1]。 目前，几乎国内所有茶叶加工企业均有涉及红茶加工，但普遍存在制茶经验不足、设备与工艺配套性差及半自动化作业等共性问题， 并已成为制约我国工夫红茶产业发展的主要技术瓶颈[2-4]。文章分析红茶关键加工装备的研究进展，以期为标准化、 智能化红茶加工技术的创新发展提供参考。

表1 2006～2016 年中国茶叶总产量和红茶产量（单位：万吨）Table 1 Production of total teas and black tea in China:2006～2016(unit:10000 tons)

1 红茶加工生产线的研究现状

国外茶叶加工机械化和自动化程度较高，且主要产茶国的茶树品种和茶类单一， 其生产线已形成规范化的制茶工艺标准。在红茶方面，自上世纪五十年代开始， 逐步实现了C.T.C 红碎茶加工全程连续自动化[5]。 印度、斯里兰卡等国红碎茶的初制、精制加工和包装的机械化程度，都远高于其它茶类，已经实现连续化加工和自动化包装[6]。 日本茶叶加工装备代表了世界茶机最高水平， 其机械化、清洁化、连续化和自动化普及程度较高，无论单机或流水线均配有较完善的检测和控制功能的制御盘[7]。 得益于高质量的传感器，合理的布控检测点及布线， 保证了茶机较高的稳定性、 可靠性、互换性和精度。 近年，日本加快了红茶装备的研发， 主要体现在将揉捻机棱骨改造为适宜条形工夫红茶做形， 研发了萎凋摇青一体机和连续式多层发酵机。 国外茶机的先进性还体现在加工过程管理的工业化， 茶叶加工基本上都由高度自动化的生产线来完成茶叶原料不落地， 再配合清洁化加工技术规范，实现了清洁化生产[8-9]。

长期以来， 我国茶叶装备研发主要集中在绿茶加工设备上， 如上世纪九十年代后开发出名优茶加工的通用机械（如杀青机、揉捻机和烘干机）和专用机械（如扁形茶、针形茶、条形茶、卷曲形茶、圆形茶做形机械等）[10-11]。 在红茶连续化、自动化加工研究方面基本处于停滞状态， 仅针对红碎茶开展了部分单机如锤切式揉切机（L.T.P）、转子式揉切机（Roter-vane）等的研制定型[9-10]。 工夫红茶是我国传统外销产品， 近年来内销市场也在逐步扩大， 但受限于工夫红茶加工工序及品质形成的复杂性， 其加工技术装备及生产线水平落后于绿茶[9-11]。 红茶装备以单机和联装作业为主，且多为非标制造，相同型号设备的温度、转速等参数标准化程度低，自动化和可控性差[12]。

近年，中国农业科学院茶叶研究所、安徽农业大学、华中农业大学等科研院所，联合湖南长沙湘丰茶叶机械有限公司、 福建佳友茶叶机械有限公司和浙江绿峰机械有限公司等单位开发出茶叶连续化摊青机、快速冷却贮放机、自动揉捻机、连续化动态烘干机、连续化回潮机、自动称量设备等红绿茶共用加工工序装备，经过改进与创新，即可用于红茶自动化生产线。 2014 年，以中国农业科学院茶叶研究所为主持单位的“十二五”国家科技支撑计划课题团队，研发出光补偿全天候萎凋机、红茶专用冷揉捻机组、滚筒式自动发酵机、真空脉动干燥技术和加工品质无损检测技术。 通过技术集成与创新， 在浙江更香有机茶业开发有限公司建立红茶自动化生产线进行示范， 为红茶智能化加工技术及生产线装备的研发提供了理论依据和有益探索。 2015 年，安徽农业大学与祥源茶业祁红公司联合攻关，对“祁门红茶”自动化加工工艺及关键装备进行了技术研究，形成了双槽组合、斜型运行、连续萎凋工序；分段式自动投叶、自动加压揉捻工序；分段式自动变温发酵等核心技术，提升了“祁门红茶”机械化、自动化、智能化加工技术水平。 2015 年，华中农业大学与浙江绿峰机械有限公司联合， 研究开发了工夫红茶自动化加工配套设备，实现标准化生产，并在湖北省恩施市润邦国际富硒茶业有限公司建立示范生产线。

2 红茶加工关键装备研究现状

2.1 红茶萎凋设备研发

萎凋是红茶加工的首道工序， 直接影响后续工序的正常进行，通常萎凋温湿度控制在20～30 ℃、60%～70%，含水率控制在58%～64%，是较为理想的工艺技术指标[13]。目前主要的萎凋方法有三种，即自然萎凋、光补偿萎凋和设备萎凋。萎凋设备主要有萎凋槽、萎凋室和萎凋机等三种形式[14]，具有不受天气的限制、节约厂房面积、萎凋质量均匀、效率高等优点，已成为目前广泛使用的萎凋方式。但萎凋设备早期多数是由干燥设备等放大改进而来，普遍存在萎凋环境的温度、风量分布不均，造成萎凋不均匀的现象。此外，相关学者还对其他形式的萎凋方法和设施进行了研究[13-14]，如设施复式萎凋、人工调温调湿萎凋、人工光照萎凋、远红外萎凋和遮阳萎凋及茶叶萎凋自动晾晒装置等。

2.1.1 萎凋槽萎凋加工技术

萎凋槽是20 世纪60 年代研制成功的一种红茶初制萎凋设备， 是目前普遍采用推广的萎凋方法，萎凋槽式萎凋，由热风炉、热风管和萎凋槽构成，是人工加温萎凋的半机械化萎凋的方法。工夫红茶萎凋采用萎凋槽萎凋， 热空气温度为35 ℃，叶温以28～33 ℃为宜，摊叶厚度18～22 cm，每小时翻叶1 次，历时8～10 h，相对湿度一般为50%～70%，最高不超过85%[13]。 张成仁等[15]认为目前在滇红工夫的加工制作中，萎凋槽加温萎凋，萎凋叶按照先鼓冷风再鼓热风又鼓冷风的鼓风顺序进行，加温温度控制在30～35 ℃。萎凋时间可控制在6～8 h 左右，基本可以实现控制萎凋。 翻叶是保证萎凋均匀的一项重要措施，其耗工费时、劳动强度大，且易造成芽叶机械损伤。萎凋槽虽然解决了雨天自然萎凋的困难，但仍需要进行人工翻料，循环上料与适时翻叶功能有待完善。

2.1.2 萎凋室萎凋加工技术

室内自然萎凋仍是目前红茶产区最普遍、最常用的方法。 目前，一般萎凋室内配有空调、除湿机和风扇等设备进行调控室内温湿度， 但是仍会受到室外环境的影响。 赵和涛[16]分析认为，在进行自然萎凋时，由于温度和湿度均匀，萎凋叶失水率适中， 各种内含化学物质变化正常， 尤其是氨基酸、水溶性果胶、单糖等滋味物质形成较多，必定会形成良好的红茶品质。 赖兆祥[17]比较了不同萎凋工艺加工英红九号红茶的品质， 初步试验表明日光萎凋与鼓风萎凋加工的英红九号红茶品质相近，而冷冻萎凋所制的红茶在滋味、汤色、叶底方面均好于上述两个处理，但香气较差。

2.1.3 萎凋机萎凋加工技术

萎凋机多采用框架式结构， 内设可往复循环转动的多孔网带，萎凋叶均匀摊放于网带上。萎凋机主要通过在每层侧面或网底布设热风风路系统，实现萎凋环境的控温除湿。 黄建琴等[14]针对祁门红茶设计研制的工夫红茶自动萎凋机， 采用分层进风加导风的方式，可加快整体萎凋进程，提高萎凋均匀度与萎凋质量；陈加友[18]提出一种模块化集成式茶叶加工自动萎凋机，采用PLC 系统控制，对其风机、加热元件、电机传动、检测原件等进行时时监控、反馈及调节；张瑞等[19]提出了一种基于在线检测与反馈调节的茶叶萎凋装置， 借助Fluent 流体仿真软件对萎凋机构萎凋室内的速度场及温度场分布进行数值模拟分析和实验研究。黄藩[20]、张贝贝等[21]在萎凋机的基础上提出光补偿萎凋技术，明确了不同光质、光强、光照时间对红茶感官品质和内含成分的影响规律。 滑金杰等[22]运用响应面设计对萎凋温度、相对湿度、光照强度等工艺参数进行优化，获得最佳工艺参数，萎凋温度为27～29 ℃，相对湿度为69%～72%，光照度为5700～6400 lx。

2.2 红茶发酵设备研发

发酵是工夫红茶加工过程中品质形成的关键工序。目前，国内外红茶发酵方式主要分为传统发酵和设备发酵[23]。 传统发酵是将揉捻叶摊放在发酵筐、发酵架上，使其处于自然环境或发酵房内完成发酵工序[24]。 传统发酵易受天气影响，发酵进程难以控制，致品质不稳定、发酵时间长且效率低。设备发酵基本分为箱式发酵机、房式发酵机、连续自动化发酵机等。 箱式发酵机的基本结构为密闭箱内配置多层旋转架，架中放置盛装发酵叶筛盘，筛盘直径100 cm、沿高15 cm、底盘为40～60 目筛网； 房式发酵机的基本结构为外装一个卧式密闭房（室），内设百叶板或网带由链条传动，发酵叶均匀摊放于百叶板或网带上。 设备发酵可营造较稳定的发酵环境，发酵品质和生产效率得到提升。但现有设备均采用多层结构， 上下层间温湿度有一定差异，同时各层摊放厚度不均，且不具备适时翻拌匀叶功能，致使发酵叶酶促氧化程度不统一，难以满足高品质工夫红茶的工艺要求[3]。针对上述问题，董春旺等[3，24]研发出具有翻拌功能的新型滚筒式红茶发酵机，经成果鉴定达国际领先水平。该机器主要由发酵筒、 翻拌装置、 隧道式增温加湿系统、控制系统、进出料系统和支架等组成。 具有发酵状态可视、触屏操作、定时翻拌、自动控制温湿度、自动进出料、状态监控等功能。该设备80 型单台机每批次发酵时最大装机容量可达150～200 kg揉捻叶，换算为鲜叶达300～400 kg，发酵时的环境温度20～50 ℃、 相对湿度RH≥75%可自动调控，出料时间≤2.0 min，筒内氧浓度可保持在20.5%～21.0%，发酵时间的长短、翻动的次数间隔可调控，能耗≤1.5 kw/h；该设备发酵品质均匀、发酵叶色泽统一性好。

此外，在红茶加工工艺技术方面。根据目前研究来看，发酵叶温不宜超过30℃，叶温过高影响酶的活性，所以控制环境温度为22～28 ℃，环境湿度在90%以上。 段红星等[25]认为发酵温度宁低勿高，发酵程度宁轻勿重， 这一原则可以累积更多的茶黄素，并且降低了茶褐素生成的速度。 方世辉等[26]研究了发酵过程中同温不同时和同时不同温两种情况下，对比红茶品质的优劣，得出了在22℃和28 ℃， 发酵时间100～140 min 条件下生成的TF和TR 较高，品质较好，100 min 下所得到的TF 和TR 含量均较高。 潘科等[27]研究表明，通氧发酵有助于红茶汤色红度和亮度的提高，在通氧60 min，发酵90～120 min 的红茶汤色最好。 MUTHUMANI等[28]研究了在发酵前期，随着发酵时间延长，茶黄素含量不断递增，达到最大值后缓慢下降。合理控制好发酵时间， 从而达到对在制品的品质控制。OBANDA 等[29]研究也证明：发酵时间短，产生的氧化产物少， 尤其是对茶红素较低， 形成的汤色更亮，香气指数高。 刘玉芳等[30]利用乌龙茶的品种春兰加工工夫红茶， 研究了不同发酵时长对于红茶品质的影响， 通过感官审评与理化分析得出，在3～3.5 h 制出的红茶品质最优。

3 展望

（1）茶叶加工技术装备及生产线，正从单机功能设计理念，向模块化集成设计理念发展，生产线的标准化、机械化、自动化程度越来越高，并向精准化、信息化和智能化发展趋势明显。 同时，随着茶机的普遍应用，缺乏统一的茶机使用材料、传感器和安装布线等行业技术标准问题， 对工艺技术标准化的制约效应将更加突显。

（2）茶叶加工技术装备仍未摆脱人工经验制茶模式，尚未突破更多茶叶品质属性信息（物性、化学、感官）的“数字化”，致使各工序环节及生产线的控制水平停滞在自动化初级阶段， 在传承工艺的数字化技术领域存在较大拓展空间。

（3）茶产业的发展将更加依赖于科学进步和技术创新，现代食品工程、机械电子、信息工程和人工智能等更多交叉学科的新技术、新理念，将渗透到传统茶叶加工业， 用食品加工的管理理念推进传统茶叶加工工艺和装备的发展，促进自动化、智能化的升级，由此推动的“机器换人”技术将初见成效，显著提高我国茶产品的国际竞争力，实现茶产业由传统廉价型向现代高效型转化。