我国茶叶拣梗机的研制和发展

权启爱

中国农业科学院茶叶研究所，310008

茶叶拣梗机是一种茶叶精制加工设备，为了保持茶叶精制产品即商品茶的品质纯净，茶叶拣梗机应用广泛，其研制开发历来受到业界的高度重视。

一、手工拣梗作业艰难而费工

鲜叶采摘过程中，难免会混杂进部分老梗老叶，乌龙茶等茶类使用的鲜叶，因要求较成熟，芽叶较粗大，老梗老叶含量较多，当前鲜叶机械化采摘逐步普及，鲜叶中的老梗老叶带入量就更大，故在完成加工的毛茶中，不可避免地会含有茎梗等次质茶，需要从成茶中拣出，形成了茶叶精制加工中的一道重要工序。

我国的茶叶精制拣梗作业，自古以来依赖手工进行。由于茶叶中的茎梗往往难于分辨，故需用手工一根根拣出，十分艰难，再者有些类型茶叶含梗量大，拣梗特别费工，直至目前在一些乌龙茶等加工企业，手工拣梗队伍特别庞大，是茶叶精制中最为困难和用工最多的作业（图1）。

图1 乌龙茶拣梗作业

茶叶精制作业机械化，在印度、日本等国出现较早，我国的台湾省因较早接触日本茶叶机械加工技术，20世纪40年代茶叶精制设备的生产已较普遍。也就是从40年代起，中国大陆便有企业引进印度、日本和我国台湾的设备进行红绿茶等的初精制加工。如1947年上海兴华茶叶公司购置台湾制造的包括茶叶拣梗机在内的茶叶精制加工机械，在浙江杭州长明寺巷开办之江茶厂，加工浙江绿茶，这些设备的应用，充分显示出机械制茶和茶叶拣梗之优越。

二、我国茶叶拣梗机的研制和发展历程

我国茶叶拣梗机的研制正式起始于建国后，经历了阶梯式茶叶拣梗机、静电式茶叶拣梗机、色差式茶叶拣梗机等研制发展过程。

1.机械式茶叶拣梗机是我国最早获得应用的茶叶拣梗机

我国茶叶拣梗机的开发与应用从国外引进开始，作为机械式茶叶拣梗机的阶梯式茶叶拣梗机最早在我国获得应用，后来还出现了间隙式等机械式茶叶拣梗机。

（1）阶梯式茶叶拣梗机的研制和应用

1949年11月，时任实业部副部长、中国茶业公司总经理的吴觉农先生，为支持茶叶生产恢复发展，先后组织专门技术人员，以仿制为主，参考国外引进样机，测绘和设计出包括阶梯式茶叶拣梗机在内的10余种茶叶初、精制设备，安排上海、杭州等地的一些私营机械工厂制造，然后将产品分发至华东和中南等重点产茶区使用，筹备兴建了一批初、精制机械茶厂，这是我国首次进行的机械式结构阶梯式茶叶拣梗机的设计、制造和推广应用。1964年，我国决定援建几内亚玛桑达茶场茶叶加工厂，在由中国农业科学院茶叶研究所主持设计、杭州农业机械厂制造的11种茶叶精制设备中也包括了机械式全金属结构的cGJ－65型阶梯式茶叶拣梗机。这种型号的茶叶拣梗机，当时除用于援助非洲几内亚玛桑达茶厂、马里锡卡索茶厂和摩洛哥洛柯斯茶厂等，后经进一步完善设计的6cJJ－82型阶梯式茶叶拣梗机外，直至目前仍为国内使用最普遍的茶叶拣梗机（图2）。

在各类毛茶中，由于茶叶叶条多呈弯曲状，体形多不匀称，重心往往距离条端较近；而茶梗则多长直而整齐，且较光滑，重心在中间部位，离梗端较远。阶梯式茶叶拣梗机，就是一种利用特殊作业部件和茶叶中梗、叶物理形状不同，而将茶梗拣除的茶叶拣梗机。

图26cJJ－82型阶梯式茶叶拣梗机

阶梯式茶叶拣梗机的主要结构由拣床、传动机构、进茶斗、出茶斗、出梗斗和机架等组成。拣床的主要工作部件为多槽板和拣梗轴，多槽板用铸铝经切削或用铝板冲压而成，槽沟前倾，置4～5层，规范而光滑；拣梗轴为直径6～7mm光轴，位于上下两层多槽板间的空隙中间位置，传动结构带动拣床产生连续振动，并驱动拣梗轴转动。阶梯式茶叶拣梗机利用这种特有的机械结构、运转形式，以及茶叶叶条与茶梗物理性状差异，而实施对茶叶茶梗的拣剔。

阶梯式茶叶拣梗机作业时，随着机器的运转，机器上部进茶斗内的待拣茶叶，被均匀送入拣床多槽板的槽沟内，在每条倾斜槽内纵向排列成行并缓慢向前移动，当通过前后两层多槽板中间的间隙时，较短而又稍弯曲的茶叶在碰到转动的拣轴前，重心已超过多槽板边缘而翻落在沟槽内，落入下一层多槽板继续接受拣剔，最后从出茶斗排出机外；较长而圆直的茶梗，因重心尚未超过多槽板边缘，故能保持平衡不前倾，被拣梗轴输送越跨过沟槽，从出梗斗排出机外，实现茶梗和茶叶的分离。为了提高拣剔效果，多槽板一般呈阶梯型布置多层。

阶梯式茶叶拣梗机在毛茶加工拣梗作业中，常常被用于长梗的拣除。为了使拣梗效果良好，生产中一般是先将毛茶筛分，对筛面茶切茶、复筛，以便从茶叶中分离出来含梗较多的粗大茶叶，尽可能数量较少地投入阶梯式拣梗机拣梗，以减少工作量。应该注意的是，拣梗前的切茶，在叶条切断的同时，应十分重视保梗，因为如果将茶梗切断，会使茶梗与叶条长度相近，以至于阶梯式茶叶拣梗机很难将茶梗从茶叶中拣出，降低了拣梗效果。生产中使用的切茶机，如齿滚式切茶机虽切茶效率较高，但易切断茶梗；而螺旋式切茶机虽切茶效率较低，但保梗性能良好，故多被优先选用。

此外，由于阶梯式拣梗机是利用叶、梗长度有别而进行拣梗，故如将它用于虽不含梗，但茶条却长短差异明显的茶叶分拣时，长条茶会被分离出来，因此生产中也有将阶梯式茶叶拣梗机用作条形名优茶特别是龙井茶为代表的扁形茶精制加工中的分长短，使分离后的各档茶叶中的条形长度更加均匀和整齐。中国农业科学院茶叶研究所杭州龙冠实业有限公司的龙井茶，外形均匀程度获得业界的一致肯定，阶梯式茶叶拣梗机的科学运用是一大原因。

阶梯式茶叶拣梗机是我国最早应用于生产的机械式茶叶拣梗机，结构简单、价格低廉，适用于茶叶中的长梗拣剔。由于该机的使用，显著减少了茶叶加工拣梗作业的用工，是我国各类茶叶精制作业中应用最广泛的拣梗机类型。但是该机需反复拣剔，作业效率较低，并且对茶叶中的细梗、毛衣等夹杂物拣剔效果不理想。

（2）间隙式茶叶拣梗机

间隙式茶叶拣梗机也是一种机械式茶叶拣梗机，它是利用粗、细相差原理，进行茶叶拣剔作业的拣梗设备。该设备于20世纪80年代由我国研制，多用于乌龙茶精制加工的拣梗作业。

间隙式茶叶拣梗机主要作业部件是一对斜置并且反向旋转的辊轴，作业时是利用辊轴间所形成的较精确间隙，将较粗叶条与较细的茶梗分离开来。

间隙式茶叶拣梗机作业时，贮茶斗内的待拣茶，经振动送料器输送，沿淌料板经流量控制器分成若干路（常用者多为10路），均匀地送到对应的各对斜置的辊子槽隙间。由于每对辊子互为反向旋转，右边的辊子顺时针旋转，左边的辊子逆时针旋转，在辊子槽隙上的叶子沿轴向向下流动，同时被旋转的辊子上抛，使叶子在辊子槽隙上跳动，不能通过两只辊轴间隙，而向前缓慢移动，直至从前部轴端排出机外。由于槽隙很细，仅能让细小的茎、梗通过，因此这些细小茎，一方面随着茶叶向前移动，在移动过程中，下部接近辊轴间隙的茎、梗，便会穿过辊轴间隙，从出茶口排出机外，达到叶梗分离的目的。辊轴间隙可视付拣茶叶状况不同而作联动调节。辊轴上方设有喷气装置，喷出的气流可增加茶叶在辊子间的流速，促使其翻动以利茎梗下落，增强拣梗效果。

间隙式茶叶拣梗机现多用于乌龙茶的拣梗作业，今后在机采茶的拣梗作业中会有良好的应用前景。

2.机电一体化静电式茶叶拣梗机的研制应用

阶梯式茶叶拣梗机等的广泛应用，虽然减轻了大量的人工拣梗劳动，但是生产率较低，并仅限于长梗拣除。为此，20世纪80年代我国开始了机电一体化静电式茶叶拣梗机的研制，研制成的产品有高压静电式茶叶拣梗机和塑料静电式茶叶拣梗机两种。

（1）高压静电式茶叶拣梗机的研制与应用

20世纪80年代初，浙江省机械科学研究所（现浙江省机电设计研究院）郭丰庚与临安茶叶机械厂合作，进行了利用电解质极化差异而进行茶叶拣梗的高压静电式茶叶拣梗机的研制。经过几年的努力，1987年6cDJ－275型高压静电式茶叶拣梗机通过鉴定，并在生产中获得应用。

高压静电式茶叶拣梗机的工作原理是，当如茶叶一类的电解质（不带电物质）通过静止不动的带电体产生的电场（静电场）时，会产生极化效应，在组成茶叶的成分中，水是极性分子。而经过干燥后的茶叶，通常茶梗的含水率明显高于叶条，故送入静电场后极化程度差异明显。高压静电式茶叶拣梗机由高压静电发生器产生高压，输送给静电辊（电极筒），在静电辊与喂料辊（分配筒）间产生了静电场（图3）。这时输入到拣梗机中的茶叶，经过喂料辊进入静电场后便产生极化现象，并在下落的同时向曲率半径较小的电极筒作抛物线式偏移。通常茶梗含水率较高，极化程度强，偏移距离大；茶叶的含水率较低，则偏移距离短，通过分别收集，达到梗、叶分离的目的。

图3 高压静电式茶叶拣梗机

高压静电式茶叶拣梗机的主要结构由茶叶送给机构、高压静电发生器、分离机构和动力机构四大部分组成，均装在机架上和柜式箱体内。茶叶送给机构包括贮茶斗、输送带、流量控制器和喂料辊等，作用是输送茶叶、控制流量，连续均匀地将茶叶送入高压静电场中。高压静电发生器一般由稳压器、调压器、升压变压器和倍压整流网络等组成。通过调节初级电压，产生直流高压，输送到高压静电辊上。分离机构主要工作部件为静电辊和分离板。静电辊为光滑金属辊筒，端部设有滑环和电刷。分离板为一斜置的绝缘板，通常用有机玻璃制成，其上沿接受下落茶梗，因茶梗和茶叶下落无明显分界线，为提高拣净度，作业时应根据实际情况调节分离板位置。同样为了提高拣净度，高压静电式茶叶拣梗机一般设置两只静电辊，即重复拣梗2次。

高压静电式茶叶拣梗机是利用茶叶的叶、梗在电场中所受的电场力存在差异的特性工作的，电场力的大小受多种因素影响，就茶叶本身而言，决定于茶叶的含水率，即上拣茶的含水率决定了电场对叶、梗吸引力的大小。实际应用表明，通常最适合高压静电拣梗的茶叶含水率，绿茶为6.0%～6.5%、条形红茶为3.0%～6.5%，这时拣梗效果最好。此外，高压静电式茶叶拣梗机的拣梗作业，还应考虑茶叶拣剔时的温度，一般是复烘后不久，茶叶尚有一定温度时付拣，效果较好。

正因为高压静电式茶叶拣梗机采用静电吸引原理拣梗，使用表明，对红碎茶的拣剔效果最好，其次是绿茶和条形（工夫）红茶。由于机采茶中所含细梗和毛衣量大，可以预见，高压静电式茶叶拣梗机将会在机采茶精制拣剔作业中发挥良好的作用。

（2）塑料静电式茶叶拣梗机的研制和应用

20世纪80年代，我国红碎茶发展迅速，为了满足红碎茶拣梗需求，业界研制了一种塑料静电式茶叶拣梗机，其拣梗原理与高压静电拣梗机相同，只是产生静电的方法不同，系利用表面包裹羊毛毡的辊子与塑料辊子相对摩擦产生静电场（羊毛辊带正电，塑料辊带负电），从而达到拣剔茶梗的目的。塑料辊、羊毛辊和拣板是塑料静电式茶叶拣梗机拣梗作业的关键部件。塑料辊一般采用聚氯乙烯制成，一只塑料辊和一只羊毛辊组成一组。两只辊子平行紧靠安放，两辊转向相同，羊毛辊转速385r/min，塑料辊转速25r/min。两辊间的压紧程度通过调节螺杆调节，以获得不同的电场强度，适应不同的原料。茶梗依靠塑料辊吸出。塑料静电式茶叶拣梗机一般直接安装在红碎茶初制生产线上，用于在线的红碎茶筋梗、毛衣拣剔，在烘干之后的茶叶输送带上实施拣梗，一般是通过几组反复拣剔，可满足红碎茶拣梗需求。塑料静电式茶叶拣梗机在中国农业科学院茶叶研究所研发的颗粒（碎）绿茶初精制连续化生产线上亦获得良好应用。

3.高新技术型色差式茶叶拣梗机的研制应用

本世纪初以来，随着以计算机为核心的高新技术的迅速发展，合肥美亚光电技术有限责任公司、安徽中科光电色选机械有限公司等企业，将计算机与高分辨视频识别和高速微型喷气等高新技术相结合，研制开发出高新技术型色差式茶叶拣梗机，应用于各种茶类的茶梗拣剔，效果良好。

色差式茶叶拣梗机是一种采用DSp技术和数码技术，并采用了色选精度很高、可靠性好的色差感应系统的色选设备，从而有包括黄、绿同选在内等5种色选方式可供选用，做到一机多能。该机除可对传统茶叶等物料进行色选外，还可针对条状和片状物料进行特殊计算处理而扩大色选范围。该机采用两次采集、处理和色选，色选精度高，同时由于快速图像修正和通道均衡技术的应用，拣梗精度显著提高并降低了损耗。

色差是茶叶拣梗机之所以能够实施拣梗的根本原因，除机器本身所具有的固有性能外，还基于茶叶中梗、叶色泽的差异程度。例如绿茶，一般叶条色泽偏绿翠，而茶梗色泽偏黄，其存在的颜色差异即色差。色差茶叶拣梗机就是利用本身所装备的色差测定系统，对茶叶色泽组成参数实施测定。色泽偏绿的叶条，则会被装有绿色色彩信号色差感应系统摄像用的彩色ccD镜头所捕捉，进行摄影，并将所摄影像输入计算机，通过计算，发出指令，使这些叶条通过茶叶通道进入第二次拣梗或排出机外。而茶梗偏黄，更容易被装有黄色色彩信号的高精度色差感应系统捕捉和收集，进行摄影并输入计算机，通过计算发出指令，使控制送风机运转的电磁阀接通，送风机运转产生的高压空气通过管道和喷嘴吹出强风，把茶梗从含梗的茶叶中吹出，通过茶梗通道和茶梗出料口排出机外，从而完成拣梗作业。

图4 色差式茶叶拣梗机

色差式茶叶拣梗机的主要结构由送料器、茶叶梗叶摄像用彩色ccD镜头、用于吹除茶梗的电磁送风和吹气系统、茶梗和茶叶出料口、机架与罩壳和控制系统等组成（图4）。送料器是将待拣剔的茶叶送入拣梗机的装置，使被选茶叶整齐排列和更加均匀地下落。茶叶梗、叶摄像用彩色ccD镜头，实际上是一种应用色差感应系统，收集茶叶的梗、叶色彩信号并进行摄影，并输入计算机。电磁送风和吹气系统接到计算机发出的指令，通过该系统的电磁喷嘴吹出强风，把茶梗从含梗的茶叶中吹出。控制系统是一种简明易识的触摸键操作平台，大屏幕宽视角彩色显示屏和友好的用户界面，可实现人机对话。正因为如此，色差式茶叶拣梗机可以说是一种使用电脑与高分辨视频识别和高速微型喷气技术相结合的高科技拣梗设备，拣梗性能优良。并且该机操作方便，生产率高，适用于各种类型机采茶叶的拣梗作业。

浙江省松阳县是国内著名的绿茶产区，2008年开始引进色差式茶叶拣梗机，用于绿茶的拣梗作业。现该县茶叶总产量超过1万t，以往使用其他类型的拣梗机配合人工进行拣梗，每年消耗人工数十万计，现几乎全部被茶叶色差式拣梗机所替代。特别是占该县茶叶产量80%以上、享誉全国的香茶产品，拣梗作业更是全部依赖色差式茶叶拣梗机。香茶所使用的鲜叶原料，一般为一芽二叶至一芽三叶初展，是一种介于中低档名优茶和高档大宗茶之间的绿茶类型，属于高级绿茶范畴。加工过程中经过反复多道工序的滚筒炒制，香气鲜爽，滋味浓醇，价格适中，很受大众消费者的欢迎。因为香茶含梗量较一般名优茶高，以往消耗大量拣梗人工，一般每位拣茶工每班仅可拣茶叶5kg左右。现改用色差式茶叶拣梗机进行拣梗，拣梗效率可达300kg/h以上，比人工拣梗提高300倍以上，茶梗拣净率可达95%以上，误拣率为7.82%，即使是精细手工拣梗与之相比还稍有差距。应用还表明，香茶拣梗人工作业定价为7元/kg，而采用色差式茶叶拣梗机进行机拣，包括机器折旧、电费和操作人员工资等在内成本仅1.85元/kg。

三、茶叶拣梗技术及拣梗机发展趋势

随着茶叶加工业的快速发展，预计茶叶拣梗技术和机械将会有如下发展趋势。

1.当前茶产业正面临着深入的产品结构调整，市场消费的茶叶产品，将由前些年的追求细嫩高价名优茶即礼品茶的格局，向嫩度适中、品质良好、价格实惠、消费者买得起的大众型名优茶转移。这类名优茶鲜叶采摘相对较粗大，难免带入较多茶梗。同时，茶叶生产用工日趋紧张，鲜叶的机械化采摘势在必行，目前已呈现迅速发展趋势。现行应用的采茶机因对芽叶缺乏选择性，机采叶中茶梗含量相对就更多，生产的干茶，拣梗任务将更重，故对拣梗机械和技术的需求将更迫切，业界进一步为茶叶加工提供性能更好、更实用的茶叶拣梗机，是当前和今后重要的任务之一。

2.拣梗效果不仅需要拣梗机械和技术的保证，并且与鲜叶采摘和加工技术关系密切。鲜叶采摘要求尽可能减少茶梗带入量，特别是机采叶。故机械化采茶技术的推广，应将茶园规划、茶树品种选择、种植规范、茶蓬修剪、机械操作等技术综合应用，以减少鲜叶中的茶梗含量。加工环节则尽可能采用鲜叶分级、杀青叶风选、揉捻机分筛等技术，将含梗量大的加工叶先分离出来单独加工，可显著减少上拣茶的数量。精制过程中应特别注意保梗，从而尽可能拉大梗和叶物理性状的差别，便于将茶梗从茶叶中拣出。

3.茶叶拣梗机的类型较多，拣梗性能也有所差别，如阶梯式茶叶拣梗机主要用于拣剔茶叶中的长梗，但拣梗效率较低；静电式茶叶拣梗机以拣出茶叶中的毛衣嫩梗见长，并且在红碎茶、绿茶拣梗中应用广泛；色差式茶叶拣梗机适于各种条形茶叶的拣梗，拣梗效率较高，但其机器价格较高。为此，根据上拣茶叶状况，选用不同类型的茶叶拣梗机，进行科学配套，方可达到科学、经济和高效的拣梗效果。