新型可控叶温红茶发酵设备的研制和应用

2019-04-25邓余良袁海波滑金杰王近近吴荣梅余书平

中国茶叶 2019年4期

邓余良，袁海波，滑金杰，王近近，吴荣梅，余书平

1.中国农业科学院茶叶研究所，310008；2.开化县特产局，324300

工夫红茶是我国特有的茶类，也是传统出口产品。近年来，国内茶叶市场对红茶的需求量持续增长，对全国各产茶省形成刺激，2005年以来，我国红茶产业再次进入振兴发展的新阶段，红茶生产保持持续增长的态势。红茶产量超过1 000 t的地区从2012年的13个省（市、自治区）增加到2016年14个省（市、自治区）；超过5 000 t的地区从2012年7个省（市、自治区）增加到2016年10个省（市、自治区）；超过1万t的地区从2012年的4个省（市、自治区）增加到2016年有5个省（市、自治区）。2016年红茶产量达到21.8万t，比2011年增长91.82%；红茶产量占茶叶总产量的比重也逐年增加，由2011年的7.02%提高到2016年的9.06%。主要以工夫红茶为主的内销量逐年快速增加，2016年达到18.49万t，占红茶产量的84.8%，较2011年增长136.7%。

一、红茶发酵机现状与存在的不足

随着工夫红茶产量和销量的增长，对红茶的重要加工设备——红茶发酵机的需求也越来越大，要求也越来越高，然而市场上的红茶发酵机基本都存在以下不足。

1.红茶发酵时，叶温过高易导致发酵过度，茶叶产生酸馊味。目前市场上销售的红茶发酵机在温度控制方面，只能加温，不能降温，更不能显示和控制茶叶的叶温。在夏季高温条件下加工茶叶，叶温就会过高，无法使用。如需降温则要将茶叶取出翻动，费工费力，还会因监控疏忽导致叶温过高，影响工夫红茶的品质。

2.目前市场上销售的红茶发酵机，其湿度传感器性能差或控制方式不合理，造成在高湿条件下，由于湿度传感器加湿滞后，湿度过低，影响茶叶加工品质。

3.为保持发酵过程有充足氧气，通常红茶发酵机都配置间歇通风装置，但此装置的频繁通风会导致发酵环境湿度过低，影响发酵质量和效率。

二、红茶发酵的技术要求

1.红茶发酵原理

红茶发酵的原理是在以多酚氧化酶为主体的酶催化下，利用空气中的氧，使多酚类化合物产生一系列的氧化作用，生成茶黄素、茶红素等多种氧化产物。与此同时，其他物质在多酚类化合物氧化、还原的推动下进行比较复杂的化学变化，从而形成红茶特有的色香味品质。红茶发酵过程中，多酚类化合物的氧化，包括酶性氧化和非酶性氧化两种，所谓的“发酵”实际是“氧化”。

2.温度

温度是化学反应的重要条件，红茶发酵需要一定的温度才能顺利进行，温度越高氧化反应越快，反之则越慢，但如果发酵温度过高，容易发酵过度产生酸馊味，温度过低，则会导致发酵时间太长，生产效率降低，一般发酵叶温度控制在28～30℃比较合适。

3.湿度

红茶发酵需要一定水分，水分是化学反应的重要介质，含水率过高，水膜包裹茶叶，茶叶含氧量降低，影响发酵，茶叶含水率太低，缺少水分，也会降低氧化反应速度，降低产品品质和生产效率，一般要求发酵机内空气相对湿度为90%～95%。

4.氧气

氧气直接参与红茶发酵过程，充足的氧气才能保证氧化反应的进行，如果氧气含量过低，多酚类物质氧化不充分，会影响红茶发酵质量。

三、新型红茶发酵机的研制思路

新型红茶发酵机主要应用对象为加工中高档工夫红茶的企业，每次可发酵80～100 kg的揉捻叶（55型揉捻机2次揉捻的量），造价适中，使用简单、方便。该发酵机既能升温也能降温，以满足初春低温和夏季高温季节的使用要求，并能在线监测、控制茶叶温度，发酵机湿度稳定保持90%～96%，湿度传感器脱湿响应时间短，可避免显示非真实参数，延误加湿模块工作，影响发酵。

四、材料的选择

1.箱体材料

工夫红茶发酵机工作时，机体内外最大温差一般不会超过25℃，所以对材料的保温性能要求不需要很高。稳态导热系数≤0.5 W/(m·K)的材料都能满足要求，包括金属夹心发泡或保温棉、木材、PE板、CPP板、有机玻璃板、玻璃钢等。

2.制冷单元

红茶发酵机制冷时，降温幅度一般不超过10℃，中大型发酵设备采用普通冷媒空气调节设备，小型红茶发酵设备也可采用半导体制冷设备，内循环制冷，冷风出口必须在发酵机上部，制冷量≥100 W/m3。

3.制热单元

制热时，升温幅度可达25℃，所以制热量需适当放大，但制热量过大会导致温度波动幅度太大，可采用防水石英红外管安装在发酵机下部，自然内循环加热，制热量≥200～250 W/m3；温度传感器选用精度≤0.5℃的防水热电偶。

4.湿度调节单元

发酵机一般都在相对湿度90%～95%高湿状态下工作，只要停止加湿即可降低湿度，所以只需配置加湿设备即可，加湿设备一般采用超声波雾化设备，每立方米加湿量≥1 500 mL/h；温湿度传感器要求：当相对湿度超过95%时，电阻式湿度传感器的湿敏膜会因湿润而溶解，厚度会发生变化，如反复结露和潮解，会导致传感器失效；当相对湿度超过80%时，电容式传感器在结露和潮解状态时也不能正常检测。所以采用的湿度传感器要求线性度强、抗污染能力强、测量量程0～100%、响应速度快、精度±3%。

五、新型红茶发酵机性能检测与应用

首批制造的新型发酵机容积约为1.3 m3，箱体采用的金属夹聚氨酯发泡板，发泡厚度3 cm；制热原件采用功率1 000 W石英红外发热管；制冷单元采用1台制冷量为220 W的制冷机，采用R410a制冷剂；加湿模块采用1 500 mL/h超声波雾化换能板；空气温湿度传感器采用量程为0～100%的一体式传感器；叶温传感器采用精度为±0.1℃的K型不锈钢防水热电偶，采用低温空气降温，发酵筐采用打孔直径2 mm不锈钢板加工。

随机选取1台新型发酵机检测其性能，试验时间：2018年5月8日；茶树品种：鸠坑20；茶鲜叶嫩度：一芽二叶。鲜叶进行常规萎凋和揉捻后投入发酵机，设置发酵4 h、发酵机内温度28℃、发酵机内相对湿度95%、茶叶限高温度30℃，在整个发酵过程中每0.5 h记录机内空气温湿度和含氧量、茶叶温度、室温等参数，结果如图1、图2。由图可见，室温基本稳定的条件下，在4 h的发酵过程中，发酵机内的含氧量始终保持在21%，非常充足；发酵0.5 h时，发酵机内的温度、湿度都已达到设计需求参数，且稳定性好；发酵筐内的茶叶温度，在稳定的发酵环境条件下，多酚类的氧化反应非常顺利，发酵2.5 h就已达到最佳发酵温度，发酵至3.5 h达到限高值30℃后一直保持在30℃。由此可见，新型可控叶温红茶发酵机运行状态良好，完全达到设计的要求，是一台使用方便、状态稳定、功能人性化、完全符合茶叶加工技术要求的红茶发酵设备。