茶叶揉捻工艺技术研究现状和发展趋势

陈侠，杨亦扬，皮杰，柳军,*

1.南京农业大学人工智能学院，江苏 南京 210031；2.江苏省农业科学院休闲农业研究所，江苏 南京 210014；3.江苏省农业科学院农业设施与装备研究所，江苏 南京 210014

中国是世界上最早种植茶树的国家，茶园面积和茶叶产量均居世界首位[1]，茶叶产量占全球产量的45%。2021 年全国18 个主要产茶省（自治区、直辖市）共有茶园面积4 896.09万hm2，干毛茶产量306.32万t，总产值达2 928.14亿元[2]。

揉捻是大部分茶类加工过程中一道非常重要的工序，对茶叶外形和内质的形成都起到重要作用。揉捻前置工艺杀青或萎凋对揉捻工艺有一定的影响；揉捻过程中投叶量、揉捻时间、揉捻压力以及揉捻转速会直接影响茶叶品质[3-4]。随着人们对茶叶品质要求的不断提高，以及在人口老龄化加剧、人工成本增加的背景下，加强对茶叶加工揉捻技术的研究，尤其是提高茶叶揉捻技术的自动化、智能化和标准化水平，来降低人工参与程度，对今后茶产业可持续发展有着重要意义。

1 茶叶揉捻工艺

揉捻是指通过外力作用，采用搓、揉等方式，使在制品茶形成条索状，并促使茎叶细胞组织破坏的过程[5]。根据不同茶类的要求，与揉捻相近的作业过程包括揉切和包揉，其中揉切适用于红碎茶、绿碎茶的加工，包揉适用于颗粒型乌龙茶加工。揉捻主要有3个目的[6]：一是揉捻茶叶成形，为成品茶外形打基础；二是使茶叶细胞破坏、茶汁溢出；三是为茶叶的进一步加工做准备。

根据揉捻叶叶温的不同，揉捻方式有冷揉、余热揉和热揉3种[7]。冷揉是把待揉捻叶放凉降温至室温时进行揉捻；余热揉是指趁着杀青叶或萎凋叶的余温进行揉捻；热揉是指在揉捻过程中还需额外加热。茶叶的揉捻一般提倡冷揉，原因是热揉易使茶叶色泽发黄，香气低闷，品质较差[8]，但黄茶和黑茶可以采用热揉。

揉捻过程中会造成茶叶的叶绿素被破坏，影响茶叶色泽。在茶叶制作过程中，茶叶中的叶绿素会发生脱镁反应，使之变为脱镁叶绿素，颜色也随之变褐，茶叶冲泡后茶汤颜色变深。经揉捻后，茶叶细胞被破坏，儿茶素与多酚氧化酶充分接触，酶性氧化作用加强，导致香气成分大量形成[9]。对于大部分茶叶来说，随着揉捻程度加深，细胞破坏率提高，溢出的茶汁愈多，茶叶内氧化反应加快，导致茶叶香气降低，内含物质充分接触并发生剧烈变化[10]，会影响茶叶滋味。

1.1 手工揉捻

我国茶叶加工在相当长时期一直处于手工或半手工作业状态[11]，现在还有一些高档名优茶仍然保留手工揉捻的工艺，手工揉捻工艺也是现代揉捻机设计的基础。传统手工揉捻[12]有单把揉和双把揉两种方式。单把揉也叫推揉，揉捻过程中右手放在茶团上，左手握住右手并进行推捻，可两手互换做同样操作，一般适用于较成熟鲜叶。双把揉又称为团揉，把茶团放在揉盘中，双手放在茶团上五指伸开并微微弯曲，把茶团来回推转，一般适用于细嫩鲜叶。单把揉与双把揉都需要将茶团放于手心，使茶团在手心翻转，从而达到使茶叶卷紧成条的目的。茶叶揉捻到一定程度需解块，使已经结块的茶条松散开，以便进一步揉捻成条。

手工揉捻用力应掌握“轻、重、轻”的原则[12]。揉捻初期，叶片完整且无茶汁溢出，此时叶片相对扁平，揉捻用力宜轻，以使叶片逐渐卷起；揉捻中期，待揉捻叶已经逐渐成条形，叶片也具有较强的粘性，揉捻用力应逐渐增大；揉捻后期，大部分茶叶已经成条，此时揉捻用力宜轻，以便在进一步收紧茶条的同时将外溢的茶汁重新吸附到茶条中。手工揉捻适度的标准为芽叶紧卷成条，无松散折叠现象；紧握揉捻叶时，叶汁稍溢出，松手茶团不散[13-14]。

1.2 机械揉捻

揉捻机是目前能够完成茶叶揉捻工艺的主要设备。揉捻机主体部分包括机座、揉桶和揉捻盖，其中，机座主体部分由脚支柱、揉捻盘等构成[15]（图1）。揉桶在曲柄等机构的带动和控制下，在揉捻盘上做相对偏揉捻轴中心的横向旋转。茶叶在揉桶中随着揉桶的运动不断往复翻转，并在揉盘上进行来回揉搓，逐步卷缩成条。在揉捻过程中，叶片细胞被破坏，茶汁溢出，从而增加茶叶滋味的浓度[16]。

图1 揉捻机结构示意图

我国现行茶叶揉捻机相关标准有行业标准、团体标准和企业标准等几种。行业标准《茶叶揉捻机》（JB/T 9814—2007）[17]由中国机械工业联合会提出，安徽省农业机械研究所等单位起草。

21 世纪以来所制定的茶叶揉捻机工艺标准中都提出使用茶叶揉捻机揉捻的原料应为含水量58%～62%的杀青叶或萎凋叶。对比现有的茶叶揉捻机标准，其中对茶叶品质影响较大的3 个参数：细胞成条率、细胞破坏率和碎茶率的要求几乎一致，可总结概括为：较小型号茶叶揉捻机要求绿茶成条率≥85%、细胞破坏率50%～60%、碎茶率≤2.2%，红茶成条率≥90%、细胞破坏率83%、碎茶率≤4.2%；较大型号茶叶揉捻机要求绿茶成条率≥83%、细胞破坏率50%～60%、碎茶率≤2.0%，红茶成条率≥88%、细胞破坏率83%、碎茶率≤4.0%[17-20]。在茶叶揉捻过程中，茶叶成条率越高使得茶叶条索越美观，叶片细胞破坏率会影响茶叶风味，茶叶碎茶率高会造成茶原料浪费。

1.2.1 投叶量

采用揉捻机进行揉捻，投入揉捻叶量的多少对揉捻效果会有较大影响。若揉桶内投入大量茶叶，茶叶在桶内翻转困难，难以做到揉捻均匀，易造成茶叶松条和扁碎，若揉桶内投入少量茶叶，揉捻叶之间摩擦力减弱，不易翻动成条[21-22]。不同型号茶叶揉捻机的投茶量不同，李新杰[23]提出投叶量为自然装至揉桶容量的80%～90%，彭功明[24]提出投叶量为揉桶的2/3，欧平勇[25]提出35 型茶叶揉捻机的揉叶量装至揉桶高度4/5处为宜，葛长虹等[26]给出55 型揉捻机每次投叶在40～50 kg，郑际雄[27]提出55型或65型揉捻机投叶量应为空揉时桶盖接触揉桶内叶面。总之，掌握“嫩叶少投”投叶量应为自然装至揉桶高度4/5 处；“老叶多投”投叶量为自然装至桶盖处。

1.2.2 揉桶转速

茶叶揉捻时揉桶转动的速度原则上应遵循慢、快、慢的原则。揉捻初期，叶片尚未成条，揉捻速度要慢，否则会造成叶片之间摩擦过大，叶片直接折叠，难以成条。揉捻中期，茶叶叶片已经开始成条，适当加快揉捻速度，有利于叶片快速成条。揉捻后期，叶片已大部分成条，若揉桶速度过快，会造成茶条断碎，因此揉捻速度适当调慢。

我国茶叶花色繁多，揉捻工艺的要求各有不同，转速设置不能一概而论。于志宏[28]研究认为绿茶初制揉捻的转速以控制在45～60 r/min较为合适。柴文胜[29]给出揉捻机转速以45～55 r/min 为好。叶飞[30]通过揉捻试验得出红茶宜采用55 型揉捻机，转速46～48 r/min具有较好的揉捻效果。曹望成等[31]通过试验得出了不同类型揉捻机揉捻的转速推荐值（表1）。目前的揉捻机一般都不带转速调节装置，茶叶加工厂一般也没有额外配置调速装置。

表1 不同机型揉捻转速推荐值 r/min

1.2.3 揉捻压力

揉捻过程中，揉捻盖通过挤压茶叶会使叶片和揉盘之间摩擦力增大，使较软的叶片边缘向相对较硬叶脉方向卷曲成条。随着压力增加茶叶曲卷会更紧，成型的速度也会加快，但过大的压力会使未成条茶叶形成扁条，已初步成条的茶叶又会断碎，所以通常的工艺是揉捻开始时无压力，然后缓缓增加压力，先使茶叶边缘开始卷曲，随着压力逐渐增加茶叶逐步成条，压力到达峰值时，绝大多数茶叶卷紧成条。揉捻过程中，叶片细胞破坏，茶汁挤出，既增加茶条的粘性，利于紧结成条，也利于提高茶的滋味浓度。揉捻后期压力逐渐减小，茶汁重新进入茶条中。揉捻时加压方法为逐渐加压，经典的加压模式为轻-重-轻，否则易导致茶叶断碎较多或条形扁平[32]。由于揉捻叶品质不一，其所加压力大小也有所不同，现有的研究中还未能给出揉捻压力的具体值。洪勇为[33]对茶叶揉捻过程中所要施加压力的轻重进行相关分析，并给出一般重压与轻压的比值为2∶1或者3∶1。最新的红茶制作工艺中，嫩度较高的鲜叶也可以先空压一段时间，然后长时间轻压。

1.2.4 揉捻时间

在揉捻过程中，揉捻时间长短对茶叶品质也有一定的影响[34]。揉捻时间过长，会造成芽叶断碎；若揉捻时间不足，茶叶很难揉捻成条，且细胞破坏率不够导致茶汤味淡色浅。不同种类茶叶所需揉捻时间不同，目前还没有相应揉捻标准来确定不同茶叶揉捻所需的具体时间。绿茶揉捻时间一般为46～50 min[35]；针形名优绿茶控制揉捻时间30 min左右，中揉10 min效果最好[36]；崂山绿茶加工技术要求轻压15 min，重压20 min，轻压15 min[37]；祁门红茶揉捻时遵循“轻、重、轻”的加减压原则，空揉30 min，轻压10～15 min，中压10～15 min，重压5～10 min，中压3～8 min[38]；西藏红茶采取轻揉50 min，中揉20 min，重揉10 min[39]；一般优质红茶分3次揉捻，每次揉30 min；大宗红茶分两次揉捻，每次45 min[40]。

2 揉捻工艺的影响因素

2.1 茶树品种及所制茶类

鲜叶品种不同、所制茶类不同，对揉捻工艺的要求也有所区别。如桐柏“白露”茶要分两次揉捻，分别为30 min 和20 min[41]；鄂茶10 号优质绿茶加工揉捻时间以10～20 min 为宜[42]；云抗10号制滇红工夫茶揉捻28 ～30 min[43]；峨山绿茶要轻揉才能使茶叶条索紧且均匀，茶汤滋味浓醇[44]；“女娲毛尖”茶揉捻过程采用渐进式加压：无压1 min—轻压3 min—稍重压3 min—无压1 min—稍重压4 min—无压2 min[45]。

2.2 叶片嫩度

叶片的老嫩对揉捻加工有一定的影响，茶叶揉捻所需具体时间需根据叶质老嫩程度来掌握[46]。嫩叶轻压短揉，老叶重压长揉[47]。若老叶多、嫩叶少、含水量少，揉捻时投叶量可多些，否则揉捻量就少些[48]。高档嫩叶原料因其叶质柔软易于成条，投叶量可略多一点[49]。名优绿茶揉捻时间，嫩叶25～30 min，中等嫩度叶40～45 min，老叶55～60 min[22]。

2.3 叶片含水量

红茶和绿茶在揉捻前需要分别通过萎凋和杀青对叶片含水量进行控制。对含水量过高茶叶采用重揉会增加碎茶率，若对含水量过低茶叶采用轻揉会使溢出茶汁减少和细胞破坏率降低，都会影响到茶叶成型的时间和品质[50]。徐兴国等[51]提出对于含水量55%～60%的广东英德红茶萎凋叶，采用揉捻机揉捻时应轻压长揉，时间一般在90～120 min。雷该翔[52]提出对含水量58%～60%羊楼洞翠毫茶的杀青叶，机械揉捻时间在25 min 内，揉捻茶样所制得的翠毫茶感官品质最好。叶片含水量是影响揉捻参数设置的关键因素，根据现行的茶叶揉捻机行业标准，杀青叶或萎凋叶含水量应为58%～62%。

3 揉捻技术发展展望

3.1 半自动化揉捻逐步趋向智能化

由于茶树鲜叶品质与茶叶生长时间、地理、环境、气候等有关，不同品质的鲜叶其揉捻需求也有所不同，而现有茶叶揉捻机设备还难以满足众多茶叶揉捻需求。现阶段茶叶揉捻过程的控制参数如投叶量、加压程度、揉捻时间、转速都完全依赖经验，揉捻机的转速调节、环境温度控制被忽视，导致茶叶揉捻可重复性差，难于掌控。我国现有揉捻机设备智能化程度不高，无法根据鲜叶嫩度采取智能化操控[53]。

卢素芳等[54]提出，应将当前的新技术和新方法应用于揉捻工艺研究之中，改造现有揉捻设备，实现实时在线反馈原料揉捻过程中的物理信息，达到精准监测茶叶揉捻效果的目的。目前，机器视觉和深度学习已广泛应用于农产品的识别与分类[55-58]。在茶叶方面，张金炎等[59]通过机器视觉实现对茶鲜叶进行精准等级识别，为茶叶揉捻前分类提供了新思路。近年来，专家们对揉捻过程中在制品基本物理特性、外观纹理、力学特性、电学特性、光学特性、显微结构及主要化学成分的变化进行了相关研究，经相关分析初步建立了揉捻程度的评价方法及揉捻机数字化控制策略[60]。

利用新技术与揉捻工艺的结合，开发出能满足自动识别茶叶类别、智能选择揉捻工艺参数、实时监测揉捻过程相关参数，并且通过得到及时有效的参数对揉捻机进行压力、转速以及揉捻时间进行负反馈调节的揉捻设备，对当前茶叶揉捻设备的研制和开发具有一定现实意义。徐文娟等[61]改进了揉捻机的自动化装置，能够实现茶叶质量自动监测、压力及速度控制；杨旭东等[62]通过对茶叶揉捻环节的上下茶系统进行改进，实现了茶叶揉捻环节的自动化流水作业；赵进等[63]设计茶叶揉捻机组自动控制系统以实现茶叶揉捻压力数字化、设备运行自动化以及采用自动和遥控多方式控制。

3.2 制定标准化揉捻加工工艺

现行揉捻机标准仅涉及红茶和绿茶两个茶类。我国还有青茶（乌龙茶）、黄茶和黑茶的加工工艺都涉及揉捻这一重要工序。另外现行行业标准《茶叶揉捻机》（JB/T 9814—2007） 发布于2007年，已有10多年未加修订。现行茶叶加工技术标准中对揉捻工艺参数的规定仍是基于经验的描述，受茶叶揉捻机本身的技术状态限制，无法实现精准的数字化描述和操作。目前揉捻机适用茶类较少，应根据我国不同地区不同种类茶叶的揉捻需求，建立适用于更多种类的茶叶揉捻机工艺标准，提升茶叶产品品质与生产效率。

我国茶叶产地广、品种多，不同产地茶叶品种类型不一，即便是同一产地同一种类的茶叶，不同时间段采摘的茶叶品质也会有所区别。对于品质不一的鲜叶，其茶叶揉捻加工工艺也有所不同。针对这一问题，张问采等[64]通过收集茶叶原产地温度、气候、海拔等地理数据，并采集不同地区茶叶加工工艺参数建立大数据库，使茶叶揉捻工艺参数更加全面化，加工工艺更加标准化。

揉捻是茶叶加工过程中十分重要的一道工序，揉捻工艺对茶叶的色泽、香气和滋味都有一定的影响。中国茶叶类型很多，区域要求不同，个性化要求高，而现有的揉捻设备很难满足众多茶叶的个性化要求。目前，茶叶揉捻机在高端茶叶揉捻上还不能够完全替代传统手工揉捻，真正实现茶叶自动化、智能化和标准化加工模式，还需进一步研发。希望未来技术人员通过对茶叶揉捻设备进行深层次解析，并强化茶叶揉捻功能，真正实现茶叶揉捻机智能化和标准化全面发展。