覃事永， 安霆， 董春旺*

（1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，湖南 長沙 410125;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，浙江 杭州 310008）

近年來，紅茶產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)發(fā)展迅速，據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，從2006 年至2016 年，我國紅茶產(chǎn)量呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢，見表1。 首先是紅茶產(chǎn)量的穩(wěn)步增長，2016 年紅茶產(chǎn)量達(dá)到21.84 萬噸，比2006 年增長352.17%；其次，紅茶產(chǎn)量占茶葉總產(chǎn)量的比重逐年增加， 由2006 年的4.70%提高到2016 年的9.44%， 其中主要是名優(yōu)工夫紅茶的迅速增加[1]。 目前，幾乎國內(nèi)所有茶葉加工企業(yè)均有涉及紅茶加工，但普遍存在制茶經(jīng)驗不足、設(shè)備與工藝配套性差及半自動化作業(yè)等共性問題， 并已成為制約我國工夫紅茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸[2-4]。文章分析紅茶關(guān)鍵加工裝備的研究進(jìn)展，以期為標(biāo)準(zhǔn)化、 智能化紅茶加工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

表1 2006～2016 年中國茶葉總產(chǎn)量和紅茶產(chǎn)量（單位：萬噸）Table 1 Production of total teas and black tea in China:2006～2016(unit:10000 tons)

1 紅茶加工生產(chǎn)線的研究現(xiàn)狀

國外茶葉加工機械化和自動化程度較高，且主要產(chǎn)茶國的茶樹品種和茶類單一， 其生產(chǎn)線已形成規(guī)范化的制茶工藝標(biāo)準(zhǔn)。在紅茶方面，自上世紀(jì)五十年代開始， 逐步實現(xiàn)了C.T.C 紅碎茶加工全程連續(xù)自動化[5]。 印度、斯里蘭卡等國紅碎茶的初制、精制加工和包裝的機械化程度，都遠(yuǎn)高于其它茶類，已經(jīng)實現(xiàn)連續(xù)化加工和自動化包裝[6]。 日本茶葉加工裝備代表了世界茶機最高水平， 其機械化、清潔化、連續(xù)化和自動化普及程度較高，無論單機或流水線均配有較完善的檢測和控制功能的制御盤[7]。 得益于高質(zhì)量的傳感器，合理的布控檢測點及布線， 保證了茶機較高的穩(wěn)定性、 可靠性、互換性和精度。 近年，日本加快了紅茶裝備的研發(fā)， 主要體現(xiàn)在將揉捻機棱骨改造為適宜條形工夫紅茶做形， 研發(fā)了萎凋搖青一體機和連續(xù)式多層發(fā)酵機。 國外茶機的先進(jìn)性還體現(xiàn)在加工過程管理的工業(yè)化， 茶葉加工基本上都由高度自動化的生產(chǎn)線來完成茶葉原料不落地， 再配合清潔化加工技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)了清潔化生產(chǎn)[8-9]。

長期以來， 我國茶葉裝備研發(fā)主要集中在綠茶加工設(shè)備上， 如上世紀(jì)九十年代后開發(fā)出名優(yōu)茶加工的通用機械（如殺青機、揉捻機和烘干機）和專用機械（如扁形茶、針形茶、條形茶、卷曲形茶、圓形茶做形機械等）[10-11]。 在紅茶連續(xù)化、自動化加工研究方面基本處于停滯狀態(tài)， 僅針對紅碎茶開展了部分單機如錘切式揉切機（L.T.P）、轉(zhuǎn)子式揉切機（Roter-vane）等的研制定型[9-10]。 工夫紅茶是我國傳統(tǒng)外銷產(chǎn)品， 近年來內(nèi)銷市場也在逐步擴大， 但受限于工夫紅茶加工工序及品質(zhì)形成的復(fù)雜性， 其加工技術(shù)裝備及生產(chǎn)線水平落后于綠茶[9-11]。 紅茶裝備以單機和聯(lián)裝作業(yè)為主，且多為非標(biāo)制造，相同型號設(shè)備的溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低，自動化和可控性差[12]。

近年，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等科研院所，聯(lián)合湖南長沙湘豐茶葉機械有限公司、 福建佳友茶葉機械有限公司和浙江綠峰機械有限公司等單位開發(fā)出茶葉連續(xù)化攤青機、快速冷卻貯放機、自動揉捻機、連續(xù)化動態(tài)烘干機、連續(xù)化回潮機、自動稱量設(shè)備等紅綠茶共用加工工序裝備，經(jīng)過改進(jìn)與創(chuàng)新，即可用于紅茶自動化生產(chǎn)線。 2014 年，以中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所為主持單位的“十二五”國家科技支撐計劃課題團(tuán)隊，研發(fā)出光補償全天候萎凋機、紅茶專用冷揉捻機組、滾筒式自動發(fā)酵機、真空脈動干燥技術(shù)和加工品質(zhì)無損檢測技術(shù)。 通過技術(shù)集成與創(chuàng)新， 在浙江更香有機茶業(yè)開發(fā)有限公司建立紅茶自動化生產(chǎn)線進(jìn)行示范， 為紅茶智能化加工技術(shù)及生產(chǎn)線裝備的研發(fā)提供了理論依據(jù)和有益探索。 2015 年，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)與祥源茶業(yè)祁紅公司聯(lián)合攻關(guān)，對“祁門紅茶”自動化加工工藝及關(guān)鍵裝備進(jìn)行了技術(shù)研究，形成了雙槽組合、斜型運行、連續(xù)萎凋工序；分段式自動投葉、自動加壓揉捻工序；分段式自動變溫發(fā)酵等核心技術(shù)，提升了“祁門紅茶”機械化、自動化、智能化加工技術(shù)水平。 2015 年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)與浙江綠峰機械有限公司聯(lián)合， 研究開發(fā)了工夫紅茶自動化加工配套設(shè)備，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，并在湖北省恩施市潤邦國際富硒茶業(yè)有限公司建立示范生產(chǎn)線。

2 紅茶加工關(guān)鍵裝備研究現(xiàn)狀

2.1 紅茶萎凋設(shè)備研發(fā)

萎凋是紅茶加工的首道工序， 直接影響后續(xù)工序的正常進(jìn)行，通常萎凋溫濕度控制在20～30 ℃、60%～70%，含水率控制在58%～64%，是較為理想的工藝技術(shù)指標(biāo)[13]。目前主要的萎凋方法有三種，即自然萎凋、光補償萎凋和設(shè)備萎凋。萎凋設(shè)備主要有萎凋槽、萎凋室和萎凋機等三種形式[14]，具有不受天氣的限制、節(jié)約廠房面積、萎凋質(zhì)量均勻、效率高等優(yōu)點，已成為目前廣泛使用的萎凋方式。但萎凋設(shè)備早期多數(shù)是由干燥設(shè)備等放大改進(jìn)而來，普遍存在萎凋環(huán)境的溫度、風(fēng)量分布不均，造成萎凋不均勻的現(xiàn)象。此外，相關(guān)學(xué)者還對其他形式的萎凋方法和設(shè)施進(jìn)行了研究[13-14]，如設(shè)施復(fù)式萎凋、人工調(diào)溫調(diào)濕萎凋、人工光照萎凋、遠(yuǎn)紅外萎凋和遮陽萎凋及茶葉萎凋自動晾曬裝置等。

2.1.1 萎凋槽萎凋加工技術(shù)

萎凋槽是20 世紀(jì)60 年代研制成功的一種紅茶初制萎凋設(shè)備， 是目前普遍采用推廣的萎凋方法，萎凋槽式萎凋，由熱風(fēng)爐、熱風(fēng)管和萎凋槽構(gòu)成，是人工加溫萎凋的半機械化萎凋的方法。工夫紅茶萎凋采用萎凋槽萎凋， 熱空氣溫度為35 ℃，葉溫以28～33 ℃為宜，攤?cè)~厚度18～22 cm，每小時翻葉1 次，歷時8～10 h，相對濕度一般為50%～70%，最高不超過85%[13]。 張成仁等[15]認(rèn)為目前在滇紅工夫的加工制作中，萎凋槽加溫萎凋，萎凋葉按照先鼓冷風(fēng)再鼓熱風(fēng)又鼓冷風(fēng)的鼓風(fēng)順序進(jìn)行，加溫溫度控制在30～35 ℃。萎凋時間可控制在6～8 h 左右，基本可以實現(xiàn)控制萎凋。 翻葉是保證萎凋均勻的一項重要措施，其耗工費時、勞動強度大，且易造成芽葉機械損傷。萎凋槽雖然解決了雨天自然萎凋的困難，但仍需要進(jìn)行人工翻料，循環(huán)上料與適時翻葉功能有待完善。

2.1.2 萎凋室萎凋加工技術(shù)

室內(nèi)自然萎凋仍是目前紅茶產(chǎn)區(qū)最普遍、最常用的方法。 目前，一般萎凋室內(nèi)配有空調(diào)、除濕機和風(fēng)扇等設(shè)備進(jìn)行調(diào)控室內(nèi)溫濕度， 但是仍會受到室外環(huán)境的影響。 趙和濤[16]分析認(rèn)為，在進(jìn)行自然萎凋時，由于溫度和濕度均勻，萎凋葉失水率適中， 各種內(nèi)含化學(xué)物質(zhì)變化正常， 尤其是氨基酸、水溶性果膠、單糖等滋味物質(zhì)形成較多，必定會形成良好的紅茶品質(zhì)。 賴兆祥[17]比較了不同萎凋工藝加工英紅九號紅茶的品質(zhì)， 初步試驗表明日光萎凋與鼓風(fēng)萎凋加工的英紅九號紅茶品質(zhì)相近，而冷凍萎凋所制的紅茶在滋味、湯色、葉底方面均好于上述兩個處理，但香氣較差。

2.1.3 萎凋機萎凋加工技術(shù)

萎凋機多采用框架式結(jié)構(gòu)， 內(nèi)設(shè)可往復(fù)循環(huán)轉(zhuǎn)動的多孔網(wǎng)帶，萎凋葉均勻攤放于網(wǎng)帶上。萎凋機主要通過在每層側(cè)面或網(wǎng)底布設(shè)熱風(fēng)風(fēng)路系統(tǒng)，實現(xiàn)萎凋環(huán)境的控溫除濕。 黃建琴等[14]針對祁門紅茶設(shè)計研制的工夫紅茶自動萎凋機， 采用分層進(jìn)風(fēng)加導(dǎo)風(fēng)的方式，可加快整體萎凋進(jìn)程，提高萎凋均勻度與萎凋質(zhì)量；陳加友[18]提出一種模塊化集成式茶葉加工自動萎凋機，采用PLC 系統(tǒng)控制，對其風(fēng)機、加熱元件、電機傳動、檢測原件等進(jìn)行時時監(jiān)控、反饋及調(diào)節(jié)；張瑞等[19]提出了一種基于在線檢測與反饋調(diào)節(jié)的茶葉萎凋裝置， 借助Fluent 流體仿真軟件對萎凋機構(gòu)萎凋室內(nèi)的速度場及溫度場分布進(jìn)行數(shù)值模擬分析和實驗研究。黃藩[20]、張貝貝等[21]在萎凋機的基礎(chǔ)上提出光補償萎凋技術(shù)，明確了不同光質(zhì)、光強、光照時間對紅茶感官品質(zhì)和內(nèi)含成分的影響規(guī)律。 滑金杰等[22]運用響應(yīng)面設(shè)計對萎凋溫度、相對濕度、光照強度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳工藝參數(shù)，萎凋溫度為27～29 ℃，相對濕度為69%～72%，光照度為5700～6400 lx。

2.2 紅茶發(fā)酵設(shè)備研發(fā)

發(fā)酵是工夫紅茶加工過程中品質(zhì)形成的關(guān)鍵工序。目前，國內(nèi)外紅茶發(fā)酵方式主要分為傳統(tǒng)發(fā)酵和設(shè)備發(fā)酵[23]。 傳統(tǒng)發(fā)酵是將揉捻葉攤放在發(fā)酵筐、發(fā)酵架上，使其處于自然環(huán)境或發(fā)酵房內(nèi)完成發(fā)酵工序[24]。 傳統(tǒng)發(fā)酵易受天氣影響，發(fā)酵進(jìn)程難以控制，致品質(zhì)不穩(wěn)定、發(fā)酵時間長且效率低。設(shè)備發(fā)酵基本分為箱式發(fā)酵機、房式發(fā)酵機、連續(xù)自動化發(fā)酵機等。 箱式發(fā)酵機的基本結(jié)構(gòu)為密閉箱內(nèi)配置多層旋轉(zhuǎn)架，架中放置盛裝發(fā)酵葉篩盤，篩盤直徑100 cm、沿高15 cm、底盤為40～60 目篩網(wǎng)； 房式發(fā)酵機的基本結(jié)構(gòu)為外裝一個臥式密閉房（室），內(nèi)設(shè)百葉板或網(wǎng)帶由鏈條傳動，發(fā)酵葉均勻攤放于百葉板或網(wǎng)帶上。 設(shè)備發(fā)酵可營造較穩(wěn)定的發(fā)酵環(huán)境，發(fā)酵品質(zhì)和生產(chǎn)效率得到提升。但現(xiàn)有設(shè)備均采用多層結(jié)構(gòu)， 上下層間溫濕度有一定差異，同時各層攤放厚度不均，且不具備適時翻拌勻葉功能，致使發(fā)酵葉酶促氧化程度不統(tǒng)一，難以滿足高品質(zhì)工夫紅茶的工藝要求[3]。針對上述問題，董春旺等[3，24]研發(fā)出具有翻拌功能的新型滾筒式紅茶發(fā)酵機，經(jīng)成果鑒定達(dá)國際領(lǐng)先水平。該機器主要由發(fā)酵筒、 翻拌裝置、 隧道式增溫加濕系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)出料系統(tǒng)和支架等組成。 具有發(fā)酵狀態(tài)可視、觸屏操作、定時翻拌、自動控制溫濕度、自動進(jìn)出料、狀態(tài)監(jiān)控等功能。該設(shè)備80 型單臺機每批次發(fā)酵時最大裝機容量可達(dá)150～200 kg揉捻葉，換算為鮮葉達(dá)300～400 kg，發(fā)酵時的環(huán)境溫度20～50 ℃、 相對濕度RH≥75%可自動調(diào)控，出料時間≤2.0 min，筒內(nèi)氧濃度可保持在20.5%～21.0%，發(fā)酵時間的長短、翻動的次數(shù)間隔可調(diào)控，能耗≤1.5 kw/h；該設(shè)備發(fā)酵品質(zhì)均勻、發(fā)酵葉色澤統(tǒng)一性好。

此外，在紅茶加工工藝技術(shù)方面。根據(jù)目前研究來看，發(fā)酵葉溫不宜超過30℃，葉溫過高影響酶的活性，所以控制環(huán)境溫度為22～28 ℃，環(huán)境濕度在90%以上。 段紅星等[25]認(rèn)為發(fā)酵溫度寧低勿高，發(fā)酵程度寧輕勿重， 這一原則可以累積更多的茶黃素，并且降低了茶褐素生成的速度。 方世輝等[26]研究了發(fā)酵過程中同溫不同時和同時不同溫兩種情況下，對比紅茶品質(zhì)的優(yōu)劣，得出了在22℃和28 ℃， 發(fā)酵時間100～140 min 條件下生成的TF和TR 較高，品質(zhì)較好，100 min 下所得到的TF 和TR 含量均較高。 潘科等[27]研究表明，通氧發(fā)酵有助于紅茶湯色紅度和亮度的提高，在通氧60 min，發(fā)酵90～120 min 的紅茶湯色最好。 MUTHUMANI等[28]研究了在發(fā)酵前期，隨著發(fā)酵時間延長，茶黃素含量不斷遞增，達(dá)到最大值后緩慢下降。合理控制好發(fā)酵時間， 從而達(dá)到對在制品的品質(zhì)控制。OBANDA 等[29]研究也證明：發(fā)酵時間短，產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物少， 尤其是對茶紅素較低， 形成的湯色更亮，香氣指數(shù)高。 劉玉芳等[30]利用烏龍茶的品種春蘭加工工夫紅茶， 研究了不同發(fā)酵時長對于紅茶品質(zhì)的影響， 通過感官審評與理化分析得出，在3～3.5 h 制出的紅茶品質(zhì)最優(yōu)。

3 展望

（1）茶葉加工技術(shù)裝備及生產(chǎn)線，正從單機功能設(shè)計理念，向模塊化集成設(shè)計理念發(fā)展，生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化、機械化、自動化程度越來越高，并向精準(zhǔn)化、信息化和智能化發(fā)展趨勢明顯。 同時，隨著茶機的普遍應(yīng)用，缺乏統(tǒng)一的茶機使用材料、傳感器和安裝布線等行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題， 對工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的制約效應(yīng)將更加突顯。

（2）茶葉加工技術(shù)裝備仍未擺脫人工經(jīng)驗制茶模式，尚未突破更多茶葉品質(zhì)屬性信息（物性、化學(xué)、感官）的“數(shù)字化”，致使各工序環(huán)節(jié)及生產(chǎn)線的控制水平停滯在自動化初級階段， 在傳承工藝的數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域存在較大拓展空間。

（3）茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將更加依賴于科學(xué)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新，現(xiàn)代食品工程、機械電子、信息工程和人工智能等更多交叉學(xué)科的新技術(shù)、新理念，將滲透到傳統(tǒng)茶葉加工業(yè)， 用食品加工的管理理念推進(jìn)傳統(tǒng)茶葉加工工藝和裝備的發(fā)展，促進(jìn)自動化、智能化的升級，由此推動的“機器換人”技術(shù)將初見成效，顯著提高我國茶產(chǎn)品的國際競爭力，實現(xiàn)茶產(chǎn)業(yè)由傳統(tǒng)廉價型向現(xiàn)代高效型轉(zhuǎn)化。