劉烽 王文燦 高謙

(云南省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，云南 昆明 650032)

前言

白茶是中國6大茶類之一，中國茶葉流通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年中國茶葉總產(chǎn)量為298.6萬t,白茶產(chǎn)量占比2.47%，較2019年大幅增長56.3%。2020年全國白茶農(nóng)業(yè)產(chǎn)值約75.2億元，較2019年增加20.1億元，增幅達(dá)36.41%[1]。

白茶是鮮葉采摘后，主要經(jīng)過萎凋和烘干加工的茶，因此白茶外形松散，比重較輕，流動(dòng)性差。在茶葉精加工階段，可以去除制作環(huán)節(jié)中混入的雜質(zhì)，也可以除去次茶，使得茶葉的潔凈得到保證，提高茶葉的品質(zhì)。同時(shí)，通過干燥茶葉，有助于白茶提香和香氣釋放，使得品質(zhì)提升，從而延長儲(chǔ)存時(shí)間。拼配過程可以使茶葉條索、顏色更均勻，口感各方面得到更好的提升，讓各時(shí)期加工的茶葉規(guī)格一致，在保證質(zhì)量穩(wěn)定的同時(shí)發(fā)掘出茶葉最好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。

茶葉精制過程中主要以人工挑揀雜質(zhì)，配置單機(jī)設(shè)備以圓篩機(jī)、風(fēng)選機(jī)為主，各個(gè)環(huán)節(jié)需要人工參與完成，這個(gè)過程很容易造成茶葉的二次污染，如在加工過程中茶葉掉落到地面受灰塵以及細(xì)菌的污染，在生產(chǎn)過程中人手頻繁的觸摸茶葉，加工機(jī)械清潔不到位或不及時(shí)，這些都可能造成茶葉的污染，使得白茶食品安全衛(wèi)生及品質(zhì)不能得到很好的保證，同時(shí)生產(chǎn)效率也不高，制約著白茶茶葉加工水平的提升，設(shè)計(jì)研發(fā)用于白茶清潔化、智能化加工設(shè)備有很重大的意義。白茶精制加工作為白茶生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，加工的品質(zhì)穩(wěn)定性、質(zhì)量、衛(wèi)生情況受到各加工企業(yè)的高度重視，規(guī)?；a(chǎn)采用清潔化、智能化白茶生產(chǎn)線是白茶加工的發(fā)展趨勢(shì)。

1 白茶精制加工工藝流程

1.1 白茶精制加工工藝流程

根據(jù)工藝要求，不同的茶葉精制和加工也不同，但多數(shù)茶類精制加工基本都包含篩分、風(fēng)選、除雜和拼配等幾個(gè)工序。白茶精制過程主要包括以下幾個(gè)工序,對(duì)原料中雜質(zhì)揀剔、勻堆拼配、烘干、包裝入庫。具體工藝流程如圖1所示。

勻堆槽(精制)→平圓→風(fēng)選→色選→靜電→揀剔→勻堆槽(半成品)→烘干→入庫

1.2 工藝基本參數(shù)

產(chǎn)量400kg·h-1；復(fù)焙時(shí)間30min；成品茶含水率小于7%。

2 白茶清潔化、智能化精制加工生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案

傳統(tǒng)茶葉生產(chǎn)加工以單機(jī)加工為主，加工過程中需要人工輔助，生產(chǎn)效率低，人工投入大，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，智能化和清潔水平不高，對(duì)茶葉加工規(guī)模化生產(chǎn)有較大的影響。

依據(jù)傳統(tǒng)白茶精制生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)福鼎白茶清潔化、智能化加工生產(chǎn)線，旨在提高茶葉生產(chǎn)穩(wěn)定性、降低加工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，為推廣白茶清洗和智能化加工技術(shù)提供參考。白茶清潔化、智能化加工生產(chǎn)線如圖2所示，由拼配機(jī)組、圓篩機(jī)組、風(fēng)選機(jī)組、色選機(jī)、除雜機(jī)組及人工檢查臺(tái)由輸送設(shè)備組成，按照日處理白茶80擔(dān)(4000kg·d-1)的產(chǎn)量配置生產(chǎn)線。根據(jù)白茶精制工藝要求，白茶精制流程分成2段。

2.1 白茶精制第1段工藝流程及設(shè)備配置

白茶精制第1段工藝流程包括工序如圖1所示。

圖1 白茶精制第1段工藝流程圖

本生產(chǎn)生產(chǎn)線包括拼配機(jī)、圓篩機(jī)、風(fēng)選機(jī)、色選機(jī)、靜電除雜機(jī)和人工撿剔臺(tái)見圖2。

圖2 生產(chǎn)線設(shè)備布置圖

拼配機(jī)與圓篩機(jī)連接，色選機(jī)與靜電除雜機(jī)連接，人工撿剔臺(tái)設(shè)置在末尾；風(fēng)選機(jī)為2臺(tái)，第1臺(tái)風(fēng)選機(jī)放置在圓篩機(jī)與色選機(jī)中間，風(fēng)選機(jī)進(jìn)料端與圓篩機(jī)出料端連接，風(fēng)選機(jī)出料端與色選機(jī)進(jìn)料端連接，第2臺(tái)風(fēng)選機(jī)放置在靜電除雜機(jī)與人工撿剔臺(tái)之間，風(fēng)選機(jī)進(jìn)料端與靜電除雜機(jī)出料端連接，風(fēng)選機(jī)出料端與人工撿剔臺(tái)進(jìn)料端連接；其中拼配機(jī)包括水平輸送帶、混料輸送帶、原料輸送帶和混料裝置，水平輸送帶水平設(shè)置，6個(gè)原料輸送帶設(shè)置在水平輸送帶兩側(cè)，混料輸送帶進(jìn)料端設(shè)置在水平輸送帶尾部，混料輸送帶出料端與混料裝置連接；混料裝置內(nèi)部交錯(cuò)設(shè)置有數(shù)塊傾斜的下料板，下料板固定在混料裝置內(nèi)壁上；圓篩機(jī)包括篩盤和出料圓口，篩盤分為4層，從上至下平行設(shè)置，出料圓口為4個(gè)，每層篩盤尾部連接1個(gè)出料圓口，4個(gè)出料圓口等間距固定在圓篩機(jī)尾端，其中1個(gè)出料口位于第1風(fēng)選機(jī)上料輸送帶的上方；風(fēng)選機(jī)包括振動(dòng)篩、風(fēng)選箱、出料口和鼓風(fēng)機(jī)，振動(dòng)篩為前端低、后端高的傾斜狀設(shè)置，振動(dòng)篩前端設(shè)置在前方加工設(shè)備的出料端下方，風(fēng)選箱進(jìn)料口設(shè)置在振動(dòng)篩后端下方，數(shù)個(gè)出料口等距設(shè)置在風(fēng)選箱底部；鼓風(fēng)機(jī)安裝在風(fēng)選箱底部，風(fēng)向從風(fēng)選箱前端吹向后端；第1臺(tái)風(fēng)選機(jī)的振動(dòng)篩前端通過輸送帶與圓篩機(jī)的出料圓口連接；靜電除雜機(jī)主要部件有送料板、靜電輥筒、毛氈條和電機(jī)，送料板前端高、后端低傾斜設(shè)置，數(shù)個(gè)靜電輥筒平行設(shè)置在送料板上，與送料板的送料方向垂直，每個(gè)工程靜電輥筒上均設(shè)置有一塊毛氈條，毛氈條覆蓋在靜電輥筒上表面，電機(jī)通過鏈條與靜電輥筒連接，帶動(dòng)靜電輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)；人工撿剔臺(tái)包括水平輸送帶和照明燈，水平輸送帶前端設(shè)置在靜電除雜機(jī)的出料口下方，照明燈水平設(shè)置在水平輸送帶上方。

多種茶葉分別通過拼配機(jī)的原料輸送帶一層一層的平鋪到水平輸送帶上，調(diào)節(jié)原料輸送帶的輸送速度，實(shí)現(xiàn)不同茶葉的比例要求；通過混料輸送帶運(yùn)送至混料裝置內(nèi)，經(jīng)過交錯(cuò)布置的下料板一層一層的交錯(cuò)平鋪完成混合后進(jìn)入圓篩機(jī)，經(jīng)過圓篩機(jī)內(nèi)豎向設(shè)置的多層篩盤篩選，篩選后的茶葉分別從數(shù)個(gè)出料圓口中排出，根據(jù)所需的茶葉要求，將第1臺(tái)風(fēng)選機(jī)的輸送設(shè)備移動(dòng)到符合要求的出料圓口下方，該出料圓口排出的符合要求的茶葉通過輸送機(jī)后經(jīng)振動(dòng)篩進(jìn)入風(fēng)選箱內(nèi)，其他出料圓口中的茶葉則分別裝箱，待后續(xù)處理；風(fēng)選機(jī)的風(fēng)選箱內(nèi)，利用吹風(fēng)將茶葉和雜物向風(fēng)選箱后端吹送，在吹送過程中，茶葉和雜物因自身重量以及受風(fēng)力吹送，進(jìn)行風(fēng)選操作，然后從風(fēng)選箱的多個(gè)卸料口排出不同大小的茶葉，其中1個(gè)出料口的茶葉通過輸送機(jī)進(jìn)入色選機(jī)，其他風(fēng)選出料口中的茶葉或雜質(zhì)則分別收集，待后續(xù)處理；色選機(jī)選用美亞光電的多層色選機(jī)對(duì)茶葉根據(jù)顏色進(jìn)行分選；分選后進(jìn)入靜電除雜機(jī)中，利用毛氈條摩擦靜電輥筒產(chǎn)生的靜電，吸附茶葉中包含的雜物；然后進(jìn)入第2臺(tái)風(fēng)選機(jī)，再次經(jīng)過風(fēng)選除雜后其中1個(gè)茶葉規(guī)格符合要求出料口的茶葉通過輸送機(jī)進(jìn)入人工撿剔臺(tái)；將茶葉均勻平鋪在水平輸送帶上，對(duì)靜電、風(fēng)選、色選等機(jī)械設(shè)備沒有剔除的非茶類物質(zhì)進(jìn)行最后的揀剔，揀剔過程中，還可以開啟照明燈，提高揀剔效率，以確保茶葉的清潔衛(wèi)生。

2.2 白茶精制第2段工藝流程

經(jīng)過第1段加工的不同品種的白茶半成品，再次利用拼配機(jī)組按不同比例進(jìn)行二次拼配，然后進(jìn)行烘干至含水率6%～7%，最后包裝入庫存儲(chǔ)。本階段工藝流程與精制第1段設(shè)備共用。

2.3 白茶加工應(yīng)用智能化的意義和具體過程

茶葉生產(chǎn)線智能化的實(shí)現(xiàn)有利于減少茶葉加工的二次污染，穩(wěn)定成品茶品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率，使得茶葉加工過程標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化。本生產(chǎn)線智能化的實(shí)現(xiàn)，在自動(dòng)模式下，plc控制程序基于預(yù)設(shè)的混合比，控制各上料輸送機(jī)上料量，實(shí)現(xiàn)拼配比列的準(zhǔn)確性，通過控制完成拼配工藝后，經(jīng)輸送機(jī)輸送到圓篩機(jī)進(jìn)行分級(jí)；正口茶輸送至風(fēng)選機(jī)進(jìn)行清灰、除石、除梗。風(fēng)選機(jī)正口茶經(jīng)色選機(jī)提出黃片等后，通過靜電除雜機(jī)提出茶葉中的毛發(fā)等對(duì)靜電敏感的雜物，經(jīng)靜電除雜機(jī)處理后的茶葉在此經(jīng)風(fēng)選機(jī)清除茶末、茶毛后得到條形、色澤一致的茶葉；為保證品質(zhì)，經(jīng)人工再次復(fù)揀后得到半成品茶。不同的半成品經(jīng)再次拼配后，再由烘干機(jī)進(jìn)行烘干，完成白茶精制加工的全部生產(chǎn)工序，得到成品茶。

2.4 白茶清潔化、智能化加工生產(chǎn)線應(yīng)用

依據(jù)白茶加工工藝要求為福建某白茶加工企業(yè)設(shè)計(jì)的白茶清潔化、智能化加工生產(chǎn)線的布置圖如圖3所示。

圖3 白茶加工企業(yè)生產(chǎn)線布置圖

3 白茶清潔化、智能化精制加工生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)與配置

白茶精制加工過程中實(shí)現(xiàn)清潔化、智能化主要由各關(guān)鍵設(shè)備的性能決定，因此生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。

3.1 拼配機(jī)

茶葉拼配對(duì)提高茶葉經(jīng)濟(jì)效益，穩(wěn)定茶葉質(zhì)量起著重要作用。國內(nèi)大部分白茶的拼配過程基本是在瓷磚槽或是金屬槽上由人工完成,這種作業(yè)模式不僅工作量大，而且拼配不均勻，勻堆、開堆過程中人工踩壓造成的斷碎與損耗率也較高，存在人工接觸污染、粉塵量大等產(chǎn)品衛(wèi)生隱患[1]。按照白茶拼配的原理和要求，白茶清潔化、智能化精制加工生產(chǎn)線使用的拼配機(jī)，采用多臺(tái)皮帶輸送機(jī)，將不同白茶原料輸送至水平輸送帶，并一層一層平鋪到水平輸送機(jī)皮帶上，然后經(jīng)提升機(jī)將茶葉輸送到混料箱中，在下落的過程中通過固定在混料箱內(nèi)混料裝置內(nèi)部傾斜的下料板均勻混合，通過調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)的輸送速度(調(diào)節(jié)變頻器)、厚度(調(diào)節(jié)均勻輪高度)實(shí)現(xiàn)拼配時(shí)不同茶葉的比例要求，皮帶輸送機(jī)上方均安裝有機(jī)罩，同時(shí)在水平輸送上方安裝除塵罩，除塵罩通過風(fēng)管與塵器相連，該工藝對(duì)降低茶葉原料在運(yùn)輸過程中的粉塵有一定的效果。本拼配機(jī)可以根據(jù)工藝需求增加或減少上料皮帶送機(jī)的多少，靈活實(shí)現(xiàn)多種茶葉的拼配，且穩(wěn)定性好，同時(shí)實(shí)現(xiàn)連續(xù)拼配，提升整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。整個(gè)過程減少了人工的參與，降低白茶在精制過程中的斷碎和損耗，提高產(chǎn)品的清潔度。

圖4 拼配機(jī)

3.2 圓篩機(jī)

白茶原料中茶葉形狀的大小不一，且在加工過程中茶葉易斷碎，為確保成品的茶葉外形大小基本一致，需要通過篩分機(jī)具進(jìn)行篩分，通常選用平面圓篩機(jī)進(jìn)行篩分。平面圓篩機(jī)是適用于篩分精制毛茶長短作業(yè)的設(shè)備，平面圓篩機(jī)由機(jī)架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和篩床組成。篩床作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)工藝需要篩床配有n(1～4)片篩網(wǎng)，可分出n+1個(gè)篩號(hào)茶[2]。因而運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。本機(jī)為茶葉精制加工專用設(shè)備，主要將長短、大小不同規(guī)格的茶葉，依次通過各層篩面分成所需篩號(hào)茶，從而達(dá)到整形的目的。

圖5 圓篩機(jī)

3.3 茶葉靜電除雜機(jī)

通過初制的白茶原料中含有灰塵、編織物、砂石、動(dòng)物毛發(fā)等雜質(zhì)，嚴(yán)重影響了白茶的品質(zhì)，僅僅依靠人工揀剔，難以剔除干凈，且效率低。茶葉靜電除雜機(jī)的原理是利用靜電效應(yīng)吸附茶葉中的粉塵、毛發(fā)、細(xì)小顆粒、塑料碎片等異物。機(jī)器有機(jī)架、床身、電機(jī)、投料口和出料口，床身上方安裝羊毛氈和水平的塑料輥筒，羊毛氈與塑料輥筒摩擦接觸產(chǎn)生靜電，將白茶中的異物吸附到輥筒上。異物經(jīng)過刮板收集，從側(cè)邊出雜槽口排出。能有效清除茶葉中粉塵、毛發(fā)、細(xì)小顆粒、塑料碎片等異物，除雜率超過95%，除雜過程一次完成，無需重復(fù)操作，有效地提高了工作效率，節(jié)約成本[3]。

圖6 茶葉靜電除雜機(jī)

3.4 風(fēng)力分選機(jī)

在風(fēng)選過程中，茶葉主要受到外部風(fēng)力和自身重力2個(gè)作用。而風(fēng)選機(jī)的基本原理是利用茶葉的重量、體積、形狀差異和迎風(fēng)面積大小的不同，以及在均勻空氣流中行程不同而進(jìn)行分離。本生產(chǎn)線采用正壓原理，封閉式結(jié)構(gòu)，研發(fā)新型的風(fēng)選機(jī)，最大限度地降低了風(fēng)的泄露，避免了傳統(tǒng)風(fēng)選機(jī)產(chǎn)生大量粉塵的弊端。每個(gè)風(fēng)選機(jī)設(shè)置4個(gè)出口，實(shí)現(xiàn)茶葉的充分分級(jí)[3]。風(fēng)選機(jī)包括振動(dòng)篩、風(fēng)選箱、出料口和鼓風(fēng)機(jī)，振動(dòng)篩為前端低、后端高的傾斜狀設(shè)置，振動(dòng)篩前端設(shè)置在前方加工設(shè)備的出料端下方，風(fēng)選箱進(jìn)料口設(shè)置在振動(dòng)篩后端下方，數(shù)個(gè)出料口等距設(shè)置在風(fēng)選箱底部；鼓風(fēng)機(jī)安裝在風(fēng)選箱底部，風(fēng)向從風(fēng)選箱前端吹向后端。

圖7 風(fēng)力分選機(jī)

3.5 人工揀剔臺(tái)

經(jīng)勻料輸送裝置將茶葉均勻平鋪在檢查臺(tái)上，對(duì)靜電、風(fēng)選、色選等機(jī)械設(shè)備沒有剔除的非茶類物質(zhì)進(jìn)行最后的揀剔，確保茶葉的清潔衛(wèi)生。

圖8 人工揀剔臺(tái)

4 生產(chǎn)線的工藝流程

白茶清潔化、智能化精制加工生產(chǎn)線符合茶廠對(duì)頭茶、條茶、粉末茶的篩分要求，通過茶葉調(diào)配、篩選、選風(fēng)、選色、除雜等工序，實(shí)現(xiàn)了揀剔、分離出茶葉中的粉塵、毛發(fā)、細(xì)小顆粒、塑料碎片等異物；且減少灰塵，有效地提高了分選效率，降低生產(chǎn)成本和損耗，有效地保證茶葉的食品安全和茶葉品質(zhì)。該生產(chǎn)線已在福建品品香茶業(yè)有限公司投入生產(chǎn)，生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力達(dá)到了500kg·h-1，去除茶葉的除雜率也超過95%，茶葉潔凈程度有明顯提升，勞動(dòng)力使用量減少了60%，成效顯著[3]。

白茶清潔化、智能化精制加工生產(chǎn)線，解決白茶加工中亟需解決的問題，對(duì)白茶產(chǎn)業(yè)的加工裝備有了明顯提升，加快白茶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。