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  • 资讯 > 专家原创 > 茶叶机械化数字化加工技术研究进展

    2023-01-30 来源:sjgle食品加工包装在线
    近年来,随着现代机械化、自动化、信息化技术和无损检测技术高速发展,计算机视觉技术、光谱技术、电特性等多项先进技术已应用到茶叶加工过程,推动传统茶叶加工生产方式朝着机械化、数字化、智能化方向转型与升级。

    近年来,随着现代机械化、自动化、信息化技术和无损检测技术高速发展,计算机视觉技术、光谱技术、电特性等多项先进技术已应用到茶叶加工过程,推动传统茶叶加工生产方式朝着机械化、数字化、智能化方向转型与升级。

     

    茶叶加工机械化研究进展

     

    1、杀青机

     

    杀青是制茶过程中至关重要的一项步骤,主要是通过较高的温度使茶叶内部的氧化酶活性得到钝化,茶叶中的茶多酚分泌变少,缓解茶叶的氧化,从而有效地使茶叶的形状、香气可以得到保留。随着科学技术的逐步发展,杀青机逐渐代替人工作业,大大提升了工作效率。

     

    目前,广泛使用的杀青机是一种滚动式的杀青机,可以实现大批量的茶叶杀青,使用成本较低。但是,该机械对温度的控制不精准,质量难以把控。此外,这种杀青机在实际运行过程中能耗也较高。

     

    随着科学技术水平的不断提升,机械化生产不断发展进步,现在逐步推出了蒸汽杀青机、热风杀青机、微波杀青机。蒸汽杀青机利用高温产生蒸汽,再将蒸汽和茶叶结合,蒸汽温度可控,可以很好地对茶叶杀青过程中的温度进行控制。热风杀青机是利用热风炉中产生的热风,对茶叶进行杀青,使得茶叶之中的酶活性钝化,进而达到杀青的目的。微波杀青机主要是利用微波对水分子进行震荡,震荡过程中产生热量,从而将这一热量与茶叶结合,达到杀青的目的。

     

    2、揉茶机

     

    揉茶是茶叶生产过程中的第二个重要步骤,直接关系到喝茶时茶叶能否发挥出其应有的味道,揉捻是最常见的方式。在揉茶过程中,会破坏茶叶的细胞,也会有一定的茶叶汁渗出茶叶表面,从而使茶叶的香味在泡茶时能更好地释放出来。

     

    目前,随着自动化加料揉茶机械的出现,揉茶工艺基本实现了流水作业,解决了加料的难题,不仅使揉茶的效率得到了提升,还使揉茶的质量得到了提高。

     

    3、理条机

     

    茶叶理条主要是通过对于茶叶的状态进行塑形理条,这一过程也是众多茶叶生产过程中的最为关键的步骤。茶叶理条机的发明和使用,减少了茶叶被污染的状况,实现了机械化生产,使得理条加工步骤更加高效。

     

    不过,我国大多数茶叶生产企业所使用的理条机都是往复震动式的。机器的耗能较高并且效率低,因此,现阶段应该针对理条机的实际情况进行全方位的研究判断,使理条机的效率进一步的提升,降低能源消耗,从而逐步推动茶叶生产向高效化、自动化方向发展。

     

    4、烘干机

     

    茶叶中的水分控制对茶叶品质至关重要,茶叶中的水分含量超标,在运输包装过程中容易滋生大量的微生物和细菌,不仅会对茶叶本身的口味和风味有一定的影响,也会带来食品安全问题。传统茶叶烘干机有三种,分别是手拉百叶式、半自动手拉百叶式、自动链板式。前两种烘干机由于时代的发展进步和人们生活水平的不断提升,无法满足目前的大规模茶叶生产而逐步被淘汰。

     

    目前,较大型的茶叶生产厂商多使用自动链板式烘干机。它的自动化程度较高,不过在加工绿茶的过程中,也很容易形成烘干不均匀的情况,严重影响绿茶质量。随着科技的发展和进步,出现了动态式的循环烘干机,解决了原本烘干机中的烘干不均匀情况,大大提升了茶叶的烘干效率,而且这一烘干机利用电能取代了原本的炭火,避免了空气污染。

     

    茶叶加工智能化研究进展

     

    近年来,茶叶加工基础理论研究日渐深入,关键工序的工艺特性和茶叶制品的理化特征也日益明晰,利用光谱技术、电化学技术、机器视觉技术、电子鼻、电子舌等高新技术手段反映茶叶品质质量的技术方法不断进步,促使茶叶加工技术水平朝着数字化和智能化的方向大步迈进。

     

    通过对茶叶中多酚类物质、全氮量、粗纤维、含水量等成分的快速检测,以及形状、颜色和嫩度等指标的判断,实现茶鲜叶品质质量的智能感知,对光谱信息、图像信息、电参数的采集处理,实现萎凋、揉捻、发酵、干燥等多个关键加工工序的智能判定。

     

    在茶叶加工过程中,对鲜叶质量等级的判定是确定加工过程技术参数的前提,即茶叶加工过程中的分级付制。不同质量、不同等级的原料只有采用相应的加工技术参数,才能实现产品加工质量的最优化。同时,对鲜叶等级和质量的在线科学快速评判,也是实现茶叶数字化和智能化加工的技术基础。

     

    利用近红外光谱技术,以含水率、粗纤维总量和全氮量作为鲜叶质量的判断依据,建立茶鲜叶原料质量的在线评价模型,可为评价茶鲜叶原料的质量提供准确、快捷的新方法。利用茶鲜叶图像的面积、周长、长轴长度、短轴长度等几何特征,以及图像的对比度、平滑度等纹理特征进行神经网络模型的构建,可将茶鲜叶按嫩度等级进行准确分类。

     

    茶叶加工与茶叶视觉变化密切相关,在制品在水分散失、高温加热、外力作用、酶促反应等一系列反应下,会产生剧烈的化学、物理、生理变化,其颜色、形状、纹理等图像特征亦随之改变。加工过程中,茶叶视觉特征的变化是内含成分转化在外观上形成的反映,因此可作为判断加工适度与否的直接感官指标。如将图像和光谱信息融合后分别与线性判别分析法(LDA)和 PLS 结合的技术,以光谱和纹理特征值融合数据建立红茶萎凋程度的线性判别模型和儿茶素与氨基酸比值的 PLS 预测模型,可实现对红茶萎凋程度数字化判别。通过对杀青叶含水率的准确判断,可有效检测生产中绿茶的杀青程度。利用机器视觉对微波杀青过程中在制品的色泽和纹理特征实时监测,通过建立ELM、遗传神经网络(GABP)、CNN 模型可对杀青叶含水率、茶多酚和氨基酸含量进行在线检测,该方法在快速检测茶叶杀青品质和茶叶数字化杀青作业中具有很好的应用。近年来,科研工作者通过图像、光学、电化学以及融合技术研究茶叶发酵过程,为发酵工序数字化提供了新的方法和思路。

     

    茶叶产业数字化加工是新时代的呼唤,加速实现茶机装备数字化首先需要加强关键生产技术研究,夯实数字化基础。科研院所要与规模较大有实力的企业深度联合,加强学科应用基础研究,提升原始创新能力,加强协同创新,实现基础理论和关键技术突破。

     

    其次需要加快建立和完善我国茶机标准体系。标准化是数字化的重要基础条件之一,要对我国现有茶机标准进行全面梳理,有计划有步骤建立和完善茶机标准体系,对一些成熟、通用性强的茶机要加快制定国家标准或行业标准,积极尝试制定针对不同茶类加工的生产线标准,为茶机数字化创造条件。

     

    此外,也要系统开展茶叶生产、加工全程数字化、智能化关键技术装备研究,构建茶园、茶叶、加工品质和机械装备的协同智能制造体系,减少对劳动力的过度依赖,提高我国茶叶生产效能和数字化、智能化水平。

     

    参考资料:

    [1]沈帅,袁海波,朱宏凯,江用文.茶叶数字化加工技术研究进展[J].中国茶叶,2022,44(08):1-8.

    [2]叶素娟,叶素兰,叶飞龙.茶叶加工机械化技术应用研究与分析[J].食品界,2022(11):114-116.

    [3]常睿,张莹,杨娟,王杰,陈善敏,钟应富.计算机视觉技术在茶叶加工领域应用研究进展[J].南方农业,2021,15(28):137-140.DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.28.034.

     

     

    作者简介:

    小泥沙,食品科技工作者,食品科学硕士,现就职于国内某大型药物研发公司,从事营养食品的开发与研究


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