工藝裝備, 程控式遠(yuǎn)紅外烘干技術(shù)改善鐵觀音品質(zhì)的研究
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工藝裝備, 程控式遠(yuǎn)紅外烘干技術(shù)改善鐵觀音品質(zhì)的研究

烘焙是鐵觀音加工中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié),通過(guò)減少茶葉中的水分不僅可以穩(wěn)固茶葉品質(zhì),使茶葉香高味醇,還有利于茶葉貯存。安溪鐵觀音作為閩南烏龍茶的代表之一,因其獨(dú)特的韻味深受消費(fèi)者喜愛(ài)。在消費(fèi)升級(jí),消費(fèi)者需求多樣化的趨勢(shì)下,茶葉生產(chǎn)不僅要滿足多樣化茶葉品類(lèi)的需求,還要不斷改善茶葉加工技術(shù),使其更高效、清潔和安全。

目前茶葉烘焙大多采用焙籠炭焙和電烘箱烘焙,炭焙污染環(huán)境,能源利用率低,但焙出的茶葉品質(zhì)高于節(jié)能清潔的電烘箱烘焙。紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng),具有集束性、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn),可以使茶葉顆粒由表及里同時(shí)受熱,同時(shí)熟化,兼具炭焙的優(yōu)點(diǎn)與清潔節(jié)能的特點(diǎn)。

研究設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī),通過(guò)控制不同碳化硅棒的通電開(kāi)關(guān),來(lái)調(diào)節(jié)溫度和遠(yuǎn)紅外線的強(qiáng)度,控制烘焙程度,同時(shí)應(yīng)用PLC控制技術(shù),加強(qiáng)人機(jī)界面和軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化,為鐵觀音高效安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

01

現(xiàn)有的烘焙手段

目前鐵觀音烘焙有兩種方法:

一是采用傳統(tǒng)手工做法,即手工揀梗,用人工簸箕或笳籮篩分和風(fēng)選細(xì)碎茶末,再用焙籠來(lái)烘焙茶葉。燃料采用荔枝木、油柿木等木頭做成的木炭。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是烘焙出來(lái)的鐵觀音香氣高強(qiáng)、滋味醇厚、品質(zhì)穩(wěn)定,其缺點(diǎn)是產(chǎn)量低,一個(gè)勞動(dòng)力每天烘焙茶葉只有7~10 kg,而且造成能源浪費(fèi),破壞環(huán)境。

二是采用單機(jī)作業(yè),即用揀梗機(jī)進(jìn)行揀梗,用篩分機(jī)和風(fēng)選機(jī)等處理茶葉細(xì)碎茶末,再用電烘箱烘焙茶葉。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率顯著提高,一個(gè)勞動(dòng)力每天可以烘焙茶葉40 kg,其缺點(diǎn)是單機(jī)作業(yè)需要人工搬運(yùn),容易造成浪費(fèi)和茶葉的二次污染,成品率較低,而且電烘箱烘焙的茶葉品質(zhì)不穩(wěn)定,容易返青。

02

電烘箱“五段烘焙法”

烘焙火候控制是否得當(dāng)將直接影響茶葉的色、香、味。目前,廣大茶企采用單機(jī)作業(yè)方式。烘焙火溫掌握波狀方式為佳,可使熱化作用有上下起伏的變化,更能吃火,使各種內(nèi)在物質(zhì)變化多樣。一般采用“高、中、高”的方式,即高溫去除水分和雜質(zhì),烘至“水味消”,香氣清純;中溫使茶葉緩慢、充分地吸收熱能,內(nèi)含物質(zhì)變化平穩(wěn);后段短時(shí)高溫,進(jìn)一步熱化作用,鞏固烘焙熱化成果,進(jìn)一步提高香氣,烘焙完成后,茶葉要快速冷卻,采用冷濕風(fēng)或冷風(fēng)吹涼,起到固化香氣的作用。

在長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程中,研究團(tuán)隊(duì)整理歸納出了電烘箱“五段烘焙法”,波段介紹和技術(shù)要點(diǎn)分別如表1和圖1所示。

以烘焙祥華鐵觀音為例,第一波段時(shí)間為42 min,溫度控制在90 ℃,烘焙后的鐵觀音氣味清純、清香明顯、無(wú)雜味、滋味平淡、湯色黃綠;第二波段時(shí)間為96 min,溫度控制在105 ℃,以加熱的空氣作為傳熱介質(zhì),對(duì)毛茶顆粒的外表進(jìn)行烘烤,使之達(dá)到外表熟化,直到茶葉帶輕微火香、香氣熟化、滋味醇和、略帶澀味、湯色黃綠;第三波段為內(nèi)熟波,溫度控制在115 ℃,時(shí)間為108 min,毛茶顆粒隨著溫度的提高,從外到內(nèi),由表及里逐漸烤熟,直到茶葉帶火栗香、滋味醇和略濃、回甘較慢、湯色金黃;第四波段為回甘波,溫度控制在98~120 ℃之間,在茶葉烤熟的前提下,用變化的溫度調(diào)節(jié)茶湯的滋味,這是五波烘焙法的關(guān)鍵一波,每間隔15 min,茶師需拉開(kāi)電烘箱,取樣審評(píng),直到茶葉帶火栗香、滋味醇和、甘爽、回甘快、水順滑、湯色金黃;第五波段為提香波,溫度控制在125 ℃,為了固定茶葉香型,呈炒米香、焦糖香或蜜糖香,必須瞬間提高烘箱溫度,而后急速冷卻,以達(dá)到固定香型的作用,時(shí)間為24 min,使茶葉火香濃帶焦香味、滋味醇和、帶甜感、回甘快、水順滑、湯色金黃。急速冷卻一般采用電風(fēng)扇、清水霧化或空調(diào)降溫等方法。

“五波烘焙法”是目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的方法,但存在電烘箱容量有限的問(wèn)題,烘箱里共16層隔板,每層隔板攤放2~2.5 kg的茶葉,厚度一般為3~4 cm,攤放受熱不均,難以烤熟,容易出現(xiàn)返青現(xiàn)象,使品質(zhì)下降,影響效益;隨著茶園集約化的經(jīng)營(yíng),每天生產(chǎn)出來(lái)的干毛茶數(shù)量越來(lái)越多,用單機(jī)電烘箱作業(yè),難以適應(yīng)規(guī)?;庸?,產(chǎn)量不高,會(huì)拖延出口期限,影響企業(yè)信譽(yù),造成損失。

03

自動(dòng)化遠(yuǎn)紅外線烘焙鐵觀音精制技術(shù)

1、自動(dòng)化遠(yuǎn)紅外線烘焙機(jī)

在鐵觀音制作過(guò)程中,初制的關(guān)鍵是做青,俗話說(shuō)“看天做青”,天氣的溫度和濕度是初制的兩大因子;而精制的關(guān)鍵技術(shù)是火候,俗稱(chēng)“茶為君,火為臣”,溫度和時(shí)間是精制的兩大因子。如何看茶焙火,歷來(lái)是茶師的技術(shù)難題。在長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)茶農(nóng)采用傳統(tǒng)的木炭烘焙,木炭烘焙除了產(chǎn)生熱量外,還有木炭發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線,使之比電烘箱烘焙出來(lái)的茶葉烤得熟、烤得透,滋味更加醇和。究其原因,是木炭所發(fā)出的紅外線具有很強(qiáng)的穿透性,使茶葉顆粒由表及里同時(shí)受熱,同步熟化。

基于這一物理現(xiàn)象,課題團(tuán)隊(duì)引進(jìn)一種遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī),總長(zhǎng)度為12 m,里面有4層活動(dòng)鏈板,鏈板總長(zhǎng)度為48 m,每層鏈板安裝22根碳化硅棒(第三層為24根),每根碳化硅棒負(fù)載1kW,通電后碳化硅棒會(huì)發(fā)出遠(yuǎn)紅外線,遠(yuǎn)紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng),具有集束性、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)。

由于碳化硅棒發(fā)出的射線為遠(yuǎn)紅外線,該區(qū)域波長(zhǎng)較長(zhǎng),熱量大,溫度高,可以使受熱物體短時(shí)間內(nèi)獲得較多能量。同時(shí)應(yīng)用PLC(Programmable logic controller,可編程邏輯控制器)控制技術(shù),加強(qiáng)人機(jī)界面和軟件設(shè)計(jì),控制不同碳化硅棒的通電開(kāi)關(guān),來(lái)調(diào)節(jié)溫度和遠(yuǎn)紅外線的強(qiáng)度,以及每層鏈板的行進(jìn)速度,把鏈板的速度控制在0~120 cm/min之間,由此掌握遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī)的烘焙時(shí)間,以達(dá)到控制火候的目的。

2、全自動(dòng)遠(yuǎn)紅外線烘焙鐵觀音精制技術(shù)流程

給料機(jī)→揀梗機(jī)→色選機(jī)→篩分機(jī)→風(fēng)選機(jī)→目視選別機(jī)→靜電揀梗機(jī)→儲(chǔ)料桶→提升機(jī)→遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī)→急速冷卻機(jī)→勻堆→包裝

3、全自動(dòng)遠(yuǎn)紅外線烘焙鐵觀音精制技術(shù)參數(shù)

根據(jù)波爾茲曼四次方定律,即物體表面受照射能力與其絕對(duì)溫度的四次方成正比,也就是隨著溫度的升高其照射能力以四次方的數(shù)值躍增。采用中控設(shè)備,90條碳化硅管發(fā)光發(fā)熱棒,采用三組不同的控制方法,即50 kW、70 kW、90 kW,形成弱照射(低溫)、中照射(中溫)、強(qiáng)照射(高溫)三組控制方案。

另一技術(shù)指標(biāo)是茶葉在鏈板上的行進(jìn)速度,整個(gè)遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī)長(zhǎng)12 m,分四層轉(zhuǎn)動(dòng),共有48 m的鏈板長(zhǎng)度。鏈板的行進(jìn)速度在0~120 cm/min之間,試驗(yàn)采用三種不同的控制方法,即高速區(qū)為80~120 cm/min,中速區(qū)為50~80 cm/min,低速區(qū)為0~50 cm/min。

根據(jù)照射溫度和鏈條行進(jìn)速度兩項(xiàng)因子,結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和機(jī)器參數(shù)設(shè)置不同的控制參數(shù),形成以下9種烘焙方案,如表2所示。

結(jié)合在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的“五段烘焙法”原理,首先,控制遠(yuǎn)紅外線強(qiáng)度也就是照射溫度方面,第一層鏈板,溫度可調(diào)節(jié)為中低溫,以達(dá)到去水去雜的目的,這層的碳化硅棒可通電10~14根;第二層鏈板,可調(diào)節(jié)中高溫,以達(dá)到茶葉烤熟的目的(遠(yuǎn)紅外線穿透力強(qiáng),可使茶葉由表及里同時(shí)受熱,外熟與內(nèi)熟可同時(shí)掌握,大大提高生產(chǎn)效率),該層碳化硅棒可通電14~16根;第三層鏈板有24根碳化硅棒,共分三組,用變化的溫度調(diào)節(jié)茶湯的滋味,可調(diào)節(jié)通電的碳化硅棒的根數(shù)及鏈板的行進(jìn)速度來(lái)達(dá)到回甘的目的;第四層鏈板可調(diào)節(jié)為高溫,以達(dá)到提香的目的,一般通電18~22根碳化硅棒。

其次,調(diào)節(jié)鏈板的行進(jìn)速度方面,第一層鏈板可調(diào)節(jié)為快速區(qū)域,速度控制在80~120 cm/min,以達(dá)到快速去水去雜的目的;第二層鏈板為慢速區(qū)域,速度為0.5~50 cm/min,促使茶葉熟化。第三層鏈板根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要控制鏈板行進(jìn)速度,以達(dá)到茶葉回甘的目的;第四層鏈板為快速區(qū)域,鏈板速度控制在100~120 cm/min,以達(dá)到快速提香的目的。遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī)示意圖如圖2所示。

對(duì)不同季節(jié)、不同老嫩程度的鐵觀音,進(jìn)行技術(shù)方案的調(diào)整,以加工出品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品。

· “清明前茶”,其茶葉在清明節(jié)就采摘,茶葉較嫩,含水量較高,可采取以下技術(shù)方案:

第一層采用低溫低速→第二層采用中溫中速→第三層采用中溫低速→第四層采用高溫高速

采用這一方案,其產(chǎn)品滋味醇厚,音韻強(qiáng),香氣濃郁,湯色金黃,呈炒米香或蜜糖香。

· 冬片茶,其茶葉在冬至后采摘,含水量低,茶葉較粗老,可采用以下技術(shù)方案:

第一層鏈板采用低溫高速→第二層和第三層鏈板采用中溫低速(通過(guò)慢烤促使粗老茶葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,以增加可溶性物質(zhì))→第四層鏈板采用高溫中速

因稍長(zhǎng)時(shí)間的高溫,促使較粗老的茶葉呈現(xiàn)焦糖香的品質(zhì)風(fēng)格。

將“五段烘焙法”原理應(yīng)用在遠(yuǎn)紅外烘焙機(jī)的實(shí)際操作中,不僅能大大提高濃香型鐵觀音的風(fēng)味品質(zhì),也有利于鐵觀音生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、清潔化。

4、全自動(dòng)遠(yuǎn)紅外線烘焙鐵觀音工藝優(yōu)勢(shì)

(1)提高茶葉衛(wèi)生狀況。從毛茶到成品實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化加工,做到茶葉不落地,避免二次污染,提高衛(wèi)生狀況;

(2)提高效率。從毛茶揀梗到成品裝箱,全過(guò)程只要4個(gè)多小時(shí),加工量從單機(jī)烘箱的40 kg,提高到640 kg,烘干時(shí)間從6 h(不計(jì)算人工揀梗和篩分時(shí)間)縮短到4 h,效率顯著提高;

(3)節(jié)省能耗和勞動(dòng)力,單機(jī)電烘箱負(fù)載9 kW,要烘焙640 kg鐵觀音,需要單機(jī)電烘箱能耗:9×(640/40)×6=864 kWh,而全自動(dòng)遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī)功率最高位90 kW,按滿負(fù)荷運(yùn)載計(jì)算,烘焙640 kg茶葉所需的遠(yuǎn)紅外線烘干機(jī)能耗:90×4=360 kWh。對(duì)比之下,全自動(dòng)遠(yuǎn)紅外線烘焙生產(chǎn)線比單機(jī)烘焙節(jié)省504 kWh,烘焙每千克茶葉節(jié)省能耗0.79 kWh。且無(wú)需人工搬運(yùn)茶葉,減少勞動(dòng)力成本的投入,避免茶葉產(chǎn)生細(xì)末等造成浪費(fèi)。

04

結(jié)論

烘焙是濃香型鐵觀音制作工藝重要的一道工序,研究結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)優(yōu)化出“五段烘焙法”,借鑒傳統(tǒng)木炭烘焙原理,將遠(yuǎn)紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)、能量高的特點(diǎn)應(yīng)用到鐵觀音的烘焙工序上,同時(shí)把各工序的技術(shù)參數(shù)編程到PC電腦控制板上,實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化、智能化操作,不僅大大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率,并且節(jié)約能耗,對(duì)滿足不同消費(fèi)者需求、提高茶葉經(jīng)濟(jì)效益具有一定指導(dǎo)意義。

來(lái)源: 中國(guó)茶葉加工

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