中国茶叶机械的研究进展与展望

早在唐代，陆羽就在《茶经》年系统介绍了19种饼茶采集工具，建立了茶叶机械的雏形。新中国成立至今，中国的茶叶机械已经发展了70多年。随着国家对茶叶机械行业的日益重视，我国茶叶加工基本实现了机械化和自动化，茶园机械也在快速发展。为了总结我国茶机械领域取得的成绩，促进茶机械行业持续健康发展，从茶机械发展、茶机械能源利用、茶机械技术应用等方面介绍了我国茶机械的发展情况，分析了发展过程中暴露出的问题，并提出了相应的对策。最后，对茶叶机械的未来发展进行了展望。1中国茶机概述中国是世界上最大的产茶国，有20多个产茶省，1000多个产茶县。在茶叶加工连续化的产业背景和提质增效的产业需求下，机械化茶叶生产成为中国茶产业发展的必由之路。目前，中国有400多家茶叶加工机械制造商，主要集中在浙江、安徽、四川和福建省。茶叶机械按生产环节可分为茶园作业机械和茶叶加工机械两大类。茶叶加工机械的发展始于20世纪50年代，以绿茶和红茶加工机械为主。到21世纪，散装绿茶、红茶和大部分名茶加工已基本实现机械化。就六大茶类而言，绿茶和红茶的重点加工机械相对成熟，乌龙茶和红茶的重点加工机械相对成熟，白茶和黄茶的重点加工机械也在发展和完善。相比之下，茶园作业机械的发展起步较晚。20世纪70年代，发展了茶园耕作机等基本作业机械，随后发展了修枝机、采茶机等其他作业机械。由于大部分茶园生产管理粗放机械化，茶园管理机械的研究和创新不足，仍处于发展的初级阶段。02茶叶机械的发展。茶园作业机械茶园作业机械分为开垦机械、耕作机械、植保机械、修剪和采茶机械等。从20世纪50年代至今，茶园作业机械经历了萌芽阶段、探索阶段和初步发展阶段。在此期间，茶机研发；d人员逐步研发出符合实际需要的茶园中耕机、茶叶修剪机等作业机械，特别是农业农村部南京农业机械化研究所研发的“一机多用”多功能茶园管理设备，使茶园作业机械有了新的发展。目前，部分地区已达到茶园作业机械化生产水平，如山东省日照市、浙江省武义县等。但总体而言，在机械研发方面，工作机的质量和性能有待进一步提高，整体水平与日本差距较大。在推广使用方面，使用率和普及度都不高。采茶机、修枝机90%以上还是日本模式，部分山区茶园管理仍以人力为主。2.茶叶加工机械我国茶叶加工机械的发展大致可以分为以下三个阶段。萌芽期：50年代以前，此时的茶叶加工还停留在手工操作阶段，但唐宋时期创造的许多制茶工具，为后来茶叶机械的发展奠定了基础。快速发展期：20世纪50年代至20世纪末，由手工操作向半手工半机械操作转变。这一时期发展了许多茶叶加工的基础单机，使绿茶、红茶尤其是名茶的加工实现了机械化。加速发展期：从21世纪至今，小型单机设备的加工模式已经转变为大容量、低能耗、清洁、连续的生产线模式
单机制茶设备的发展为实现茶叶连续加工创造了有利条件，也为生产线的研究和建设奠定了坚实的基础。目前已开发绿茶、红茶、乌龙茶初加工线3000多条。2016年，精制筛选生产线还应用于绿茶、红茶、黑茶的精制加工。此外，对生产线的适用范围和加工对象的研究也变得更加精细。例如，2020年开发了中高档扁形绿茶标准化生产线，有效解决了以往扁形茶生产线存在的茶条松散、质量不稳定等质量问题。部分茶叶单机不具备连续作业功能(如揉捻机)或作业性能不够成熟(如黄茶闷茶机)，一定程度上阻碍了生产线的自动化发展。此外，虽然目前有低含水量的在线检测设备，但由于成本较高，无法在生产中广泛使用，茶叶产品的质量仍需靠人工经验判断。所以目前茶叶加工生产线的应用基本可以实现自动化，但还没有实现真正的智能化。03茶机的能源使用茶机的正常使用离不开能源的供应。茶叶机械能可分为传统化石能源和清洁能源，其中清洁能源包括电力、液化石油气、天然气和生物质燃料。随着清洁、节能热燃料的发展趋势，由锯末、树枝、秸秆、麦秸等加工而成的生物质颗粒燃料。因其生产成本低、来源广，越来越多地应用于茶叶加工。一般来说，电力、燃气等热源使用起来更安全简单，不需要其他辅助设备，是实现机械化茶叶加工、流水线作业的主流能源。薪柴加热和炭火烘烤虽然效率低，不环保，但能满足人们对茶叶独特色泽和风味的追求，所以目前仍在使用。近年来，基于节能减排、降低能耗的发展理念，茶叶机械的能量回收利用取得了很大进展。如6CH系列链板干燥机，采用管壳式换热器进行余热回收，可提高初风温20~25，创造性地解决了能耗高的问题；过热蒸汽混合杀青机利用杀青机出叶口的回收装置回收常压饱和蒸汽，然后再次加热形成过热饱和蒸汽和高温热风，引回杀青机出叶口回收热能，可节能20%左右，保证茶叶品质。茶机的技术创新茶机的使用不仅可以直接提高生产效率，还可以间接稳定甚至提高茶叶品质。技术创新往往能带来茶叶机械功能和效率的双向提升，其研发思路主要包括两个方面。以机械原理为基础，创新性地改进了茶机的基本结构，大大提高了其性能。比如在红茶加工中，设计了发酵结构、翻堆装置、加热部件等关键部件，研发了一体化全自动发酵罐和可视化富氧发酵罐，解决了发酵温湿度不稳定、搅拌困难、缺氧、发酵不均匀等问题。将计算机技术、现代仪器分析检测技术、芯片技术等高新技术应用于茶机制造，使其运行可控、可视，逐步实现茶机的自动化和智能化。实践证明，技术的创新和应用可以完善茶机的功能，提高茶叶的品质，促进茶产业的快速发展。1.计算机技术计算机技术使茶叶机械向连续化、自动化、智能化发展成为可能。目前，计算机图像技术、控制技术、数字技术等。已成功应用于茶机制造，并取得g
利用图像采集和数据处理技术，可以对茶叶的实际形状、颜色和重量进行定量分析和分级。新型热辐射杀青机采用自动控制系统，可实现对杀青叶表面温度、箱内湿度等多种参数的多路实时在线检测。减少对人工经验的依赖。利用可编程逻辑控制技术(PLC)，再通过功率照射，光纤探测采集发酵信息，发酵罐将其转换成数字信号，微处理器对其进行处理、计算和分析，从而使堆发酵装置能够预测待测红茶样品的堆发酵程度。TC-6CR-50数控揉捻机采用自动控制和人机交互技术，能够智能控制压力、转速和时间，实现制茶过程的参数化。茶叶连续梳理机组采用温度传感器实时监控技术，可根据需要调节锅内温度，确保锅内茶叶受热均匀，品质一致。2.现代仪器分析检测技术茶叶机械自动化的实现依赖于计算机技术，而茶叶加工状态和参数的监测需要借助现代仪器分析检测技术。通过检测仪器多源传感信息的融合，实现茶叶色、香、味、形等品质要素的综合数字化评价，实现茶产业真正的自动化、智能化发展。目前，该技术已成功应用于茶机的研发，使茶叶加工过程实现在线检测和判别，茶叶质量更加可控。如利用近红外光谱技术结合计算机视觉系统建立的红茶“发酵”程度综合评价方法，可在一分钟内做出判断，有利于红茶加工中关键技术点的控制；利用电子鼻技术对绿茶杀青过程中的香气进行连续采样和监测，然后基于Fisher判别法构建绿茶杀青状态判别模型，实现绿茶品质的在线监测和控制。利用远红外和高光谱成像技术结合非线性建模方法，可以为绿茶的智能化生产提供理论依据和数据支持。仪器分析技术与其他技术的结合也被应用到茶叶深加工机械领域。例如，安徽捷迅光电科技有限公司开发了一种云端智能茶叶色选机。该色选机采用光谱分析技术结合鹰眼技术、云相机技术、云图像采集处理技术等。能深度识别普通色选机无法识别的微小杂质，能对茶条的大小、长短、粗细、嫩度进行精细分类。这种智能色选机不仅用于茶叶领域，还可用于谷物、种子、矿物质等的精选。以提高配合料的整体质量和外观。3.除了计算机技术之外的其他技术，现代仪器检测技术、物联网技术、AI技术、芯片技术等技术也被整合应用到茶园管理、茶叶加工、物流仓储等方面。使茶机的研发和茶产业的发展迈上了一个新台阶。在茶园管理过程中，传感器、无线网络等物联网技术的应用可以实现对茶园的实时监控，使茶园的运营过程更加智能和高效。例如，前端传感器(叶表面温度传感器、茎生长传感器、土壤湿度传感器等。)能自动将茶园土壤、气候条件等数据传输到数据采集系统，PC端通过手机APP随时随地监控、精准灌溉、施肥，实现茶园的智能化管理。利用无人机遥感影像和地面连续视频监控技术，可以大数据采集机采茶树的生长信息，然后通过分析建模预测每一轮的适宜采摘期、产量和机采质量
因此，在茶叶种植、栽培、生产、加工、贮运等方面。各种技术共同推动了茶产业的信息化和智能化发展。中国茶叶机械发展中的问题、对策及展望。虽然我国茶叶机械化发展取得了很大进步，但与食品工业的机械化程度相比还有很大差距。应及时采取相应对策，加快茶产业升级转型。1.存在的问题虽然人们对茶园机械化管理和茶叶机械化加工的意识不断增强，部分茶区处于较高的机械化水平，但就整体研究强度和发展现状来看，仍存在以下问题：(1)我国茶机装备整体水平较低，自动化生产线尚未完全智能化。(2)茶机研发不平衡，大部分精制机创新程度不高。(3)茶机整体技术含量不高，能源利用效率低。(4)大部分茶机缺乏高新技术的应用，与农学结合程度不高。(5)新旧设备混用，存在安全隐患，缺乏相应的规范和标准。2.原因及对策：主要原因有：(1)茶机行业本身处于落后地位，国家对行业的扶持力度仍有待加强。(2)茶机市场竞争无序，茶机标准化建设滞后。(3)茶园分布分散，作业机械标准化生产程度不高。(4)茶机制造企业规模小，新产品开发能力弱。(5)缺乏茶机专业人员，无法充分发挥机械设备的功能。鉴于以上原因，应尽快完善农机补贴制度，加大政策扶持力度；加快茶机标准建设，加大企业技术服务力度；建设标准茶园基地，为机械化生产奠定基础；加大科研投入，组建更多创新型科研团队；加强技术培训交流提高茶机技术服务水平。3.前景：目前，我国茶叶加工已基本实现机械化，单机设备趋于高效、节能，并不断发展。生产线正在向连续化、自动化、清洁化、智能化方向发展，茶园作业机械的发展也在不断推进。现代技术、信息技术等高新技术已逐步应用到茶叶加工的各个环节，并取得了长足的进步。随着国家对茶产业的重视，茶机补贴等各项优惠政策的出台，茶机科研人员队伍的扩大，未来茶机将实现真正的智能化发展，“机器换人”时代指日可待！作者简介：张明明大师，中华全国供销合作总社杭州茶叶研究所技术装备研究所团队成员，茶叶加工与机械团队科技特派员，中国茶叶装备微信官方账号编辑，主要从事茶叶加工与质量控制研究。参与国家自然科学基金、国家重点研发等国家级项目4项；d计划、浙江省青年基金、浙江省重点研发等4个省级项目；d项目和2个地方技术服务项目。以第一作者或通讯作者发表SCI/EI等科学论文10余篇，授权国家发明专利2项。来源：中国茶叶加工信息，有分享价值。如涉及侵权，请联系删除。