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)模化加工，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“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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