工艺装备, 程控式远红外烘干技术改善铁观音品质的研究

烘焙是铁观音加工中极其重要的一个环节,通过减少茶叶中的水分不仅可以稳固茶叶品质,使茶叶香高味醇,还有利于茶叶贮存。安溪铁观音作为闽南乌龙茶的代表之一,因其独特的韵味深受消费者喜爱。在消费升级,消费者需求多样化的趋势下,茶叶生产不仅要满足多样化茶叶品类的需求,还要不断改善茶叶加工技术,使其更高效、清洁和安全。

目前茶叶烘焙大多采用焙笼炭焙和电烘箱烘焙,炭焙污染环境,能源利用率低,但焙出的茶叶品质高于节能清洁的电烘箱烘焙。红外线波长较长,具有集束性、穿透力强的特点,可以使茶叶颗粒由表及里同时受热,同时熟化,兼具炭焙的优点与清洁节能的特点。

研究设计了一种远红外线烘干机,通过控制不同碳化硅棒的通电开关,来调节温度和远红外线的强度,控制烘焙程度,同时应用PLC控制技术,加强人机界面和软件设计,实现自动化、智能化,为铁观音高效安全生产提供指导。

01

现有的烘焙手段

目前铁观音烘焙有两种方法:

一是采用传统手工做法,即手工拣梗,用人工簸箕或笳箩筛分和风选细碎茶末,再用焙笼来烘焙茶叶。燃料采用荔枝木、油柿木等木头做成的木炭。这种做法的优点是烘焙出来的铁观音香气高强、滋味醇厚、品质稳定,其缺点是产量低,一个劳动力每天烘焙茶叶只有7~10 kg,而且造成能源浪费,破坏环境。

二是采用单机作业,即用拣梗机进行拣梗,用筛分机和风选机等处理茶叶细碎茶末,再用电烘箱烘焙茶叶。其优点是生产效率显著提高,一个劳动力每天可以烘焙茶叶40 kg,其缺点是单机作业需要人工搬运,容易造成浪费和茶叶的二次污染,成品率较低,而且电烘箱烘焙的茶叶品质不稳定,容易返青。

02

电烘箱“五段烘焙法”

烘焙火候控制是否得当将直接影响茶叶的色、香、味。目前,广大茶企采用单机作业方式。烘焙火温掌握波状方式为佳,可使热化作用有上下起伏的变化,更能吃火,使各种内在物质变化多样。一般采用“高、中、高”的方式,即高温去除水分和杂质,烘至“水味消”,香气清纯;中温使茶叶缓慢、充分地吸收热能,内含物质变化平稳;后段短时高温,进一步热化作用,巩固烘焙热化成果,进一步提高香气,烘焙完成后,茶叶要快速冷却,采用冷湿风或冷风吹凉,起到固化香气的作用。

在长期实践过程中,研究团队整理归纳出了电烘箱“五段烘焙法”,波段介绍和技术要点分别如表1和图1所示。

以烘焙祥华铁观音为例,第一波段时间为42 min,温度控制在90 ℃,烘焙后的铁观音气味清纯、清香明显、无杂味、滋味平淡、汤色黄绿;第二波段时间为96 min,温度控制在105 ℃,以加热的空气作为传热介质,对毛茶颗粒的外表进行烘烤,使之达到外表熟化,直到茶叶带轻微火香、香气熟化、滋味醇和、略带涩味、汤色黄绿;第三波段为内熟波,温度控制在115 ℃,时间为108 min,毛茶颗粒随着温度的提高,从外到内,由表及里逐渐烤熟,直到茶叶带火栗香、滋味醇和略浓、回甘较慢、汤色金黄;第四波段为回甘波,温度控制在98~120 ℃之间,在茶叶烤熟的前提下,用变化的温度调节茶汤的滋味,这是五波烘焙法的关键一波,每间隔15 min,茶师需拉开电烘箱,取样审评,直到茶叶带火栗香、滋味醇和、甘爽、回甘快、水顺滑、汤色金黄;第五波段为提香波,温度控制在125 ℃,为了固定茶叶香型,呈炒米香、焦糖香或蜜糖香,必须瞬间提高烘箱温度,而后急速冷却,以达到固定香型的作用,时间为24 min,使茶叶火香浓带焦香味、滋味醇和、带甜感、回甘快、水顺滑、汤色金黄。急速冷却一般采用电风扇、清水雾化或空调降温等方法。

“五波烘焙法”是目前国内较为先进的方法,但存在电烘箱容量有限的问题,烘箱里共16层隔板,每层隔板摊放2~2.5 kg的茶叶,厚度一般为3~4 cm,摊放受热不均,难以烤熟,容易出现返青现象,使品质下降,影响效益;随着茶园集约化的经营,每天生产出来的干毛茶数量越来越多,用单机电烘箱作业,难以适应规模化加工,产量不高,会拖延出口期限,影响企业信誉,造成损失。

03

自动化远红外线烘焙铁观音精制技术

1、自动化远红外线烘焙机

在铁观音制作过程中,初制的关键是做青,俗话说“看天做青”,天气的温度和湿度是初制的两大因子;而精制的关键技术是火候,俗称“茶为君,火为臣”,温度和时间是精制的两大因子。如何看茶焙火,历来是茶师的技术难题。在长期实践过程中,发现茶农采用传统的木炭烘焙,木炭烘焙除了产生热量外,还有木炭发出的远红外线,使之比电烘箱烘焙出来的茶叶烤得熟、烤得透,滋味更加醇和。究其原因,是木炭所发出的红外线具有很强的穿透性,使茶叶颗粒由表及里同时受热,同步熟化。

基于这一物理现象,课题团队引进一种远红外线烘干机,总长度为12 m,里面有4层活动链板,链板总长度为48 m,每层链板安装22根碳化硅棒(第三层为24根),每根碳化硅棒负载1kW,通电后碳化硅棒会发出远红外线,远红外线波长较长,具有集束性、穿透力强的特点。

由于碳化硅棒发出的射线为远红外线,该区域波长较长,热量大,温度高,可以使受热物体短时间内获得较多能量。同时应用PLC(Programmable logic controller,可编程逻辑控制器)控制技术,加强人机界面和软件设计,控制不同碳化硅棒的通电开关,来调节温度和远红外线的强度,以及每层链板的行进速度,把链板的速度控制在0~120 cm/min之间,由此掌握远红外线烘干机的烘焙时间,以达到控制火候的目的。

2、全自动远红外线烘焙铁观音精制技术流程

给料机→拣梗机→色选机→筛分机→风选机→目视选别机→静电拣梗机→储料桶→提升机→远红外线烘干机→急速冷却机→匀堆→包装

3、全自动远红外线烘焙铁观音精制技术参数

根据波尔兹曼四次方定律,即物体表面受照射能力与其绝对温度的四次方成正比,也就是随着温度的升高其照射能力以四次方的数值跃增。采用中控设备,90条碳化硅管发光发热棒,采用三组不同的控制方法,即50 kW、70 kW、90 kW,形成弱照射(低温)、中照射(中温)、强照射(高温)三组控制方案。

另一技术指标是茶叶在链板上的行进速度,整个远红外线烘干机长12 m,分四层转动,共有48 m的链板长度。链板的行进速度在0~120 cm/min之间,试验采用三种不同的控制方法,即高速区为80~120 cm/min,中速区为50~80 cm/min,低速区为0~50 cm/min。

根据照射温度和链条行进速度两项因子,结合生产经验和机器参数设置不同的控制参数,形成以下9种烘焙方案,如表2所示。

结合在长期生产实践中总结出的“五段烘焙法”原理,首先,控制远红外线强度也就是照射温度方面,第一层链板,温度可调节为中低温,以达到去水去杂的目的,这层的碳化硅棒可通电10~14根;第二层链板,可调节中高温,以达到茶叶烤熟的目的(远红外线穿透力强,可使茶叶由表及里同时受热,外熟与内熟可同时掌握,大大提高生产效率),该层碳化硅棒可通电14~16根;第三层链板有24根碳化硅棒,共分三组,用变化的温度调节茶汤的滋味,可调节通电的碳化硅棒的根数及链板的行进速度来达到回甘的目的;第四层链板可调节为高温,以达到提香的目的,一般通电18~22根碳化硅棒。

其次,调节链板的行进速度方面,第一层链板可调节为快速区域,速度控制在80~120 cm/min,以达到快速去水去杂的目的;第二层链板为慢速区域,速度为0.5~50 cm/min,促使茶叶熟化。第三层链板根据生产实际需要控制链板行进速度,以达到茶叶回甘的目的;第四层链板为快速区域,链板速度控制在100~120 cm/min,以达到快速提香的目的。远红外线烘干机示意图如图2所示。

对不同季节、不同老嫩程度的铁观音,进行技术方案的调整,以加工出品质优良的产品。

· “清明前茶”,其茶叶在清明节就采摘,茶叶较嫩,含水量较高,可采取以下技术方案:

第一层采用低温低速→第二层采用中温中速→第三层采用中温低速→第四层采用高温高速

采用这一方案,其产品滋味醇厚,音韵强,香气浓郁,汤色金黄,呈炒米香或蜜糖香。

· 冬片茶,其茶叶在冬至后采摘,含水量低,茶叶较粗老,可采用以下技术方案:

第一层链板采用低温高速→第二层和第三层链板采用中温低速(通过慢烤促使粗老茶叶内含物质的转化,以增加可溶性物质)→第四层链板采用高温中速

因稍长时间的高温,促使较粗老的茶叶呈现焦糖香的品质风格。

将“五段烘焙法”原理应用在远红外烘焙机的实际操作中,不仅能大大提高浓香型铁观音的风味品质,也有利于铁观音生产的标准化、清洁化。

4、全自动远红外线烘焙铁观音工艺优势

(1)提高茶叶卫生状况。从毛茶到成品实现全自动化加工,做到茶叶不落地,避免二次污染,提高卫生状况;

(2)提高效率。从毛茶拣梗到成品装箱,全过程只要4个多小时,加工量从单机烘箱的40 kg,提高到640 kg,烘干时间从6 h(不计算人工拣梗和筛分时间)缩短到4 h,效率显著提高;

(3)节省能耗和劳动力,单机电烘箱负载9 kW,要烘焙640 kg铁观音,需要单机电烘箱能耗:9×(640/40)×6=864 kWh,而全自动远红外线烘干机功率最高位90 kW,按满负荷运载计算,烘焙640 kg茶叶所需的远红外线烘干机能耗:90×4=360 kWh。对比之下,全自动远红外线烘焙生产线比单机烘焙节省504 kWh,烘焙每千克茶叶节省能耗0.79 kWh。且无需人工搬运茶叶,减少劳动力成本的投入,避免茶叶产生细末等造成浪费。

04

结论

烘焙是浓香型铁观音制作工艺重要的一道工序,研究结合生产实践总结优化出“五段烘焙法”,借鉴传统木炭烘焙原理,将远红外线波长较长、能量高的特点应用到铁观音的烘焙工序上,同时把各工序的技术参数编程到PC电脑控制板上,实现机器的自动化、智能化操作,不仅大大提高了企业生产效率,并且节约能耗,对满足不同消费者需求、提高茶叶经济效益具有一定指导意义。

来源: 中国茶叶加工

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