高士伟,叶 飞,3,滕 靖,龚自明*,桂安辉,张 强,崔清梅,戴居会,梁金波,
(1.湖北省农业科学院果树茶叶研究所,湖北 武汉 430064;2.恩施州农业科学院,湖北 恩施 445000;3.湖南农业大学茶学教育部重点实验室,湖南 长沙 410128)
茶树鲜叶机械采摘是解决采工荒、采茶贵和采茶难的有效途径[1-7]。但是受现阶段茶园管理和采摘机械的制约,致使茶树机采鲜叶老嫩混杂、长短不一。因此,以机采鲜叶为原料,如何分离得到适合加工优质茶的鲜叶原料,一直是业内研究的热点和难点。袁海波[1]等研究发现,传统分级设备难以从机采鲜叶中分离得到目标芽叶。因而新型鲜叶分级机相继被研制,如改良型分级机[7]、螺旋导向鲜叶分级机[8]、振动分级机[9-12]及直径滚筒式茶鲜叶分级机[13-14]等。湖北省农业科学院果树茶叶研究所联合恩施州农业科学院,先后开展鲜叶分级及加工等试验[15-18],同时比较不同分级机的效果,研发了一种滚筒式茶鲜叶分级机,并优化得到了筛孔形状和大小、滚筒倾角和滚筒转速等参数,旨在为鲜叶分级机的研发及鲜叶品质提升与茶叶加工提供技术支撑。
1.1.1 原料
以福鼎大白茶鲜叶为原料,其中一芽一叶20.31%、一芽二叶23.15%、一芽三叶28.32%与一芽四叶28.22%,2016年5月~2018年5月采自恩施州农科院试验茶园。茶鲜叶机械组成测定:按照炒青绿茶鲜叶的分级标准(ZB B35001-88)要求进行。
1.1.2 设备
图1 不同形状筛孔的设计Fig.1 Design of different mesh shape
图2 滚筒分级机主视图和俯视图Fig.2 Vertical and Front view of new roller screening machine
设备:新研制的鲜叶滚筒分级机,配备筛网为正方形、椭圆形和六边形,面积大小分别为 3.5~8.0 cm2、4.5~10.0 cm2和 5.5~12.0 cm2;滚筒分级机的整机倾角可调(0~8.5o),转速可调 (0~24 r/min),如图1和图2所示。通过工艺参数优化试验,鲜叶滚筒分级机平稳运行。
新型滚筒分级机参数优化试验:先后设计不同形状和面积大小的筛孔,后续优化了分级后集叶区域,并分别比较了不同形状和面积大小的筛孔、不同倾角和不同转速对鲜叶分级的影响,最后提出了滚筒分级机的参数。
其中W1为分级后各出口目标芽叶的质量,W为未分级鲜叶的总质量,a为分级后该出口目标芽叶的占比,b为目标芽叶在未分级鲜叶中的占比。每个试验3次重复。
数据经Excel和SPSS 19.0处理,大写字母和小写字母分别表示Duncan,s新复极差(SSR)在P=0.01和0.05水平下的差异显著性,字母不同表示差异显著。
表1 不同分级区域内鲜叶的组成比例 (%)Table 1 Results of proportion of fresh tea leaves in different roller screening area (%)
表2 不同分级区域内鲜叶的组成 (%)Table 2 Results of proportion of fresh tea leaves in different roller screening area with different mesh shapes (%)
表3 不同分级区域内鲜叶质量的比例 (%)Table 3 Results of proportion of fresh tea leaves in different roller screening area with different mesh area (%)
表4 不同筛孔面积处理各集叶区的鲜叶组成 (%)Table 4 Results of proportion of fresh tea leaves in different leaf collecting area with different screening size (%)
滚筒分级机采用椭圆形的筛孔(4.5~10.0 cm2),设置滚筒转速16 r/min,倾角6.5o时,比较滚筒分级机不同分级区域内鲜叶的组成比例结果(表1),发现0~2000 mm分级区段内,一芽一二叶占比为94.76%;2000~3000 mm区段内,一芽二三叶占比为83.66%;尾部区段内,一芽三四叶占比为100%,说明一芽一二叶、一芽二三叶和一芽三四叶分别分布在0~2000 mm、2000~3000 mm和尾部的集叶区域内,所以将滚筒分级机的集叶区域分为上述三段,后续试验的不同处理按照上述三个区域采集鲜叶。
不同形状和面积筛孔对鲜叶分级的影响结果(表2和表3)显示:不同筛孔形状的筛孔在同等面积 (4.5~10.0 cm2)和同等投叶量的情况下,六边形筛孔目标芽叶分级率为87.08%,分级效果相对较好;比较不同面积大小的六边形筛孔对分级率的影响结果,发现4.5~10 cm2面积的六边形筛孔的分级效果较好,推测在自然情况下4.5~10.0 cm2六边形的筛孔更符合一芽一叶至一芽三叶的垂直剖面图,分级效果更好。
表5 不同倾角处理各分级区域鲜叶的比例及分级率(%)Table 5 Effects of different roller obliquity treatments on proportion and screening rate of fresh tea leaves in different roller screening areas (%)
表6 不同转速处理各分级区域鲜叶的比例及分级率(%)Table 6 Effects of different rotation rate treatments on proportion and screening rate of fresh tea leaves in different roller screening areas (%)
分析不同倾角和不同转速对鲜叶分级的影响结果(表5和表6),发现在同等投叶量的情况下,随滚筒倾角和滚筒转速的增加,分级率都呈现先上升后降低的趋势,其中倾角5.5°和转速16 r/min处理的分级率最高,分级效果相对较好,与胡永光等人研究结果相似[13],推测是滚筒倾角和转速决定了分级时间,倾角过低或者转速过慢,可能会导致鲜叶在滚筒内堆积,倾角过大或者转速过快,可能会导致鲜叶未得到有效分级,从而降低了分级率。
表7 三种分级设备性能比较Table 7 Comparison of different classifiers and performance characteristics
以同一批鲜叶为原料,比较了传统分级机(6CLY-70型)、振动分级机(恩施振动分级机)和新型滚筒分级机的设备特性和分级效果,结果(表7)发现,传统分级机结构简单,其传统竹篾容易损坏,产能较低。振动式分级机的原理是通过设备振动带动鲜叶运动,操作简单但机械噪声较大,加重了茶叶加工生产中的劳动强度。新型滚筒分级机采用滚筒旋转带动鲜叶分级,操作简便,稳定性好。比较三种不同分级设备的综合性能,发现新型滚筒分级机的噪音小 (35~40 db),产能较大 (>120 kg/h),目标芽叶的分级率较高。
在现有茶园栽培管理、机械化采摘设备条件下,短期内机采鲜叶质量难有大幅度提高,目前业内研究主要集中在鲜叶分级设备及技术方面。为了进一步提高分级效果,本研究团队研制了一款新型鲜叶分级机,并以手采鲜叶为原料,先后优化了不同鲜叶分级的集叶区域,筛孔形状、面积大小和滚筒倾角,比较了不同类型的鲜叶分级机的设备特性和分级效果,结果发现:新型滚筒分级机采用六边形筛孔,筛孔面积为4.5~10.0 cm2,参数设置转速16 r/min,倾角5.5o,能较好地将一芽一叶、一芽二叶、一芽三叶和一芽四叶分开。相比其他研究所采用的筛孔形状(圆形和长方形)[14],本次试验比较了三种筛孔形状(六边形、椭圆形和正方形),结果发现六边形筛孔效果更优,推测是受茶树品种、采摘时间和鲜叶摊放失水等因素影响下,六边形更符合本次试验鲜叶的垂直剖面图。为了进一步提高机采鲜叶加工技术水平,初精制工艺优化将是本研究的下一步内容。