早在唐代，陸羽就在《茶經(jīng)》中系統地介紹過(guò)19種餅茶采制工具，建立了茶葉機械的雛形。自中華人民共和國成立以來(lái)，我國茶葉機械發(fā)展已有70余年的歷史。隨著(zhù)國家對茶葉機械行業(yè)重視度的提升，我國茶葉加工現已基本實(shí)現機械化和自動(dòng)化，茶園作業(yè)機械也在快速發(fā)展。
為總結我國在茶葉機械領(lǐng)域取得的成就，促進(jìn)茶機行業(yè)持續健康發(fā)展，文章從茶葉機械發(fā)展、茶機能源使用及茶機技術(shù)應用等方面介紹我國茶葉機械的發(fā)展狀況，就發(fā)展過(guò)程中暴露的問(wèn)題進(jìn)行剖析并提出相應對策，最后對茶葉機械未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行展望。
01我國茶葉機械概況
中國是世界最大的產(chǎn)茶國，擁有20多個(gè)產(chǎn)茶省、1000多個(gè)產(chǎn)茶縣。在茶葉加工連續化的產(chǎn)業(yè)背景和提質(zhì)增效的產(chǎn)業(yè)需求下，茶葉機械化生產(chǎn)成為我國茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。目前，我國茶葉加工機械生產(chǎn)企業(yè)有400多家，主要集中在浙江、安徽、四川和福建等省份。
按照生產(chǎn)環(huán)節，可將茶葉機械分為茶園作業(yè)機械和茶葉加工機械兩類(lèi)。
茶葉加工機械的發(fā)展始于20世紀50年代，主要以綠茶、紅茶加工機械為主。到21世紀，大宗綠茶、紅茶和大部分名優(yōu)茶類(lèi)的加工已基本實(shí)現機械化。就六大茶類(lèi)而言，綠茶、紅茶的關(guān)鍵加工機械已較為成熟，烏龍茶、黑茶的關(guān)鍵加工機械相對成熟，白茶、黃茶的關(guān)鍵加工機械也在發(fā)展完善中。
相比之下，茶園作業(yè)機械發(fā)展起步較晚，20世紀70年代開(kāi)始研制出茶園耕作機等基本作業(yè)機械，后續逐步研制了修剪機、采茶機等其他作業(yè)機械，由于大部分茶園機械化生產(chǎn)管理粗放，茶園管理機械研發(fā)和創(chuàng )新力度不足，目前還處于初步發(fā)展階段。
02茶葉機械發(fā)展狀況
1、茶園作業(yè)機械
茶園作業(yè)機械分為墾殖機械、耕作機械、植保機械、修剪和采茶機械等類(lèi)型。
從20世紀50年代至今，茶園作業(yè)機械經(jīng)歷了萌芽階段、探索階段和現今的初步發(fā)展階段。期間，茶機研發(fā)人員逐步研制了符合實(shí)際需求的茶園耕作機、茶樹(shù)修剪機等作業(yè)機械，尤其以農業(yè)農村部南京農業(yè)機械化研究所為代表開(kāi)發(fā)了“一機多用”的多功能茶園管理裝備，使茶園作業(yè)機械有了新的發(fā)展。
目前，已有部分地區達到了茶園作業(yè)機械化生產(chǎn)水平，如山東日照市、浙江武義縣等。
但總體而言，在機械研發(fā)方面，作業(yè)機械的機型質(zhì)量和性能方面尚需進(jìn)一步改進(jìn)，總體水平與日本相比存在較大差距;在推廣使用方面，使用率及普及度都不高，90%以上的采茶機和修剪機仍為日本機型，一些山區的茶園管理依舊以人力為主。
2、茶葉加工機械
我國茶葉加工機械發(fā)展大致分為如下三個(gè)階段。
· 萌芽期：20世紀50年代之前
此時(shí)的茶葉加工停留于手工作業(yè)階段，但唐宋時(shí)期創(chuàng )造的眾多制茶工具為茶葉機械后續發(fā)展奠定了基礎。
· 快速發(fā)展期：20世紀50年代~20世紀末
由手工作業(yè)轉為半手工半機械作業(yè)，期間研發(fā)了眾多茶葉加工的基本單機設備，使得綠茶、紅茶，特別是名優(yōu)茶加工實(shí)現機械化。
· 加速發(fā)展期：21世紀~至今
由小型單機設備加工模式過(guò)渡到高產(chǎn)能、低能耗、清潔化、連續化的生產(chǎn)線(xiàn)模式，逐步實(shí)現“機械換人”。
茶葉加工單機設備分為初制機械和精制機械兩類(lèi)。我國茶葉初制機械(殺青機、揉捻機、干燥機等)發(fā)展速度較快，大多數茶葉機械已能實(shí)現參數化作業(yè)，甚至具備控溫控濕功能，但在茶葉加工品質(zhì)、自動(dòng)化程度、節能等方面還有待提高。相比而言，我國精制機械(篩分機、風(fēng)選機等)發(fā)展較慢，但隨著(zhù)加工精細化程度的提高，該類(lèi)機械也在不斷改進(jìn)和優(yōu)化。
茶葉單機設備的發(fā)展為茶葉加工連續化的實(shí)現創(chuàng )造了有利條件，也為生產(chǎn)線(xiàn)的研建奠定了堅實(shí)基礎。目前，研發(fā)的綠茶、紅茶、烏龍茶等初加工生產(chǎn)線(xiàn)已達3000多條。2016年，精制篩分生產(chǎn)線(xiàn)也被應用于綠茶、紅茶、黑茶的精制加工。此外，生產(chǎn)線(xiàn)的使用范圍及加工對象方面的研究也更加精細化，如2020年針對中高檔扁形綠茶研建了標準化生產(chǎn)線(xiàn)，有效地解決了以往扁形茶生產(chǎn)線(xiàn)存在的茶條不緊直、質(zhì)量不穩定等品質(zhì)問(wèn)題。
有些茶葉單機本身還不具備連續化作業(yè)功能(如包揉機)或作業(yè)性能不夠成熟(如黃茶悶黃機)，一定程度阻礙了生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化發(fā)展。此外，雖然目前已有低含水量的在線(xiàn)檢測設備，但由于成本過(guò)高還未能廣泛應用于生產(chǎn)，茶葉在制品的品質(zhì)仍需要依賴(lài)人工經(jīng)驗的判定。因此，目前茶葉加工生產(chǎn)線(xiàn)的應用基本能實(shí)現自動(dòng)化，但尚未實(shí)現真正的智能化。
03茶機能源使用
茶葉機械的正常使用離不開(kāi)能源的供給。茶葉機械能源分為傳統化石能源和清潔能源兩類(lèi)，其中清潔能源包括電、液化石油氣、天然氣、生物質(zhì)燃料等。
在熱能燃料清潔化、節能化的發(fā)展趨勢下，用鋸末、森林枝條、稻草、麥稈等加工而成的生物質(zhì)顆粒燃料被業(yè)界重視，又因其生產(chǎn)成本較低、來(lái)源廣開(kāi)始被越來(lái)越多地應用于茶葉加工中。
總體而言，電力燃氣等熱源使用更加安全、簡(jiǎn)便，無(wú)需其他輔助設備，是實(shí)現茶葉機械化加工、流水線(xiàn)作業(yè)的主流能源。
雖然薪柴加熱和炭火烘焙的能源使用比較低效，也不夠環(huán)保，但卻能滿(mǎn)足人們對茶葉獨特色香味的追求，因此目前仍有應用。
近年來(lái)，基于節能減排、降低能耗的發(fā)展理念，茶葉機械的能源回收利用方面取得巨大進(jìn)展。
如6CH型系列鏈板式烘干機，利用管殼式熱交換器進(jìn)行廢氣余熱回收，可將空氣初始溫度提高20~25℃，創(chuàng )造性地解決了能源消耗大的問(wèn)題;過(guò)熱蒸汽混合殺青機，利用殺青機出葉口處的回收裝置將常壓飽和水蒸汽回收，并再次輔助加熱形成過(guò)熱飽和水蒸汽和高溫熱風(fēng)，導回到殺青機進(jìn)葉口處循環(huán)利用熱能，能節約能源20%左右，還可保證茶葉品質(zhì)效果。
04茶機技術(shù)創(chuàng )新
茶葉機械的使用不僅能直接提高生產(chǎn)效率，還能間接穩定甚至提升茶葉品質(zhì)。技術(shù)創(chuàng )新往往能帶來(lái)茶葉機械功能和效率的雙向提升，其研發(fā)思路主要有兩方面。
① 基于機械原理，創(chuàng )新性地改進(jìn)茶機的基本結構，使其性能大大提升。如在紅茶加工方面，對發(fā)酵結構、翻動(dòng)裝置和加熱部件等關(guān)鍵部件進(jìn)行設計，研發(fā)了一體化全自動(dòng)發(fā)酵機、可視化富氧發(fā)酵機，解決了發(fā)酵溫濕度不穩定、翻拌難、缺氧、發(fā)酵不均勻等問(wèn)題。
② 將計算機技術(shù)、現代儀器分析檢測技術(shù)、芯片技術(shù)等高新技術(shù)應用于茶機制造，使其操作可控、可視，逐步實(shí)現茶葉機械的自動(dòng)化、智能化。實(shí)踐證明，技術(shù)的創(chuàng )新與應用能完善茶機功能，提升茶葉品質(zhì)，推動(dòng)茶產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。
1、計算機技術(shù)
計算機技術(shù)使茶葉機械的連續化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展成為可能。
目前，計算機的圖像技術(shù)、控制技術(shù)、數字化技術(shù)等已被成功應用于茶機制造，并取得較佳效果。
利用圖像采集、數據處理技術(shù)可對茶葉的實(shí)際形態(tài)、顏色以及重量等要素進(jìn)行量化分析和等級劃分;利用自動(dòng)控制系統，可使新型熱輻射茶葉殺青機實(shí)現殺青葉表面溫度、箱體內部環(huán)境濕度等各項參數的多路實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測，降低對人工經(jīng)驗的依賴(lài);利用可編程邏輯控制技術(shù)(PLC)，再通過(guò)電源照射，光纖探聚集發(fā)酵信息，發(fā)酵儀轉換成數字信號，微處理器處理、計算和分析，能使渥堆裝置完成對待測黑茶樣品渥堆程度的預測;利用自動(dòng)化控制和人機交互技術(shù)可使TC-6CR-50數控揉捻機智能調控壓力、轉速和時(shí)間，實(shí)現制茶工藝參數化;利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監控技術(shù)，可使茶葉連續理條機組按需調控鍋槽溫度，保證鍋槽內的茶葉受熱均勻、品質(zhì)一致。
2、現代儀器分析檢測技術(shù)
茶葉機械自動(dòng)化的實(shí)現有賴(lài)于計算機技術(shù)，而茶葉加工過(guò)程的狀態(tài)、參數監測則需要借助現代儀器的分析檢測技術(shù)。通過(guò)檢測儀器的多源傳感信息融合，可實(shí)現對茶葉色、香、味、形等品質(zhì)因子的綜合數字化評判，實(shí)現茶葉產(chǎn)業(yè)真正意義的自動(dòng)化和智能化發(fā)展。
目前，該項技術(shù)已被成功應用于茶機研發(fā)，使茶葉加工過(guò)程實(shí)現在線(xiàn)檢測、判別，茶葉品質(zhì)更加可控。比如，利用近紅外光譜技術(shù)結合計算機視覺(jué)系統建立的紅茶“發(fā)酵”程度綜合評價(jià)方法，可在1分鐘內完成判別，有利于紅茶加工關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的控制;利用電子鼻技術(shù)對殺青過(guò)程中的香氣連續抽樣監測，再基于費舍爾判別法可構建茶葉殺青狀態(tài)判別模型，實(shí)現綠茶品質(zhì)的在線(xiàn)監測與控制;利用遠紅外、高光譜成像技術(shù)再結合非線(xiàn)性建模方法可為綠茶的智能化生產(chǎn)提供理論依據和數據支撐。
儀器檢測分析技術(shù)同其他技術(shù)的聯(lián)用，也被應用于茶葉深加工機械領(lǐng)域。比如，安徽捷訊光電技術(shù)有限公司研發(fā)了一種云智能茶葉色選機，該色選機利用光譜分析技術(shù)聯(lián)用鷹眼技術(shù)、云技術(shù)相機、云圖像采集處理技術(shù)等多項技術(shù)，可深度識別普通色選機不能識別的微小雜質(zhì)，并且能對茶葉的條形大小、長(cháng)短、粗細及嫩度等精細分級。這種智能色選機不僅應用于茶葉領(lǐng)域，還可用于糧食、種子、礦物等的精選，提高批量物料的整體質(zhì)量和外觀(guān)。
3、其他技術(shù)
除計算機技術(shù)、現代儀器檢測技術(shù)外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、AI技術(shù)、芯片技術(shù)等多項技術(shù)也被融合應用于茶園管理、茶葉加工、物流倉儲等各個(gè)環(huán)節，使茶機研發(fā)及茶行業(yè)的發(fā)展邁上新臺階。
在茶園管理作業(yè)環(huán)節，傳感器、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，可實(shí)現對茶園的實(shí)時(shí)監測，使茶園作業(yè)過(guò)程更加智能、高效。如前端傳感器(葉面溫度傳感器、莖稈生長(cháng)傳感器、土壤水分傳感器等)可自動(dòng)將茶園土壤及氣候條件等數據傳輸至數據采集系統，PC端通過(guò)手機APP可隨時(shí)隨地進(jìn)行監管、精準灌溉與施肥，實(shí)現茶園智慧管理。利用無(wú)人機大面積遙感圖像與地面不間斷視頻監測技術(shù)，可對機采茶樹(shù)的生長(cháng)信息進(jìn)行大數據采集，再借助分析、建模便可預測每輪次的適采時(shí)期、產(chǎn)量及機采品質(zhì)，從而提高茶葉機械化采摘的質(zhì)量和效率。
在茶葉加工生產(chǎn)環(huán)節，應用AI技術(shù)建立自動(dòng)除雜生產(chǎn)線(xiàn)，通過(guò)最先進(jìn)的認知視覺(jué)檢測可識別茶葉中的各類(lèi)雜質(zhì)，同時(shí)自動(dòng)化地完成上料、輸送、拍照、分析、挑揀、復檢、收集等各個(gè)程序，實(shí)現茶葉精制加工生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化與智能化。在物流倉儲環(huán)節，利用射頻識別(RFID)技術(shù)可實(shí)現閱讀器與產(chǎn)品標簽之間的數據通信，追溯茶葉生產(chǎn)信息以?xún)?yōu)化供應鏈管理。
由此，在茶葉的種植栽培、生產(chǎn)加工、保管運輸等方面，各項技術(shù)共同促進(jìn)了茶產(chǎn)業(yè)信息化、智能化發(fā)展。
05我國茶葉機械發(fā)展中的問(wèn)題、對策與展望
我國茶葉機械化發(fā)展雖然取得了長(cháng)足進(jìn)步，但與食品工業(yè)的機械化程度相比仍存在較大差距，應及時(shí)采取相應對策來(lái)加快茶產(chǎn)業(yè)的升級轉型。
1、存在問(wèn)題
雖然人們機械化管理茶園、機械化加工茶葉的意識不斷增強，部分茶區也處于相對較高的機械化水平，但就整體研究力度和發(fā)展狀況而言，仍存在以下問(wèn)題：
(1)我國茶機裝備總體水平偏低，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)尚未完全實(shí)現智能化。
(2)茶機的研究發(fā)展不平衡，大部分精制機械創(chuàng )新程度不高。
(3)茶機整體技術(shù)含量不高，能源使用效率低。
(4)大多茶機缺乏高新技術(shù)的應用，且與農藝融合度不高。
(5)設備新舊混用，存在安全隱患，缺乏相應的規范和標準。
2、原因及對策
從文獻研究及茶機行業(yè)發(fā)展現狀分析原因，主要是：
(1)茶機行業(yè)本身處于落后地位，國家對行業(yè)扶持力度仍有待加強。
(2)茶機市場(chǎng)競爭無(wú)序，茶機標準化建設滯后。
(3)茶園分布零散，作業(yè)機械標準化生產(chǎn)程度不高。
(4)茶機制造企業(yè)規模小，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力薄弱。
(5)缺乏茶機專(zhuān)業(yè)從業(yè)人員，無(wú)法充分發(fā)揮機械設備的功能。
針對上述原因應盡快健全農機補貼制度，加大政策扶持力度;加快茶機標準建設，加大企業(yè)技術(shù)服務(wù)力度;建設標準茶園基地，奠定機械化生產(chǎn)基礎;加大科研投入力度，組建更多創(chuàng )新科研團隊;加強技術(shù)培訓交流，提高茶機技術(shù)服務(wù)。
3、展望
目前，我國茶葉加工基本實(shí)現機械化，單機設備趨向于高效節能、連續化發(fā)展，生產(chǎn)線(xiàn)向著(zhù)連續化、自動(dòng)化、清潔化和智能化方向發(fā)展，茶園作業(yè)機械的發(fā)展也在不斷推進(jìn)?，F代科技與信息技術(shù)等高新技術(shù)逐步被應用于茶葉加工的各個(gè)環(huán)節，并取得巨大進(jìn)步。隨著(zhù)國家對茶葉產(chǎn)業(yè)的重視，茶機補貼等各項優(yōu)惠政策的出臺以及茶機科研人員隊伍的壯大，未來(lái)的茶葉機械將實(shí)現真正意義的智能化發(fā)展，“機器換人”的時(shí)代指日可待!
作者簡(jiǎn)介：
張銘銘
碩士，中華全國供銷(xiāo)合作總社杭州茶葉研究院工藝技術(shù)與裝備研究所團隊成員，茶葉加工與機械團隊科技特派員，中茶裝備公眾號編輯，主要從事茶葉機械加工與品質(zhì)調控研究。參與國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等國家級項目4項，浙江省青年基金、浙江省重點(diǎn)研發(fā)計劃等省級項目4項，地方性技術(shù)服務(wù)項目2項。以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI/EI等科技論文10余篇，授權國家發(fā)明專(zhuān)利2項。
來(lái)源：中國茶葉加工
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