早在唐代，陸羽就在《茶經》中系統(tǒng)地介紹過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，我國茶葉機械發(fā)展已有70余年的歷史。隨著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現機械化和自動化，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域取得的成就，促進茶機行業(yè)持續(xù)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應用等方面介紹我國茶葉機械的發(fā)展狀況，就發(fā)展過程中暴露的問題進行剖析并提出相應對策，最后對茶葉機械未來的發(fā)展進行展望。
01我國茶葉機械概況
中國是世界最大的產茶國，擁有20多個產茶省、1000多個產茶縣。在茶葉加工連續(xù)化的產業(yè)背景和提質增效的產業(yè)需求下，茶葉機械化生產成為我國茶產業(yè)發(fā)展的必經之路。目前，我國茶葉加工機械生產企業(yè)有400多家，主要集中在浙江、安徽、四川和福建等省份。
按照生產環(huán)節(jié)，可將茶葉機械分為茶園作業(yè)機械和茶葉加工機械兩類。
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)茶類的加工已基本實現機械化。就六大茶類而言，綠茶、紅茶的關鍵加工機械已較為成熟，烏龍茶、黑茶的關鍵加工機械相對成熟，白茶、黃茶的關鍵加工機械也在發(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年代開始研制出茶園耕作機等基本作業(yè)機械，后續(xù)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型。
從20世紀50年代至今，茶園作業(yè)機械經歷了萌芽階段、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際需求的茶園耕作機、茶樹修剪機等作業(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(qū)達到了茶園作業(yè)機械化生產水平，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)機械的機型質量和性能方面尚需進一步改進，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(qū)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階段。
· 萌芽期：20世紀50年代之前
此時的茶葉加工停留于手工作業(yè)階段，但唐宋時期創(chuàng)造的眾多制茶工具為茶葉機械后續(xù)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渡到高產能、低能耗、清潔化、連續(xù)化的生產線模式，逐步實現“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。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、自動化程度、節(jié)能等方面還有待提高。相比而言，我國精制機械(篩分機、風選機等)發(fā)展較慢，但隨著加工精細化程度的提高，該類機械也在不斷改進和優(yōu)化。
茶葉單機設備的發(fā)展為茶葉加工連續(xù)化的實現創(chuàng)造了有利條件，也為生產線的研建奠定了堅實基礎。目前，研發(fā)的綠茶、紅茶、烏龍茶等初加工生產線已達3000多條。2016年，精制篩分生產線也被應用于綠茶、紅茶、黑茶的精制加工。此外，生產線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線，有效地解決了以往扁形茶生產線存在的茶條不緊直、質量不穩(wěn)定等品質問題。
有些茶葉單機本身還不具備連續(xù)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線的自動化發(fā)展。此外，雖然目前已有低含水量的在線檢測設備，但由于成本過高還未能廣泛應用于生產，茶葉在制品的品質仍需要依賴人工經驗的判定。因此，目前茶葉加工生產線的應用基本能實現自動化，但尚未實現真正的智能化。
03茶機能源使用
茶葉機械的正常使用離不開能源的供給。茶葉機械能源分為傳統(tǒng)化石能源和清潔能源兩類，其中清潔能源包括電、液化石油氣、天然氣、生物質燃料等。
在熱能燃料清潔化、節(jié)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顆粒燃料被業(yè)界重視，又因其生產成本較低、來源廣開始被越來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、簡便，無需其他輔助設備，是實現茶葉機械化加工、流水線作業(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，基于節(jié)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展。
如6CH型系列鏈板式烘干機，利用管殼式熱交換器進行廢氣余熱回收，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題;過熱蒸汽混合殺青機，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熱飽和水蒸汽和高溫熱風，導回到殺青機進葉口處循環(huán)利用熱能，能節(jié)約能源20%左右，還可保證茶葉品質效果。
04茶機技術創(chuàng)新
茶葉機械的使用不僅能直接提高生產效率，還能間接穩(wěn)定甚至提升茶葉品質。技術創(chuàng)新往往能帶來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、翻動裝置和加熱部件等關鍵部件進行設計，研發(fā)了一體化全自動發(fā)酵機、可視化富氧發(fā)酵機，解決了發(fā)酵溫濕度不穩(wěn)定、翻拌難、缺氧、發(fā)酵不均勻等問題。
② 將計算機技術、現代儀器分析檢測技術、芯片技術等高新技術應用于茶機制造，使其操作可控、可視，逐步實現茶葉機械的自動化、智能化。實踐證明，技術的創(chuàng)新與應用能完善茶機功能，提升茶葉品質，推動茶產業(yè)迅速發(fā)展。
1、計算機技術
計算機技術使茶葉機械的連續(xù)化、自動化、智能化發(fā)展成為可能。
目前，計算機的圖像技術、控制技術、數字化技術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、數據處理技術可對茶葉的實際形態(tài)、顏色以及重量等要素進行量化分析和等級劃分;利用自動控制系統(tǒng)，可使新型熱輻射茶葉殺青機實現殺青葉表面溫度、箱體內部環(huán)境濕度等各項參數的多路實時在線檢測，降低對人工經驗的依賴;利用可編程邏輯控制技術(PLC)，再通過電源照射，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;利用自動化控制和人機交互技術可使TC-6CR-50數控揉捻機智能調控壓力、轉速和時間，實現制茶工藝參數化;利用溫度傳感器實時監(jiān)控技術，可使茶葉連續(xù)理條機組按需調控鍋槽溫度，保證鍋槽內的茶葉受熱均勻、品質一致。
2、現代儀器分析檢測技術
茶葉機械自動化的實現有賴于計算機技術，而茶葉加工過程的狀態(tài)、參數監(jiān)測則需要借助現代儀器的分析檢測技術。通過檢測儀器的多源傳感信息融合，可實現對茶葉色、香、味、形等品質因子的綜合數字化評判，實現茶葉產業(yè)真正意義的自動化和智能化發(fā)展。
目前，該項技術已被成功應用于茶機研發(fā)，使茶葉加工過程實現在線檢測、判別，茶葉品質更加可控。比如，利用近紅外光譜技術結合計算機視覺系統(tǒng)建立的紅茶“發(fā)酵”程度綜合評價方法，可在1分鐘內完成判別，有利于紅茶加工關鍵技術點的控制;利用電子鼻技術對殺青過程中的香氣連續(xù)抽樣監(jiān)測，再基于費舍爾判別法可構建茶葉殺青狀態(tài)判別模型，實現綠茶品質的在線監(jiān)測與控制;利用遠紅外、高光譜成像技術再結合非線性建模方法可為綠茶的智能化生產提供理論依據和數據支撐。
儀器檢測分析技術同其他技術的聯用，也被應用于茶葉深加工機械領域。比如，安徽捷訊光電技術有限公司研發(fā)了一種云智能茶葉色選機，該色選機利用光譜分析技術聯用鷹眼技術、云技術相機、云圖像采集處理技術等多項技術，可深度識別普通色選機不能識別的微小雜質，并且能對茶葉的條形大小、長短、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量和外觀。
3、其他技術
除計算機技術、現代儀器檢測技術外，物聯網技術、AI技術、芯片技術等多項技術也被融合應用于茶園管理、茶葉加工、物流倉儲等各個環(huán)節(jié)，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(jié)，傳感器、無線網絡等物聯網技術的應用，可實現對茶園的實時監(jiān)測，使茶園作業(yè)過程更加智能、高效。如前端傳感器(葉面溫度傳感器、莖稈生長傳感器、土壤水分傳感器等)可自動將茶園土壤及氣候條件等數據傳輸至數據采集系統(tǒng)，PC端通過手機APP可隨時隨地進行監(jiān)管、精準灌溉與施肥，實現茶園智慧管理。利用無人機大面積遙感圖像與地面不間斷視頻監(jiān)測技術，可對機采茶樹的生長信息進行大數據采集，再借助分析、建模便可預測每輪次的適采時期、產量及機采品質，從而提高茶葉機械化采摘的質量和效率。
在茶葉加工生產環(huán)節(jié)，應用AI技術建立自動除雜生產線，通過最先進的認知視覺檢測可識別茶葉中的各類雜質，同時自動化地完成上料、輸送、拍照、分析、挑揀、復檢、收集等各個程序，實現茶葉精制加工生產線的自動化與智能化。在物流倉儲環(huán)節(jié)，利用射頻識別(RFID)技術可實現閱讀器與產品標簽之間的數據通信，追溯茶葉生產信息以優(yōu)化供應鏈管理。
由此，在茶葉的種植栽培、生產加工、保管運輸等方面，各項技術共同促進了茶產業(yè)信息化、智能化發(fā)展。
05我國茶葉機械發(fā)展中的問題、對策與展望
我國茶葉機械化發(fā)展雖然取得了長足進步，但與食品工業(yè)的機械化程度相比仍存在較大差距，應及時采取相應對策來加快茶產業(yè)的升級轉型。
1、存在問題
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(qū)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，仍存在以下問題：
(1)我國茶機裝備總體水平偏低，自動化生產線尚未完全實現智能化。
(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)茶機整體技術含量不高，能源使用效率低。
(4)大多茶機缺乏高新技術的應用，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(guī)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)茶機市場競爭無序，茶機標準化建設滯后。
(3)茶園分布零散，作業(yè)機械標準化生產程度不高。
(4)茶機制造企業(yè)規(guī)模小，新產品開發(fā)能力薄弱。
(5)缺乏茶機專業(yè)從業(yè)人員，無法充分發(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)技術服務力度;建設標準茶園基地，奠定機械化生產基礎;加大科研投入力度，組建更多創(chuàng)新科研團隊;加強技術培訓交流，提高茶機技術服務。
3、展望
目前，我國茶葉加工基本實現機械化，單機設備趨向于高效節(jié)能、連續(xù)化發(fā)展，生產線向著連續(xù)化、自動化、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。現代科技與信息技術等高新技術逐步被應用于茶葉加工的各個環(huán)節(jié)，并取得巨大進步。隨著國家對茶葉產業(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，未來的茶葉機械將實現真正意義的智能化發(fā)展，“機器換人”的時代指日可待!
作者簡介：
張銘銘
碩士，中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院工藝技術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調控研究。參與國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等國家級項目4項，浙江省青年基金、浙江省重點研發(fā)計劃等省級項目4項，地方性技術服務項目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)明專利2項。
來源：中國茶葉加工
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