自动化、清洁化白茶精制加工生产线研究及应用

传统工艺的白茶采用萎凋和烘干的工艺，不炒不揉，因此具有外形松大、比重轻的特点，在精制加工过程中流动性较差，难以做到连续、自动化生产加工，因此目前市场上缺乏技术成熟的成套精制设备，主要采用人工拣剔杂物、打堆拼配或半机械、半自动化的生产方式，普遍存在断碎率高、损耗率大，拼配不均匀，夹杂物含量超标等问题。

近年来，福建省相关部门积极倡导“以创新工艺，提高机械化、标准化水平来推动白茶产业发展”的理念。作为具有71年生产历史的白茶企业，福建茶叶进出口有限责任公司积极践行白茶高质量发展理念，于2017年依托专业技术，开展白茶精制加工技术研发及流水线成套设备集成应用工作。2018年集成一条自动化、清洁化白茶精制生产线，连续投入使用4年，不仅保障了产品质量和卫生质量，更是极大减轻了员工的劳动强度，提高了产出效率和经济效益，有效推动白茶的高质量发展。

01

生产线技术要点及难点

白茶原料或半成品一般需经过杂物拣剔、匀堆拼配、包装等流程后方能作为成品茶，因此白茶精制生产线设计配置了风力选别、静电选别、目视拣剔、磁力选别、匀堆拼配、称量包装、装箱打包等工序。

生产线的设计解决了白茶在精制过程中常见的五个技术难点。一是针对白茶外形松大、比重轻的特点，生产线解决了加工过程中容易架空堵塞的流动性问题。二是改进应用“柜式横铺竖切”的匀堆拼配技术，最大限度地减少白茶断碎率和损耗率，解决白茶拼配过程中清洁化问题，提高茶叶拼配的均匀度。三是针对白茶原料中含有较多草毛等异物难以剔除的问题，研究改进措施以提高白茶产品卫生质量水平。四是采用计算机监控系统、自动化控制技术，提高白茶精制效率及自动化水平。五是改进茶尘、噪声控制技术，提高白茶精制的清洁化，达到节能环保的目的。白茶精制工艺流程及生产线的关键技术要点如图1所示。

该条生产线设计如图2所示，生产线配置了2台双排式风选机，头茶和尾茶分别配置1台多功能风选机和1台静电选别机，4台目视拣剔机，4处3000高斯的磁力滚筒，1处9000高斯的强磁棒，1台60m3的自动匀堆拼配机、1套振动装箱机、1台自动打包机，以及10台过滤筒式除尘器。整条生产线时产能可达到400kg，年产能为700吨精制白茶。

1、解决白茶连续化精制加工的流动性问题

由于白茶外形松大、比重轻，叶片之间容易勾搭、粘连，产生架空、搭桥的现象，在设备输送、下料、开堆过程中容易产生堵塞的情况，因此生产线特别设计以下改进点。

一是在所有下料和输送环节均采用加宽加高的特制白茶投料输送机和提升机；二是研发方便拆装和自动刮出茶末的茶叶输送机及茶叶装箱振实机；三是创新应用加宽的双排式风选机；四是采用匀堆机加高和抬升底盘，以加大白茶流动的落差。以上优化措施集中运用于白茶去杂、拼配的加工装置，为白茶精制全程无障碍流动提供保障。

2、升级“柜式横铺竖切”匀堆拼配技术

目前，国内大部分白茶的拼配过程基本是在瓷砖槽或是金属槽上由人工完成，这种作业模式不仅工作量大、而且拼配不均匀，匀堆、开堆过程中人工踩压造成的断碎与损耗率也较高，存在人工接触污染、粉尘量大等产品卫生隐患。

生产线在茶叶拼配环节充分利用茶叶匀堆拼配机的优势，改进“柜式匀堆”技术，采用“柜式横铺竖切”技术，设计辅助茶叶流动的耙子及推动器，搭载的机械耙手在开堆时可将白茶竖向拨动，由上至下地纵向混合各唛号茶叶，从而提高茶叶拼配的均匀度，柜式茶叶匀堆拼配机结构示意图如图3所示。

此外还可通过电脑自动控制匀堆下料行车的行程、步进幅度，从而达到均匀铺洒各唛号茶叶的匀堆效果。该项技术可降低白茶精制过程的断碎率和损耗率，提高产品的清洁度。

3、解决白茶原料中异物剔除难的问题

白茶原料中含有的草毛、沙石等异物，即使依靠人工目视拣剔，仍然难以剔除干净。

生产线基于条形茶加工风选设备，设计并改进了用于白茶选别的双排式风选机，结构如图4所示。风选机能有效剔除各种沙石和草毛类杂物，大幅提升了白茶产品的卫生质量水平。双排式风选机是由单风道风选机加宽一倍并配备双排鼓风机升级设备，设有砂石口、正茶口和草毛口三个出口。砂石口处为头茶，即砂石和茶叶的混合物；正茶口处为选别后的干净茶叶；草毛口处则为尾茶，即草毛等轻飘物质与茶叶的混合物。经过双排式风选机处理后产生的含砂石、头茶及轻飘物尾茶，分别依次经过多功能风选机和静电选别机进行二次处理，能有效回收头茶和尾茶中的茶叶，从而减少茶叶的损耗。

4、集成茶叶生产线自动化控制技术

根据白茶精加工生产线设备的基本要求进行选型，配置筛分风选、静电选别、目视除杂、电磁选别、匀堆装箱等重要工序的精制设备，集成应用自动称量、自动装箱、自动打包、自动侦测、报警保护、视频监控等自动化控制技术，大大提高了茶叶生产流水线的生产效率。生产线自动化控制界面如图5所示，操作人员从原来的24人减少到12人，有效改善了白茶产业人工依赖程度较高的现状，自动化水平明显提升。

（1）自动化称量控制系统

控制系统借鉴应用其他行业生产线常用的可编程控制器（PLC）作为下位机直接控制设备运行，可极大提高茶叶设备运行的灵活性，设置复杂的运行程序，满足不同工艺的需求，辅以自动送箱、自动定位等功能，提高精制过程的自动化水平。采用工控机作为上位机，对下位机以及智能仪表等进行组态整合，实现流程监视和控制。采用智能仪表实现数据的显示和设定功能，数据采集后可转化为数字和曲线，同时具备历史记录保存和报表打印等功能。

生产线装箱系统配有自动计量秤，在PLC中设置所需的重量和误差范围后即可自动称重和装箱。按下启动按钮，物料通过给料皮带流入称重仓。此时，触摸屏上会显示实时重量，累计数量和累计重量，并且将数据传到上位机保存。称重控制系统主要实现自动计量功能，多种设置参数可永久保存，使用时直接调用相应设置，无需重复设置，大大降低员工的操作难度。

（2）智能化侦测和安全保护技术

一般生产线仅有电路方面的安全保护，没有安装料位检测和异常报警装置，一旦发生堵料或是设备局部故障时，可能引发整条生产线的故障。通过设置料位堵塞报警装置和电机变频控制保护装置，当发生茶叶堵塞或电机运转异常时，中控电脑便会自动暂停机台的运转并发出报警声音。此外，各个控制工序都设置了多道漏电、过载、高温保护装置，以保障安全生产。

（3）配套中央控制台在线控制

上位机除对现场的运行状态进行全面实时跟踪显示外，还可以对下位机及控制设备进行投运和停止控制，以实现系统的在线控制。工业控制计算机是控制系统的中心系统，生产线配有人机界面，工作人员可通过鼠标和键盘操作，控制和查询各个设备的状态。控制系统可执行操作人员的指令，收集来自下位机的所有状态，分析生成动态数据自动存入数据库，进行各类情况的分析，使控制系统处于最佳的运行状态。

（4）生产过程信息即时处理功能

运用现代化的人机界面，可自动采集、处理的数据，关键设备的运行状况、重要参数及报警记录等上传至管理人员的桌面，利于对整线系统进行实时监控，实现生产线的现代化管理。系统采用动画、图形动态形式呈现系统的运行，可对各种数据和参数进行分析。

（5）智能化故障跟踪监控

对从下位机送来的有关运行信息进行故障跟踪监控，一旦出现不正常的情况，立即显示发生故障的画面及故障的性质、部位，能快速发现问题或故障，便于有针对性、快速地解决问题。

5、除尘、降噪控制技术

生产线研发设计了一种带除尘功能的茶叶投料装置如图6所示，各个机台基本采用封闭式安装，使得机器运转过程中茶粉尘不会散落飘逸。各个关键节点配置12台新型的脉冲滤筒除尘器，精细到各个设备衔接环节的茶尘控制布置点，茶尘净化效率达到99%以上。每班生产结束后收集到的茶粉尘统一处理，粉尘排放浓度控制在2mg/m3以内，符合职业卫生的粉尘标准。此外，可在车间内直接排放尾气，空气循环使用，实现对外零排放、零污染的目标。

全程的封闭式机台、分区隔断降噪处理，使生产噪音从传统设备83~88分贝降到80分贝左右，低于职业卫生的噪声标准（85分贝）的要求。厂界噪声低于60分贝，满足昼间厂界噪声低于65分贝的国家标准，符合环保要求。

02

生产线技术应用推广情况

在公司70多年的茶叶生产经验基础上，由专业技术团队经多年研发、改进，建成了白茶精制生产线。通过改进投料输送等措施解决了流动性差的问题；应用“柜式横铺竖切”的匀堆拼配技术有效提高了茶叶拼配的均匀度；设计双排式风选机联合多功能风选单机和静电选别单机克服了异物剔除难的问题；运用自动化控制、智能化侦测、安全保护、除尘降噪控制等系列技术，有效提高生产效率，进一步减少差错率，基本达到机械化换人、自动化减人、信息化管理、智能化管控的“四化”目的。该条自动化生产线具有操作简单、效率高、产能大、结实耐用、维护成本低等优点，生产工艺流程设计及设备选配对国内组建白茶精制加工生产线具有重要的借鉴意义。

2018年，生产线投产运行后，白茶产品质量、产出效率有所提升，单位成本也随之降低，产能和产值进一步增长，应用效果较佳。杂物剔除效果显著，白茶拼配工艺也得到简化，从以前人工拣剔两遍后再进行拼配变成现在全程机械化一道流水完成，拼配效率明显提高。

此外，白茶损耗率得到有效控制，成品出成率达到98%以上。白茶精制加工的生产效率从1吨/班提高到3吨/班（按8小时/每班测算），茶叶产量显著提升，如表1所示。

加工成本方面，每千克成品茶加工成本从2017年的18.67元降为15元左右，低于福建省农业农村厅统计的16元的行业平均值，加工成本节省幅度在16%~26%。

自2018年应用至今，累计加工成品白茶1427吨，创造产值4.74亿元，节省加工成本约520万元。

目前，自动化、清洁化白茶精制生产线已在中茶公司内部和福建多家茶叶企业推广应用，表现出良好的应用效果和反馈，下一步将在福建福鼎、政和、松溪等白茶产区进行复制推广使用。

03

结语

文章论述了白茶精制过程的关键技术要点，集成一条连续化、自动化、清洁化的白茶精制加工生产线，改善白茶精制对人工依赖程度较高的现状，提高白茶精制的自动化、清洁化水平。生产线投入使用后，产品质量和生产效率得到提升，生产安全更有保障，同时也取得了良好的经济效益和社会效益。但其风选和静电工序仍属于传统的茶叶去杂设备范畴，对毛发类杂物的去除仍有一定的局限性，未来可以研究采用红外色选机、X光检测机、新型静电机等更先进的去杂设备进行替代、改进。

作者简介：

危赛明

中国茶叶股份有限公司原副总经理、福建茶叶进出口有限责任公司原总经理，高级工程师，中国茶叶技术委员会主任委员、资深专家，全国茶叶标准化技术委员会委员，商务部对外援助物资项目评审专家，国家科技专家库专家，享受国务院政府特殊津贴。主要从事茉莉花茶、乌龙茶、白茶等福建特种茶的生产加工、审评鉴定、技术创新、产品研发、质量与安全体系管理、企业体系管理认证、市场营销、内外交流、专业授课、学术论著、行业标准制定、人才培养与企业管理等工作。

具体内容详见《中国茶叶加工》杂志，2021年第4期文章《自动化、清洁化白茶精制加工生产线研究及应用》，页码：10-15，作者：危赛明，罗星火，陈炳生，陈添义。

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