引言

茶叶的物理参数影响茶叶机械的设计研发、茶叶加工条件的设置及成茶品质，所以研究茶叶物理参数的变化规律，可为茶机的设计提供依据，改善茶机性能，便于茶叶加工过程的管理和监控，为自动化控制提供信息，可提高茶叶加工工艺，改善成茶品质。茶叶容重是指茶叶物料单位容积的质量。在设计储青槽、萎凋槽、做青机和揉捻机等机械设备时，不同工序茶叶在制品的容重都需要用到。松散物料空隙所占体积和整个物料所占体积之比称为孔隙率。茶叶属于散粒物料，颗粒之间存在间隙，在茶叶加工时，杀青、作形和干燥都涉及茶叶物料中的对流给热作用，而孔隙率是影响该作用的重要参数，所以研究茶叶孔隙率的相关规律在茶叶加工工程中有重要意义。休止角和静摩擦角都是反映茶叶摩擦特性的重要参数，摩擦特性是杀青机、揉捻机、炒干机等确定输送带安装角度以及机械运动参数的重要依据，是茶机设计中的重要参数［1］。本文主要研究绿茶加工过程中茶叶含水率、容重、孔隙率、休止角和静摩擦角这些物理参数，旨在分析探讨它们的变化规律，并据此提出有关茶叶加工过程中的一些基础数据和预测模型。

1 材料与方法

1． 1 试验材料

本试验所用茶叶均取自华中农业大学茶叶加工厂。茶叶加工过程为: 鲜叶采摘→萎凋→杀青→揉捻→作形→干燥。加工条件: 鲜叶是人工随机采摘的一芽一叶的春茶; 萎凋在 20 ～ 30℃ 自然通风条件下进行，茶叶摊放厚度 3 ～5cm，萎凋时间 5－6h; 萎凋叶杀青用滚筒杀青机( 浙江绿峰茶机有限公司) 进行杀青，工作温度为200℃ ; 杀青叶经过 15 － 25min 回潮，进入盘式揉捻机( 浙江绿峰茶机有限公司的 6CR – 25 型) 中进行揉捻，揉捻时间约 40min，轻压约 10min，重压约 20min;揉捻好的茶叶送入理条机( 浙江绿峰茶机有限公司)中边干燥边作形，工作温度为 150℃，作形时间约 15－20min，前面约 5min 加轻棒，中间约 10min 加重棒，后面约 5min 加轻棒; 茶叶最后进入 150℃ 的复干机( 浙江绿峰茶机有限公司) 中进一步干燥提香，时间为 20－25min。各加工工序中的茶叶原始样品制备好后，用密封袋密封，袋上注明采样时间、茶叶加工工序及样品质量，立即送往实验室进行相关试验，送检的时间不超过 5h。

1． 2 试验方法

1． 2． 1 茶叶含水率的测定

按照 GB/T 8304－2002，使用热风干燥箱对加工过程中茶叶的水分进行测定。

1． 2． 2 茶叶容重的测定

参照金心怡等［1］、陈福海［2］和 SEKINE J．［3］采用的量筒法测定茶叶容重。茶叶容重测定时的加料方法有自然堆放法、压重法和振实法，本试验中采用自然堆放法，手工加料，使茶叶表面基本和量筒刻度线平齐。称取茶叶质量，按下面公式计算容重，即

1． 2． 3 茶叶孔隙率的测定

参照金心怡［1］、田晓红［4］和 SEKINE J．［5］仪器法对茶叶孔隙率进行测定，自制试验装置如图 1 所示。容器 1 和容器 2 具有相同的体积，容器 1 中不放入任何物料，容器 2 中放入待测茶叶样品( 茶叶样品自然放入，不振动，不压实) 。试验开始前所有的阀门都关闭，准备工作做好后，打开阀门( 1) ，向容器( 1) 中充入压缩空气; 当压力表达到一定数值时，将阀门( 1) 关闭，待其平衡后由压力表读出压力 P1; 接着打开阀门( 2) ，待其平衡后，由压力表读出 P2。孔隙率由下面公式计算得出，即

1． 2． 4 茶叶休止角的测定

休止角指散粒物料从一定高度自然连续下落到平面上时，所堆积成的圆锥母线与底平面的夹角，用 α表示。休止角的测定方法很多，有注入法、排出法和倾斜法，本文参照金心怡［1］、董玉秀［6］和 TURAN J．J．［7］的注入法对休 止 角 进 行 测 定 ( 圆 盘 半 径 r =100mm，下落高度 100mm) 。

1． 2． 5 茶叶静摩擦角的测定

参照金心怡［1］、施合森［8］和 WIERZBICKI K．［9］的斜面法对茶叶静摩擦角进行测定，测定装置见图 2 所示。将所用壁面摩擦材料放在斜面仪的斜面上，把茶叶试样放置在壁面材料的适当位置上，然后缓慢绕动手柄使斜面倾角逐渐增大。当茶叶试样刚开始沿斜面下滑时，该斜面的倾角即为茶叶试样的静摩擦角。

2 结果与讨论

2． 1 茶叶含水率

绿茶加工过程中，含水率变化情况见图 3 所示。从图 3 可以看出: 茶叶加工过程中含水率一直在下降，变化范围为 73． 7% ～4． 2% 。其中，作形过程中茶叶失水最多，含水率下降最快，杀青过程次之。原因是: 作形和杀青过程中的高温环境使得茶叶失去大量水分，然而作形时间长于杀青时间，所以作形过程中茶叶含水率下降最显著; 萎凋和揉捻过程都是在室温下进行的，所以这两个过程茶叶含水率下降相对较缓; 最后的干燥过程虽然也是在高温下进行的，但是茶叶经过作形中的高温环境，含水率已经很低，所以复干过程中茶叶水分丧失就很少了。

2． 2 茶叶容重

绿茶加工过程中，容重测定结果见图 4 所示。从图 4 看出，整个绿茶初加工中成品绿茶的容中最大，揉捻叶次之，鲜叶的容重最小。不同工序茶叶容重的变化原因如下:1) 鲜叶→萎凋。鲜叶含水率很大，叶片饱满，架空、勾挂现象明显，因此容重较小; 经过 5－6h 的萎凋过程，叶片因失水而疲软，架空、勾挂现象明显消除，使萎凋叶容重迅速增大。2) 萎凋→杀青。萎凋叶经过滚筒杀青机在 150℃温度下杀青，继续失水，并且外形卷曲收缩，容重继续增大。3) 杀青→揉捻。揉捻过程使茶叶外形卷曲成条，茶叶抱成茶团，体积明显缩小，容重骤然变大。4) 揉捻→作形。揉捻叶在 150℃ 温度下作形，水分大量丧失，茶叶逐渐变干，茶叶间的架空现象又明显起来，使容重有所降低。5) 作形→干燥。这个过程茶叶失水变慢，条索逐渐紧结，茶叶体积减小，茶叶间的架空和相互间的勾挂现象也逐渐减少，容重增大。

2． 3 茶叶孔隙率

绿茶加工过程中，孔隙率测定结果见图 5 所示。试验结果表明: 在整个加工过程中，鲜叶的孔隙率最大，杀青叶次之，揉捻叶的孔隙率最小，不同工序在制品的孔隙率与含水率没有明显关系。不同工序茶叶孔隙率变化的原因如下:1) 鲜叶→萎凋。鲜叶经萎凋而失水，叶质萎软，相互间的架空现象消除，导致孔隙率减小。2) 萎凋→杀青。萎凋叶在滚筒杀青机中翻转运动，在筒体摩擦力和导叶板的作用下，被带到一定高度后下落，茶叶之间、茶叶与筒壁之间产生轻微的摩擦碰撞，叶缘细胞受到一定损伤，加之水分丧失，导致叶片发生一定程度的卷曲，而且叶片变硬，相互间的架空与勾挂现象重新显现，使得孔隙率增大。3) 杀青→揉捻。杀青叶经揉捻之后卷紧成条，而且因揉捻作用彼此抱成茶团，所以孔隙率明显减小。4) 揉捻→作形。揉捻叶经作形之后原本抱在一起的茶团彼此解开，变成一条条紧细圆直的茶条，同时因为大量失水，茶条硬直，彼此间的架空勾挂现象明显，故导致孔隙率又增大。5) 作形→干燥。这个过程茶叶外形基本不再变化，但由于仍有部分水分丧失，导致茶叶体积微小变化，所以孔隙率也有较小的减小趋势，但基本上变化不大。

2． 4 茶叶休止角

绿茶加工过程中，休止角测定结果见图 6 所示。试验结果表明，绿茶加工过程中休止角与含水率之间没有明显关系。其具体变化规律分析如下:1) 鲜叶→萎凋。萎凋过程中鲜叶因失水而导致叶质萎软，叶梗与叶片之间相互勾挂现象明显消失，休止角明显减小。2) 萎凋→杀青。杀青使得茶叶发生一定程度的弯曲，并且有一定的硬度，叶片之间的勾挂现象较为严重，休止角增大。3) 杀青→揉捻。杀青叶经揉捻作用后，叶片呈卷曲状或条状，相互间的勾挂现象加重，并且有果胶等粘性物质附于茶叶表面，导致休止角增大。4) 揉捻→作形。揉捻叶经作形后变成紧细圆直的茶条，茶叶表面被磨光，相互间的勾挂现象逐渐消失，使休止角减小。5) 作形→干燥。在干燥过程中，茶叶由于摩擦碰撞导致茶尖短碎，另外由于这个过程茶叶仍有少量水分丧失，使得茶叶体积缩小，休止角减小。

2． 5 茶叶静摩擦角

绿茶加工过程中，对不同茶机材料的静摩擦角测定结果见图 7 所示。从图 7 分析得出:1) 同一种壁面摩擦材料，不同含水率对茶叶静摩擦角的影响: 一是在所有材料上，作形之后的茶叶的静摩擦角最小，其原因可能是作形之后的茶叶条索紧细，茶叶表面被磨光，导致静摩擦角较小; 二是在不锈钢板、镀锌铁板、铜板和普通钢板上，含水率对摩擦特性的影响比较小，即不同工序茶叶在这几种材料上的静摩擦角相近，原因可能是这几种材料的表面粗糙度相差不大，不同加工工序中茶叶含水率的变化不足以引起其静摩擦角的变化。2) 同一种含水率( 即一种加工工序中) 的茶叶对不同材料静摩擦角的影响: 一是在同一种含水率下，铝板的摩擦角明显较其他材料大，浸胶帆布带次之，原因可能是铝板的材质相对其它几种金属材料较软，经砂纸打磨之后表面粗糙度较大，导致静摩擦角较大，而浸胶帆布带表面虽然较为光滑，但是其本身具有一定的粘弹性，所以与含有一定水分的茶叶接触时摩擦特性较为明显; 二是在同一种含水率下，不锈钢板、镀锌铁板、钢板以及普通铁板之间的静摩擦角相差不大。

3 结论

本试验以春季茶叶为原料，从鲜叶→萎凋叶→杀青叶→揉捻叶→作形后的茶叶→干燥后的成品茶，通过试验对各加工过程中茶叶的物理参数进行测定分析，主要得出以下结论:1) 整个加工过程中，绿茶含水率从 73． 7% 变化到4． 2% ，一直呈下降趋势。作形过程中含水率下降最显著，揉捻过程中含水率下降最不显著。2) 绿茶加工过程中，成品绿茶的容重最大，揉捻叶次之，鲜叶的容重最小，茶叶制品的容重在 74． 5 ～210． 3kg / m3范围内波动。3) 鲜叶的孔隙率最大，杀青叶次之，揉捻叶的孔隙率最小。在整个茶叶加工过程中，茶叶在制品的孔隙率时大时小，在 0． 696 ～0． 732 之间变化。4) 整个加工过程中，休止角与含水率之间没有明显的关系，但各加工工序的茶叶在制品的休止角都在50° ～ 60°之间变化。5) 加工过程中，茶叶在铝板上的静摩擦角最大，浸胶帆布带上的次之，在其他几种茶机材料上的静摩擦角相差不大。在所有的茶机材料上，作形之后茶叶的静摩擦角最小。

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