機器殺青
3月初，正是全市春茶采摘加工的忙季，全市10個區(qū)縣(市)以烏牛早、平陽特早等特早生品種為主的茶園都已進入采摘期。
在地處寧海躍龍街道的望府茶業(yè)有限公司制茶車間，10多臺茶葉加工機器隆隆作響，4名工人站在機器前，不時查看茶葉制作情況。公司負責人王茂強表示，在攤青、殺青、揉捻、理條、烘干等茶葉制作加工的系列過程中，他們基本實現(xiàn)了全自動可控化生產(chǎn)，整個生產(chǎn)流程只要4名工人操作就夠了。
望府茶步入連續(xù)化加工之路，這是寧波茶葉生產(chǎn)“機器換人”的一個縮影。
告別手工制茶，實現(xiàn)全自動生產(chǎn)
寧波產(chǎn)茶歷史悠久,四明山脈和天臺山脈歷來是我國重要的茶葉產(chǎn)區(qū)。自唐中葉起,茶葉逐漸成為浙東人頗為喜好的飲品。望海茶、瀑布仙茗、奉化曲毫、東海龍舌……隨著寧波茶葉聲名鵲起,茶葉成為山區(qū)、半山區(qū)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)戶增收的重要經(jīng)濟作物，全市現(xiàn)有茶園面積21萬畝左右。2020年，全市茶葉總產(chǎn)量15174萬噸，總產(chǎn)值89488萬元，其中名優(yōu)茶產(chǎn)量2194噸，產(chǎn)值67311萬元。
由于名優(yōu)茶生產(chǎn)加工非常注重嫩度等品質(zhì)的要求,在連續(xù)化生產(chǎn)不能滿足茶葉加工技術(shù)要求的情況下，客觀上造成了加工等環(huán)節(jié)對人工的高度依賴。
正因如此，擺脫傳統(tǒng)、低效率的手工制茶方式，實現(xiàn)標準化、清潔化、智能化生產(chǎn)，成為不少茶葉生產(chǎn)企業(yè)孜孜以求的目標。近年來，我市茶葉加工制作持續(xù)推進機械化步伐，加大攤青空氣處理機組、電磁滾筒殺青機、開放式連續(xù)回潮機、燃油式滾烘機、燃油式連續(xù)烘干機等加工設(shè)備研發(fā)和應(yīng)用，全市已有12家茶企獲浙江省標準化名茶廠稱號。
這幾年，望府茶業(yè)公司不惜投入上百萬元資金更新設(shè)備，以提高公司的產(chǎn)茶效益。這在寧海的茶葉生產(chǎn)基地中首屈一指。王茂強告訴記者，以茶葉攤青為例，他們引進了高科技攤青房。在這個房里，二氧化碳含量、溫度、濕度全程可控，和自然攤青靠天吃飯的方式相比，不僅提高了工作效率、減少了人工成本，更是穩(wěn)定了茶葉的品質(zhì)。今年，望府茶業(yè)公司還新引進了80型電磁滾筒殺青機、茶葉連續(xù)殺青理條機等設(shè)備。憑借現(xiàn)代化的生產(chǎn)加工設(shè)施，如今該公司名優(yōu)茶年產(chǎn)量保持在1萬公斤左右，年出口量約1500噸，年產(chǎn)值達到2000萬元，望府茶以其高品質(zhì)享譽國內(nèi)以及歐洲、中東等地。
走進寧海深甽鎮(zhèn)太陽山茶場制茶車間，只見四五臺機器正在運作?！暗谝慌鸀跖Ｔ缫淹瓿刹烧?，正在進行殺青、理條和烘干的智能化生產(chǎn)，目前基本進入收尾階段了?！睋?jù)茶廠負責人李巧紅介紹，這幾年先后投資50多萬元采購了近30臺制茶設(shè)備，初步實現(xiàn)了名優(yōu)綠茶殺青、理條、烘干以及紅茶萎凋、糅捻、發(fā)酵、焙火的自動化生產(chǎn)。茶葉機器加工，一方面節(jié)省了大量人力，另一方面也提高了茶葉的產(chǎn)量和質(zhì)量。以綠茶殺青、理條、烘干為例，純手工制作需要三四個小時，而智能化生產(chǎn)時間只需要幾十分鐘。目前，太陽山茶場種植有烏牛早、望海茶1號、龍井長葉等多個品種，制作的都是中高檔茶葉，今年茶葉產(chǎn)量估計3000多公斤，產(chǎn)值約800萬元。
機器壓扁做形連續(xù)化加工，設(shè)備再升級
鄞州大嶺農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司在瞻岐大嶺有525畝面積的茶園。近日，筆者來到大嶺農(nóng)業(yè)公司茶園時，茶農(nóng)們正在山上采摘鮮葉。雖然經(jīng)歷了寒潮和干旱雙重的災(zāi)害性天氣，但這里的茶葉長勢良好，鮮葉采摘量與去年基本持平。
走入該公司新建的茶葉加工廠房，機器轟鳴，陣陣茶香撲鼻而來。與茶葉山上幾十名采茶工忙碌熱鬧的生產(chǎn)場面相比，茶葉加工車間卻顯得有點冷清。偌大的廠房里，4名工人各司其職，在茶葉加工生產(chǎn)線上操作。“這多虧了新購置的全自動扁形茶炒制機，完成了大部分的制茶工序?！痹摴究偨?jīng)理周意達說，新購置的全自動設(shè)備功能豐富，可自動配送茶葉至加工區(qū)域，加工區(qū)域具有自動分揀功能，可以通過重量感應(yīng)來控制每份茶葉的克數(shù)，且只要設(shè)定一臺機器，其他機器可以復(fù)制命令自動運作?！皟H需一步操作，就能夠完成茶葉制作的上料、運料、分料、做形、出料整個流程，實現(xiàn)連續(xù)化加工?！敝芤膺_欣喜地說。
烏牛早等茶葉在制作完畢后還需進行分級，根據(jù)葉片大小區(qū)分質(zhì)量，一般分為精品、特級、一級、二級等四個等級。連續(xù)化加工設(shè)備的投入應(yīng)用，是否會對茶葉品質(zhì)造成影響呢？周意達表示，全自動生產(chǎn)設(shè)施不會導(dǎo)致茶葉品質(zhì)下降，反而在提升產(chǎn)量的同時還保證了茶葉的風(fēng)味。機器在炒制造型茶葉時，使用統(tǒng)一的標準時長和炒制溫度，每份茶葉克數(shù)也能做到精確控制，這樣在炒制過程中既不會欠缺火候，又不會翻炒過頭，茶葉形狀也能得到較好地保持。
據(jù)了解，大嶺農(nóng)業(yè)公司茶廠過去靠6臺單機運作，每臺都需要人工進行調(diào)試操作，一天干茶產(chǎn)量約為30公斤。今年引進全自動扁形茶炒制機后，同樣的鮮葉加工量，過去需要30人左右，現(xiàn)在三四個操作工就能做好了。目前，茶廠日加工茶葉達到100公斤，在提高產(chǎn)能的同時，減輕了工人的勞動強度。
同樣，在余姚夏巷榮夫茶廠，投資300萬元購置的連續(xù)化加工機器今年也發(fā)揮了不小的作用。茶廠負責人表示，茶葉殺青加工效率每小時450公斤至500公斤。眼下，茶廠有3條流水線投入作業(yè)，名優(yōu)茶的年產(chǎn)量可達到7噸，比之前增加1噸。
市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站韓震表示，連續(xù)化加工設(shè)備是茶葉機械化加工的升級版，它給茶葉生產(chǎn)帶來的不僅可以提高產(chǎn)量和節(jié)約人工成本，而且可以減少茶葉與人體的接觸次數(shù)，茶葉產(chǎn)品安全有了更好的保障。目前，僅余姚一地，連續(xù)化加工生產(chǎn)線達到8條。自動化生產(chǎn)線的誕生，解決了勞動力匱乏的問題，無疑是茶業(yè)的重大突破。
工人在采摘茶葉“機器換人”，仍有拓展空間
經(jīng)過多年的大范圍推廣，如今，我市名優(yōu)茶生產(chǎn)基本實現(xiàn)加工機械化，并從機械化再度升級到連續(xù)化加工。茶葉加工機械的廣泛應(yīng)用，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，確保了茶葉品質(zhì)。
業(yè)內(nèi)人士認為，進一步提升寧波茶葉產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力,實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，茶葉生產(chǎn)領(lǐng)域“機器換人”仍有拓展空間。
在茶園生產(chǎn)環(huán)節(jié)，修剪機械有一定程度的推廣應(yīng)用，但在中耕除草、綠色植保、名優(yōu)茶采摘等環(huán)節(jié)的茶葉機械推廣應(yīng)用水平還不高。茶葉生產(chǎn)企業(yè)普遍存在勞動力日益緊缺、勞動力成本不斷上漲、人工體力勞動強度大的問題。
由于茶園大多地處山地丘陵地帶，因此，適用于山地丘陵地區(qū)的輕型茶園管理機械有較大需求。
一方面要建立適宜機械化作業(yè)的標準茶園，完善茶園配套設(shè)施建設(shè)，為茶園機械化作業(yè)奠定基礎(chǔ)。另一方面，加大茶園管理機械的購置補貼力度，在資金、政策上給予廣大茶農(nóng)最大限度扶持，引導(dǎo)茶農(nóng)選擇先進適用的茶園管理機械。此外，建立茶葉生產(chǎn)全程機械化試驗示范基地，通過召開茶樹機械修剪、耕作、采摘技術(shù)推廣現(xiàn)場會，加大推廣和技術(shù)培訓(xùn)指導(dǎo)力度，發(fā)揮輻射帶動作用。
據(jù)了解，“十四五”期間，計劃重點推廣茶園管理全程機械化和茶葉加工機械連續(xù)化、智能化生產(chǎn)方式，開展機械化采摘技術(shù)和茶園機械耕作技術(shù)的創(chuàng)新開發(fā)，通過適用機械選配、適采茶樹品種、適宜樹冠模式、適制工藝技術(shù)等研究，形成適合名優(yōu)紅茶、綠茶機械耕作和采摘茶園管理、機械加工連續(xù)等產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方法，從而大幅度降低茶園管理、采茶、加工的用工量和生產(chǎn)成本，緩解和改善勞力緊缺狀況，提高茶葉生產(chǎn)效率和效益水平。
寧海是我市的產(chǎn)茶大縣。為加快推進“機器換人”，提升茶葉產(chǎn)業(yè)機械化水平，該縣立足區(qū)域茶葉產(chǎn)業(yè)實際和農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展基礎(chǔ)，通過普及農(nóng)機裝備應(yīng)用、推進農(nóng)機農(nóng)藝融合、提升農(nóng)機社會化服務(wù)等途徑，大力提高茶葉產(chǎn)業(yè)的農(nóng)機裝備水平。去年，寧海被列入全省農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)(茶葉)“機器換人”示范縣。下一步，寧海將結(jié)合“十四五”規(guī)劃，堅持創(chuàng)新引領(lǐng)，繼續(xù)深化茶葉產(chǎn)業(yè)“機器換人”建設(shè)，推進茶葉機械智能化、數(shù)字化，推動全縣茶葉產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
全自動扁形茶炒制機攝影 孫吉晶
記者孫吉晶 寧海縣委報道組 徐銘懌 實習(xí)生 戴雯菁
【原標題】今日寧波丨“機器換人” 寧波茶葉生產(chǎn)迎來“滿園春”
來源： 中國寧波網(wǎng)
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槽式殺青理條機是兼具殺青和理條功能的茶葉炒制機械，適用于針形茶和扁形茶，也是茶葉初加工階段的常用設(shè)備。槽式殺青理條機的工作原理是通過茶葉在槽鍋中往復(fù)運動，并對鍋槽進行傳導(dǎo)加熱，使茶葉快速失水做形，達到干茶炒制的要求。由于茶葉在槽式殺青理條機中作用時間短、變化快，當鍋溫和往復(fù)頻率不符合茶鮮葉的理條要求時，就會造成過度理條或理條不足的情況。
近年來，智能技術(shù)已在茶葉理條工序中有所應(yīng)用，曹成茂等和傅杰等通過雙模糊控制算法實現(xiàn)了自動對理條參數(shù)的工藝調(diào)節(jié)，減少了制茶過程中的人為因素干擾，王小勇等通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序得出理條溫度93 ℃，理條時間5 min，投葉量為1.0 kg，為最佳工藝組合，劉青和尹凌鵬通過基于PLC的邏輯控制器的控制程序?qū)崿F(xiàn)了理條機的自動化改進。而在機器視覺技術(shù)和預(yù)測模型的運用方面，陳念等和陳榮等都通過SVM支持向量機算法分別對茶葉品質(zhì)和茶葉病蟲害監(jiān)測方面進行預(yù)測分析，精確度均達到了90%以上，劉自強等通過機器視覺技術(shù)對茶葉顏色和形狀進行提取識別，來實現(xiàn)茶樹品種的分類。
文章基于機器視覺與圖像處理技術(shù)，提出了一套對茶葉理條作業(yè)效果的檢測系統(tǒng)，通過采集不同理條程度的茶樣圖像，獲取其外觀形態(tài)、顏色特征和紋理特征，再通過基于Python3.6環(huán)境中開發(fā)的決策樹、隨機森林和支持向量機三種算法進行模型訓(xùn)練，最終實現(xiàn)對不同樣本的理條程度預(yù)測。采用機器視覺技術(shù)對茶葉在殺青理條作業(yè)過程中進行取樣分析，判斷茶葉的形態(tài)效果是否達到預(yù)期程度，能夠避免茶葉欠理條或過理條，提高茶葉加工效率。
01
材料與方法
實驗選擇由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)自主選育并栽培的農(nóng)抗早品種進行理條，實驗用樣本均是在正常室外環(huán)境下生長的長度為3~5 cm的一芽一葉樣本，采摘時間為2022年7月上旬，這一環(huán)境下生長的茶葉樣本含水量適中，葉片較大，葉形舒展，適合對比不同理條程度下茶樣的形態(tài)變化，便于特征參數(shù)讀取和分析。
1、樣本處理
理條是針形茶和扁形茶加工過程中的重要工藝，通過加熱失水和外力作用使茶葉均勻塑造成形，常用的理條機是通過電熱絲加熱和高頻次的左右移動代替鍋溫加熱和手工外力作用，在茶葉加工領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。
實驗采用浙江君來茶葉機械有限公司生產(chǎn)的6CMD40/3型茶葉理條機，在鍋槽溫度150 ℃、振動頻率150次/min的條件下進行理條作業(yè);將采摘的農(nóng)抗早茶葉樣本分為三組(每組200個樣本)，分別在同一個鍋槽中理條作業(yè)2 min(理條時間不足)、4 min(理條時間適宜)、6 min(理條時間過長)，制得三組不同理條程度的茶樣。分別收集并迅速進行拍照取樣，以防止茶葉受潮吸水影響作業(yè)效果。
2、圖像采集及處理
采用Basler相機在圖1所示的實驗平臺上進行圖像采集，后將各個理條程度的樣本圖像，通過圖像處理程序經(jīng)過灰度化處理、二值化處理、形態(tài)學(xué)處理、區(qū)域分割的處理方法完成對茶葉樣本圖像的預(yù)處理過程，使圖像中的各個茶葉樣本可以實現(xiàn)參數(shù)提取流程。
3、構(gòu)建特征提取算法
預(yù)處理工序完成之后的圖像效果如圖2所示，根據(jù)預(yù)處理后的圖像提取外觀物理特征信息，采用區(qū)域邊界內(nèi)的每個像素點之間的距離來計算長度，連通域中的實際像素點個數(shù)為面積，葉片橢圓主軸為長軸，次軸為短軸進行參數(shù)計算，共讀取9個形態(tài)特征參數(shù)(直徑D、矩形度R、圓形度E、對角線長L、最小外接矩形的長軸Ls、最小外接矩形的短軸S、邊界周長C、細長度T、緊湊度J)。
茶葉樣本在理條環(huán)節(jié)中處于一個不斷失水的狀態(tài)，其色澤、紋理特征也在不斷發(fā)生變化。圖像處理的常用顏色空間有RGB、HSV、HSI等。不同顏色空間特征參數(shù)有不同的描述效果，本系統(tǒng)選擇采集RGB圖像，并通過程序處理獲得HSV顏色空間的特征參數(shù)，獲取各個顏色特征的一階矩(Mean)、二階矩(Variance)和三階矩(Skewness)來表示茶葉樣本的顏色特征，其中C1、C2和C3分別代表紅色、綠色、藍色平面內(nèi)的一階矩;C4、C5和C6分別代表三個顏色平面內(nèi)的二階矩;C7、C8和C9分別代表三個顏色平面內(nèi)的三階矩;C10、C11和C12分別代表色調(diào)、飽和度和明亮度的一階矩;C13、C14和C15分別代表色調(diào)、飽和度和明亮度的二階矩;C16、C17和C18分別代表色調(diào)、飽和度和明亮度的三階矩。共讀取18個顏色特征參數(shù)。
茶葉的紋理特性隨著葉片在槽鍋中的不斷運動和高溫失水的作用下會不斷變化，系統(tǒng)通過將圖像信息輸入至灰度-梯度共生矩陣(GGCM)中，使其能夠讀取茶葉樣本圖像的紋理基元和排列信息，計算了小梯度優(yōu)勢T1、大梯度優(yōu)勢T2、灰度分布不均勻性T3、梯度分布不均勻性T4、能量T5、灰度T6、梯度T7、灰度均方差T8、梯度均方差T9、相關(guān)度T10、灰度熵T11、梯度熵T12、混合熵T13、慣性度T14和逆差矩T15，共計15個紋理特征參數(shù)。
總計42個外觀特征參數(shù)，能夠完整描述茶葉在各個理條作業(yè)程度下的效果。
4、多數(shù)據(jù)模型測試
為了實現(xiàn)在理條階段的茶葉理條作業(yè)品質(zhì)的準確分析，實驗采用了三種不同數(shù)據(jù)模型算法對茶葉樣本參數(shù)進行分析處理，并對比各個預(yù)測模型的品質(zhì)預(yù)測準確度，為茶葉理條作業(yè)的品質(zhì)分析選擇出最合適的數(shù)據(jù)分析模型。
決策樹模型是根據(jù)識別出的茶葉參數(shù)數(shù)據(jù)集中不同理條作業(yè)程度的參數(shù)差異劃定區(qū)域，創(chuàng)立分支，當參數(shù)的數(shù)據(jù)種類越多、決策樹分支越多，所能達到的分類效果和預(yù)測準確度就越高;隨機森林算法是在決策樹算法的基礎(chǔ)上演變出來的，通過多棵決策樹并組和形成隨機森林，利用多個決策樹模型共同作用進行參數(shù)的分類、預(yù)測、決策等工作，本質(zhì)是對決策樹算法的一種改進;支持向量機算法(SVM)可將識別到的參數(shù)以坐標點的形式廣泛分布于坐標系中，再在坐標系中通過“超平面”的劃定區(qū)分不同參數(shù)范圍，以此實現(xiàn)了對不同參數(shù)分類預(yù)測的目的。
02
結(jié)果與分析
1、理條實驗
選擇并采摘600個于同一區(qū)域生長、梗尖長度統(tǒng)一、含水量適中的農(nóng)抗早一芽一葉樣本，200個樣本為一組，共分為三組，三組樣本分別在槽式殺青理條機的同一鍋槽中進行2、4、6 min的理條作業(yè)，然后以20個樣本為一組放入實驗臺上分別進行樣本圖像采集，實驗所用的理條機和圖像采集平臺如圖3所示。
2、數(shù)據(jù)集建立
將所采集的樣本圖像分類保存并完成圖像預(yù)處理并對比效果如圖4所示，使其便于識別參數(shù)，用外觀特征提取算法進行批量讀取，并建立特征數(shù)據(jù)集。
特征數(shù)據(jù)集建立完成后，將三種理條作業(yè)程度的茶葉樣本外觀特性參數(shù)按照形態(tài)特征、顏色特征和紋理特征劃分開來，計算其平均值整理如表1~表3所示，簡要分析后發(fā)現(xiàn)三類特征參數(shù)隨著理條作業(yè)時間的變化大多均呈遞增或遞減，其中形態(tài)特征參數(shù)的趨勢變化符合程度為88.9%，顏色特征參數(shù)的趨勢變化符合程度為94.4%，紋理特征參數(shù)的趨勢變化符合程度為86.7%，表明通過顏色特征參數(shù)評判區(qū)分理條作業(yè)效果最為準確。
3、特征參數(shù)顯著性分析
將讀取的茶葉樣本數(shù)據(jù)通過決策樹模型處理得到?jīng)Q策樹可視化圖像，前4級的決策樹分支均是通過顏色特征參數(shù)的劃分形成多級分支，分別為C14(飽和度二階矩)、C8(綠色平面的三階矩)、C9(藍色平面的三階矩)、C7(紅色平面的三階矩)、C3(藍色平面的一階矩)、C16(色調(diào)三階矩)、C5(綠色平面的二階矩)、C10(色調(diào)一階矩)、C1(紅色平面的一階矩)。
將讀取到的三個理條加工時段茶葉特征參數(shù)用顯著性分析模型進行讀取，進一步驗證顏色特征參數(shù)是否是評判茶葉理條作業(yè)樣本品質(zhì)的最顯著的特征。將42個外觀特征參數(shù)進行顯著性分析排序，比較每個參數(shù)在分類模型中所占的權(quán)重，最終得到如圖6所示的顯著性分析圖表，實驗發(fā)現(xiàn)42個特征參數(shù)中在分類模型中所占權(quán)重最高的均是顏色特征參數(shù)，分別是C17(飽和度三階矩)、C15(明亮度二階矩)、C10(色調(diào)一階矩)、C4(紅色平面內(nèi)的二階矩)、C14(飽和度二階矩)、C13(色調(diào)二階矩)、C18(明亮度三階矩)、C7(紅色平面內(nèi)的三階矩)、C9(藍色平面內(nèi)的三階矩)、C16(色調(diào)三階矩)。
通過上述實驗說明外觀顏色特征中是茶葉理條環(huán)節(jié)中變化最為顯著且最易于對理條效果進行分類的物理特征。
4、算法測試結(jié)果
分別將建立所得的特征數(shù)據(jù)集輸入至決策樹、隨機森林、支持向量機三種訓(xùn)練模型中，分別將數(shù)據(jù)集樣本按照訓(xùn)練集與測試集的比例為9∶1和8∶2輸出理條作業(yè)效果分類的準確度，比較不同數(shù)據(jù)模型的分類效果。
選擇9個形態(tài)特征參數(shù)、18個顏色特征參數(shù)、15個紋理特征參數(shù)建立樣本數(shù)據(jù)集，在決策樹、隨機森林、支持向量機三種算法模型下的準確度指標如表4所示。
實驗結(jié)果表明，3種不同分類算法的分類測試準確度均達到了90%左右，其中決策樹算法的分類準確度達到了100%，這是因為決策樹算法在樣本數(shù)量較少且參數(shù)種類多的情況下衍生出了多級分支，因此達到了較好的分類效果。而大量數(shù)據(jù)集下的分類算法中支持向量機算法的準確度顯著高于隨機森林算法。同時實驗比較了訓(xùn)練集與測試集的比例為9∶1和8∶2時對分類準確度的影響，最終結(jié)果表明9∶1的訓(xùn)練、測試比例更好。
03
討論
文章基于機器視覺技術(shù)和數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，建立了一種針對茶葉理條環(huán)節(jié)作業(yè)效果快速識別并分析的方法，驗證了決策樹、隨機森林和支持向量機三種分類算法在農(nóng)抗早樣本數(shù)據(jù)集的處理分析準確性上的分析效果，最終的結(jié)果表明：
(1)機器視覺技術(shù)可以精確識別茶葉在理條環(huán)節(jié)中的形態(tài)變化、顏色變化和紋理變化，并且讀取出的參數(shù)種類越多，對數(shù)據(jù)模型的分類準確度的幫助越大，其中顏色特征參數(shù)是三類外觀特征參數(shù)中變化最為顯著的特征參數(shù)。
(2)三種算法模型中，決策樹模型的分類效果達到了100%，這是因為樣本數(shù)據(jù)量少，同時參數(shù)種類多，使得決策樹分支眾多，得以實現(xiàn)少量數(shù)據(jù)下的高精確度分類。而大量數(shù)據(jù)下支持向量機算法的分類準確度顯著高于隨機森林算法，而隨著數(shù)據(jù)集的進一步擴大支持向量機算法的優(yōu)勢會更顯著。
(3)該方法也可以用于不同類型的茶葉在不同加工流程中的作業(yè)效果分析，文章采用了一芽一葉的農(nóng)抗早品種在理條環(huán)節(jié)的作業(yè)分析，而針對實際情況可以運用到更多不同的加工環(huán)節(jié)中去。
來源：中國茶葉加工
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“十三五”期間，我國茶葉加工在基礎(chǔ)理論研究、工藝技術(shù)創(chuàng)新、加工裝備和生產(chǎn)線研發(fā)等方面取得了較大突破，為“十四五”茶葉加工的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
“十四五”期間，茶葉加工科技創(chuàng)新將面臨新的挑戰(zhàn)和需求，須以市場需求為引領(lǐng)，瞄準綠色化、智能化作業(yè)方向，突破重大基礎(chǔ)理論、前沿顛覆性技術(shù)和產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)，努力實現(xiàn)茶產(chǎn)品品質(zhì)升級及特色創(chuàng)制，不斷提升茶產(chǎn)品的科技含量和附加值，為茶葉加工業(yè)現(xiàn)代化和茶產(chǎn)業(yè)科技騰飛提供有力支撐。
一、“十三五”期間茶葉加工主要進展
1. 加工過程在制品品質(zhì)狀態(tài)進一步明確
(1) 在制品物理特性研究
過去5 年，茶葉物理特性的研究主要集中在色澤、熱特性、力學(xué)特性、電學(xué)特性及光譜特征等幾個方面。研究人員利用機器視覺追蹤茶葉加工過程的色澤變化，精準感知葉片的色彩空間分布，初步實現(xiàn)了萎凋、發(fā)酵、干燥等工序進程的把控。茶葉熱特性方面，主要是利用離散仿真和流體仿真技術(shù)，模擬茶葉殺青和干燥過程的熱運動和熱傳質(zhì)過程，實現(xiàn)對綠茶殺青和干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。茶葉的電學(xué)特性主要集中在紅茶加工領(lǐng)域，用來捕捉或響應(yīng)揉捻或發(fā)酵過程茶多酚氧化、聚合等反應(yīng)過程，實現(xiàn)茶多酚含量、揉捻和發(fā)酵適度的無損感知和判別。茶葉力學(xué)特性研究針對茶鮮葉或在制品力學(xué)特性變化規(guī)律，改進茶葉加工工藝并提出精準化的工藝技術(shù)參數(shù)。茶葉的光譜特征是最近幾年備受追捧的研究熱點，其中高光譜和近紅外作為最主要的光譜技術(shù)手段與化學(xué)計量學(xué)和機器學(xué)習(xí)方法深度融合，已經(jīng)在茶葉成分(咖啡堿、兒茶素、茶黃素、茶氨酸) 檢測、產(chǎn)品(紅茶、綠茶、黑茶等) 分類、成品茶(祁紅、龍井、鐵觀音等) 分級、加工工序(發(fā)酵、揉捻、干燥) 適度判定、產(chǎn)地溯源和摻雜摻假(摻糖、異物) 檢測等方面取得實質(zhì)性突破。
(2) 在制品化學(xué)特性研究
近年來，學(xué)者們集中梳理了茶葉中主要化學(xué)成分對茶湯苦味(咖啡堿、非沒食子兒茶素等)、澀味(黃酮醇糖苷、茶多酚、沒食子兒茶素等)、鮮味(茶氨酸、琥珀酸、3-沒食子酰基奎寧酸等) 的貢獻作用，解構(gòu)了綠茶(紫羅酮、苯乙醇等)、紅茶(美拉德反應(yīng)衍生的呋喃等氮雜環(huán)化合物)、烏龍茶(橙花叔醇等)、黑茶(甲氧基苯類物質(zhì)) 等的關(guān)鍵香氣物質(zhì)，闡明了關(guān)鍵呈色物質(zhì)包括黃酮類、兒茶素聚合產(chǎn)物(茶黃素等)、葉綠素和胡蘿卜素類對干茶和茶湯色澤的影響。同時，借助代謝組學(xué)方法和高分辨質(zhì)譜技術(shù)(HRMS) 對茶葉加工過程品質(zhì)成分的動態(tài)變化、轉(zhuǎn)化途徑等進行更系統(tǒng)和全面的梳理，為加工工藝的精準化把控提出了更加明確的理論依據(jù)。
2. 傳統(tǒng)加工工藝與現(xiàn)代技術(shù)的融合更為緊密
“十三五”期間，食品加工高新技術(shù)不斷被應(yīng)用于傳統(tǒng)茶葉加工技術(shù)的創(chuàng)新研究，新工藝、新技術(shù)涌現(xiàn)，技術(shù)參數(shù)精準化逐步深入，茶葉加工技術(shù)得到了多層次、多方位的快速發(fā)展，并不斷向數(shù)字化、定向化邁進。
(1) 綠茶加工技術(shù)研究
“十三五”期間，在國家重點研發(fā)課題“綠茶標準化加工技術(shù)研究和裝備開發(fā)”的資助下，扁形、針形綠茶的加工工藝和裝備得到了進一步升級，研發(fā)出珠形、條形綠茶的成套標準化加工技術(shù)，并在產(chǎn)業(yè)上示范應(yīng)用。就工序而言，殺青和干燥是“十三五”期間綠茶加工技術(shù)研究的重點，開發(fā)出滾筒-熱風(fēng)耦合殺青、三相組合式殺青等新技術(shù)，通過多方式組合提升殺青作業(yè)功效和品質(zhì)，研制出滾烘干燥新技術(shù)，能夠提升產(chǎn)品滋味鮮爽度和香氣馥郁度，并針對清香、栗香等不同風(fēng)味特色分別提出適宜的干燥工藝參數(shù)。
(2) 紅茶加工技術(shù)研究
“十三五”期間，在國家重點研發(fā)課題“工夫紅茶標準化加工關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備研發(fā)”等項目的資助下，富氧萎凋、補光萎凋、動態(tài)發(fā)酵等一系列工夫紅茶加工新技術(shù)開發(fā)成功，初步實現(xiàn)了高品質(zhì)工夫紅茶或特色工夫紅茶的定向化加工。通過技術(shù)的集成創(chuàng)新，研究提出不同類型(大葉種、中小葉種)、不同嫩度(一芽一葉至一芽二葉、一芽二葉至一芽三葉等) 原料的工夫紅茶標準化加工工藝技術(shù)，并在產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
(3) 烏龍茶加工技術(shù)研究
烏龍茶設(shè)施做青技術(shù)進一步優(yōu)化，對做青環(huán)境的溫度、濕度、光照、光質(zhì)等參數(shù)實現(xiàn)了精準調(diào)控，標準化工藝參數(shù)得到改善(如光波波長>520 nm，做青葉含水量65%～68%時較佳)，擺脫天氣制約，提升生產(chǎn)效率的同時，品質(zhì)穩(wěn)定性也得到有效改善;烏龍茶機械水篩搖青技術(shù)、組合式造型(包揉) 技術(shù)等在產(chǎn)業(yè)上得到初步應(yīng)用，取得了較好成效。福建農(nóng)林大學(xué)孫威江主導(dǎo)制定的國家標準“ 烏龍茶第4 部分：水仙(GB/T 30357.4—2015) ”榮獲2018 年福建省標準貢獻獎一等獎。
(4) 黑茶加工技術(shù)研究
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)主持的“黑茶提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項目發(fā)明了黑茶誘導(dǎo)調(diào)控發(fā)花、散茶發(fā)花、磚面發(fā)花及品質(zhì)快速醇化等加工新技術(shù)，大力提升了黑茶產(chǎn)業(yè)的加工技術(shù)水平，并在2017 年榮獲國家科技進步二等獎。
(5) 白茶加工技術(shù)研究
“十三五”期間，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所主持的“白茶提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項目，揭示了白茶儲存陳化機理，發(fā)現(xiàn)了白茶貯存年份相關(guān)的特征性生化成分，研發(fā)了生物酶法提高白茶滋味品質(zhì)技術(shù)等新技術(shù)，提升了白茶生產(chǎn)效率與品質(zhì)。
(6) 黃茶加工技術(shù)研究進展
悶黃是黃茶加工技術(shù)研究的重點。開發(fā)出新型通氧悶黃技術(shù)，不僅可縮短悶黃時間，提高生產(chǎn)效率，而且有助于可溶性糖的積累，形成黃茶甜醇口感;明確了濕葉悶黃技術(shù)的適宜參數(shù)。
3. 茶葉加工機械裝備性能不斷提升
“十三五”期間，隨著制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，傳統(tǒng)茶葉加工機械性能取得了較大發(fā)展， 單臺(套) 制茶機械參數(shù)調(diào)控更簡便、更準確，新型節(jié)能技術(shù)在茶機上的應(yīng)用更加多元，連續(xù)化、標準化、數(shù)字化水平大幅度提高，配套生產(chǎn)線陸續(xù)在各茶類生產(chǎn)中出現(xiàn)，有效解決了勞動力緊缺、標準化程度低等問題。
“十三五”期間，加工新裝備不斷涌現(xiàn)，參數(shù)調(diào)控更為精準。由安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)主持的“茶葉數(shù)字化品控關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備創(chuàng)制”課題，開發(fā)出茶鮮葉原料質(zhì)量分析儀、近紅外光譜無損檢測裝備等，可進行鮮葉質(zhì)量等級、茶葉色香味形品質(zhì)的綜合評判，推動了茶葉數(shù)字化品控和裝備的提升，于2018年獲得安徽省科技進步獎一等獎。此外，國內(nèi)外科研人員借助仿真模擬技術(shù)、多元技術(shù)融合等手段，創(chuàng)制出系列新設(shè)備，尤其提升了設(shè)備參數(shù)精準度。新技術(shù)、新能源不斷應(yīng)用于茶葉加工裝備上，促使茶葉加工向綠色、節(jié)能、安全、清潔方向發(fā)展，風(fēng)味品質(zhì)和衛(wèi)生品質(zhì)均得到提升。連續(xù)化、標準化加工生產(chǎn)線正向初步數(shù)字化作業(yè)邁進，多個茶類的標準化加工生產(chǎn)線得到廣泛應(yīng)用。
4. 特色新產(chǎn)品層出不窮，滿足消費者多元化需求
“十三五”期間，食品、農(nóng)產(chǎn)品加工新技術(shù)與茶葉加工技術(shù)進一步融合，開發(fā)出多種特色茶產(chǎn)品，不斷滿足消費者多元化需求。如利用調(diào)節(jié)作業(yè)環(huán)境氧氣濃度、特定低溫等條件，制得含量達5.98%的高EGCG烏龍茶;通過特定原料、工藝技術(shù)和加工裝備的有機融合，定向開發(fā)出風(fēng)味品質(zhì)穩(wěn)定一致的嫩栗香綠茶、甜醇味紅茶;借助特定的栽培和加工技術(shù)，創(chuàng)制出糯甜香紅茶、海苔香龍井茶，以及藍莓香毛峰茶等;以厚軸茶、龍芽楤木、木姜葉柯葉等植物嫩芽葉為原料，融合茶葉加工工藝制得具有降血壓等特定保健功能的茶產(chǎn)品。
二、“十四五”茶葉加工發(fā)展方向
隨著全球資源短缺問題的加劇，以及人們對自身健康的日益關(guān)注，茶葉加工在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、市場需求、技術(shù)發(fā)展等方面亦將發(fā)生較大轉(zhuǎn)變。茶產(chǎn)品的特色風(fēng)味和營養(yǎng)健康并重，數(shù)字化、智能化等高新技術(shù)的需求更為迫切。
1. 茶葉加工趨向定向化和精準化
隨著科技的不斷進步以及人們消費理念由單純追求風(fēng)味向風(fēng)味與保健兼顧的轉(zhuǎn)變，未來茶葉產(chǎn)品的創(chuàng)制將向著多元化和個性化需求發(fā)展。茶葉加工科技將持續(xù)以消費需求為導(dǎo)向，逐步實現(xiàn)加工過程技術(shù)參數(shù)的精準化作業(yè)，對產(chǎn)品的風(fēng)味品質(zhì)和特定組分將趨向定向化調(diào)控。
“十四五”期間，圍繞茶葉加工的定向化和精準化，將重點在以下幾方面開展深入研究。
(1) 通過分子感官技術(shù)、多組學(xué)分析、大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等多種技術(shù)的融合創(chuàng)新，挖掘出茶葉特色風(fēng)味品質(zhì)關(guān)鍵組分，明晰其在加工過程中的動態(tài)衍變規(guī)律和形成機制。
(2) 通過傳統(tǒng)工藝技術(shù)創(chuàng)新以及食品加工高新技術(shù)的融合，系統(tǒng)研究茶葉感官風(fēng)味和品質(zhì)成分的調(diào)控技術(shù)。
(3) 借助現(xiàn)代傳感、CFD 仿真模擬、自動控制等技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，開展加工裝備和技術(shù)參數(shù)精準化研究，實現(xiàn)技術(shù)標準、工藝流程、質(zhì)量控制與精準加工的高效協(xié)同。
(4) 通過原料、工藝、裝備的有機整合，創(chuàng)制特色風(fēng)味新產(chǎn)品。
2. 茶葉生產(chǎn)由制造向“智造”升級
隨著工業(yè)4.0 和5G時代的來臨，AI 技術(shù)將得到快速發(fā)展，并推動工業(yè)機器人制造技術(shù)的顯著提升，機器人替代人工成為未來必然趨勢;茶葉加工裝備的智能化程度亦將不斷提高，智慧工廠將逐步取代傳統(tǒng)加工工廠。
“十四五”期間將圍繞智能化、傳承制茶工藝數(shù)字化等產(chǎn)業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)需求，重點開展以下研究。
(1) 通過茶學(xué)、食品、機械、自動化和信息科學(xué)等多學(xué)科交叉集成，創(chuàng)新研究在制品狀態(tài)數(shù)字化表征及智能感知技術(shù)、反饋控制技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時檢測的遠程/終端專家決策。
(2) 通過對加工裝備機械材料特性與安全性、數(shù)字化設(shè)計、仿真優(yōu)化等新技術(shù)、新原理、新材料研究，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能化核心裝備。
(3) 依托云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將茶葉單機加工裝備進行集成，創(chuàng)制出智能化生產(chǎn)線，形成全程自動化作業(yè)，實現(xiàn)真正意義上的“機器換人”，促進茶葉生產(chǎn)由制造向“智造”升級。
來源：中國茶葉
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