云南曬青毛茶物理特性研究

張永華，張海東，趙玉清，寧旺云

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

云南曬青毛茶是經(jīng)過初加工后的半成品，通常選取大葉種茶的鮮葉，殺青、揉捻后，采用日光曬干而成，是制作普洱茶的初級(jí)原料。用于加工普洱茶的曬青毛茶以外形的條索、色澤、整碎和凈度，以及內(nèi)質(zhì)的香氣、滋味、湯色和葉底作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，劃分為特級(jí)、一至十級(jí)共11個(gè)等級(jí)。

研究茶葉的物理特性可以為茶機(jī)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，改善茶機(jī)性能，還可為自動(dòng)化控制茶葉加工提供重要信息，對(duì)提升茶葉加工效果和茶葉品質(zhì)有重要意義。

通過研究不同等級(jí)曬青毛茶的容重、休止角、靜摩擦角和抗剪強(qiáng)度等物理參數(shù)，獲得普洱茶加工過程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并分析其變化規(guī)律，以期為普洱茶加工工藝的優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為寧洱茶廠提供的2012年春二、四、六、八、十級(jí)共5種曬青毛茶（以下簡(jiǎn)稱“毛茶”），試驗(yàn)毛茶濕基含水率為10±2%。

1.2 試驗(yàn)方法

茶葉加工過程為：鮮葉采摘→殺青→揉捻→日光干燥。

1.2.1 容重的測(cè)定 采用量筒法測(cè)定茶葉容重。茶葉加料方法有自然堆放法、壓重法和振實(shí)法等。試驗(yàn)選擇自然堆放法，手工加料，使供試材料表面基本和容器刻度線平齊，讀取容積數(shù)值，稱量茶葉質(zhì)量。茶葉容重計(jì)算公式為：

式中，γ為茶葉容重（kg/m3）；G為茶葉質(zhì)量（kg）；V為茶葉所占量筒容積（m3）。

1.2.2 休止角的測(cè)定 休止角的常用測(cè)定方法有注入法、排除法和傾斜法等。試驗(yàn)采用注入法測(cè)定茶葉的休止角。茶葉經(jīng)漏斗從0.5 m 高處自然連續(xù)下落至圓形料盤上，形成圓錐體。測(cè)量茶葉錐體高度和料盤直徑。茶葉休止角計(jì)算公式為：

式中，α為茶葉休止角（°）；H為錐體高度（mm），D為料盤直徑（mm）。

1.2.3 靜摩擦角的測(cè)定 采用斜面法測(cè)定毛茶與常用茶機(jī)材料鋁板、不銹鋼板和鍍鋅鐵皮的靜摩擦角。毛茶在不同材料上開始滑動(dòng)的傾斜角度，即為茶葉與不同材料的靜摩擦角。

1.2.4 抗剪強(qiáng)度的測(cè)定 參照土壤和稻谷等農(nóng)業(yè)物料的抗剪強(qiáng)度測(cè)定方法，采用直剪儀測(cè)定茶葉的抗剪強(qiáng)度，直接剪切儀如圖1所示。根據(jù)庫(kù)倫定律，茶葉的抗剪強(qiáng)度與滑動(dòng)面上受到的正應(yīng)力成正比，計(jì)算公式為：

式中，τ為任意截面上的剪應(yīng)力（kPa）；σ為任意截面上的法向應(yīng)力（kPa）；c為茶葉的黏聚力（kPa），茶葉屬于散粒物料，一般認(rèn)為茶葉不存在黏聚力，即c=0；φ為茶葉內(nèi)摩擦角（°）。

2 結(jié)果與討論

2.1 毛茶容重

容重測(cè)定結(jié)果顯示：二級(jí)、四級(jí)、六級(jí)、八級(jí)、十級(jí)毛茶的容重分別為115.2±3.2、126.7±3.0、144.3±3.7、151.2±4.1、155.8±5.6 kg/m3；其中，二級(jí)毛茶容重最小，十級(jí)毛茶容重最大。其原因主要是隨著毛茶等級(jí)的降低，碎茶和梗片所占的比例越來越大，致使毛茶容重增大。

2.2 毛茶休止角

休止角測(cè)定結(jié)果顯示：二級(jí)、四級(jí)、六級(jí)、八級(jí)、十級(jí)毛茶的休止角分別為52.3±2.1°、52.8±3.2°、52.9±3.3°、53.7±4.4°、55.2±4.2°；二至六級(jí)毛茶休止角變化不顯著，八級(jí)和十級(jí)毛茶休止角明顯增大。這主要是由于八級(jí)和十級(jí)毛茶條索較粗實(shí)、疏松，葉片之間的鉤掛現(xiàn)象嚴(yán)重，致使休止角增大。

2.3 毛茶靜摩擦角

從表1中可以看出，毛茶的靜摩擦角受材料的表面粗糙度影響顯著，與不同茶機(jī)材料的靜摩擦角均隨著毛茶等級(jí)的降低逐漸增大。

2.4 毛茶抗剪強(qiáng)度

在法向應(yīng)力10～40 kPa的范圍內(nèi)對(duì)試驗(yàn)毛茶進(jìn)行剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸處理，回歸直線的傾角即為茶葉的內(nèi)摩擦角，結(jié)果顯示：二級(jí)、四級(jí)、六級(jí)、八級(jí)、十級(jí)毛茶的內(nèi)摩擦角分別為33.13°、37.62°、38.95°、43.46°、46.12°。

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從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，隨著毛茶等級(jí)的降低，毛茶的內(nèi)摩擦角顯著增大。這主要是因?yàn)榈偷燃?jí)的毛茶中含有較多的梗片，梗片的抗剪強(qiáng)度明顯大于葉片。

毛茶的內(nèi)摩擦角隨著等級(jí)的降低逐漸增大，內(nèi)摩擦角隨著法向壓力的增大而減小。一般認(rèn)為，茶葉屬于缺乏黏聚力的散粒物料，其休止角等于內(nèi)摩擦角。但試驗(yàn)所得的毛茶內(nèi)摩擦角均小于休止角，高等級(jí)毛茶的內(nèi)摩擦角與休止角數(shù)值差距較大。

剪切試驗(yàn)的結(jié)果還反映了不同等級(jí)毛茶的流動(dòng)特性。高等級(jí)毛茶的抗剪強(qiáng)度曲線靠近σ軸，其抗剪強(qiáng)度較低，而且抗剪強(qiáng)度隨物料的壓實(shí)程度增加緩慢，因此具有較好的流動(dòng)性。

從圖2中還可以看出，由于茶葉的非均質(zhì)性，其不是理想體，試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)一定的離散性。試驗(yàn)擬合強(qiáng)度直線與縱坐標(biāo)的截距并不為0，即c≠0，供試毛茶表現(xiàn)出一定的黏聚性。需要指出的是，由于受供試材料和條件的影響，結(jié)果往往存在較大差異，曬青毛茶存在黏聚性是否為普遍現(xiàn)象有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

試驗(yàn)以不同等級(jí)的云南曬青毛茶為材料，對(duì)其物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)定分析，得出以下結(jié)論：（1）二至十級(jí)曬青毛茶容重為115.2～155.8 kg/m3；（2）二至六級(jí)毛茶休止角變化不顯著，在52.3°～52.9°范圍內(nèi)波動(dòng)，八級(jí)和十級(jí)毛茶由于條索較粗實(shí)、疏松，葉片之間的鉤掛現(xiàn)象嚴(yán)重，致使休止角分別增大到53.7°和55.2°；（3）毛茶與不同茶機(jī)材料的靜摩擦角隨著毛茶等級(jí)的降低逐漸增大；（4）隨著毛茶等級(jí)的降低，抗剪強(qiáng)度顯著增大，流動(dòng)性變差，毛茶內(nèi)摩擦角均小于休止角，高等級(jí)毛茶的內(nèi)摩擦角與休止角數(shù)值差距較大。

[1]DB53/T 173-2006，普洱茶加工技術(shù)規(guī)程[S].

[2]張 哲，牛智有.茶葉加工過程中的物理特性變化規(guī)律[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，34（8）：116-119.

[3]肖昭然.土力學(xué)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2007.

[4]張 哲，牛智有.揉捻過程中茶葉物理特性的變化規(guī)律[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（13）：2767-2770.

[5]林燕萍，金心怡，郝志龍，等.茶葉物理特性及烏龍茶造型工藝的研究進(jìn)展[J].福建茶葉，2011，33（2）：9-13.