李昱霖，丁應(yīng)福，王勝雷，段衛(wèi)東，李靜超，王廷賢，宋朝鵬，宋江雨

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2. 福建省煙草公司南平市公司，福建 南平 353000；3. 福建省煙草公司，福建 福州 350003；4. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450016）

生態(tài)條件、品種特性[1]、栽培技術(shù)[2]和烘烤等因素均會對煙葉品質(zhì)產(chǎn)生重要影響?？刂七m宜的風(fēng)速能夠降低烤房溫差[3]、促進(jìn)煙葉內(nèi)部水分蒸發(fā)[4]、滿足烘烤排濕要求[5]、提高煙葉品質(zhì)[6-7]。而現(xiàn)行烤房的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速僅有高、低2個檔位，不利于煙葉品質(zhì)的彰顯[8]。在風(fēng)機(jī)頻率調(diào)控方面，詹軍等[9]以4 層密集烤房為對象研究了不同風(fēng)機(jī)頻率下烤后煙葉的香氣品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)降低風(fēng)機(jī)頻率后各變頻處理的小分子質(zhì)量和中等分子質(zhì)量致香物質(zhì)均有所增加；樊軍輝等[10]研究了定色階段后期和干筋階段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對煙葉質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低烘烤后期風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠提高煙葉質(zhì)量，同時降低能耗；馬力等[11]對云煙87中部葉設(shè)置了不同的裝煙密度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速處理，發(fā)現(xiàn)變黃期風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速960 r/min 配合裝煙密度55～65 kg/m3，烤后煙葉的均價最高。前人在自設(shè)風(fēng)機(jī)頻率組合對烤后煙質(zhì)量的影響上已有研究，但對不同定頻烘烤過程的研究鮮有報道。此外，烤煙在不同溫度下各檔位風(fēng)機(jī)頻率對煙葉自身變化的影響并不明確，利用何種指標(biāo)來篩選風(fēng)機(jī)頻率最為有效也未有定論。鑒于此，以掛桿為裝煙方式，研究不同風(fēng)機(jī)頻率對煙葉葉溫不均勻度、顏色參數(shù)和形態(tài)指標(biāo)的影響及葉溫不均勻度與煙葉變黃失水協(xié)調(diào)性的關(guān)系，探索用于篩選風(fēng)機(jī)頻率的指標(biāo)，以期為進(jìn)一步提升變頻烘烤的精準(zhǔn)化、智能化水平提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2020—2021 年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地進(jìn)行，供試品種為云煙87，所用烤房為氣流上升式烤房，變頻器單獨與風(fēng)機(jī)接入。選取正常落黃且葉片大小、成熟度基本一致的中部葉（自下向上數(shù)9～11葉位）進(jìn)行試驗。

1.2 試驗設(shè)計

將采收后的煙葉放入3 座烤房中（裝煙室長8 m，寬2.7 m，高3.3 m），控制裝煙密度約為60 kg/m3，配備風(fēng)機(jī)同為2.2 kW 電機(jī)功率、170～250 Pa風(fēng)壓、15 000 m3以上風(fēng)量，設(shè)置3 個檔次的風(fēng)機(jī)頻率，分別為高頻風(fēng)機(jī)F1（全程50 Hz），中頻風(fēng)機(jī)F2（全程40 Hz）和低頻風(fēng)機(jī)F3（全程30 Hz），3 個處理均參照三段式烘烤工藝[12]進(jìn)行，其中以F1（全程50 Hz）處理為常規(guī)模式。烘烤開始以后，每2 h記錄一次葉溫，并且參照霍開玲等[13]的取樣方法，分別于烤前（鮮樣）及開烤后的36 ℃末期、38 ℃末期、42 ℃末期、48 ℃末期、54 ℃末期和68 ℃末期進(jìn)行取樣，每次在靠近烤房門的中棚煙葉中隨機(jī)取20 片完整煙葉，并用麻片堵上取樣留下的漏洞。

1.3 檢測指標(biāo)及方法

1.3.1 葉溫的測定 參考路曉崇等[14]的葉溫測量方法，利用接觸式葉溫傳感器采集烤房中的煙葉溫度，將傳感器探頭置于各測量點葉片最緊密處，觀測變黃期至干筋期3個棚次的煙葉溫度。沿烤房長度方向均勻劃分4 個斷面，每個斷面相隔約2 m（圖1A）。在烤房的平行剖面上，布有6 個測溫點（圖1B），分別距離內(nèi)壁面約0.5 m。全烤房葉溫測量點共計24個。

圖1 烤房物理模型（A）及斷面葉溫測點分布（B）Fig.1 Physical model of bulk curing barn（A）and leaf temperature measuring points arrangement（B）

為了研究風(fēng)機(jī)頻率對煙葉葉溫的影響，引入絕對不均勻度（S）[15]，S代表在相同測點數(shù)量情況下煙葉溫度場的不均勻程度，其值越大表示溫度場的不均勻程度也越大。計算公式：

式中，ti為第i個測點的溫度，tn為n個測點的平均溫度。

1.3.2 煙葉顏色參數(shù)的測定 采用HP-C210 精密色差儀測量葉片的顏色參數(shù)[16]，于主脈兩側(cè)均勻取點，對葉尖、葉中和葉基部進(jìn)行測量，每片煙葉共測量6 個點。測量指標(biāo)包括亮度值（L*）、紅綠值（a*）、黃藍(lán)值（b*）。

1.3.3 煙葉形態(tài)指標(biāo)的測定 煙葉橫向卷曲度和縱向卷曲度的測量參照樊軍輝等[17]的方法，煙葉葉片厚度的測量采用Progage 100 測厚儀（美國Thwing-Albert 公司），選取葉尖到葉基部等距離的3個位點，取平均值作為最終測量值。

1.3.4 煙葉變黃失水協(xié)調(diào)程度的測定 參照汪代斌等[18]的方法計算煙葉的變黃程度；通過殺青烘干稱質(zhì)量，測定煙葉失水量與含水量的百分比[19]，即為失水程度。

煙葉變黃協(xié)調(diào)程度（A）和失水協(xié)調(diào)程度（B）計算公式：

式中，Y1和D1分別為實際變黃程度和實際失水程度，Y0和D0分別為目標(biāo)變黃程度和目標(biāo)失水程度[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 整理數(shù)據(jù)，利用Origin 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同頻率烘烤對各階段葉溫不均勻度的影響

由圖2可知，同一風(fēng)機(jī)頻率下，各處理煙葉葉溫不均勻度隨烘烤進(jìn)程的推移均呈增加趨勢，高頻F1和中頻F2 在48 ℃達(dá)到最大值，而低頻F3 直至54 ℃才達(dá)到最大值，隨后呈現(xiàn)下降趨勢。

圖2 不同風(fēng)機(jī)頻率烘烤葉溫不均勻度變化Fig.2 Leaf temperature non-uniformity changes under different bulk curing fan frequencies

溫度≤38 ℃時，高頻F1 的葉溫不均勻度明顯高于中頻F2 和低頻F3；溫度為42 ℃和48 ℃時，葉溫不均勻度從高到低表現(xiàn)為低頻F3、中頻F2、高頻F1；溫度為54 ℃時，葉溫不均勻度從高到低表現(xiàn)為低頻F3、高頻F1、中頻F2；在干筋期68 ℃，葉溫不均勻度為1.03（高頻F1）、0.89（中頻F2）、0.77（低頻F3）。綜上，在36 ℃、38 ℃和68 ℃下低頻處理的葉溫不均勻度低；在42 ℃和48 ℃下高頻處理的葉溫不均勻度低。

2.2 不同頻率烘烤對煙葉變黃及顏色參數(shù)的影響

由圖3a 可知，同一風(fēng)機(jī)頻率下，高頻F1 烘烤煙葉的變黃程度在取樣溫度48 ℃達(dá)到最大并保持穩(wěn)定，中頻F2 烘烤煙葉的變黃程度也是在取樣溫度48 ℃達(dá)到最大值，但之后略有下降。取樣溫度為36 ℃時，不同風(fēng)機(jī)頻率烘烤煙葉的變黃程度基本一致，取樣溫度38 ℃和42 ℃變黃程度以低頻F3最大，中頻F2次之。

由圖3b 可知，烘烤過程中,煙葉亮度值介于46.84～73.99。取樣溫度≤38 ℃時，低頻F3 烘烤煙葉表面的亮度變化表現(xiàn)優(yōu)于中頻F2 和高頻F1；取樣溫度≥42°時，中頻F2 和低頻F3 的亮度值小于高頻F1 處理。高頻F1 烤后煙葉表面光澤較亮，中頻F2次之，而低頻F3烤后煙葉表面光澤較暗。

紅綠值決定煙葉表面呈現(xiàn)色系的深淺，鮮煙葉的紅綠值為負(fù)值，表明鮮煙葉的主體顏色是綠色。由圖3c 可知，烘烤過程中，煙葉紅綠值介于-13.83～10.26。烘烤過程中紅綠值變化表現(xiàn)為低頻F3＞中頻F2＞高頻F1。由此可知，低風(fēng)機(jī)頻率對煙葉表面紅度值的形成有利。

由圖3d 可知，烘烤過程中，煙葉黃藍(lán)值介于20.27～43.66。取樣溫度36—42 ℃時，黃藍(lán)值變化為低頻F3＞中頻F2＞高頻F1?？梢?，低風(fēng)機(jī)頻率有利于煙葉在變黃期的變黃。變黃期之后，黃藍(lán)值變化表現(xiàn)為高頻F1＞中頻F2＞低頻F3，表明高風(fēng)機(jī)頻率有利于固定煙葉的變黃程度。

圖3 不同風(fēng)機(jī)頻率烘烤變黃程度和顏色參數(shù)變化Fig.3 The degree of yellowing and color parameter changes under different bulk curing fan frequencies

2.3 不同頻率烘烤對煙葉失水及形態(tài)的影響

由圖4a可知，當(dāng)取樣溫度為36 ℃、54 ℃和68 ℃時，3個處理的失水程度無明顯差異；當(dāng)取樣溫度為38 ℃、42 ℃和48 ℃時，失水程度最高的處理均為高頻F1，其次是中頻F2，最低的為低頻F3。以上結(jié)果表明，低風(fēng)機(jī)頻率在一定程度上抑制了煙葉水分的散失。

由圖4b 可知，在同一頻率下，厚度收縮率呈現(xiàn)一直增加的趨勢，且在取樣溫度36—38 ℃和42—48 ℃，各處理煙葉的厚度收縮率均急劇升高。在38—68 ℃，厚度收縮率最高的處理為低頻F3，其次是中頻F2，最低的是高頻F1。烘烤結(jié)束時，低頻處理厚度收縮率最高，是由于風(fēng)機(jī)頻率過低，煙葉失水慢，內(nèi)含物質(zhì)過度消耗。

剛采收的成熟煙葉在自然狀態(tài)下有一定的橫向卷曲度和縱向卷曲度。由圖4c 和圖4d 可知，同一頻率下，不同處理的煙葉橫向卷曲度和縱向卷曲度均在烘烤初期（取樣溫度≤38 ℃）有所減小，之后隨著溫度升高呈現(xiàn)增加的趨勢。整體上，高頻F1烤后煙葉橫向卷曲度和縱向卷曲度最高，低頻F3低于中高頻率烘烤處理。

圖4 不同風(fēng)機(jī)頻率烘烤失水程度和形態(tài)參數(shù)變化Fig.4 The degree of water loss and morphological parameters change under different bulk curing fan frequencies

2.4 不同頻率烘烤對煙葉變黃失水協(xié)調(diào)程度絕對值的影響

圖5中折線由各溫度下不同頻率烘烤的葉溫不均勻度最低值組成；柱狀圖數(shù)值為變黃失水協(xié)調(diào)程度，變黃、失水協(xié)調(diào)程度絕對值越大，說明變黃、失水協(xié)調(diào)性越差。從圖5 可以看出，在36 ℃下，低頻F3 的變黃失水協(xié)調(diào)程度最好，在取樣溫度38 ℃時，中頻F2 的變黃失水協(xié)調(diào)程度最好，取樣溫度從42 ℃到68 ℃，均為高頻F1 的變黃失水協(xié)調(diào)程度最好。取樣溫度54 ℃前，各溫度點最低葉溫不均勻度的處理和變黃失水協(xié)調(diào)程度最好的處理一致，說明烘烤過程中葉溫不均勻度低能夠促進(jìn)變黃失水的協(xié)調(diào)。在54 ℃和68 ℃，葉溫不均勻度最低的頻率分別為40 Hz 和30 Hz，而變黃失水協(xié)調(diào)程度最好的頻率均為50 Hz，但3個處理的失水協(xié)調(diào)程度差別不大，均勻的葉溫可以使全烤房煙葉更加趨于一致。可見，葉溫的不均勻度能夠反映出取樣溫度點36—48 ℃下煙葉的變黃失水協(xié)調(diào)程度，低葉溫不均勻度更利于烘烤。

圖5 不同風(fēng)機(jī)頻率烘烤葉溫不均勻度最低值與變黃協(xié)調(diào)程度（A）失水協(xié)調(diào)程度（B）絕對值變化Fig.5 The lowest value of leaf temperature non-uniformity and the absolute value change of coordination degree of yellowing（A）and water loss（B）under different bulk curing fan frequencies

3 結(jié)論與討論

本研究選取的3個檔次的風(fēng)機(jī)頻率烘烤處理均具備明顯的葉溫不均勻度變化特征，隨著烘烤進(jìn)程的進(jìn)行，烤房整體的葉溫不均勻度先上升后下降，這種現(xiàn)象可能與不同階段煙葉的變化有關(guān)。在變黃前中期，較低的風(fēng)速使得烤房整體葉溫更加均勻，此階段烘烤的主要任務(wù)是促進(jìn)煙葉變黃[21]，煙葉處于相對獨立的環(huán)境[22]，且煙葉保護(hù)酶活性高，自我保護(hù)能力較強(qiáng)[23]。在42—48 ℃，高風(fēng)機(jī)頻率較中低風(fēng)機(jī)頻率的葉溫不均勻度更低，烘烤主要任務(wù)從變黃逐漸變成失水，煙葉水分蒸發(fā)吸收大量熱量，且空氣中絕對含濕量增加，風(fēng)速降低[24]。在54—68 ℃，烘烤主要任務(wù)為排出煙葉殘存的水分，葉溫的變化表現(xiàn)為逐漸與干球溫度同步升高，葉間隙變大，此時采用中低風(fēng)機(jī)頻率烤房整體葉溫更加均勻。因此，在不同的溫度選用適宜的風(fēng)機(jī)頻率可降低葉溫不均勻度。

烘烤過程中采用不同的變頻風(fēng)速，會對烤后煙葉的等級質(zhì)量、主要化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和評吸質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響[25]，合理的風(fēng)機(jī)頻率有利于提高烤后煙葉的質(zhì)量。本研究中，不同的定頻烘烤，煙葉變黃失水呈現(xiàn)如下變化特點：（1）各處理在取樣溫度≤38 ℃時，變黃和失水程度相差不大，隨著烘烤的進(jìn)行，中低風(fēng)機(jī)頻率與高風(fēng)機(jī)頻率的變黃程度和失水程度具有較大差異，在取樣溫度54—68 ℃，失水程度基本相同，這與劉闖[26]的研究結(jié)果基本一致。（2）烘烤過程中煙葉亮度值、紅綠值、黃藍(lán)值均在鮮煙葉至取樣溫度42 ℃結(jié)束時變化劇烈，之后變化幅度趨緩，這與賀帆等[16]的研究結(jié)果基本一致。且高頻處理煙葉較亮，趨向于檸檬黃色，而中低頻處理煙葉顏色較暗[3]。（3）煙葉的厚度收縮率、橫向卷曲度和縱向卷曲度在42 ℃之前差異不明顯，42 ℃后出現(xiàn)明顯差異，這是因為此時進(jìn)行大量的濕熱交換，較大的空氣流通速度才能促進(jìn)煙葉均衡干燥[27]。

36 ℃低頻F3 處理的變黃失水協(xié)調(diào)程度最好，38 ℃中頻F2 處理的變黃失水協(xié)調(diào)程度最好，42—68 ℃高頻F1 處理的變黃失水協(xié)調(diào)程度最好，溫度≤48 ℃時，葉溫不均勻度最低的頻率與變黃失水協(xié)調(diào)最好的頻率相同，這與煙葉含水量大時，通風(fēng)是影響煙葉失水的主要因素[28]的結(jié)論一致。當(dāng)溫度≥54 ℃，葉溫不均勻度以較低風(fēng)速頻率為最佳，與煙葉的變黃失水協(xié)調(diào)不一致，此時煙葉失水干燥特征處于減速和再減速階段，主脈干燥主要受干球溫度影響[29]。本研究結(jié)果表明，在相同裝煙密度條件下，選擇較低的葉溫不均勻度，應(yīng)用變頻器烘烤的煙葉將有更好的煙葉變黃失水協(xié)調(diào)程度。而變黃失水協(xié)調(diào)程度與烤壞煙比例密切相關(guān)，烘烤過程中煙葉變黃失水協(xié)調(diào)程度變化的判定對避免烤壞煙發(fā)生及指導(dǎo)烘烤生產(chǎn)具有實際意義[20]。因此，關(guān)于葉溫不均勻度與烤后煙葉質(zhì)量的關(guān)系及各溫度下篩選風(fēng)機(jī)頻率的相關(guān)配套技術(shù)等還需要進(jìn)一步研究。

綜上，各溫度下葉溫不均勻度最低的頻率分別為30 Hz（36 ℃）、40 Hz（38 ℃）、50 Hz（42 ℃）、50 Hz（48 ℃）、40 Hz（54 ℃）、30 Hz（68 ℃）。葉溫不均勻度低利于煙葉變黃和失水協(xié)調(diào)性，可以將烘烤過程中葉溫不均勻度的高低作為篩選各溫度下風(fēng)機(jī)頻率的重要指標(biāo)。