田金艷,唐經(jīng)祥,王振華,羅先學(xué),徐經(jīng)年,戴 曦,田 輝,郭 飛,汪升友,朱俊俊*

(1. 湖南省煙草公司張家界市公司,湖南張家界 427000;2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,安徽合肥 230031)

水分是物質(zhì)代謝的基礎(chǔ),煙葉大田生長發(fā)育不僅需要水分參與[1],煙葉的調(diào)制過程也需要充分把握水分變化規(guī)律,保障失水量和失水速率與生理變化和物理變化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[2-5]?，F(xiàn)階段,密集烤房大力推廣的同時,加強工藝的創(chuàng)新,實現(xiàn)精益烘烤,提升煙葉品質(zhì),促進煙葉增產(chǎn)增收[6]。密集烤房不同溫濕工藝影響烤后煙葉的品質(zhì)[7-8],李衛(wèi)芳等[9-10]研究表明,鮮煙葉含水量在85%左右,變黃中后期及定色中后期煙葉失水速率最快;趙銘欽等[11]研究表明,慢速升溫定色的處理煙葉失水速度慢、失水量小。王正剛等[12]研究表明,采用低溫低濕烘烤工藝有利于較好控制不同烤房位置煙葉失水量和失水速度。烘烤過程中煙葉外觀質(zhì)量、內(nèi)在化學(xué)成分以及感官評吸質(zhì)量與煙葉的水分變化緊密相關(guān),水分的調(diào)控是否合理關(guān)系到煙葉烘烤的成敗[3-4,11,13-15],也決定烤后煙葉的品質(zhì)。因此,研究密集烤房內(nèi)不同烘烤位置的煙葉失水特性對實現(xiàn)精益烘烤、提升煙葉品質(zhì)具有重要意義。

為此,筆者以K326品種為試驗材料,以湖南產(chǎn)區(qū)中部煙葉為研究對象,通過研究密集烤房內(nèi)不同烘烤位置下溫濕度及煙葉水分變化規(guī)律,分析煙葉在烘烤過程中水分變化規(guī)律以及烤后煙葉的品質(zhì)差異,旨在為煙葉烘烤的精益生產(chǎn)提供理論支持并為中部煙葉烘烤工藝進一步優(yōu)化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗材料為K326品種,選取成熟期長勢一致、正常成熟落黃的中部煙葉進行,田間栽培管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)管理方法。烤房均為國煙辦綜[2009]418號文件烤房建蓋,為氣流上升式密集烤房。測試儀器:濟南仁碩電子科技有限公司生產(chǎn)的COS-03-X USB 型溫濕度記錄儀、南京馳原系統(tǒng)工程有限公司生產(chǎn)的CYH-218A 懸臂梁傳感器。

1.2 試驗設(shè)計2020年設(shè)置下、中、上位置共8個測試點,分別為1～8號點,測試點示意見圖1,于測試點安裝重量傳感器、溫濕度自動記錄系統(tǒng)。重量傳感器上方記錄四桿煙葉重量,分別記錄煙葉烘烤過程中煙葉重量及溫濕度的變化。

圖1 測試點安裝示意Fig.1 Schematic diagram of test point installation

2021年通過初步試驗結(jié)果在試驗烤房內(nèi)設(shè)置3個測試點,分別安置于底層近加熱室2 m(下)、中層中間(中)、頂層近大門2 m位置(上),分別為處理T1、處理T2、處理T3。對各處理烤后煙葉進行質(zhì)量分析。煙葉烘烤按照當(dāng)?shù)刂袦刂袧窆に囈髨?zhí)行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1溫濕度。在烤房測試點測定溫度和濕度,每5 min自動記錄一次。

1.3.2煙葉含水量。在烤房每個測量點選擇3竿有代表性的煙葉,用傳感器進行重量測量,置于烤房測試點上,自動記錄重量變化,根據(jù)數(shù)據(jù)計算煙葉含水率及失水率。煙葉的含水率=(鮮重-干重)/鮮重,烘烤中失水率=(鮮煙葉含水率-某時刻煙葉含水率)/鮮煙葉含水率,失水速率=(鮮煙葉含水率-某時刻煙葉含水率)/(鮮煙葉含水率×烘烤時間)[16-17]。

1.3.3外觀質(zhì)量。烘烤結(jié)束后取上、中、下層代表性區(qū)域C3F進行分析。各初烤煙葉樣品出炕后根據(jù)GB 2635—1992烤煙分級標(biāo)準(zhǔn),評價其顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度等外觀質(zhì)量指標(biāo)(表1)。煙葉外觀質(zhì)量評價采用《中國煙草種植區(qū)劃》[18]建立的煙葉外觀質(zhì)量評價體系,以顏色、成熟度、結(jié)構(gòu),身份、油分、色度的權(quán)重分別為0.30、0.25、0.15、0.12、0.10和0.08計算煙葉外觀質(zhì)量總分。

表1 烤煙煙葉外觀質(zhì)量評價指標(biāo)賦值方法

1.3.4化學(xué)成分測定。按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 159～162—2002以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試方法,采用流動分析儀測定烤后煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀離子和氯離子含量。

1.3.5感官品質(zhì)鑒定。把各處理烘烤后的煙葉交給安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心評吸專家進行感官評價打分,參照《YC/T 138—1998煙草及煙草制品·感官評價方法》[19],對煙支勁頭、濃度、香氣質(zhì)、香氣量、余味、甜感、雜氣和刺激性進行賦分評價,取其平均值。以香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、余味的權(quán)重分別為0.30、0.30、0.08、0.15、0.17計算感官質(zhì)量總分[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,利用origin 2018進行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同位置烘烤過程的溫濕度變化由圖2可知,隨著烘烤時間的延長,密集烤房不同位置溫度逐漸上升,烘烤結(jié)束后下降。變黃期間烤房各處理間6號點溫度最高,最低的為1號點;各層差異明顯,下層溫度始終高于中層,中層溫度始終高于上層。定色期各處理趨勢一致。隨著烘烤時間增加,超過96 h后,各處理差異不明顯。

圖2 不同處理下煙葉溫度變化趨勢(2020)Fig.2 Variation trend of tobacco leaf temperature under different treatments(2020)

由圖3可知,隨著烘烤時間的延長,密集烤房不同位置濕度逐漸下降,各濕度變化趨勢與上述溫度變化趨勢相反。烘烤96 h內(nèi),烤房內(nèi)不同位置差異明顯,其中濕度最大的為上層,最小的為下層。下層靠近加熱室位置的6號點濕度低于7號點、8號點;中層中間位置的4號點明顯低于5號點,上層3個點的濕度在72 h內(nèi)交替處于較低水平。隨著烘烤時間的增加,超過96 h后,各處理差異不明顯,濕度相對一致。

圖3 不同處理下煙葉濕度變化趨勢(2020)Fig.3 Variation trend of tobacco leaf humidity under different treatments(2020)

2.2 不同位置烘烤過程的水分變化通過計算, K326品種鮮煙葉含水量在70%～80%。隨著烘烤的進行,煙葉失水速率呈“慢—快—慢”的變化趨勢,水分含量逐漸減小,烘烤72 h內(nèi)煙葉含水量下降較快。各處理間差異也較明顯,同一含水量下,下層靠近加熱室2 m位置的6號點達到該含水量時所用烘烤時間最短,煙葉烘干最快,中層中間位置的1號點所用烘烤時間最短,上層靠近大門2 m位置的1號點所用時間最短,3號點所用時間最長(圖4)。

圖4 不同處理下煙葉含水量的變化趨勢(2020)Fig.4 Variation trend of tobacco leaf water content under different treatments(2020)

失水率隨烘烤時間的增加不斷增大,72 h內(nèi)失水速率最大。一般認為,在煙葉烘烤時,在失水率達40%時,煙葉變黃階段結(jié)束,下層靠近加熱室位置的6號點達到該含水量時所用烘烤時間最短,煙葉烘干最快,中層中間位置的4號點所用烘烤時間最短,上層靠近加熱室2 m位置1號點所用時間最短,3號點時間最長。在煙葉葉片全干時,失水率75%左右,定色階段完成;各測試點煙葉失水快慢與變黃階段規(guī)律一致(圖5)。從表2可以看出,各處理間分別達到20%、30%、40%、50%失水率時,下、中、上層烘干最快的位置分別為6號點、4號點、1號點。

表2 不同測試點各煙葉失水變化規(guī)律

圖5 不同處理下煙葉失水率的變化趨勢(2020)Fig.5 Variation trend of tobacco leaf water loss rate under different treatments(2020)

由上述結(jié)果可以得到,烤房下、中、上3個位置中的6號點、4號點、3號點,即底層近加熱室2m(下)、中層中間(中)、頂層近大門2 m(上)位置,煙葉失水速率分別為最快、中等、最慢。

2021年由篩選出3個處理的試驗結(jié)果進一步驗證了上年結(jié)果。由圖6可知,在烘烤0～48 h,葉片總水分含量下降緩慢,其中處理T1(下部)失水速率相對最快;在烘烤48～96 h(定色期),葉片總水分含量快速下降。隨烘烤時間的增加,達到同一含水量和失水率,處理T1所用時間最短,其次是處理T2,最慢的是處理T3。從表3可以看出,各處理間分別達到20%、30%、40%、50%失水率時,處理T1所用時間均最短,其次是處理T2,時間最長的是處理T3。

表3 不同測試點各煙葉失水變化規(guī)律

圖6 不同處理下煙葉水分變化趨勢(2021)Fig.6 Variation trend of tobacco leaf moisture under different treatments(2021)

通過對各處理下的溫、濕度同步觀測可知,溫、濕度的變化規(guī)律與各處理烘烤時間長短一一對應(yīng)。溫度和相對濕度極大影響了煙葉的失水速率和水分含量,烘烤前期,不同處理的煙葉水分含量相差較小,中、后期則相差較大,烘烤過程中處理T1的溫度高于處理T2,最低的為處理T3;濕度趨勢則相反,處理T1濕度最低,其次是處理T2,最高為處理T3,較低相對濕度烘烤失水快,煙葉水分含量小(圖7)。

圖7 不同處理下煙葉溫、濕度變化趨勢(2021)Fig.7 Variation trend of tobacco leaf temperature and humidity under different treatments(2021)

2.3 不同溫濕度組合對煙葉失水速率的影響在烘烤過程中,干球溫度38 ℃時,濕球溫度在35、36、37、38 ℃,分別對應(yīng)不同的相對濕度,查詢不同位置點溫濕度,計算該溫濕度段的失水速率。隨著相對濕度的增加,煙葉失水速率減小(表4)。

表4 不同測試點變黃期各溫度對應(yīng)的濕度及失水速率

在煙葉烘烤變黃階段,煙葉失水率一般達35%～40%。通過對不同位置實測的溫濕度及計算得出的失水速率可得(表4),38 ℃時,處理T3烤房平均相對濕度最大,失水速率最小,而處理T1時平均相對濕度最小,失水速率最大;40 ℃時,烤房內(nèi)不同位置平均濕度差異較小,處理T3的失水速率最低,處理T1最高;42 ℃時,變黃后期,處理T2的烤房平均相對濕度最大,失水速率最低的為處理T3,最大的為處理T1。變黃期不同溫度條件下,煙葉失水速率均在處理T3時最低,處理T1最高,一定程度上濕度增大的同時煙葉失水速率變小。各處理間差異說明變黃階段烤房中、上層位置相對濕度較大,失水速率則呈相反趨勢,這與上述結(jié)果基本一致。變黃初期烤房各位置溫濕度差異較大,隨著溫度升高,煙葉水分向外擴散,失水率增加,各處理間失水速率差異逐漸變大,空間相對濕度差異則變小。

定色階段47及52 ℃時各處理間平均相對濕度差異逐漸減小(表5),結(jié)果導(dǎo)致煙葉失水速率差異不大;煙葉干燥進程差異主要來源于變黃階段失水快慢。

表5 不同測試點定色期各溫度對應(yīng)的濕度及失水速率

2.4 不同失水過程對烤后煙葉質(zhì)量的影響

2.4.1外觀質(zhì)量。由表6可知,處理T1烤后中部煙葉的顏色、成熟度、身份、油分、色度均最小,葉片結(jié)構(gòu)處理間無差異。此外,處理T1的外觀質(zhì)量總分最低,處理T2最高,處理T2及處理T3無明顯差異,說明中部煙葉烘烤失水較快外觀質(zhì)量受到一定影響。

表6 不同測試點對烤后煙葉外觀質(zhì)量的影響

2.4.2化學(xué)成分。由表7可知,烤房下、中、上層烤后的中部煙葉煙堿含量在處理T1時最高,處理T3時最低,還原糖含量則相反,糖堿比和還原糖趨勢一致。說明烤房下層相對于中、上層失水速率增大的同時,煙葉煙堿含量變大,還原糖含量下降,造成煙葉糖堿比降低。

表7 不同測試點對烤后煙葉化學(xué)成分的影響

2.4.3感官評吸。對影響感官評吸結(jié)果的各指標(biāo)(香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、勁頭、濃度、刺激性、余味、甜度)進行分析,結(jié)果表明,中部煙葉C3F中的香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、余味、甜度均在處理T1時最低,且在處理T3時達到最大,總分值表現(xiàn)趨勢一致。由于處理T1煙堿含量大,造成處理T1勁頭在3個處理中最大,濃度則以處理T2最大(表8)。

表8 不同測試點對烤后煙葉感官評吸的影響

3 討論

該研究結(jié)果表明,K326品種鮮煙葉烘烤過程前期(0～48 h)失水少且速度較慢,中期(48～96 h)失水多且速度快,后期失水又變少且失水速度慢,且烘烤過程失水環(huán)境溫濕度條件不同,煙葉的失水速率變化的差異相對較大,該研究各處理煙葉水分變化趨勢與其一致[14]。

煙葉烘烤過程中,溫度和相對濕度都是影響煙葉失水速率和水分含量的主要因素[20-21],該研究中,烘烤前期不同位置烤房溫濕度存在差異,中后期基本一致。烤房上中下位置各測試點中、下部處理烘烤時間短于其他處理,可能是因為下部烤房與加熱室距離近,濕度較低,有利于煙葉烘干,這與宮長榮[16]的研究結(jié)果基本相同。變黃和定色階段,控制適宜的溫濕度組成來調(diào)節(jié)烘烤工藝參數(shù),以達到改善煙葉質(zhì)量的目的[22-25]。在溫度不變時,烤房內(nèi)的空氣相對濕度較低,空氣的飽和差越大,煙葉水分蒸發(fā)越容易,反之則越難。該研究中變黃期和定色期處理T1的濕度最小,失水率最大,烤房中、上層位置濕度大,蒸發(fā)不易,失水困難,失水率變小的同時,也造成烘烤時間相對延長,與溫濕度實時觀測數(shù)據(jù)及煙葉含水量變化趨勢一致。

密集烤房內(nèi)不同烘烤工藝處理對煙葉烤后外觀質(zhì)量、內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)和感官質(zhì)量有一定影響[26-27]。該研究中,處理T1由于靠近加熱室,溫度高,濕度小,處理T2和處理T3位于烤房中部和遠加熱室區(qū)域,溫度低、濕度大,烘烤時間相對延長。處理T1條件下煙葉失水速率高于其他處理,缺少水分參與,煙葉內(nèi)部各種生理生化變化和各種生物大分子的轉(zhuǎn)化不充分,造成烤后煙葉內(nèi)部外觀質(zhì)量、化學(xué)成分及感官質(zhì)量明顯下降,品質(zhì)低于處理T2及處理T3。該研究結(jié)果表明,處理T2、處理T3外觀質(zhì)量顏色、成熟度、身份、葉片結(jié)構(gòu)、油分、色度以及總分值明顯高于處理T1;化學(xué)成分中兩糖含量也較高,處理T1煙堿含量最高,糖堿比以處理T3最大;感官評吸結(jié)果中香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、余味、甜度均在處理T1時最低,且在處理T3達到最大,綜合上述分析,上層遠離加熱層的處理T3烤后煙葉外觀質(zhì)量較好,化學(xué)成分協(xié)調(diào),感官評吸最優(yōu)。

4 結(jié)論

氣流上升式密集烤房中,底層近加熱室2 m(下)、中層中間(中)、頂層近大門2 m(上)位置煙葉烘烤過程失水差異明顯。烘烤階段96 h以內(nèi),下層近加熱室2 m位置,溫度高、濕度小,煙葉失水干燥進程最快;上層近大門2 m位置,溫度低、濕度大,煙葉干燥進程明顯滯后。從中部葉烤后煙葉質(zhì)量來看,失水干燥較慢的處理烤后煙葉外觀質(zhì)量較好、嗅香明顯、化學(xué)成分協(xié)調(diào),感官評吸香氣質(zhì)好、香氣量足、煙氣濃度濃、甜度明顯、香氣透發(fā),工業(yè)可用性顯著增強。因此,可以通過優(yōu)化烤房配套通風(fēng)排濕系統(tǒng)來提升烤房內(nèi)氣流循環(huán)的均勻性,從而為煙葉烘烤營造更加適宜的環(huán)境條件,以達到提高烘烤煙葉品質(zhì)的目的。