散叶烘烤过程中叶间隙风速变化的影响因素分析

路晓崇，苏家恩，裴晓东，孙 谋，李生栋，李 帆，贺 帆，宋朝鹏

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002； 2.云南省烟草公司大理州公司 云南 大理 671000； 3.湖南省烟草公司浏阳市分公司，湖南 浏阳 410300)

散叶烘烤过程中叶间隙风速变化的影响因素分析

路晓崇1，苏家恩2，裴晓东3，孙 谋1，李生栋1，李 帆3，贺 帆1，宋朝鹏1

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002； 2.云南省烟草公司大理州公司 云南 大理 671000； 3.湖南省烟草公司浏阳市分公司，湖南 浏阳 410300)

为研究烘烤过程中影响叶间隙风速变化的主导因素，对烘烤过程中不同棚次的温度、相对湿度(RH)、水气压亏缺(VPD)以及叶间隙风速进行监测记录，并及时取样测定叶片与主脉含水率，并对不同阶段的烤房内的空气温度、相对湿度、水气压亏缺以及烟叶含水率与风速进行通径分析，结果表明，烘烤过程中叶间隙风速以及温度等4个烘烤环境参数与烟叶含水率的变化均表现为下棚>中棚>上棚，且在循环风机高速运行阶段差异较大。下棚烟叶在循环风机低速运转阶段I时的水气压亏缺与叶片含水率对叶间隙风速有较大的直接影响，直接通径系数分别为-0.382 6与0.350 9；循环风机高速运行阶段影响整个烤房叶间隙风速变化的主导因素是温度与主脉含水率，直接通径系数分别为-0.808 7与0.742 3；循环风机低速运行阶段II时的温度为影响整个烤房烟叶间隙风速变化的主导因素，直接通径系数为0.922 0。

烤烟烘烤；叶间隙风速；影响因素；通径分析

随着密集烤房推广力度的不断加大，烟叶烘烤用工大大减少，烘烤效率大幅度提高，但密集烤房烘烤也存在着一定的问题。由于装烟密度以及装烟方式的改变，使得烘烤的难度系数增加，尤其是散叶烘烤，排湿困难，烤坏烟概率大[1]。与传统烟竿烘烤相比，烤后烟叶质量多表现为颜色浅淡、光滑、组织结构紧密等现象，香气量不足，吃味辛辣等问题，使得原料可用性较差[2]。密集烘烤是通过强制通风来实现烟叶的变黄与干燥。研究表明，热风风速的大小对农产品加工效率与质量有很大的影响[3-5]。前人对烘烤过程中叶间隙风速的变化以及对烟叶质量的影响进行了大量的研究，并取得了一定的成绩，宫长荣等[6]研究表明,通风与烟叶干燥关系密切，并且均影响烟叶的香吃味，在烟叶烘烤中，正确选用热风循环风机可以适时调控叶间风速，明显降低房内纵向温差，使平面温度均匀，及时排除烟叶表面水分和促进烟叶内部水分蒸发[7-10]。胡志忠等[11]，艾复清等[12]利用变频风机实现风速的调控，结果表明，适宜变频风机频率能明显提升烤后烟叶质量，而现行密集烤房的风机转速仅有高速1 440 r·min-1与低速960 r·min-12个档次，对烟叶品质的彰显略有不利[2]。除循环风机外，烟叶自身因素(内因)与热空气性质(外因)等均会对风速变化有一定的影响[6,13]，但关于影响风速变化因素的相关研究鲜见报道。因此，通过对前人的研究进行分析，最终总结出影响叶间隙风速变化的若干因素，包括烟叶叶片与主脉的含水率与装烟室空气的温度、相对湿度以及水气压亏缺(VPD)等6大因素[6-10]，因此，对烘烤过程中不同阶段的风速变化的一系列影响因素进行研究，旨在调控烘烤过程中叶间隙风速变化，提高烟叶烘烤质量，增加原料可用性，并对精准烘烤的实现提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

试验于2014年在湖南省浏阳市永安镇永和工场进行，供试品种为G 80，前茬作物为水稻，土壤肥力中上等，栽培管理规范，田间长势均匀一致，选取成熟采收的中部叶(10～12位叶)为试验对象。供试烤房为气流上升式散叶烤房，装烟室长、宽、高为8 m×2.7 m×3.5 m，装烟层数为3层，装烟容量4 500 kg左右。风机低速功率1.5 kW，高速功率2.2 kW，烘烤过程变黄中前期低风速运转(960 r·min-1)，变黄后期至定色后期高风速运转(1 440 r·min-1)，干筋期低风速(960 r·min-1)运转。1.2试验方法

试验烤房装烟松紧适宜，均匀一致，按照密集烘烤工艺进行烘烤，烘烤过程中利用烤房温湿度自控仪(由江苏科地现代农业有限公司生产)，叶温仪(由中国计量学院研发)与JTRO7B多通道风速测试仪(由北京世纪建通技术开发有限公司生产)对烤房内上、中、下3个棚次的干球温度、相对湿度以及烟叶间隙的风速进行实时监控，自控仪与风速仪在烤房点火之后启动，之后每隔4 h自动记录存储1次数据，并式根据(1)[14]，利用测得的干球温度(T)与相对湿度(RH)计算烤房的水气压差亏缺(VPD)。

(1)

式中：VPD为水气压亏缺 /kPa；RH为相对湿度 /%；T为烤房温度 /℃

烘烤过程中每隔4 h取1次样，每次从3个棚次中各取烟叶10片用剪刀将叶片与主脉剥离，利用杀青烘干法[12]，分别测量烟叶叶片和主脉的含水率。

2 结果与分析

2.1不同棚次风速、温度、相对湿度、水气压亏缺以及烟叶含水率的变化

依据烘烤过程中循环风机的运转情况将烘烤分为3个阶段：循环风机低速运转阶段I(960 r·min-1，简称低速I)、循环风机高速运转阶段(1 440 r·min-1，简称高速)与循环风机低速运转阶段II(960 r·min-1，简称低速II)。由图1可知，烘烤过程中不同棚次风速的变化表现为“U”型变化，风速大小表现为下棚>中棚>上棚；在烘烤进行80 h左右叶间隙的风速达到最低值，主要是由于烟叶充分发软主脉失水。烘烤过程中温度在烘烤开始5～132 h呈直线增加趋势，132～150 h以较大速率增加，不同棚次温度变化表现为下棚>中棚>上棚。不同棚次的相对湿度均逐渐降低，烤房热空气的干燥能力不断增强，3个棚次差异比较大，出现在循环风机高速运行阶段，其中下棚与中棚差异较小；而上棚相对湿度降低速率相对比较缓慢。不同棚次烟叶间热空气的水气压亏缺表现为循环风机低速运行阶段I，三者之间几乎没差异；循环风机高速运行阶段，三者之间差异比较明显，尤其是上棚与下棚，中棚与下棚在烘烤的50～96 h差异较大，与上棚在烘烤进行100 h之后有较大差异；循环风机低速运行阶段II，3个棚次均有较大差异，烘烤接近结束后三者之间无明显差异。3个棚次的叶片含水率在循环风机低速运行阶段I差异较小，在整个循环风机高速运行阶段差异较大，叶片的失水速率表现为下棚>中棚>上棚，尤其是在40～96 h，之后随着烟叶失水进入减速干燥阶段，失水速率减慢，且下棚与中棚于烘烤进行第120 h几乎同时完成叶片干燥，但上棚烟叶叶片完成干燥相对较晚。主脉的干燥与叶片的干燥有相似的规律，但干燥时间较长。在循环风机高速阶段，下棚主脉的失水速率基本为直线下降，而中棚与上棚烟叶主脉同时期失水速率较小。

图1 烘烤过程中各烘烤参数以及烟叶含水率的变化Fig.1 The change of curing parameters and water content of tobacco leaves in curing process

2.2温度、相对湿度、水气压亏缺以及烟叶含水率等烘烤环境与叶间隙风速的通径分析

烤烟烘烤的原则为以控制高温层烟叶温湿度为主，协调中温层与低温层烟叶温湿度为辅。由于供试烤房为气流上升式烤房，因此，以下棚烟叶作为控制对象。对烘烤过程中下棚烟叶不同阶段的温度、相对湿度、水气压亏缺以及烟叶含水率与叶隙风速进行通径分析(表1)，结果表明，循环风机低速运转阶段I，干球温度、相对湿度、水气压差亏缺、烟叶叶片以及主脉的含水率等5个因素对叶间隙风速的影响程度相差不大，其中水气压亏缺的直接影响作用最大，直接通径系数为-0.382 6，温度等其他4个因素通过水气压亏缺对风速有较大的间接影响；虽然温度等其他4个因素通过叶片含水率对风速间接影响相对略小，但叶片含水率对夜间风速的变化有较大的影响，直接通径系数为0.350 9；温度对叶间隙风速的直接影响作用最小，直接通径系数为0.270 6。可知,此阶段影响风速变化的主要因素为烤房空气的水气压亏缺与叶片含水率。

循环风机高速运转阶段，各因素对叶间隙风速的影响均为负影响，表明随因素数值增加，叶间隙风速呈较小趋势。烤房温度对叶间隙风速变化的影响作用最大，直接通径系数为-0.808 7，且叶片含水率等其他4个因素通过烤房温度对叶间隙风速的变化均有加大影响；主脉含水率对叶间隙风速变化的影响程度次之，直接通径系数为-0.742 3，温度等其他4个因素通过主脉含水率对叶间隙风速的变化也有加大影响；空气水气压亏缺对叶间隙风速的变化影响最小，直接通径系数为-0.125 7；主脉含水率与空气相对湿度对叶间隙风速变化的影响程度与循环风机低速运转阶段I有所增加。可知,此阶段对叶间隙风速变化影响的主导因素为温度与主脉含水率。

循环风机低速运转阶段Ⅱ，各个影响因素中叶片含水率对叶间隙风速的直接影响作用最小，直接通径系数为0.096 1，烤房温度对叶间隙风速的影响作用达到最大，直接通径系数为0.922 0，且其他因素通过温度对叶间隙风速也有较大的间接影响，表明随着温度的增加,叶间隙风速逐渐增加；主脉含水率与叶间隙风速的直接通径系数为-0.526 9；相对湿度对叶间隙风速的影响在整个烘烤过程中达到最低，直接通径系数为0.175 6。因此,循环风机低速运转阶段Ⅱ对叶间隙风速变化的主导因素为烤房温度。

表1 烘烤过程中温度、相对湿度、水气压亏缺以及烟叶含水率与叶间隙风速的通径分析Table 1 The path analysis of relative humidity,vapor pressure deficit and water content of tobacco leaves with the wind speed of leaves gap

续表Continuing table

注：划横线的数据表示该因素对风速的直接通径系数。
Note:The underlined data were directed path coefficient．

3 结论与讨论

对烘烤环境与烟叶水分变化进行研究，结果表明,烘烤过程中风速、温度、相对湿度以及水气压亏缺(VPD)的变化均表现为下棚>中棚>上棚，且不同棚次在循环风速高速运行阶段差异最大，这与宫长荣等[6]的研究结果是一致的。烟叶含水率的变化与烘烤环境的变化表现一致，这与裴晓东等[15]的研究基本一致。再者叶间隙风速的大小对烟叶的质量形成有较大影响，然而,本研究的烤房风速与詹军等[16]的研究结果相比表现略低，可能是由于装烟方式的不同引起的。

对不同烘烤阶段影响叶间隙风速变化的因素研究表明,循环风机低速运转阶段I，空气水气压亏缺(VPD)与叶片含水率对叶间隙风速变化有较大影响，此时期烘烤的主要任务是促进烟叶变黄[17]，烤房内的烟叶处于相对独立的环境[18]，烟叶叶片水分含量充足，空气水气压亏缺(VPD)相对较小，空气的干燥能力较弱。随着烘烤进行，叶片含水率与空气水气压亏缺(VPD)逐渐变化对叶间隙的风速变化有一定的影响。但烤房内的温度、相对湿度以及主脉含水率变化很小，因此,对叶间隙的风速影响不大。

循环风机高速运行阶段，影响叶间隙风速变化的主导因素是温度与主脉含水率，风速作为烤房内温度与水分的载体[19]，在烘烤过程中将能量传递给烟叶的同时将烟叶中排出的水分带出烤房[20]，随着温度的升高，空气水气压亏缺(VPD)不断增加，空气的干燥能力大幅提高，导致烟叶的失水速率增加，尤其是烟叶主脉水分，而主脉中的水分散失的方式是通过导管输送到叶片，并在温度梯度的作用下散失到空气中实现的。烟叶形态结构进一步发生变化，对风速的阻力增加，再者随着烟叶水分的不断散失，空气中绝对含湿量增加[19]，进一步降低了风速。这与宫长荣等[6]的研究结果是一致的。

在循环风机低速运行阶段Ⅱ，温度为影响整个烤房烟叶间隙风速变化的主导因素，烟叶烘烤定色后期到干筋期的主要任务是部分叶片的干燥与主脉的干燥[21]，此时烤房的相对湿度与叶片含水率已非常低，空气水气压亏缺(VPD)随着干球温度的升高不断升高，空气的干燥能力逐渐增强，对叶间隙风速的变化影响程度逐渐增加，由于烟叶的形态结构基本稳定，对叶间隙风速的影响也相对稳定。但温度的增加，烟叶主脉不断干燥，空气的绝对含湿量不断变化。使得风速不断发生变化，温度越高变化越快[21]。

通过对烘烤过程中叶间隙的研究可知，不同时期影响叶间隙风速变化的主导因素不同，其中温度对风速的影响作用最大，烟叶含水率对风速变化影响次之，相对湿度与水气压亏缺影响较小。生产中可以利用影响因素调整叶间隙风速，进而提高烟叶质量，增加经济效益。

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(责任编辑：常思敏)

Analysisofinfluencingfactorsforthechangeofthewindspeedofleavesgapinloosetobaccocuringprocess

LU Xiaochong1,SU Jiaen2,PEI Xiaodong3,SUN Mou1,LI Shengdong1,LI Fan3,HE Fan1,SONG Chaopeng1

(1.College of Tobacco Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 45002,China; 2.Dali Municipal Tobacco Company,Dali 671000,China; 3.Liuyang Municipal Tobacco Company,Liuyang 410300,China)

In order to research the key influencing factors for the change of wind speed of leaves gap in different cured stage about the curing process,the wind speed of leaves gap,the temperature,the relative humidity (RH) and the vapor pressure difference (VPD) of the hot air of different shed times were recorded all the time,and the moisture content of leaves and main veins were measured,then the path analysis of the temperature,the relative humidity (RH),the vapor pressure difference,the moisture content of leaves and main veins with the wind speed of leaves gap were researched about different stage in the curing process.The results showed that the winding wind speed of leaves gap and other factors were the lower shed > the middle shed> the upper shed,moreover,there were significant difference in three sheds about the winding wind speed of leaves gap and other factors in the high speed stage of circulating blower working.The moisture content of leaves andVPDhad more important direct influence on the leaves gap wind speed in the low speed I stage of circulating blower working,and the direct path coefficient was -0.382 6 and 0.350 9; The leading factors were the moisture content of main veins and temperature which influence the change of wind speed of leaves gap,and the direct path coefficient was-0.808 7 and 0.742 3 in the high speed stage of circulating blower working about tobacco in the lower shed.The leading factor was temperature which influences the change of wind speed of leaves gap,and the direct path coefficient was 0.922 0 in the high speed stage of circulating blower working.

tobacco curing; wind speed of leaves gap; influence factors; path analysis

S 572

：A

2015-12-07

中国烟草总公司云南省公司资助项目(2015YN20);湖南省烟草公司长沙市公司资助项目(2013006)

路晓崇(1988-)，男，河南漯河人，硕士研究生，主要从事烟叶调制生理研究。

宋朝鹏(1978-)，男，河南邓州人，副教授。

1000-2340(2016)03-0353-06