四层密集烤房下变频调速对烤后上部烟叶香气质量的影响

詹军，周芳芳，朱海滨，董石飞，饶智，王柱石，张晓龙

(1.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明　650106；2.红云红河烟草(集团)有限责任公司，云南 昆明　650202)



四层密集烤房下变频调速对烤后上部烟叶香气质量的影响

詹军1，周芳芳1，朱海滨2，董石飞2，饶智2，王柱石1，张晓龙1

(1.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明650106；2.红云红河烟草(集团)有限责任公司，云南 昆明650202)

【目的】 为了更好地彰显四层密集烤房烤后烟叶的香气品质和优化其烘烤工艺.【方法】 研究了四层密集烤房下不同风机频率对烤后上部烟叶不同分子量致香物质含量和感官评吸质量的影响，同时对三层密集烤房和四层密集烤房烤后烟叶的致香物质和感官评吸质量进行对比分析.【结果】 各变频处理的小分子量和中等分子量致香物质含量在降低风机频率后都有所增加，而大分子致香物质含量只有在定色前期(42～47 ℃)增加风机频率后才有所增加；与常规四层密集烤房(对照)相比，T1(变黄前期、中期、后期，定色前期、中期、后期，干筋前期、后期的风机频率依次为35、40、45、55、35、30、30、30 Hz)和T3(变黄前期、中期、后期，定色前期、中期、后期，干筋前期、后期的风机频率依次为35、35、40、55、35、25、25、25 Hz)处理的大分子致香物质含量分别显著增加了4.25%、3.35%，小分子致香物质含量极显著增加了7.04%、7.61%，致香物质总量显著增加了5.06%、3.83%，而T1中等分子量致香物质的含量较对照显著增加15.07%.【结论】 在密集烘烤过程中必须根据烤房规格和装烟量选择合适风机频率，在四层密集烤房下以T1和T3处理烤后烟叶的香气质量表现较好.

烤烟；四层密集烤房；叠层装烟；变频调速；上部叶；分子量；香气质量

特色优质烟叶的重要特征就是烟叶的香气量大、香气质纯、香型突出，烟叶的香气质量是烟叶质量和特色的核心内容.但是目前我国烟叶的香气质量与进口烟叶相比，无论是在香气质的纯正程度上，还是香气量的多寡上均有明显的差距[1].上部烟叶约占单株烤烟产量的40%，对烤烟总体质量和产量均有很大的影响，在烟叶原料生产中有着极其重要的作用[2-3].但是，我国各烤烟产区上部叶不同程度存在糖碱比低、内在化学成分不协调、香气风格不突出、刺激性较大、吸食品质和可用性降低等突出问题[4-6].随着卷烟焦油含量的不断降低，对烟叶原料的香气质量提出了更高的要求，如何最大限度地提高烟叶的香气品质，尤其是上部烟叶的可用性是卷烟原料生产的客观要求，也是摆在烟草科技工作者面前的一项重要任务.烘烤调制作为烤烟原料生产中的关键环节之一，其对烟叶香气质量的形成和彰显起着举足轻重的作用，而影响烟叶香气质量的烘烤因素主要有烟叶的成熟度[7-8]、装烟密度[9-10]、烘烤调制设备[11-12]、烘烤工艺条件[13-14]、脱水干燥速度[15-17]、烤房内风速[15，18]等，烤房内适度通风能明显减小烤房内平面和垂直温、湿度差，利于烟叶均匀变黄和干燥[19].烤房内部风速作为烘烤环境条件的一方面，对烟叶烘烤质量的形成起着重要的作用，其对烤后烟叶的外观质量和感官品质有显著的影响[16，20].烤房内部环境中风速的主要影响因素就是装烟密度和循环风机，通过应用变频器来控制循环风机，进而控制烤房内部环境中的风速已经被前人研究[21-25]证明是可行的，其不仅能够合理调节风机风速、节能降耗，而且能够在一定程度上改善烟叶的内外在品质.但这些研究均集中在标准三层密集烤房上，而有关变频调速技术在四层密集烤房(叠层装烟)中的应用，尤其是对上部烟叶不同分子量致香物质含量影响的研究在国内外尚未见报道.鉴于此，本试验通过研究四层密集烤房烘烤过程中不同风机频率及转速对上部烟叶不同分子量致香物质含量和感官评吸质量的影响，并探讨不同分子量致香物质在四层密集烤房和三层密集烤房烤后烟叶中的分布情况，旨在为变频调速技术在四层密集烤房中的推广和烘烤工艺的优化提供依据.

1　材料与方法

1.1试验材料

试验于2012年在云南省昆明市石林彝族自治县云烟印象庄园进行.试验田地势较平坦，前作小麦，红壤土，试验田肥力：pH(6.31±0.32)、有机质含量(20.94±1.64)g/kg、全氮(1.01±0.19)g/kg、全磷(0.93±0.16)g/kg、全钾(2.03±0.16)g/kg、碱解氮(63.51±5.89)mg/kg、速效磷(13.48±4.13)mg/kg、速效钾(182.19±28.08)mg/kg.供试烤烟品种为‘K326’，5月10日移栽，以上部叶(16～18位叶)为试验材料.供试烤房均为气流下降式密集烤房，装烟室规格均为8 m×2.7 m×3.2 m，其中四层密集烤房5座，2路4层，底层高度110 cm(距离地面)，顶层高度290 cm(距离地面)，层距60 cm；三层密集烤房一座，2路3层，底层高度110 cm(距离地面)，顶层高度260 cm(距离地面)，层距75 cm.配置循环风机为7号轴流风机，电机额定频率为2.2 kW，额定转速为1 440 r/min，5台电机均配备日本三恳变频器，可在0～55 Hz范围内连续调速.田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行.烟叶成熟时按照叶位单叶采收.

1.2试验设计

试验共设置6个处理(表1)，其中CK-3为采用常规风机频率的3层密集烤房，CK-4为采用常规风机频率的四层密集烤房，T1、T2、T3、T4处理为采用试验设计风机频率的四层密集烤房.烟叶按成熟标准采收后，挑选成熟度、大小基本一致的叶片，按每竿140～150片绑竿标记，分别挂置在四层密集烤房每一层距离装烟室门口各2、4、6 m处，每层6竿.各处理烟叶采自同一地块，并在同一天内完成采收、编烟、装炕与开烤.各处理烘烤工艺均严格按三段式烘烤工艺进行.回潮后按文献[29]中的方法对标记烟叶进行分级，取B2F(上橘二)2.0 kg，各处理3次重复；每份样品混匀后，将每片烟叶去除叶尖和叶基部各1/3部分后沿主脉一分为二，一半烟叶除去主叶脉后测其致香物质；另一半烟叶切丝混匀卷烟作为评吸样品.

表1　不同处理风机频率设置Tab.1　Fan frequency of different treatments　 Hz

1.3致香物质的提取、分析及分类

致香物质的测定采用GC/MS法，测定仪器型号Agilent GC6890N/MS5975I，产地美国安捷伦公司.样品处理与GC/MS分析条件参考文献[27]，其中内标化合物采用萘.致香物质的分类方法参考文献[28].

1.4烟叶评吸鉴定

将各处理烟叶切丝后卷制成长70 mm、圆周24.5 mm的烟支，经过挑选、平衡水分后，由红云红河烟草(集团)有限责任公司技术中心、云南瑞升烟草技术(集团)有限公司组织评吸专家根据“YC/T138-1998烟草及烟草制品感官评吸方法”，采用“9分制”对香气质、香气量、杂气、浓度、刺激性、余味、燃烧性、灰色、使用价值进行赋值量化，劲头以文字描述，不计得分.烤烟感官质量综合评价指标为香气质、香气量、刺激性、余味、杂气，各指标权重依次为0.30、0.30、0.08、0.15、0.17，并以指数和法[29]计算烤烟感官质量总体状况.

1.5数据处理

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理；采用SPSS 17.0进行统计分析；采用Duncan's法进行多重比较.

2　结果与分析

2.1不同风机频率对上部烟叶大分子致香物质含量的影响

从表2可以看出，与常规四层密集烤房(对照)相比，T1和T3处理的大分子致香物质含量分别显著增加了4.25%、3.35%，而T2、T4处理较对照均有下降，但只有T2处理达到极显著水平.对两种正常风机频率下的三层密集烤房和四层密集烤房烤后上部烟叶进行分析发现，四层密集烤房下的大分子量致香物质总含量，新植二烯、除新植二烯总含量均高于三层密集烤房，但是差异不显著；三层密集烤房处理中有8种大分子致香物质含量低于四层密集烤房，其中金合欢基丙酮A、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、寸拜醇、植醇、西柏三烯二醇、金合欢基丙酮B含量极显著低于四层密集烤房，而棕榈酸、亚麻酸甲酯、3-氧代-α-紫罗兰醇含量极显著高于四层密集烤房.可见，不同风机频率和不同烤房对大分子致香物质含量均有较大的影响.

表2　不同风机频率下上部烟叶大分子致香物质的含量Tab.2　Content of aroma components with large molecular weight of upper flue-cured tobacco leaves by different fan frequency　(μg·g-1)

同行数据肩标不同小写字母、大写字母分别表示差异达0.05和0.01水平显著.

2.2不同风机频率对上部烟叶中等分子致香物质含量的影响

从表3可以看出，与常规四层密集烤房相比，中等分子量致香物质的含量均有提高，但是提升效应有差异，其中T4和T1处理分别提高了19.81%和15.07%，差异显著(P<0.05).T2和T3处理与对照的差异不显著.常规风机下的三层和四层密集烤房相比，氧化异佛尔酮、苯并[b]噻吩、香叶基丙酮、丁基化羟基甲苯、巨豆三烯酮A、巨豆三烯酮B含量表现为四层密集烤房显著高于三层密集烤房，而2,6-壬二烯醛、十四醛、茄那士酮含量则反之，其余物质在两种烤房间的差异并不显著.

表3　不同风机频率下上部烟叶中等分子致香物质的含量Tab.3　Content of aroma components with middle molecular weight of upper flue-cured tobacco leaves by different fan frequency　(μg·g-1)

同行数据肩标不同小写字母、大写字母分别表示差异达0.05和0.01水平显著.

2.3不同风机频率对上部烟叶小分子致香物质含量的影响

从表4中可以看出，与对照(常规四层密集烤房)相比，除T2处理的小分子致香物质总含量略有下降外，T1、T3、T4较对照分别增加了7.04%、7.61%、10.84%，差异极显著(P<0.01)；各处理的小分子量致香物质含量与对照相比均有不同程度地增减，其中含量较高的苯甲醇表现为变频处理极显著低于对照.常规风机下的三层和四层密集烤房相比，丁内酯、4-吡啶甲醛、苯甲醇、1-(3-吡啶基)-乙酮、苯乙醇、2,3-二氢苯并呋喃、吲哚含量表现为四层密集烤房高于三层密集烤房，而1-戊烯-3-酮、3-羟基-2-丁酮、吡啶、面包酮、糠醛、糠醇、2-环戊烯-1,4-二酮、1-(2-呋喃基)-乙酮、2-吡啶甲醛、5-甲基糠醛、苯乙醛、1-(1H-吡咯-2-基)-乙酮含量则反之，其余物质在两种烤房间无显著性差异.

表4　不同风机频率下上部烟叶小分子致香物质的含量Tab.4　Content of aroma components with small molecular weight of upper flue-cured tobacco leaves by different fan frequency　(μg·g-1)

同行数据肩标不同小写字母、大写字母分别表示差异达0.05和0.01水平显著.

2.4不同风机频率对上部烟叶不同类型致香物质含量的影响

从表5可以看出，与常规四层密集烤房相比，T1处理的致香物质总量较对照显著增加了5.06%，T3处理增加了3.83%；叶绿素降解产物和质体色素降解产物含量表现出相同的规律，均为T3>T1>CK-4>T4>T2，T3、T1处理的质体色素降解产物含量分别较对照提高了3.60%(T3)和3.33%(T1)；苯丙氨酸类致香物质、棕色化反应产物、致香物质总量(除新植二烯)均表现为T4>T1>T3>CK-4>T2，其中T4、T1、T3处理的各类物质较对照分别增加了9.40%、4.24%、3.78%(苯丙氨酸类致香物质)，21.14%、15.40%、7.77%(棕色化反应产物)，17.09%、16.85%、6.34%(致香物质总量(除新植二烯))；类西柏烷类和其他类致香物质含量表现为T1>T4>T3>CK-4>T2，其中T1、T4、T3处理的各类物质较对照分别增加了29.29%、11.93%、5.11%(类西柏烷类致香物质)，38.81%、30.80%、9.94%(其他类致香物质).常规风机下的三层和四层密集烤房相比，只有棕色化反应产物和其他类致香物质含量表现为三层密集烤房显著高于四层密集烤房，其余致香物质含量均以四层密集烤房较高，其中类胡萝卜素降解产物、苯丙氨酸类致香物质含量表现为四层密集烤房极显著高于三层密集烤房.

表5　不同风机频率下上部烟叶不同类型致香物质的含量Tab.5　Content of different types aroma components of upper flue-cured tobacco leaves by different fan frequency　(μg·g-1)

同行数据肩标不同小写字母、大写字母分别表示差异达0.05和0.01水平显著.

2.5不同风机频率对上部烟叶感官评吸质量的影响

从表6可以看出，只有T2处理的感官评吸质量与CK-4相比有所降低，其余变频处理均较常规风机频率下的四层密集烤房有所改善，尤以T1和T3处理表现较为突出.整体上，T1处理烤后烟叶的香气质较细腻、柔和，香气量较充足，杂气较轻，烟气浓度较浓，刺激性较小，余味较干净舒适，微有残留，稍生津，燃烧性较好，劲头较大，整体使用价值高；T3处理烤后上部烟叶的香气质稍细腻，香气量较足，杂气稍轻，微有枯焦杂气，烟气浓度较浓，刺激性稍小，余味稍好，稍有残留，微生津，燃烧性稍好，劲头中偏大，整体使用价值较高.常规风机下的三层和四层密集烤房相比，三层密集烤房烤后烟叶只有香气质指标的得分略高于四层密集烤房，其他指标的表现均差于四层密集烤房.

表6　不同风机频率对烤后上部烟叶的感官评吸质量Tab.6　Smoking quality of different fan frequency in upper leaves from flue-cured tobacco

3　讨论

烟叶在烘烤过程中的脱水速度与烟叶香吃味的关系极度密切，烤后干烟叶的外观品质虽然不会有明显的差异，但内在品质则有相当大的变化，脱水过快、过慢的程度越大，香吃味降低越严重.如果变黄阶段烟叶脱水过多，即使烟叶变黄程度良好，烤后仍表现香吃味平淡，并有强烈的苦涩味和青杂气；如果变黄阶段脱水适当，而定色阶段脱水过快，则干烟有辛辣味，刺激性强，烟气粗糙.反之，如果变黄或定色前期烟叶脱水速度缓慢，则烤后烟叶辛辣味和刺激性增强；如果到定色前期一直脱水迟缓，烤后烟叶的辛辣味和刺激性虽小，香味不突出[15，30].烟叶脱水速度的快慢又与烤房的进风量和烤房内的风速息息相关，在烟叶干燥期间若风速高，烤后烟叶颜色趋于柠檬黄，香气淡，辛辣味重，刺激性大；相反情况下烟叶颜色趋于深，香气和吃味浓郁.风速与烤后干叶的品质有如下趋势；风速高时，叶色趋向于柠檬黄，香味淡，辛辣味重，刺激性大，烟气粗糙；风速低时，叶色较暗，但香味、吃味浓，而高风速对烟叶香气质量的影响尤其以定色末期和干筋初期较为明显[30-31].可见，为了更好地突显烟叶的香气和改善烟叶内在品质，在密集烘烤过程中必须根据烤房规格和装烟量选择合适风机频率.王行等[32]认为云南地处高原，海拔高，大气压低，风多，空气流动快，加之烘烤季节气温低，湿度不高，烤房内外温湿差大，烤房内外气流交换快，在排湿面积相同时，云南烟区比黄淮烟区排湿能力高30%～38%.而张树堂等[33]也指出，同一规格的密集烤房，云南烟区电机功率和风机风量应比黄淮烟区稍低.叠层装烟(四层密集烤房)烘烤能明显增加装烟密度，改善烤房内气流和空气温湿度分布的均匀性，从而提高烤后烟叶质量，降低烘烤能耗成本[34-36].本研究表明，在变黄期(35～42 ℃)、定色中期(47～50 ℃)、定色后期(50～54 ℃)和干筋期(54～68 ℃)适当降低风机转速，定色前期(42～47 ℃)适当增加风机频率能够明显改善烤后烟叶的感官评吸质量，其中以T1(变黄前期、中期、后期，定色前期、中期、后期，干筋前期、后期的风机频率依次为35、40、45、55、35、30、30、30 Hz)和T3(变黄前期、中期、后期，定色前期、中期、后期，干筋前期、后期的风机频率依次为35、35、40、55、35、25、25、25 Hz)处理表现较好.

温湿度是烘烤环境的最重要因子，烟叶中的一切生理生化活动都是以水为介质进行的，烤房内的温湿度对烟叶水分和温度的影响直接决定着叶组织细胞内生化变化的速度和方向，最终影响烟叶的烘烤质量.宫长荣等[20，37]研究发现，变黄期是淀粉和色素降解的关键时期，烟叶水分是主导因子，所以在调控上，应充分利用变黄期，而变黄期的环境湿度对蛋白质降解的影响较之定色期要大，并且氨基酸含量在变黄期和定色期快速上升，其中尤以定色期氨基酸积累速度较快.可见，本研究在变黄期降低风机频率，能够延长烟叶的变黄时间，提高烟叶的变黄程度，并为烟叶内部的生理生化反应提供一个更加合适的反应环境，从而导致淀粉、色素、蛋白质等大分子物质得到充分的降解，形成一系列的小分子致香物质或者致香前提物，但是应该注意的是如果过度降低风机频率，必然会导致烤房内的水分不能及时排出烤房，那么到了定色期，就会诱导多酚氧化酶活性的升高，从而加剧酶促棕色化反应的发生.在本研究中，考虑到变黄期降低风机频率后烤房内的相对湿度较高，当进入定色前期后采取较对照稍高的风机频率(55 Hz)处理(T1、T3)能够快速地将烤房内的水分及时排除，在定色中期采取较对照低但是较T2和T4处理高的风机频率(35 Hz)能够提供一个较为适宜的温湿度环境，从而更好地促进小分子致香物质和致香前体物质发生缩合形成大分子致香物质，这可能是T1和T3处理大分子致香物质高于对照和其他两个变频处理的主要原因；在干筋期，分析发现采用30或25 Hz的风机频率对不同分子量致香物质的含量影响不大.

马力等[38]曾对三层密集烤房装烟密度和变黄期的风机转速对烟叶淀粉的降解及经济性状的影响进行了研究，结果发现互作效应对烟叶淀粉和还原糖含量的影响在42 ℃末、47 ℃末、54 ℃末及烤后达到极显著水平.可见，通过变频调速来调控烟叶香气质量时的影响因素较多，本研究仅在单一装烟密度下探讨了变频调速技术对烟叶香气质量的影响，今后还应从烤烟品种、栽培条件、成熟度、装烟密度等方面入手进行讨论，并着力研究烘烤过程中具体风速和烟叶香气质量的内在关系，为今后密集烘烤的精准化控制提供理论支持.

4　结论

研究认为，在烤烟烘烤过程中根据不同烘烤阶段的烟叶变化需求而选择合适的风机频率，能够更好地突显烟叶的香气和改善烟叶内在品质.在变黄期(35～42 ℃)、定色中期(47～50 ℃)、定色后期(50～54 ℃)和干筋期(54～68 ℃)适当降低风机转速，定色前期(42～47 ℃)适当增加风机频率能够明显改善烤后上部烟叶的感官评吸质量，其中以T1(变黄前期、中期、后期，定色前期、中期、后期，干筋前期、后期的风机频率依次为35、40、45、55、35、30、30、30 Hz)和T3(变黄前期、中期、后期，定色前期、中期、后期，干筋前期、后期的风机频率依次为35、35、40、55、35、25、25、25 Hz)处理烤后烟叶的香气质量表现较好.在变黄期降低风机频率，能够延长烟叶的变黄时间，提高烟叶的变黄程度，并为烟叶内部的生理生化反应提供一个更加合适的反应环境，从而导致淀粉、色素、蛋白质等大分子物质得到充分的降解，形成一系列的小分子致香物质或者致香前提物，当进入定色前期和中期后采取稍高的风机频率(55 Hz和35 Hz)处理能够快速地将烤房内的水分及时排除，能够为小分子致香物质和致香前体物质发生缩合反应提供一个较为适宜的温湿度环境.四层密集烤房下的大分子量致香物质总含量，新植二烯、除新植二烯总含量均高于三层密集烤房；而中等分子量和小分子量致香物质含量在两种烤房中的差异均不显著.

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(责任编辑赵晓倩)

Effects of frequency control of four-layers bulk curing barn on aroma quality of upper leaves of flue-cured tobacco

ZHAN Jun1,ZHOU Fang-fang1,ZHU Hai-bin2,DONG Shi-fei2,RAO Zhi2,WANG Zhu-shi1,ZHANG Xiao-long1

(1.Yunnan Reascend Tobacco Technology (Group) Co.Ltd,Kunming 650106,China;2.Hongyun Honghe Tobacco (Group) Co.Ltd，Kunming 650202,China)

【Objective】 To improve aroma quality of flue-cured tobacco leaves by four-layer-bulking-curing barn and optimize its bulking technology.【Method】 The effects of different fan frequency on contents of aroma substance with different molecular weight and smoking quality of upper flue-cured tobacco leaves were studied,and aroma substance and smoking quality of upper flue-cured tobacco leaves was compared between three-layer-bulking-curing barn and four-layer-bulking-curing barn.【Result】 Aroma substance with small and middle molecular weight in different treatments increased after decreasing fan frequency,while the content of aroma substance with large molecular weight increased only at early stage of leaf drying(42～47 ℃) after increasing fan frequency.Compared with CK (conventional fan frequency of four-layer bulking-curing barn),the content of aroma substance with large molecular weight significantly increased by 4.25% and 3.35%,aroma substance with small molecular weight extremely significantly increased by 7.04% and 7.61%,and total aroma substance obviously increased by 5.06% and 3.83% in T1(early,middle,later stage of leaf-yellowing,early,middle,later stage of leaf-drying,early and later stage of stem-drying with fan frequency of 35,40,45,55,35,30,30,30 Hz) and T3(early,middle,later stage of leaf-yellowing,early,middle,later stage of leaf-drying,early and later stage of stem-drying with fan frequency of 35,35,40,55,35,25,25,25 Hz).While the content of aroma substance with middle molecular weight significantly increased by 15.07% in treatment T1than that of CK.【Conclusion】 The suitable fan frequency was fixed by barn specification and stacking tobacco leaves during the process of bulk curing.The aroma quality of upper tobacco leaves in T1and T3treatments was better in four-layer-bulking-curing barn.

flue-cured tobacco;four-layer-bulking-curing barn;laminated-loading;frequency control;upper leaves;molecular weight;aroma quality

詹军(1986-)，男，硕士，农艺师，主要从事烟叶调制与加工研究.E-mail：zhanjun_@126.com

张晓龙，男，博士，主要从事品牌烟叶原料研究.E-mail：wllqx@163.com

云南中烟工业有限责任公司基金项目“烟叶烘烤过程中调香技术的研究与应用(2015YL06)”；云烟品牌卷烟浓香型和中间香型烟叶原料的研究与开发(2014YL02).

2015-05-26；

2016-02-27

S 572；TS 44+1

A

1003-4315(2016)04-0043-09