散叶插签装烟持续缓慢升温烘烤工艺烘烤效果研究

2018-04-28徐增汉朱英华王茂贤苏祥云周为华

广东农业科学 2018年1期

张翔，徐增汉，朱英华，王茂贤，苏祥云，周为华，陈静，苟军

（1.贵州省烟草公司遵义市公司桐梓县分公司，贵州桐梓 563000；2.中国科学技术大学烟草与健康研究中心，安徽合肥 230051；3.安徽农业大学农学院，安徽合肥 230036；4.湖南中烟工业有限责任公司，湖南长沙 410019）

散叶烘烤技术是一项“减工降本、提质增效、节能降耗”的先进适用技术［1］，我国已发展了散叶堆积烘烤、散叶插签烘烤、散叶打捆烘烤、散叶装框烘烤、散叶装夹烘烤等多种具体形式［2-14］。总的来看，这些散叶装烟方式在设备成本、人工成本、烘烤效率、烟叶烘烤质量等方面各有利弊。散叶堆积烘烤的成本最低、装烟速度最快、烘烤效率较高，但烟叶烘烤质量难以保证，由于烟叶在烘烤过程中完全倒伏挤压在一起，会导致部分烟叶平板不收张、结构紧密不疏松，还有部分烟叶因为倒伏后通风阻力大、不能及时排湿定色，导致干物质消耗过度而成为光滑烟或发生酶促棕色化反应而使烟叶挂灰甚至黑糟，降低了烟叶的质量和可用性。针对散叶堆积装烟存在的问题，采用散叶插签装烟进行改进，插签固定烟叶，使烟叶在烘烤过程中基本上保持竖立状态，改变了烟叶的姿态，通风排湿阻力大大减小，有利于烟叶及时脱水定色和干燥，烟叶烘烤质量能得到保证，且较少增加成本，烘烤效率更高，比散叶堆积装烟量增加10%以上。但散叶插签装烟目前尚无理想的配套烘烤工艺，生产上主要借鉴挂竿装烟采用三段式烘烤工艺及其变体形式如五步式、六步式烘烤法等［15-18］，这些采取阶梯升温的常规烘烤工艺并不能完全适用于散叶插签装烟方式。烟叶烘烤工艺至关重要，其温度、相对湿度、烘烤时间等参数及其动态变化必须适宜于装烟方式、装烟量、烟叶素质和烘烤特性，烟叶发生的一系列生理变化、生物化学反应、化学反应和物理变化才会循序渐进地进行，才能使不利于烟叶品质大分子物质充分或适度降解转化，才有利于烟叶品质的形成与固定，才有利于烟叶缓慢收张，从而使烟叶烤黄、烤熟、烤香、烤柔，获得优良的外观质量、内在质量和可用性。基于对烟叶烘烤机理的认识，为确保和提高散叶插签装烟的烘烤质量，我们研制了与之匹配的持续缓慢升温烤香烤柔烘烤工艺，并与生产上使用的三段式烘烤工艺进行对比试验，以期为烟区选择合适的装烟方式和制定配套烘烤工艺提供借鉴，以提高桐梓烤烟质量和可用性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年在贵州省桐梓县花秋镇进行。供试烤烟品种为云烟87，下部烟叶尚熟至成熟采收，中上部烟叶成熟采收。各部位供取样的烟叶均装在烤房中层烘烤。

1.2 试验方法

1.2.1 散叶插签装烟方法采用叶尖朝上、叶基部朝下的散叶堆放方式逐格适量均匀将烟叶堆装在分风隔板。每格前后宽度为30～35 cm，烟叶必须装满，不留空隙。每装好一格烟后，立即用方杆或竹竿（上下两排）将烟叶挡好，并沿上下两排方杆或竹竿上面错位交替插竹签或钢签固定烟叶。注意烟叶不能弯曲，要使烟叶竖立在隔板上面，签要插到对面的方杆或竹竿上面。如此从加热室至装烟门方向顺序装烟。1座烤房装烟量为4 500～5 000 kg。

1.2.2 烘烤方法采用试验制定的持续升温烤香烤柔烘烤工艺（T）和生产上应用的三段式烘烤工艺［16］（CK）同时进行对比烘烤，3次重复。持续缓慢升温烘烤工艺设有8个干球温度和湿球温度节点，具体烘烤变量控制见表1。

1.2.3 取样方法先对各处理烤后样烟进行分级，再按各等级比例抽取混合样品1 kg用于检测化学成分。

1.2.4 烟叶主要化学成分测定方法各烟样经50℃烘干后，粉碎，过0.180 mm筛，充分混匀，密封备测。总糖、还原糖、淀粉采用热水浸提，DNS法测定；烟碱采用弱酸浸提，比色法测定；总氮含量采用元素分析仪测定；钾采用硝酸、高氯酸消煮，再用等离子发射光谱（ICP）测定。1.2.5 烟叶香气成分测定方法烟样先采用同时蒸馏萃取（SDE）分离后，采用GC测定酸性物质，再采用气相色谱质谱联用仪（GC/MS）测定中性物质。

表1 散叶插签装烟持续缓慢升温烘烤工艺

GC条件。Perkin Elmer Auto-System GC色谱仪（配置分流/不分流进样口）；进样口温度：250℃，毛细管柱：HP-FFAP（50 m×0.32 mmi.d.×0.53 μm d.f.）；载气：N2，柱头压：100 kPa；火焰离子化检测器（FID）：270℃；检测器氢气流量：35 mL/min，空气流量：350 mL/min；进样方式：不分流和1 min后分流；分流比：20∶1；进样量：2μL；采用与标准物质对照保留时间的方法进行定性；内标法定量；内标：乙酸苯乙酯。程序升温：70℃（1 min） 4℃/min 210℃（20 min）［19］。

GC-MS条件。色谱柱：DB-5（30 m×0.25 mmi.d.×0.25 μm d.f.）；程序升温：40℃（2 min）4℃/min 250℃（10min）；进样口：250℃；载气：He；柱头压：100 kPa；分流比：30∶1；进样量：1.0 μL。传输线温度：250℃，离子源温度：170℃；EI能量：70 eV，扫描范围：35～350 uam；内标：芳樟醇；对采集到的质谱图利用NIST和WILEY两个谱库进行串联检索；采用面积归一法定量。其余色谱条件同GC［19］。

2 结果与分析

2.1 不同处理烟叶等级差异

烟叶等级高低反映了烟叶外观质量好差。对各处理烤后烟叶按《GB 2635-1992 烤烟》进行分级。由图1A可见，工艺T比CK极显著提高了下部叶的上等烟和中等烟比例，分别提高34.57%和21.29%；极显著降低了下低等烟、级外烟和光滑烟的比例，分别降低35.06%、40.66%和69.47%。由图1B可见，T比CK极显著提高了中部叶的上等烟比例，提高31.96%；极显著降低了中部叶的下低等烟、级外烟和光滑烟比例，分别降低32.42%、47.31%和50.48%。由图1C可见，T比CK极显著提高了上部叶的上等烟比例，提高15.84%；中等烟比例差异不显著；极显著降低了下低等烟的比例，降低91.87%。表明继续缓慢升温烘烤工艺显著提高了散叶插签烘烤的烟叶等级结构和外观质量。

图1 各部位不同处理烟叶的等级结构

2.2 烟叶主要化学成分含量

烟叶的化学成分含量是烟叶质量风格和理化性状的物质基础。总糖和还原糖是决定烟气醇和度的主要因素。由图2A可见，工艺T和CK的下部叶的糖和还原糖含量均在适宜范围内，前者高于后者、更适宜。烤后烟叶的淀粉含量一般要求低于50 mg/g，T的淀粉含量低于CK、更适宜，两者差异不显著。2个处理的烟碱、蛋白质、总氮、钾离子和氯离子含量差异均不显著，都适宜。由图2B可见，CK的中部叶总糖和还原糖含量均稍偏高，均高于T，但两个处理之间的差异不显著；淀粉和蛋白质含量均较高，两个处理之间的差异不显著；2个处理的烟碱、总氮、钾离子和氯含量差异均不显著，均适宜。由图2C可见，T上部叶的总糖、还原糖、总氮、钾离子和氯离子含量与CK的差异不显著，均适宜；T的淀粉含量极显著低于CK，更适宜；烟碱差异不显著，均偏高；T上部叶的蛋白质显著高于CK，稍偏高。总体上看，T的烟叶主要化学成分含量要好于CK。

图2 各部位不同处理烟叶主要化学成分含量

2.3 烟叶主要化学成分派生值

烟叶主要化学成分的派生值如两糖比、糖碱比、氮碱比、钾氯比等反映了化学成分之间的平衡协调性，影响乃至决定烟叶的内在质量。卷烟工业配方更注重烟叶化学成分的协调性，一般要求烟叶主要化学成分派生值适宜范围为：两糖比值（还原糖/总糖）＞0.8，糖碱比值（总糖/烟碱）下部叶8.5～13.5、中部叶6.5～11.5、上部叶5.0～9.0，氮碱比值（总氮/烟碱）下部叶0.9～1.2、中部叶0.7～1.0、上部叶 0.6～0.9，钾氯比值（K/Cl）≥ 4.0［18-20］。由图3A可见，下部叶工艺T和CK的糖碱比差异显著、均在适宜范围内，T的更好；两糖比、钾氯比的差异均不显著，均适宜；氮碱比的差异不显著，均稍偏低。由图3B可见，中部叶T和CK的4个派生值的差异均不显著、均在适宜范围内。由图3C可见，上部叶T和CK的两糖比、糖碱比、氮碱比的差异均不显著，均在适宜范围内； T的钾氯比显著高于CK、相对较好，两个处理的均偏低。

图3 各部位不同处理烟叶主要化学成分派生值

2.4 不同处理烟叶香气成分含量

不同处理各部位烟样中均检测出26种香气成分，具体香气成分含量在不同烘烤工艺之间各有高低（表2）。工艺T下部叶、中部叶和上部叶的香气成分总含量均高于CK，比CK分别高 11.63、22.99、24.47 μg/g，即分别高出2.94%、6.15%和6.65%。这表明工艺T有利于提高烟叶烤香量，尤其是中上部叶提高明显。

3 结论与讨论

烟叶烘烤离不开烘烤工艺。不同装烟方式需要采用各自匹配的烘烤工艺才能确保烟叶烘烤质量。散叶插签装烟目前基本上都采用三段式烘烤工艺及其变体形式［15-18］。这些烘烤工艺采取阶梯升温，由多个升温阶段和稳温阶段组成，一般升温阶段时间短，稳温阶段时间长。升温阶段的升温速度往往偏快或过快，变黄阶段和定色阶段的干球升温速度一般为0.5～1℃/h，甚至更快，干筋阶段的干球升温速度为1℃/h及以上。变黄阶段和定色阶段升温速度偏快或过快，一方面会导致烟叶脱水干燥较快而呈现为结构僵硬、不柔软，烤后光滑烟比例较高；另一方面没有足够的时间使不利于烟叶品质大分子物质如叶绿素、蛋白质、淀粉等充分或适度降解转化，而导致生成的致香物质及其前体物质不够丰富，烤后烟叶香气量不足。另外稳温阶段的持续时间过长，贵州烟区一般在34℃稳温10 h以上、在38℃稳温18 h以上、在48℃稳温12 h以上、在54℃稳温12 h以上，等等。这样难以确保全炕烟叶烘烤质量。因为我国密集烤房多装烟3棚（层），烘烤过程中不同棚（层）次烟叶的空气状态即环境条件存在一定温度梯度和相对湿度梯度，尤其是在变黄后期至干筋前期的差异较大，相邻棚次的温度相差1～3℃、相对湿度相差10%～30%，底棚（层）和顶棚（层）的差异更大，温度相差3～5℃、相对湿度相差30%以上。生产上密集烤房的烘烤工艺一般以温度最高、相对湿度最低棚次的传感器感温探头测定的空气温湿度为目标进行设置与调控。因此，控制器所显示的温湿度实际上只能代表挂放主控传感器棚次烟叶的烘烤工艺条件，即便是该棚次烟叶的烘烤工艺适宜，也不能代表其他棚次烟叶的烘烤工艺适宜，而且往往是其他棚次烟叶的烘烤工艺欠适宜或不适宜，一般是温度偏低、相对湿度偏高。稳温阶段的持续时间如果过长，其实不利于其他棚次烟叶的品质调制，不能确保全炕烟叶烤熟烤香烤柔。例如在34℃及38℃时稳温时间过长，其他棚次烟叶的温度较低、水解酶等酶的活性较低，内部大分子物质如淀粉、蛋白质、叶绿素等降解速度较慢，不利于它们充分或适当降解；之后，由于升温速度较快，又使得原来温度较低的棚次在较短的时间内越过了适宜大分子物质降解转化的温湿度范围，此后由于温度较高和湿度较低，使烟叶中自由水汽化排出较多而导致烟叶含水量较低，水解酶的活性会受到抑制，也不利于大分子物质充分或适当降解转化，所生成的有利于小分子物质如氨基酸、单糖等致香物质和香气前体物质的量不足，导致部分烟叶烤后香气量不足，结构僵硬、不疏松、不柔软。

表2 不同烘烤工艺烟叶香气成分含量（μg/g）

本研究制定的散叶插签装烟持续缓慢升温烘烤工艺，确保了烤房内每棚（层）烟叶处于适宜于品质调制的温湿度范围的烘烤时间均足够，且相差不大，即能够促使每棚（层）烟叶都充分变黄、大分子物质充分或适度降解转化、生成较多的致香物质，且能够及时定色而巩固品质，使全炕各棚次烟叶烤黄、烤香、烤柔、烤熟，提高全炕烟叶烘烤质量和工业可用性。与三段式烘烤工艺相比，本工艺能显著提高上等烟比例，下部叶、中部叶和上部叶分别提高34.57%、31.96%和15.84%；显著降低下低等烟、级外烟、光滑烟和僵硬烟的比例，下部叶分别降低35.06%、40.66%和69.47%，中部叶分别降低32.42%、47.31%和50.48%，上部叶的下低等烟比例降低91.87%。烤后烟叶柔软，改善了网式装烟框装烟烘烤烟叶外观质量，提高了烟叶的等级结构。目前，我国一般认为优质烤烟主要化学成分含量的适宜范围，总糖为190～280 mg/g、24 mg/g左右最适宜，还原糖为160～240 mg/g、200 mg/g左右最适宜，淀粉为低于50 mg/g，烟碱上部叶为25～35 mg/g、中部叶为20～28 mg/g、下部为15～21 mg/g，蛋白质为60～100 mg/g，总氮为20～30 mg/g，钾离子＞15 mg/g，氯离子为 3～7 mg/g［20-21］。采用持续缓慢升温烘烤工艺烘烤的烟叶总糖、还原糖含量和糖碱比更适宜，香气成分含量更高，评吸质量更好，提高了网式装烟框装烟烘烤烟叶内在质量和可用性。

由于我国烟区生态环境尤其是微生态环境千差万别，很难都做得所有的烟叶均成熟采收，尤其是一些山地烟区采收的鲜烟叶会有一定比例尚熟烟，因此必须根据具体烟叶素质和烘烤特性等对散叶插签持续缓慢升温烘烤工艺参数进行适当微调，才能确保全炕烟叶烘烤质量。

烟叶烘烤工艺还必须根据烟草工业对烟叶质量更高的要求不断进行改进。目前，烟草工业企业为进一步提高烟草制品的质量和竞争力，对烟叶原料提出了更高的要求，即不仅要求烟叶烤黄，还要求烤熟烤香烤柔，烟叶才有更高的质量和可用性。因此，生产上需要不断地对烟叶烘烤工艺进行改进，要根据烟叶部位、营养状况、烘烤特性、装烟方式、装烟量等情况，研究制定相应适宜配套的烘烤工艺，才能确保烟叶烤黄、烤熟、烤香、烤柔。

参考文献：

［1］蒋红娟，龙耿，周真吉，等. 中国散叶烘烤的发展历程及现状［J］. 农业与技术，2016，36（18）：74-75.

［2］罗斐，徐增汉，吴邦元，等. 烟叶密集烘烤问答［M］. 合肥：中国科学技术大学出版社，2014.

［3］王学龙，唐启楹，宫长荣，等. 散叶烤房系列研究（3. 烘烤技术研究）［J］. 中国农学通报，2007，23（2）：103-106.

［4］袁黔华，罗传芳，杨勇. 散叶堆积烘烤应用效果分析［J］. 耕作与栽培，2008（6）：18-19.

［5］谢已书，姜均，李国彬，等. 散叶密集烘烤烟叶外观与主要化学成分变化规律初探［J］. 中国烟草科学，2009，30（3）：45-48.

［6］谢已书，邹焱，李国彬，等. 密集型烤房不同装烟方式的烘烤效果［J］. 中国烟草科学，2010，31（3）：67-69.

［7］谢已书，邹焱，何昆，等. 散叶插签装烟密集烘烤对烟叶质量和经济效益的影响［J］. 贵州农业科学，2010，38（10）：58-60.

［8］徐秀红，王林立，王传义，等. 密集烤房不同装烟方式对烟叶质量及效益的影响［J］. 中国烟草科学，2010，31（6）：72-74.

［9］周初跃，姚忠达，王传义，等. 烟夹密集烤房配套烘烤工艺研究［J］. 安徽农业科学，2011，39（32）：20041-20043，20046.

［10］首安发，唐志友，胡亚杰，等. 快速笼式烟夹减工降本提质增效作用研究［J］. 安徽农业科学，2012，40（29）：14464-14467.

［11］王文超，谭方利，段史江，等. 不同烟夹装烟方式对密集烤房烘烤效果的影响［J］. 河南农业大学学报，2012，46（6）：609-613.