热泵密集烤房不同烘烤工艺效果比较

孟智勇 宗胜杰 高相彬

摘要：为发挥热泵烤房性能优势，提高烟叶品质，以中烟100、豫烟10号为材料，开展热泵烤房不同烘烤工艺对比试验，结果表明，与对照工艺（中温高湿变黄、中湿定色、中湿干筋）相比，热泵烤房采用中温中湿变黄、中湿定色、中湿干筋烘烤工艺，显著提高烤后烟叶中上等烟比例5.35～7.22百分点、均价1.54～1.81元/kg，改善外观油分、身份，提高主要化学成分协调性，感官评吸香气质变好、香气量增加、浓度增浓、杂气和刺激性减轻、余味干净舒适，类胡萝卜类降解产物含量提高11.70～22.14%，棕色化反应产物含量提高4.26～54.00%，苯丙氨酸类降解产物含量提高40.58%～72.26%，中烟100品种绿原酸、芸香苷含量分别增加20.41%、45.15%。

关键词：热泵烤房;烘烤工艺;外观;品质;致香物质;多酚

中图分类号： TS44  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）22-0247-04

目前，国内密集烤房供热主要是燃煤，但由于其燃烧不稳定、升稳温不均匀而影响烤后烟叶的质量，无效能耗过高导致燃料浪费，排放大量的SO2、CO2、NOx和颗粒物等污染物造成环境污染多种问题[1-2]。为响应国家节能减排号召，满足现代烟草农业绿色烘烤要求，选择利用空气源热泵等清洁能源成为密集烘烤发展的必然趋势。

空气能热泵利用逆卡诺原理，从周围环境中吸取热量，并将其传递给被加热的对象，是一种可再生清洁能源，最显著的特点就是高效节能[3]，符合现代烟草农业高质量发展需要，受到烟区高度关注。

近年来，有关空气源热泵技术在烟叶密集烘烤方面已有众多研究[4-16]，但大都集中在空气源热泵烤房设计研制、节能环保以及烘烤效果等方面，而有关空气源热泵烤房配套烘烤工艺的研究尚未见相关报道。目前空气源热泵密集烤房烘烤作业主要套用当地传统烘烤工艺，执行烘烤工艺与烤房性能没有完全匹配，无法将热泵烤房性能优势完全发挥，不利进一步提高烤后烟叶质量。基于此，开展热泵烤房配套烘烤工艺研究，为进一步提高烟叶烘烤质量，推动空气源热泵烤房推广应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验于2016年9月在河南省襄城县王洛镇开展。供试品种为中烟100、豫烟10号，以成熟的中上部煙叶（14～16叶位）为原材料。试验烤房为河南佰衡节能科技股份有限公司生产单体拆移式热泵烤房，装烟室规格为2.7 m×8.0 m×3.5 m。采用梳式烟夹装烟（12 kg/夹），烤房装烟量360夹。

1.2 试验设计

以当地常规密集烘烤工艺为对照，在三段式烘烤工艺的的基础上进行关键技术指标优化，共设3个烘烤工艺处理，分别为T1：中温高湿变黄、中湿定色、中湿干筋（CK）;T2：中温中湿变黄、中湿定色、中湿干筋;T3：变温排湿变黄、低湿快速定色、低湿干筋。每个处理单独装入1个烤房，距离装烟室大门2 m处上、中、下3棚各装入10竿共计30竿鲜烟，同时加热开烤。试验处理见表1。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烟叶外观质量评价 各初烤烟叶样品出炕后进行回潮、平衡水分，由分级技师组成外观质量评价小组依GB 2635—1992《烤烟》标准进行评价，评价指标包括油分、颜色、身份、结构、色度、含青度、挂灰和杂色等外观质量[17]。

1.3.2 主要化学成分分析及感官质量评价 选取烤后C3F烟叶样品2 kg，送河南农业大学进行烟叶主要化学成分化验分析、多酚类物质和中性致香物质测定。

1.3.3 烤后烟叶感官质量 把各处理烘烤后的烟叶经过恒温恒湿回潮，切丝，卷制，制成（900±15） mg/支、长度为 85 mm/支 的单料烟支。参照行业标准YC/T 138—1998《烟草及烟草制品 感官评价方法》[18]，对香气质、香气量、杂气、浓度、劲头、刺激性、余味、燃烧性和灰色9个单项指标进行打分，然后取其平均值，采用专家咨询法并借鉴相关研究方法，对9个指标分别赋以25%、15%、12%、10%、10%、13%、10%、2.5%、2.5%的权重，计算各处理的评吸分值[19-20]。

1.4 统计分析

数据通过SSPS 22.0统计软件对不同处理间差异效应进行方差统计分析，利用Microsoft Office Excel 2003制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理烟叶经济性状比较

从图1可以看出，均以T2处理经济性状表现最好、T1处理表现最差。中烟100品种，中上等烟比例T2、T3处理分别较T1处理提高7.22、3.98百分点，其中T2处理与T1处理差异达到显著水平，均价T2、T3处理分别较T1处理提高 1.81、1.00元/kg，T2、T3处理差异不显著，但与T1处理差异达到显著水平;豫烟10号品种，中上等烟比例T2、T3处理分别较T1处理提高5.35、3.04百分点，其中T2处理与T1处理差异达到显著水平，均价T2、T3处理分别较T1处理提高 1.54、0.87元/kg，其中T2处理与T1处理差异达到显著水平。表明T2处理显著提高烤后烟叶经济效益。

2.2 不同处理烟叶外观质量比较

从表2可以看出，不同工艺处理对烟叶外观质量造成较大影响，主要体现在油分、色度、含青等指标上。中烟100以T1处理表现最差，在成熟度、油分、身份、结构、含青等指标上明显差于T2、T3处理，T2、T3处理间差异不明显。豫烟10也以T1处理表现最差，在油分、颜色、身份、色度指标上差于其他2个处理，T3处理在油分、色度指标上表现稍好于T2处理。说明T1处理不利于改善烟叶外观质量。

2.3 不同处理主要化学成分比较

一般认为，优质烟的还原糖与总糖含量的比值应≥0.9，还原糖含量/烟碱含量以8～12为宜，总氮含量/烟碱含量以1或略小于1为宜，钾/氯以大于4为宜[21-22]。从表3可以看出，中烟100 3个处理K2O含量及钾氯比均偏低，主要化学成分均在适宜范围内，两糖比均在0.92及以上，糖碱比、氮碱比均适宜，化学成分协调性较好。豫烟10号T2处理总糖、还原糖含量最低，总氮、烟碱、K2O含量及钾氯比最高，主要化学成分相对协调;T1处理糖碱比、氮碱比偏高，主要化学成分协调性不够;T3处理总糖、还原糖含量及两糖比最高，糖碱比、氮碱比适宜，主要化学成分协调性较好。总体可看出，T2、T3处理烤后烟叶化学成分协调性好于T1处理。

2.4 不同处理感官质量比较

从表4可以看出，比较3个处理感官评吸质量，T2处理明显好于其他2处理。中烟100品种以T2处理感官评吸评分最高，为6.54分，在香气质、香气量、浓度、杂气、劲头、刺激性、余味、燃烧性、灰色等指标上得分均最高，T1处理在香气质、香气量、杂气、劲头、燃烧性等指标上得分最低，感官评吸评分也最低，为6.44分。豫烟10品种也以T2处理感官评吸评分最高，为6.44分，在香气质、香气量、浓度、杂气、劲头、余味、燃烧性、灰色等指标上得分均最高，T3处理在香气质、香气量、浓度、杂气、刺激性、余味、燃烧性等指标上得分最低，感官评吸评分也最低，为6.27分。整体来看，T2处理可使香气质变好、香气量增加、杂气和刺激性减轻、余味更加舒适。

2.5 不同处理中性致香物质含量比较

中性致香物质中的新植二烯促进烤烟的吃味和香气，又可通过降解转化形成致香成分。类胡萝卜素热裂解产物构成烟气中重要致香成分，所形成的香气质好、刺激性较小。芳香族氨基酸类降解产物也是烟草中含量较丰富的香味成分，美拉德反应产物中有许多具有令人愉快的气味，西柏烷类茄酮及其衍生物也是烟草中很重要的致香物质[23]。从表5可以看出，中烟100品种新植二烯、类胡萝卜类降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量和致香物质总量均表现为T2>T3>T1。新植二烯含量T2、T3处理分别较T1处理提高8.49%、8.10%，类胡萝卜类降解产物含量T2、T3处理分别较T1处理提高22.14%、13.65%，棕色化反应产物含量T2、T3处理分别较T1处理提高4.26%、0.85%，苯丙氨酸类降解产物含量T2、T3处理分别较T1处理提高40.58%、10.32%，致香物质总量T2、T3处理分别较T1处理提高8.74%、6.41%。豫烟10号品种T1处理新植二烯含量和致香物质总量为最高。新植二烯含量和致香物质总量排序为T1>T2>T3。棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量排名为T2>T3>T1，西柏烷类降解产物和其他香气物质含量排序为T3>T2>T1，类胡萝卜类降解产物含量排序为T2>T1>T3。说明T2处理可提高类胡萝卜类降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量。

2.6 不同处理多酚类物质含量比较

烟草多酚物的含量和氧化程度不仅直接影响烟叶外观质量，也明显影响烟叶的内在质量。多酚物质对烟草香吃味有良好的影响，其中芸香苷、绿原酸、莨菪亭是烟草中最丰富的多酚物也是烤烟特征香气的重要成分[24]。从表6可以看出，中烟100品种T2处理绿原酸、芸香苷含量明显高于其他2个处理，T3处理莨菪亭含量高于其他2处理，绿原酸、芸香苷和莨菪亭三者含量总体表现为T2>T1>T3。豫烟10号品种，T3处理绿原酸、芸香苷含量明显高于其他2个处理，T1处理莨菪亭含量稍高于其他2个处理，绿原酸、芸香苷和莨菪亭三者含量总计表现为T3>T1>T2。总体来看，T2处理可提高中烟100绿原酸、芸香苷含量，T3处理可提高豫烟10号绿原酸、芸香苷含量。

3 结论与讨论

烤房是烘烤作业的必需设备，烤房性能决定烘烤的各种工艺条件，进而影响烟叶质量[25-27]，因此性能优良的烤房是烤好烟叶的重要保障。相关研究表明，与燃煤密集烤房相比，热泵烤房性能优良，利于提高烟叶烘烤质量[2-5]。但烟叶的烘烤质量受多方面因素影响，其中烘烤工艺匹配与否直接关系着烤烟的外观质量和内在品质[27]。为了进一步发挥热泵密集烤房性能优良的技术优势，提高烟叶品质，开展烘烤工艺对比试验研究，结果表明，不同烘烤工艺对2个品种烤后烟叶质量影响规律基本一致，均以T2处理表现最好，T1处理表现最差。中烟100品种整体以T2处理表现最好，T3处理次之，T1处理表现最差。中上等烟比例和均价T2、T3处理分别较T1处理提高7.22、3.98百分点和1.81、1.00元/kg。外观质量T2、T3处理表现差异不明显，在成熟度、油分、身份、结构、含青等质量指标上明显优于T1处理。3个处理两糖比均在0.92及以上，糖碱比、氮碱比均适宜，化学成分协调性均较好。感官评吸质量以T2处理评分最高，为6.54分，T2处理在9项评吸指标上得分均最高，T1处理在香气质、香气量、杂气、劲头、燃烧性等指标上得分最低、评分也最低为6.44分。新植二烯、類胡萝卜类降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量和致香物质总量均表现为 T2>T3>T1处理，其中T2处理较T1处理新植二烯、类胡萝卜类降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物和致香物质含量分别提高8.49%、22.14%、4.26%、40.58%、8.74%。T2处理绿原酸、芸香苷含量明显高于其他2个处理，其中T2处理较T1处理绿原酸、芸香苷含量分别提高 20.41%、45.15%。豫烟10品种T2、T3处理中上等烟比例和均价分别提高5.35、3.04百分点和1.54、0.87元/kg。T2、T3处理在油分、颜色、身份、色度等质量指标上优于T1处理，T3处理在油分、色度指标上表现稍好于T2处理。T2处理K2O含量及钾氯比最高，T1处理糖碱比、氮碱比偏高，T3处理总糖、还原糖含量及两糖比最高，糖碱比、氮碱比适宜，主要化学成分协调性较好。感官评吸质量以T2处理评分最高，为6.44分，在除刺激性指标外其他8项指标上得分均最高，T3处理在除劲头、灰色指标外其他指标上得分最低，评分也最低，为6.27分。新植二烯含量和致香物质总量排序为T1>T2>T3处理。棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量排序为T2>T3>T1处理，西柏烷类降解产物和其他香气物质含量排名为T3>T2>T1，类胡萝卜类降解产物含量排序为T2>T1>T3。其中T2处理较T1处理类胡萝卜类降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量分别提高11.70%、53.99%、72.26%。T3处理绿原酸、芸香苷含量明显高于其他2个处理，其中T3处理较T1处理分别提高9.69%、29.04%。

综合分析认为，热泵密集烤房采用中温中湿变黄、中湿定色、中湿干筋烘烤工艺，可提高烤后烟叶经济效益，改善烟叶外观油分、身份指标，主要化学成分更加协调，感官评吸香气质变好、香气量增加、杂气和刺激性减轻、余味纯净舒适，明显提高类胡萝卜类降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物含量。同时可看出，尽管热泵密集烤房性能优良，但不同烘烤工艺间烘烤质量仍存在较大差异，适宜的烘烤工艺可有效提高烟叶品质，充分说明烤房配套烘烤工艺的重要性，因此在空气源热泵烤房受到产区关注的同时加强“良炕良法”配套[28]研究显得至关重要。本结果仅为1年试验数据，还需要进一步试验研究和验证。

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