煙葉烘烤研究進(jìn)展

岳倫勇，朱列書，廖雪芳，尹 佳，郭東海，宋正熊

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128;2中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗站，湖南長沙410128)

煙草調(diào)制是煙葉生產(chǎn)過程中一項重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它集理論性與實踐性于一體，反映了煙葉調(diào)制技術(shù)的本質(zhì)，對最終體現(xiàn)煙葉的質(zhì)量和可用性價值有著重要意義［1］。各種不同的因素關(guān)系到煙葉烘烤的優(yōu)劣程度，而烘烤的好壞最終決定了煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益和其工業(yè)可用性。本文從不同角度探討煙葉烘烤研究進(jìn)展，以為煙草的實際生產(chǎn)、提高煙葉質(zhì)量提供指導(dǎo)。

1 影響煙葉烘烤質(zhì)量的因素

影響煙葉烘烤質(zhì)量的因素有很多，如品種、成熟度、烤房類型、裝煙方式和密度、工藝技術(shù)等，這些因素在一定程度上都會影響到煙葉烘烤質(zhì)量。

1.1 品種

影響煙葉烘烤特性最重要的性狀當(dāng)屬品種［2］。目前，我國推廣種植的品種中，K326、G80、NC82、RG17、云煙 85、云煙 87、中煙 90、中煙 98、中煙 100等屬于變黃快的品種，容易出現(xiàn)浮青煙與青筋煙的是翠碧1號和紅花大金元等品種［3］。在烘烤過程中，紅花大金元表現(xiàn)為變黃慢、失水快，屬于難以烘烤的品種;G－28和云煙85的烘烤特性相近，變黃稍快，失水適中，屬于較為易烤的品種;317等4個品系和K326相近，變黃速度居中，失水平緩，屬于較易烘烤的品種［4］。烘烤過程中，葉綠素降解速率快的品種，降解時間出現(xiàn)得早，降解量大，煙葉變黃快，變黃特性也就好，烤后黃煙多，青煙少，易烤性相應(yīng)較好;葉綠素降解速率慢的品種，降解量也就會小，煙葉變黃也難，烤后黃煙少，青黃煙多，變黃特性不理想，易烤性表現(xiàn)差。特別是變黃末期到定色期，煙葉中PPO(多酚氧化酶)活性高的品種，煙葉定色困難，烤后煙葉易掛灰，耐烤性差，定色特性不好。品種在變黃期和定色期失水比較均衡，則煙葉比較容易變黃和定色，烘烤特性也就好。烘烤特性在煙草品種間的差異，可能是由數(shù)量基因控制遺傳的加性效應(yīng)所致，而且還受細(xì)胞質(zhì)基因控制［5］。

1.2 成熟度

不同成熟度煙葉在烘烤過程中質(zhì)量也會有差異。其中淀粉酶活性的變化規(guī)律呈雙峰曲線，變黃前、中期煙葉淀粉酶活性的升高和淀粉相對降解量呈動態(tài)正相關(guān)，但后期相關(guān)性不高。煙葉淀粉和色素的降解規(guī)律一致，均在變黃期(45℃以前，含水量30%以上)快速降解，特別是烘烤的前48 h降解量最大，之后變緩。淀粉和葉綠素含量隨成熟度的提高而明顯降低。在烘烤過程中，成熟度適宜的煙葉SOD和POD等保護(hù)酶活性較高，而PPO活性較低，棕色化反應(yīng)不容易發(fā)生。適熟鮮煙葉淀粉含量較高，烘烤中降解較快，烤后煙葉外觀質(zhì)量較好，淀粉含量低而糖含量高，主要化學(xué)成分比較協(xié)調(diào)，感官評吸質(zhì)量較理想［6］。烘烤中不同成熟度煙葉正反面顏色變化趨勢基本同步，煙葉顏色參數(shù)和色素含量的相關(guān)性明顯［7］。不同成熟度煙葉在烘烤過程中，L*值表現(xiàn)為:過熟＞適熟＞尚熟＞未熟。鮮煙葉a*值在不同成熟度之間差別不大，在變黃中期之前成熟度高的煙葉a*值上升的快;過熟鮮煙葉的b*值最大，依次為適熟、尚熟、未熟煙葉。不同成熟度煙葉b*值在定色中期之前呈升高的變化趨勢，在定色后期有所下降，之后稍有回升。尚熟煙葉和適熟煙葉的類胡蘿卜素含量與正面L*值呈極顯著負(fù)相關(guān)，類胡蘿卜素含量與正面a*值呈顯著負(fù)相關(guān)［8］(L*、a*、b*表示顏色參數(shù))。

1.3 烤房類型

密集烤房烘烤的煙葉整體質(zhì)量優(yōu)于氣流上升式烤房烘烤的煙葉，其總糖、還原糖、鉀含量高于氣流上升式烤房烘烤的煙葉，而總氮、煙堿含量低于氣流上升式烤房烘烤的煙葉;密集烤房烘烤的煙葉的拉力、抗張強度、平衡含水率、填充值大于氣流上升式烤房烘烤的煙葉，而厚度和葉質(zhì)重則小于氣流上升式烤房烘烤的煙葉［9］。不論烤房空載、滿載或在烘烤的不同時期，大型密集烤房內(nèi)風(fēng)速均顯著高于小型密集烤房和普通小烤房，小型密集烤房內(nèi)風(fēng)速亦較普通小烤房有明顯提高;大型、小型密集烤房平面最大溫差不超過2℃，大型密集烤房烘烤各時期垂直溫差較小，熱量垂直分布最為均勻，烘烤性能最好，其次為小型密集烤房，最差為普通小烤房［10］。氣流下降立式密集烤房和臥式密集烤房的房內(nèi)風(fēng)速適宜，熱量分布均勻，溫差較小，烘烤成本降低，烤后煙葉外觀質(zhì)量改善明顯［11］。香氣成分總量以散葉烤房最高，氣流下降式普改密烤房次高，氣流上升式普改密最低。原煙香氣指數(shù)以密集烤房、自然通風(fēng)氣流上升式烤房和氣流上升式普改密烤房為好，香型指數(shù)在2.8964(自然通風(fēng)氣流上升式烤房)～3.5904(氣流下降式普改密烤房)，均屬于中間香型?？痉款愋蛯υ瓱熛銡獬煞趾坑幸欢ǖ挠绊懀珱]有改變煙葉的香型［12］。臥式密集烤房、氣流下降式小型密集烤房、氣流上升式小型密集烤房每千克干煙烘烤能耗分別比普通烤房降低8.8%、30.1%和7.4%，上中等煙比例分別比普通烤房提高4.9%、3.0%和3.7%，烤后煙葉的凈產(chǎn)值分別比普通烤房提高13.7%、18.0%和14.7%，平均占地面積分別比普通烤房減少31.5、37.5和33.0 m2/hm2。其中，氣流下降式小型密集烤房相對占地面積小、能耗低，煙葉凈產(chǎn)值較高［13］。在密集烤房烘烤過程中，煙葉形態(tài)變化呈現(xiàn)出變黃期緩慢、定色期劇烈、干筋期又減緩的趨勢;而在普通烤房烘烤過程中，煙葉形態(tài)變化相對平緩。密集烤房烤后煙葉各形態(tài)指標(biāo)除上部煙葉縱向卷曲度外，煙葉縱向收縮率、橫向收縮率、面積收縮率、厚度收縮率、橫向卷曲度及中部煙葉縱向卷曲度均顯著或極顯著小于普通烤房的相應(yīng)處理。與普通烤房相比，密集烤房烤后煙葉單葉質(zhì)量、葉質(zhì)重與葉片厚度較大，而含梗率、平衡含水率與拉力較?。?4］。

1.4 裝煙方式和密度

與常規(guī)掛竿裝煙方式相比，散葉堆放、散葉煙筐、煙夾裝煙方式均顯著降低烤煙烘烤環(huán)節(jié)的用工成本和耗能成本，其中裝卸煙用工成本降低70%以上、耗煤成本降低18%以上、耗電成本降低10%以上，而不同裝煙方式烘烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀、外觀品質(zhì)與化學(xué)成分含量無明顯差異［15］?？竞鬅熑~的綜合質(zhì)量研究表明，以裝煙密度為55～65 kg/m3處理烤后煙葉的外觀品質(zhì)、物理特性較好，內(nèi)在化學(xué)成分較協(xié)調(diào)，烘烤成本最低。而且38℃變黃比42℃變黃烤后質(zhì)量偏高，烘烤成本偏低，變黃期相對濕度80%～85%各處理比變黃期相對濕度90%～95%烤后質(zhì)量優(yōu)，烘烤成本最?。?6］。密集烤房適當(dāng)增加裝煙密度能在一定程度上增加烤后煙葉類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、類西柏烷類、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物、新植二烯及其香氣物質(zhì)總量，但苯丙氨酸類有所減少;中部煙葉以裝煙密度56.12 kg/m3時烤后煙葉新植二烯和香氣物質(zhì)總量最高，其余香氣物質(zhì)含量略低于70.15 kg/m3;上部煙葉隨著裝煙密度的增加，香氣物質(zhì)總量有升高的趨勢，以裝煙密度70.15 kg/m3時香氣質(zhì)量改善效果最好［17］。與低密度散葉堆放裝煙相比，中密度和高密度裝煙均可提高煙葉經(jīng)濟(jì)性狀，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分和改善煙葉品質(zhì)，以中密度處理效果較為明顯。增加裝煙密度均可以降低煙葉的能耗成本，與低密度處理相比，中密度處理的總成本降低8%以上，高密度降低14%以上。綜合認(rèn)為，散葉堆放裝鮮煙密度以60～65 kg/m3最佳［18］。

1.5 烘烤工藝

采用低溫變黃緩慢定色為技術(shù)核心的三段烘烤工藝，能夠明顯提高上部葉的商品等級和均價，改善煙葉外觀和內(nèi)在質(zhì)量，降低煤耗［19］。優(yōu)化工藝比常規(guī)工藝烘烤煙葉的香氣量增加，刺激性減小;中部葉糖含量提高，上部葉淀粉含量降低;中上部煙烤后煙葉上中等煙比例提高，下等煙比例降低［20］。煙葉烘烤過程中在溫度42℃時穩(wěn)溫12 h，在溫度54℃時穩(wěn)溫12 h;溫度42℃濕球溫度設(shè)定為37±0.5℃，54℃濕球溫度設(shè)定為39±0.5℃;定色期升溫速度保持為1℃/2 h;干球溫度47～60℃風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速960 rpm，60℃時及以后為720 rpm對中部煙葉烤后的外觀質(zhì)量、化學(xué)成分、香氣物質(zhì)含量和評吸質(zhì)量有不同程度的改善效果［21］。密集烘烤以38～40℃為主要變黃溫度;定色前期濕度控制在36℃左右，50～54℃烘烤穩(wěn)溫時間保持20 h左右，濕度控制在38～40℃;干筋期濕球溫度控制在40～42℃，烤后煙葉內(nèi)、外觀質(zhì)量比較理想［22］。當(dāng)上部葉充分成熟，葉色變黃，主脈泛白，莖葉角度在90°左右，在定色期采用低速高濕烘烤工藝，烘烤時間延長10 h以上，烘烤成本略有增加，烤后煙葉內(nèi)部化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較好，淀粉含量降低，可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo);當(dāng)頂葉過熟，葉色變黃泛白，到達(dá)枯尖焦邊的程度，在定色期采用低速高濕烘烤工藝，烤后煙葉均價較高，還原糖含量適中，淀粉含量5%左右，總氮含量適中，鉀氯比適宜，內(nèi)部化學(xué)成分協(xié)調(diào)性好［23］。

2 提高煙葉烘烤質(zhì)量的措施

2.1 選育易烤性好的品種

全國主栽煙草品種有 K326、云煙87、NC89、紅花大金元等，這些品種的廣泛推廣栽培，也在很大程度上使其成為煙草烘烤工藝技術(shù)的重點研究對象。這其實在一定程度上限制了煙草品種的選育和推廣工作，阻礙了煙草品種的發(fā)展。應(yīng)選擇易烤性好、耐烤性好的品種，將其推廣開來;對不同的品種，探究出最適宜的烘烤工藝技術(shù)并不斷完善，使當(dāng)?shù)厮圆煌钠贩N煙草都能達(dá)到高水平的煙葉質(zhì)量，符合卷煙工業(yè)的可用性標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 改良密集烤房

目前，在使用成本上，密集烤房仍然偏高。國家政策只有給予更多的補助才能促進(jìn)煙農(nóng)進(jìn)行密集烤房的建設(shè)和改良。如從建造材料、配套設(shè)備等方面降低建造成本，延長設(shè)備的使用壽命，最終降低密集烤房的使用成本，使密集烤房在煙區(qū)得到廣泛推廣和應(yīng)用［24］?？痉拷ㄔO(shè)和改良事關(guān)專業(yè)化烘烤的成敗，國家煙草專賣局對此非常重視。自2007年10月到2008年4月，何澤華副局長先后5次在全國煙葉生產(chǎn)會議上對烤房建設(shè)提出具體要求，要求烤房建設(shè)“起點要高、定位要準(zhǔn)，規(guī)模推進(jìn)、系統(tǒng)設(shè)計，流程生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，規(guī)范管理、創(chuàng)新發(fā)展”［25～28］。

2.3 推廣煙草機(jī)械化生產(chǎn)

烘烤環(huán)節(jié)的用工很多，約占整個煙草生產(chǎn)過程用工量的2/3。最新數(shù)據(jù)表明，最近幾年煙草機(jī)械發(fā)展較快，但是煙葉烘烤機(jī)械(采收機(jī)、編煙機(jī)和煙夾等)發(fā)展相對滯后，因此，烘烤環(huán)節(jié)的機(jī)械化問題應(yīng)該受到重視。目前，煙夾夾煙是國際上密集烤房多采用的技術(shù)手段，每夾夾煙500片左右，夾煙密度是手工綁竿的4倍多，加快了夾煙、裝煙及解煙的速度，也大幅度降低了烘烤勞動強度。20世紀(jì)末期我國從國外引進(jìn)了該技術(shù)，但我國密集烘烤工藝技術(shù)并沒有因此得到突破，烘烤效果仍然不理想。傳統(tǒng)的手工綁煙、掛竿烘烤，依然為國內(nèi)密集烤房所采用，煙農(nóng)的勞動強度沒有得到根本改變［29］。我國煙田機(jī)械化生產(chǎn)總體水平仍較低，要實現(xiàn)編煙機(jī)械化，任重而道遠(yuǎn)。對于目前影響編煙機(jī)械發(fā)展的瓶頸問題，必須集中精力、花大力氣攻關(guān)開發(fā)，盡快實現(xiàn)機(jī)械化，切實降低編煙的勞動強度［30］。

2.4 開發(fā)利用新能源

我國在燃煤型密集烤房的研究應(yīng)用上比較多，對電能、生物質(zhì)能源等其他能源的研究也有一定進(jìn)展。聶榮邦［31］進(jìn)行了微電熱式密集烤房的研究，其可根據(jù)烘烤過程中的具體需要而升溫或穩(wěn)溫，獲得不同的供電電流強度。潘建斌等［32］進(jìn)行了熱泵型煙葉自控密集烤房的應(yīng)用研究，其可將電能轉(zhuǎn)化為熱能，以電能為整個烤房供熱。甘肅省鎮(zhèn)原縣煙草專賣局技術(shù)人員還研制出太陽能輔助增溫循環(huán)密集烤房。王漢文等［33］用玉米、稻殼秸稈壓塊作為燃料在AH密集烤房上進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)可以降低烤煙成本，完全能滿足烤煙烘烤的工藝要求，而且還可以在一定程度上改善煙葉內(nèi)在品質(zhì)。然而，總體而言，我國烤煙烘烤目前的最主要燃料是煤炭，煙葉烘烤成本隨燃料價格的上漲而不斷上升。所以，利用太陽能、生物質(zhì)能源等其他新能源的密集烤房是一個發(fā)展趨勢。要在保證煙葉烘烤質(zhì)量的基礎(chǔ)上，將這些能源的利用真正推廣到烤煙密集烤房中，還需要加強相關(guān)技術(shù)的研究［34］，以降低煙葉烘烤成本，提高煙農(nóng)的收益。

3 展望

綜上所述，針對煙葉烘烤，品種應(yīng)當(dāng)是首當(dāng)其沖的，主要從不同品種的煙葉組織結(jié)構(gòu)、主要化學(xué)成分、衰老速度、關(guān)鍵酶活性、變黃特性、失水特性、定色特性等方面開展全面系統(tǒng)的對比試驗，探討出不同品種烘烤特性存在差異的具體原因。摸清不同品種烘烤特性的機(jī)理表現(xiàn)，探索改善品種烘烤特性的途徑，可以為制定各品種的烘烤方法提供詳細(xì)科學(xué)的依據(jù)。同時，深入探討影響品種烘烤特性的基本內(nèi)涵，制訂出可以判定烤煙烘烤特性在定性和定量相結(jié)合方面的標(biāo)準(zhǔn)，為煙草育種和烘烤特性的判斷提供科學(xué)的理論依據(jù)，最終用于指導(dǎo)新品種選育和品種配套調(diào)制技術(shù)［35］。目前，國內(nèi)外研究中針對煙葉烘烤機(jī)理方面的甚少，主要集中在失水和變黃特性這兩個方面，對烘烤特性的描述沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)描述為“易烤性好”等，缺少具體的能反映烤煙烘烤特性的量化指標(biāo)。因此，有必要對煙葉烘烤特性開展進(jìn)一步更詳細(xì)的研究，制定出一個判定煙葉烘烤特性的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，使其在定性和定量上得以結(jié)合［35］，并與工業(yè)可用性的標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，縮小農(nóng)業(yè)與工業(yè)，科研與應(yīng)用的差別。此外，為提高烤煙質(zhì)量，提高煙草行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，必須研究并采用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備來準(zhǔn)確落實科學(xué)的烘烤工藝［36］。為此，可以結(jié)合智能控制理論，解決在烘烤過程中利用經(jīng)驗，人為判斷進(jìn)行調(diào)整等不足，逐步實現(xiàn)煙葉烘烤的智能化控制，提高烤煙綜合生產(chǎn)能力［37］。

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