散葉烘烤過程中葉間隙風(fēng)速變化的影響因素分析

路曉崇，蘇家恩，裴曉東，孫 謀，李生棟，李 帆，賀 帆，宋朝鵬

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.云南省煙草公司大理州公司 云南 大理 671000； 3.湖南省煙草公司瀏陽市分公司，湖南 瀏陽 410300)

散葉烘烤過程中葉間隙風(fēng)速變化的影響因素分析

路曉崇1，蘇家恩2，裴曉東3，孫 謀1，李生棟1，李 帆3，賀 帆1，宋朝鵬1

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.云南省煙草公司大理州公司 云南 大理 671000； 3.湖南省煙草公司瀏陽市分公司，湖南 瀏陽 410300)

為研究烘烤過程中影響葉間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素，對烘烤過程中不同棚次的溫度、相對濕度(RH)、水氣壓虧缺(VPD)以及葉間隙風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測記錄，并及時取樣測定葉片與主脈含水率，并對不同階段的烤房內(nèi)的空氣溫度、相對濕度、水氣壓虧缺以及煙葉含水率與風(fēng)速進(jìn)行通徑分析，結(jié)果表明，烘烤過程中葉間隙風(fēng)速以及溫度等4個烘烤環(huán)境參數(shù)與煙葉含水率的變化均表現(xiàn)為下棚>中棚>上棚，且在循環(huán)風(fēng)機高速運行階段差異較大。下棚煙葉在循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段I時的水氣壓虧缺與葉片含水率對葉間隙風(fēng)速有較大的直接影響，直接通徑系數(shù)分別為-0.382 6與0.350 9；循環(huán)風(fēng)機高速運行階段影響整個烤房葉間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素是溫度與主脈含水率，直接通徑系數(shù)分別為-0.808 7與0.742 3；循環(huán)風(fēng)機低速運行階段II時的溫度為影響整個烤房煙葉間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素，直接通徑系數(shù)為0.922 0。

烤煙烘烤；葉間隙風(fēng)速；影響因素；通徑分析

隨著密集烤房推廣力度的不斷加大，煙葉烘烤用工大大減少，烘烤效率大幅度提高，但密集烤房烘烤也存在著一定的問題。由于裝煙密度以及裝煙方式的改變，使得烘烤的難度系數(shù)增加，尤其是散葉烘烤，排濕困難，烤壞煙概率大[1]。與傳統(tǒng)煙竿烘烤相比，烤后煙葉質(zhì)量多表現(xiàn)為顏色淺淡、光滑、組織結(jié)構(gòu)緊密等現(xiàn)象，香氣量不足，吃味辛辣等問題，使得原料可用性較差[2]。密集烘烤是通過強制通風(fēng)來實現(xiàn)煙葉的變黃與干燥。研究表明，熱風(fēng)風(fēng)速的大小對農(nóng)產(chǎn)品加工效率與質(zhì)量有很大的影響[3-5]。前人對烘烤過程中葉間隙風(fēng)速的變化以及對煙葉質(zhì)量的影響進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成績，宮長榮等[6]研究表明,通風(fēng)與煙葉干燥關(guān)系密切，并且均影響煙葉的香吃味，在煙葉烘烤中，正確選用熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機可以適時調(diào)控葉間風(fēng)速，明顯降低房內(nèi)縱向溫差，使平面溫度均勻，及時排除煙葉表面水分和促進(jìn)煙葉內(nèi)部水分蒸發(fā)[7-10]。胡志忠等[11]，艾復(fù)清等[12]利用變頻風(fēng)機實現(xiàn)風(fēng)速的調(diào)控，結(jié)果表明，適宜變頻風(fēng)機頻率能明顯提升烤后煙葉質(zhì)量，而現(xiàn)行密集烤房的風(fēng)機轉(zhuǎn)速僅有高速1 440 r·min-1與低速960 r·min-12個檔次，對煙葉品質(zhì)的彰顯略有不利[2]。除循環(huán)風(fēng)機外，煙葉自身因素(內(nèi)因)與熱空氣性質(zhì)(外因)等均會對風(fēng)速變化有一定的影響[6,13]，但關(guān)于影響風(fēng)速變化因素的相關(guān)研究鮮見報道。因此，通過對前人的研究進(jìn)行分析，最終總結(jié)出影響葉間隙風(fēng)速變化的若干因素，包括煙葉葉片與主脈的含水率與裝煙室空氣的溫度、相對濕度以及水氣壓虧缺(VPD)等6大因素[6-10]，因此，對烘烤過程中不同階段的風(fēng)速變化的一系列影響因素進(jìn)行研究，旨在調(diào)控烘烤過程中葉間隙風(fēng)速變化，提高煙葉烘烤質(zhì)量，增加原料可用性，并對精準(zhǔn)烘烤的實現(xiàn)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2014年在湖南省瀏陽市永安鎮(zhèn)永和工場進(jìn)行，供試品種為G 80，前茬作物為水稻，土壤肥力中上等，栽培管理規(guī)范，田間長勢均勻一致，選取成熟采收的中部葉(10～12位葉)為試驗對象。供試烤房為氣流上升式散葉烤房，裝煙室長、寬、高為8 m×2.7 m×3.5 m，裝煙層數(shù)為3層，裝煙容量4 500 kg左右。風(fēng)機低速功率1.5 kW，高速功率2.2 kW，烘烤過程變黃中前期低風(fēng)速運轉(zhuǎn)(960 r·min-1)，變黃后期至定色后期高風(fēng)速運轉(zhuǎn)(1 440 r·min-1)，干筋期低風(fēng)速(960 r·min-1)運轉(zhuǎn)。1.2試驗方法

試驗烤房裝煙松緊適宜，均勻一致，按照密集烘烤工藝進(jìn)行烘烤，烘烤過程中利用烤房溫濕度自控儀(由江蘇科地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司生產(chǎn))，葉溫儀(由中國計量學(xué)院研發(fā))與JTRO7B多通道風(fēng)速測試儀(由北京世紀(jì)建通技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn))對烤房內(nèi)上、中、下3個棚次的干球溫度、相對濕度以及煙葉間隙的風(fēng)速進(jìn)行實時監(jiān)控，自控儀與風(fēng)速儀在烤房點火之后啟動，之后每隔4 h自動記錄存儲1次數(shù)據(jù)，并式根據(jù)(1)[14]，利用測得的干球溫度(T)與相對濕度(RH)計算烤房的水氣壓差虧缺(VPD)。

(1)

式中：VPD為水氣壓虧缺 /kPa；RH為相對濕度 /%；T為烤房溫度 /℃

烘烤過程中每隔4 h取1次樣，每次從3個棚次中各取煙葉10片用剪刀將葉片與主脈剝離，利用殺青烘干法[12]，分別測量煙葉葉片和主脈的含水率。

2 結(jié)果與分析

2.1不同棚次風(fēng)速、溫度、相對濕度、水氣壓虧缺以及煙葉含水率的變化

依據(jù)烘烤過程中循環(huán)風(fēng)機的運轉(zhuǎn)情況將烘烤分為3個階段：循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段I(960 r·min-1，簡稱低速I)、循環(huán)風(fēng)機高速運轉(zhuǎn)階段(1 440 r·min-1，簡稱高速)與循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段II(960 r·min-1，簡稱低速II)。由圖1可知，烘烤過程中不同棚次風(fēng)速的變化表現(xiàn)為“U”型變化，風(fēng)速大小表現(xiàn)為下棚>中棚>上棚；在烘烤進(jìn)行80 h左右葉間隙的風(fēng)速達(dá)到最低值，主要是由于煙葉充分發(fā)軟主脈失水。烘烤過程中溫度在烘烤開始5～132 h呈直線增加趨勢，132～150 h以較大速率增加，不同棚次溫度變化表現(xiàn)為下棚>中棚>上棚。不同棚次的相對濕度均逐漸降低，烤房熱空氣的干燥能力不斷增強，3個棚次差異比較大，出現(xiàn)在循環(huán)風(fēng)機高速運行階段，其中下棚與中棚差異較小；而上棚相對濕度降低速率相對比較緩慢。不同棚次煙葉間熱空氣的水氣壓虧缺表現(xiàn)為循環(huán)風(fēng)機低速運行階段I，三者之間幾乎沒差異；循環(huán)風(fēng)機高速運行階段，三者之間差異比較明顯，尤其是上棚與下棚，中棚與下棚在烘烤的50～96 h差異較大，與上棚在烘烤進(jìn)行100 h之后有較大差異；循環(huán)風(fēng)機低速運行階段II，3個棚次均有較大差異，烘烤接近結(jié)束后三者之間無明顯差異。3個棚次的葉片含水率在循環(huán)風(fēng)機低速運行階段I差異較小，在整個循環(huán)風(fēng)機高速運行階段差異較大，葉片的失水速率表現(xiàn)為下棚>中棚>上棚，尤其是在40～96 h，之后隨著煙葉失水進(jìn)入減速干燥階段，失水速率減慢，且下棚與中棚于烘烤進(jìn)行第120 h幾乎同時完成葉片干燥，但上棚煙葉葉片完成干燥相對較晚。主脈的干燥與葉片的干燥有相似的規(guī)律，但干燥時間較長。在循環(huán)風(fēng)機高速階段，下棚主脈的失水速率基本為直線下降，而中棚與上棚煙葉主脈同時期失水速率較小。

圖1 烘烤過程中各烘烤參數(shù)以及煙葉含水率的變化Fig.1 The change of curing parameters and water content of tobacco leaves in curing process

2.2溫度、相對濕度、水氣壓虧缺以及煙葉含水率等烘烤環(huán)境與葉間隙風(fēng)速的通徑分析

烤煙烘烤的原則為以控制高溫層煙葉溫濕度為主，協(xié)調(diào)中溫層與低溫層煙葉溫濕度為輔。由于供試烤房為氣流上升式烤房，因此，以下棚煙葉作為控制對象。對烘烤過程中下棚煙葉不同階段的溫度、相對濕度、水氣壓虧缺以及煙葉含水率與葉隙風(fēng)速進(jìn)行通徑分析(表1)，結(jié)果表明，循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段I，干球溫度、相對濕度、水氣壓差虧缺、煙葉葉片以及主脈的含水率等5個因素對葉間隙風(fēng)速的影響程度相差不大，其中水氣壓虧缺的直接影響作用最大，直接通徑系數(shù)為-0.382 6，溫度等其他4個因素通過水氣壓虧缺對風(fēng)速有較大的間接影響；雖然溫度等其他4個因素通過葉片含水率對風(fēng)速間接影響相對略小，但葉片含水率對夜間風(fēng)速的變化有較大的影響，直接通徑系數(shù)為0.350 9；溫度對葉間隙風(fēng)速的直接影響作用最小，直接通徑系數(shù)為0.270 6?？芍?此階段影響風(fēng)速變化的主要因素為烤房空氣的水氣壓虧缺與葉片含水率。

循環(huán)風(fēng)機高速運轉(zhuǎn)階段，各因素對葉間隙風(fēng)速的影響均為負(fù)影響，表明隨因素數(shù)值增加，葉間隙風(fēng)速呈較小趨勢?？痉繙囟葘θ~間隙風(fēng)速變化的影響作用最大，直接通徑系數(shù)為-0.808 7，且葉片含水率等其他4個因素通過烤房溫度對葉間隙風(fēng)速的變化均有加大影響；主脈含水率對葉間隙風(fēng)速變化的影響程度次之，直接通徑系數(shù)為-0.742 3，溫度等其他4個因素通過主脈含水率對葉間隙風(fēng)速的變化也有加大影響；空氣水氣壓虧缺對葉間隙風(fēng)速的變化影響最小，直接通徑系數(shù)為-0.125 7；主脈含水率與空氣相對濕度對葉間隙風(fēng)速變化的影響程度與循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段I有所增加。可知,此階段對葉間隙風(fēng)速變化影響的主導(dǎo)因素為溫度與主脈含水率。

循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段Ⅱ，各個影響因素中葉片含水率對葉間隙風(fēng)速的直接影響作用最小，直接通徑系數(shù)為0.096 1，烤房溫度對葉間隙風(fēng)速的影響作用達(dá)到最大，直接通徑系數(shù)為0.922 0，且其他因素通過溫度對葉間隙風(fēng)速也有較大的間接影響，表明隨著溫度的增加,葉間隙風(fēng)速逐漸增加；主脈含水率與葉間隙風(fēng)速的直接通徑系數(shù)為-0.526 9；相對濕度對葉間隙風(fēng)速的影響在整個烘烤過程中達(dá)到最低，直接通徑系數(shù)為0.175 6。因此,循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段Ⅱ?qū)θ~間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素為烤房溫度。

表1 烘烤過程中溫度、相對濕度、水氣壓虧缺以及煙葉含水率與葉間隙風(fēng)速的通徑分析Table 1 The path analysis of relative humidity,vapor pressure deficit and water content of tobacco leaves with the wind speed of leaves gap

續(xù)表Continuing table

注：劃橫線的數(shù)據(jù)表示該因素對風(fēng)速的直接通徑系數(shù)。
Note:The underlined data were directed path coefficient．

3 結(jié)論與討論

對烘烤環(huán)境與煙葉水分變化進(jìn)行研究，結(jié)果表明,烘烤過程中風(fēng)速、溫度、相對濕度以及水氣壓虧缺(VPD)的變化均表現(xiàn)為下棚>中棚>上棚，且不同棚次在循環(huán)風(fēng)速高速運行階段差異最大，這與宮長榮等[6]的研究結(jié)果是一致的。煙葉含水率的變化與烘烤環(huán)境的變化表現(xiàn)一致，這與裴曉東等[15]的研究基本一致。再者葉間隙風(fēng)速的大小對煙葉的質(zhì)量形成有較大影響，然而,本研究的烤房風(fēng)速與詹軍等[16]的研究結(jié)果相比表現(xiàn)略低，可能是由于裝煙方式的不同引起的。

對不同烘烤階段影響葉間隙風(fēng)速變化的因素研究表明,循環(huán)風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)階段I，空氣水氣壓虧缺(VPD)與葉片含水率對葉間隙風(fēng)速變化有較大影響，此時期烘烤的主要任務(wù)是促進(jìn)煙葉變黃[17]，烤房內(nèi)的煙葉處于相對獨立的環(huán)境[18]，煙葉葉片水分含量充足，空氣水氣壓虧缺(VPD)相對較小，空氣的干燥能力較弱。隨著烘烤進(jìn)行，葉片含水率與空氣水氣壓虧缺(VPD)逐漸變化對葉間隙的風(fēng)速變化有一定的影響。但烤房內(nèi)的溫度、相對濕度以及主脈含水率變化很小，因此,對葉間隙的風(fēng)速影響不大。

循環(huán)風(fēng)機高速運行階段，影響葉間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素是溫度與主脈含水率，風(fēng)速作為烤房內(nèi)溫度與水分的載體[19]，在烘烤過程中將能量傳遞給煙葉的同時將煙葉中排出的水分帶出烤房[20]，隨著溫度的升高，空氣水氣壓虧缺(VPD)不斷增加，空氣的干燥能力大幅提高，導(dǎo)致煙葉的失水速率增加，尤其是煙葉主脈水分，而主脈中的水分散失的方式是通過導(dǎo)管輸送到葉片，并在溫度梯度的作用下散失到空氣中實現(xiàn)的。煙葉形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)生變化，對風(fēng)速的阻力增加，再者隨著煙葉水分的不斷散失，空氣中絕對含濕量增加[19]，進(jìn)一步降低了風(fēng)速。這與宮長榮等[6]的研究結(jié)果是一致的。

在循環(huán)風(fēng)機低速運行階段Ⅱ，溫度為影響整個烤房煙葉間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素，煙葉烘烤定色后期到干筋期的主要任務(wù)是部分葉片的干燥與主脈的干燥[21]，此時烤房的相對濕度與葉片含水率已非常低，空氣水氣壓虧缺(VPD)隨著干球溫度的升高不斷升高，空氣的干燥能力逐漸增強，對葉間隙風(fēng)速的變化影響程度逐漸增加，由于煙葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，對葉間隙風(fēng)速的影響也相對穩(wěn)定。但溫度的增加，煙葉主脈不斷干燥，空氣的絕對含濕量不斷變化。使得風(fēng)速不斷發(fā)生變化，溫度越高變化越快[21]。

通過對烘烤過程中葉間隙的研究可知，不同時期影響葉間隙風(fēng)速變化的主導(dǎo)因素不同，其中溫度對風(fēng)速的影響作用最大，煙葉含水率對風(fēng)速變化影響次之，相對濕度與水氣壓虧缺影響較小。生產(chǎn)中可以利用影響因素調(diào)整葉間隙風(fēng)速，進(jìn)而提高煙葉質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。

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(責(zé)任編輯：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

中國煙草總公司云南省公司資助項目(2015YN20);湖南省煙草公司長沙市公司資助項目(2013006)

路曉崇(1988-)，男，河南漯河人，碩士研究生，主要從事煙葉調(diào)制生理研究。

宋朝鵬(1978-)，男，河南鄧州人，副教授。

1000-2340(2016)03-0353-06