密集烤房烘烤過程中溫濕度時(shí)空分布及層間烘烤效果差異化研究

賀慶祥++劉凱++李朋發(fā)++徐后娟++侯欣++劉朋++王玉軍

摘要：為提高密集烤房烘烤質(zhì)量，在氣流下降式密集烤房內(nèi)用HE174溫濕度自動(dòng)記錄儀測量了不同烤房空間、不同烘烤時(shí)間的溫濕度狀況。結(jié)果表明：氣流下降式烤房在烘烤過程中垂直方向上、中、下層和水平方向不同區(qū)域有一定的的溫濕度差異。垂直方向與水平方向溫濕度差異隨烘烤進(jìn)程的變化規(guī)律為：變黃前期小，變黃后期及定色期大，干筋期又逐漸變?。淮怪狈较虿煌瑓^(qū)域的溫濕度差異明顯大于水平方向。烘烤后不同層間煙葉化學(xué)成分有所不同，含氮化合物差異較小，總糖和還原糖含量為下層略高于上層，但均未達(dá)到顯著差異。密集烤房在烘烤過程中溫濕度變化動(dòng)態(tài)研究結(jié)果為指導(dǎo)密集烤房合理裝煙與優(yōu)化烘烤工藝提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：密集烤房；溫度；相對(duì)濕度；分布

中圖分類號(hào)：S572.092文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）06-0054-06

AbstractTo improve the curing quality， the temperature and humidity in different barn space and at different curing time were measured by HE174 automatic temperature and relative humidity recorder in airflow-descending bulk curing barn. The results showed that there were some differences in temperature and relative humidity in the upper， middle and lower layers and the different zones of plane areas during the curing process. The changes in the vertical and horizontal directions were smaller at the early yellowing stage， were larger at the later yellowing stage and leaf-drying stage， and gradually reduced at the stem-drying stage. The difference of temperature and relative humidity in the vertical direction was significantly larger than that in different areas of the horizontal direction. The chemical composition of tobacco leaves was different between different layers after curing. The difference of nitrogen compound content was smaller. The content of total sugar and reducing sugar in the lower layer was slightly higher than that in the upper layer without significant differences. The results could provide the theoretical basis for guiding the reasonable tobacco-loading and optimizing the curing technology for bulk curing barn.

KeywordsBulk curing barn； Temperature； Relative humidity； Distribution

密集烤房是目前我國烤煙主要烘烤設(shè)備[1]。烘烤過程中密集烤房提供的熱氣流與煙葉本身的水分相互作用在烤房內(nèi)形成一個(gè)微環(huán)境，為煙葉內(nèi)部生物化學(xué)反應(yīng)、形成特定的外觀及內(nèi)在品質(zhì)提供適宜條件。有關(guān)烤房內(nèi)溫濕度和氣流變化前人做了一定的研究，唐力為[2]報(bào)道，烘烤過程中烤房內(nèi)各區(qū)域間同一時(shí)間點(diǎn)的溫濕度普遍存在差異，主要反映在不同區(qū)域中調(diào)制的升溫穩(wěn)溫方式的差異、排濕速率的差異以及不同烘烤工藝溫度段所經(jīng)歷時(shí)間長短的差異等方面。王勇軍等[3] 研究了變黃階段、定色階段、干筋階段垂直方向風(fēng)速和水平風(fēng)速對(duì)烘烤的影響。趙華武[4]發(fā)現(xiàn)密集烘烤過程中，煙葉葉片水分的散失與烘烤進(jìn)程關(guān)系密切，定色期失水量和失水速度最大。董艷輝[5]研究了密集烘烤過程中煙葉溫度與烤房環(huán)境因子的關(guān)系。包亞峰[6]利用多孔介質(zhì)得到了烤房部分溫度場和速度場分布?？痉績?nèi)溫濕度通過影響煙葉的酶活性，影響烤后煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，最終會(huì)使各區(qū)域煙葉的吸食品質(zhì)有明顯差異[7-13]。但對(duì)于機(jī)械通風(fēng)密集烤房內(nèi)溫濕度變化動(dòng)態(tài)的量化研究鮮有報(bào)道。本文研究了氣流下降式密集烤房烘烤過程中不同空間不同時(shí)間溫濕度分布動(dòng)態(tài)及其對(duì)煙葉品質(zhì)的影響，旨為密集烤房合理裝煙及烘烤工藝有效掌控提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1供試材料

供試煙葉：烤煙品種K326，選取同一地塊生長狀況、成熟度一致的中部煙葉，含水率平均為84.2%。

供試烤房：氣流下降式密集烤房，符合國煙辦綜[2009]418號(hào)文件要求，裝煙室8.0 m×2.7 m×3.5 m，烤房風(fēng)機(jī)型號(hào)為7號(hào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)中電機(jī)功率2.2 kW/h。

測試儀器：深圳市華圖測控系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的HE174溫濕度自動(dòng)記錄儀。

試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)：2015年山東省沂水金旭煙農(nóng)專業(yè)合作社烘烤試驗(yàn)基地；2016年山東省諸城鑫興煙農(nóng)專業(yè)合作社烘烤基地；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草實(shí)驗(yàn)站園。文中所用數(shù)據(jù)為三地兩年平均值。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1裝煙方式采用掛竿方式，掛煙三層，每個(gè)烤房共裝煙336竿，每竿煙葉質(zhì)量在（10±0.2）kg，煙竿均勻分布在裝煙室內(nèi)。

1.2.2溫度和相對(duì)濕度的測定將27個(gè)溫濕度自動(dòng)記錄儀均勻放置于烤房裝煙室內(nèi)上、中、下三層，每層九個(gè)，每層記錄儀分布如圖1所示。前部是指靠近加熱室煙葉區(qū)域，后部是指靠近烤房門煙葉區(qū)域。按照八點(diǎn)式烘烤工藝烘烤，烘烤結(jié)束后取出記錄儀并輸出數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。

1.2.3煙葉烘烤情況測定烘烤后在烤房每層各個(gè)測量點(diǎn)附近隨機(jī)選取三竿煙調(diào)查烤青率和烤褐率。烤青率（%）=含青煙葉/調(diào)查煙葉總數(shù)×100；烤褐率（%）=含褐煙葉/調(diào)查煙葉總數(shù)×100。

1.2.4煙葉常規(guī)化學(xué)成分的檢測烘烤結(jié)束后取上、中、下層代表性區(qū)域C3F進(jìn)行常規(guī)成分分析。煙堿含量測定采用紫外分光光度法； 水溶性總糖含量采用乙醇提取， 蒽酮比色法測定； 還原糖含量測定采用苦味酸法； 總氮含量測定采用濃硫酸-雙氧水消化法。

2結(jié)果與分析

2.1烤房濕度時(shí)空分布

2.1.1垂直相對(duì)濕度分布動(dòng)態(tài)變黃期垂直方向相對(duì)濕度變化動(dòng)態(tài)如圖2所示，圖中所用數(shù)據(jù)為每層9點(diǎn)數(shù)據(jù)平均值（下同）。

烘烤變黃期是煙葉調(diào)制的重要時(shí)期，變黃期可分為前期烤房密閉氣體循環(huán)階段和后期排濕階段。

變黃前期烤房密閉熱氣體循環(huán)階段：烤房垂直方向相對(duì)濕度均在97%以上，相對(duì)濕度差在3%以內(nèi)，相對(duì)濕度穩(wěn)定。變黃后期排濕階段：不同層間相對(duì)濕度差逐漸增大，上層的相對(duì)濕度下降速度最快，變黃期結(jié)束降低至59.5%；下層相對(duì)濕度降低速度最慢，變黃期結(jié)束時(shí)相對(duì)濕度為71.8%，垂直方向相對(duì)濕度差為12.3個(gè)百分點(diǎn)。

定色期垂直相對(duì)濕度差逐漸減小，定色期結(jié)束時(shí)垂直相對(duì)濕度差為4.1個(gè)百分點(diǎn)，中層和上層間的相對(duì)濕度差小于中層和下層間。定色期是煙葉逐漸干燥的時(shí)期，由于上層煙葉先干燥，使垂直方向濕度相差比較大（圖3）。

干筋期垂直濕度差逐漸減小，當(dāng)烤房濕度整體降低至10%時(shí)，垂直濕度差不超過1個(gè)百分點(diǎn)，烘烤結(jié)束時(shí)不同區(qū)域濕度為7%（圖4）。

2.1.2烤房水平方向相對(duì)濕度變化動(dòng)態(tài)變黃期水平方向相對(duì)濕度變化如圖5所示，僅以中層相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)分析（下同）。變黃前期密閉循環(huán)階段烤房內(nèi)水平方向的相對(duì)濕度基本一致，相對(duì)濕度都在95%以上，相對(duì)濕度差在2個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)。變黃后期排濕階段各區(qū)域相對(duì)濕度差逐漸變大，最大水平相對(duì)濕度差出現(xiàn)在變黃后期相對(duì)濕度迅速下降階段，前部和中部相對(duì)濕度差在3個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)，但后部的相對(duì)濕度明顯低于中部和前部。

定色期烤房內(nèi)的煙葉逐步干燥，相對(duì)濕度逐漸下降，烤房后部相對(duì)濕度最低，前部相對(duì)濕度最高。水平相對(duì)濕度差先增大后減小，最大水平相對(duì)濕度差在定色前期，為8.9個(gè)百分點(diǎn)?？痉壳爸胁吭诙ㄉ捌谙鄬?duì)濕度差小于中后部，定色后期則相反（圖6）。

干筋期烤房前部相對(duì)濕度高于中部和后部，中部和后部相對(duì)濕度差明顯小于前部和中部。隨干筋期延長水平相對(duì)濕度差逐漸減小，當(dāng)烤房濕度整體降低至8%時(shí)，水平面各區(qū)域相對(duì)濕度基本相等。

2.2烤房溫度時(shí)空變化動(dòng)態(tài)

2.2.1垂直方向溫度變化動(dòng)態(tài)變黃期垂直方向溫度變化如圖8所示，上層溫度最高，下層溫度最低。變黃前期烤房密閉氣流內(nèi)循環(huán)階段上下層間的溫度差在1℃以內(nèi)；變黃后期排濕階段垂直溫度差逐漸增大，最大溫度差為2.6℃。

定色期仍為上層溫度最高，下層最低，上層和中層間溫度差大于中層和下層。隨著溫度逐漸升高，垂直溫度差緩慢增大，最大上下層溫度差為3.4℃（圖9）。

干筋前期溫度迅速升高，垂直溫度差達(dá)整個(gè)烘烤過程中最大值，為4.1℃。隨后垂直溫度差逐漸減小，溫度升到68℃時(shí)垂直溫度差明顯減小，烘烤結(jié)束時(shí)垂直溫度差在0.5℃以內(nèi)（圖10）。

2.2.2水平方向溫度變化動(dòng)態(tài)變黃期前期烤房處于氣流內(nèi)循環(huán)的密閉狀態(tài)，水平面不同區(qū)域溫度差在0.5℃內(nèi)，變黃后期通風(fēng)排濕階段烤房不同區(qū)域間溫度差逐漸增大，變黃期結(jié)束時(shí)最大水平溫度差為1.3℃（圖11）。

定色期后部溫度高于中部高于前部，水平溫度差緩慢增大，定色期結(jié)束時(shí)水平最大溫度差為1.5℃（圖12）。

干筋前期溫度迅速升高階段，水平溫度差達(dá)到烘烤過程中最大值，為2.9℃，之后逐漸減小，干筋后期不同區(qū)域水平溫度基本相等（圖13）。

2.3烘烤關(guān)鍵溫度點(diǎn)烤房溫度差和相對(duì)濕度差

八點(diǎn)式烘烤工藝關(guān)鍵溫度點(diǎn)垂直和水平溫濕度差見表1。

由表1可知，42℃時(shí)平均垂直相對(duì)濕度差最高達(dá)14.733個(gè)百分點(diǎn)，38℃最低為1.591個(gè)百分點(diǎn)，38℃至42℃平均垂直相對(duì)濕度差逐漸升高，42℃至68℃逐漸減??；42℃時(shí)平均水平相對(duì)濕度差最高為9.542個(gè)百分點(diǎn)，68℃時(shí)最低為1.059個(gè)百分點(diǎn)，平均垂直相對(duì)濕度差高于平均水平相對(duì)濕度差； 54℃時(shí)平均垂直溫度差最高為3.172℃，38℃時(shí)最低為0.438℃； 54℃時(shí)平均水平溫度差最高為1.569℃，38℃時(shí)最低為0.193℃，平均水平溫度差明顯低于平均垂直溫度差。

2.4密集烤房不同層間烘烤效果比較

由表2可知，上層煙葉相對(duì)于下層煙葉含青率較高，烤褐率較低；煙堿、總氮含量不同層次煙葉間差異較?。豢偺呛瓦€原糖含量下層煙葉略高于中層和上層，但未達(dá)到顯著差異；糖堿比集中于8.68～9.42之間，下層煙葉略高于中層和上層。

3討論

本研究結(jié)果是在烤房風(fēng)機(jī)型號(hào)為7號(hào)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)中電機(jī)功率2.2 kW/h的情況下測定的，風(fēng)機(jī)功率增大時(shí)根據(jù)張樹堂等[18]研究，烘烤前期前中后部的溫濕度差亦隨之加大，烘烤后期溫濕度差減??；相反當(dāng)風(fēng)機(jī)型號(hào)和電機(jī)功率減小到一定程度時(shí)，前中后部的溫濕度差會(huì)出現(xiàn)與本結(jié)論相反的結(jié)果，即前部溫度高濕度低，后部溫度低濕度高，具體數(shù)據(jù)有待于進(jìn)一步研究。

本研究中變黃前期溫濕度變化小，變黃后期和定色期大，干筋期小，這與普通烤房烘烤過程中垂直方向溫濕度差異變化規(guī)律不同[19]，主要原因?yàn)槠胀痉績?nèi)氣體對(duì)流弱，導(dǎo)致其變黃前期不同層次溫濕度差大于定色期和干筋期；而密集烤房由于有機(jī)械通風(fēng)導(dǎo)致烤房內(nèi)氣體對(duì)流較強(qiáng)，再加上本期燒火較小，因而導(dǎo)致變黃前期烤房內(nèi)垂直方向溫濕度差反而比定色期小。

氣流下降式烤房的水平相對(duì)濕度差在變黃期和定色期都小于垂直相對(duì)濕度差，但在干筋前期大于垂直相對(duì)濕度差，與包亞峰[6]的結(jié)論一致。

4結(jié)論

氣流下降式密集烤房在烘烤過程中裝煙室內(nèi)垂直方向不同裝煙層溫度分布規(guī)律為上層高于中層高于下層，相對(duì)濕度分布規(guī)律為上層低于中層低于下層。水平方向不同區(qū)域溫度分布規(guī)律均為前部低于中部低于后部，相對(duì)濕度分布規(guī)律為前部高于中部高于后部。隨烘烤進(jìn)程溫濕度差異變化規(guī)律為：變黃前期小，變黃后期及定色期大，干筋期又逐漸變小。垂直溫度和相對(duì)濕度差大于水平溫度和相對(duì)濕度差。

氣流下降式密集烤房不同層間煙葉烘烤效果存在一定差異：上層（迎風(fēng)層）相對(duì)于下層煙葉烤青率較高，烤褐率較低；烤后煙葉煙堿、總氮含量不同層次間差異較小；煙葉總糖和還原糖含量下層略高于上層，但未達(dá)到顯著差異。

參考文獻(xiàn)：

[1]王衛(wèi)峰，陳江華，宋朝鵬，等.密集烤房的研究進(jìn)展[J].中國煙草科學(xué)，2005，26（3）：12-14.

[2]唐力為.密集烤房中溫濕度分布狀況及其對(duì)煙葉化學(xué)和外觀品質(zhì)的影響[D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[3]王勇軍，陳付軍，余金恒，等.不同風(fēng)機(jī)、電機(jī)配置對(duì)密集式烤房烘烤性能的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（12）：45-48.

[4]趙華武.密集烘烤過程中烤煙葉片水分、電特性和葉間風(fēng)速變化的研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[5]董艷輝. 密集烘烤過程中煙葉溫度與烤房環(huán)境因子關(guān)系及對(duì)烘烤質(zhì)量的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2014.

[6]包亞峰.煙葉烘烤過程中的熱濕分析與優(yōu)化[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[7]宮長榮，何寬信， 孫兆雙， 等.密集式烘烤[M].北京：中國輕工業(yè)出版社， 2007.

[8]閆克玉，趙銘欽.煙草原料學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[9]董志堅(jiān)，陳江華， 宮長榮.煙葉烘烤過程中不同變黃和定色溫度下主要化學(xué)組成變化的研究[J].中國煙草科學(xué)，2000（3）：21-24.

[10]楊立均，宮長榮.烘烤過程中煙葉葉綠素的降解及其與化學(xué)成分的相關(guān)分析[J].中國煙草科學(xué)，2002（2）：5-7.

[11]宮長榮，袁紅濤，陳江華.烘烤過程中環(huán)境濕度和煙葉水分與淀粉代謝動(dòng)態(tài)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2003， 36（2）：155-158.

[12]王行， 凌壽軍， 宋守曄， 等.烘烤過程中溫濕度與煙葉淀粉含量及淀粉酶活性變化的關(guān)系[J].煙草科技，2004（11）：33-35.

[13]王愛華，徐秀紅，王松峰，等.變黃溫度對(duì)烤煙烘烤過程中生理指標(biāo)及烤后質(zhì)量的影響[J].中國煙草學(xué)報(bào)， 2008， 14（1）：27-31.

[14]唐春閨.密集烤房空氣狀態(tài)及烘烤過程中煙葉生理生化變化的研究[D].長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2006.

[15]宮長榮， 劉霞， 王衛(wèi)峰.密集烘烤溫濕度條件對(duì)煙葉生理生化特性和品質(zhì)的影響[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2007， 35（6）：77-82.

[16]賀帆， 王濤， 王戰(zhàn)義，等.變黃期不同溫濕度對(duì)烘烤中煙葉蛋白質(zhì)降解及酶活性的影響[J].中國煙草學(xué)報(bào)， 2014， 20（5）：80-86.

[17]王懷珠， 楊煥文， 郭紅英. 烘烤過程中溫濕度對(duì)烤煙淀粉降解及相關(guān)酶活性的影響[J].作物學(xué)報(bào)， 2006， 32（2）：313-316.

[18]張樹堂， 趙高坤.不同電機(jī)功率和風(fēng)機(jī)風(fēng)量對(duì)密集烤房性能和煙葉烘烤質(zhì)量的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， 27（1）：92-98.

[19]王能如， 徐增漢.普通烤房層間溫濕度分布規(guī)律的初步探討[J].中國煙草科學(xué)，1994（2）：14-17.