不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房空間溫度分布的影響

單 倩 ， 凌 平 ， 王能如， 彭桃軍 ， 沈雪婷 ， 蘇鵬飛 ， 殷伍彬

(1.江西省吉安市煙草公司安福分公司，江西 安福 343200； 2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康研究中心，安徽 合肥 230052)

不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房空間溫度分布的影響

單 倩1， 凌 平1， 王能如2， 彭桃軍1， 沈雪婷1， 蘇鵬飛1， 殷伍彬1

(1.江西省吉安市煙草公司安福分公司，江西 安福 343200； 2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康研究中心，安徽 合肥 230052)

為了比較烘烤過程中2種煙葉夾持方式烤房?jī)?nèi)溫度分布的特點(diǎn)，用氣流下降式烤房開展了煙葉烘烤對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，掛竿式烘烤烤房?jī)?nèi)最高溫度和最低溫度一直高于籠式煙夾烘烤烤房?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的極值溫度；2種夾持方式烤房?jī)?nèi)溫度極差都是隨烘烤進(jìn)程不斷增大，且除變黃前期外，掛竿式烘烤空間溫度分布更為均勻；2種烘烤方式高低溫位點(diǎn)在變黃期分布基本相同，在定色期及干筋期呈現(xiàn)出差異性。

煙葉；烘烤技術(shù)；密集烤房；裝煙方式；溫度分布

煙葉烘烤是決定煙葉最終質(zhì)量、產(chǎn)量和可用性價(jià)值的關(guān)鍵性生產(chǎn)環(huán)節(jié)[1]。目前廣泛應(yīng)用的煙葉烤房主要是普改密烤房和密集烤房。密集烤房裝煙密度為普通烤房的2倍以上[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)制通風(fēng)，熱風(fēng)循環(huán)，溫濕度自動(dòng)控制，具有烘烤操作簡(jiǎn)便、省時(shí)省工、提高烤后煙葉質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。研究密集烤房不同煙葉夾持方式烘烤過程中溫度分布的特點(diǎn)，探明其空間特征，對(duì)合理確定煙葉在密集烤房?jī)?nèi)的空間分布，準(zhǔn)確掌握煙葉烘烤進(jìn)程，充分發(fā)揮密集烤房的性能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步解決當(dāng)前煙葉密集烘烤工藝缺陷及煙葉烘烤質(zhì)量問題，具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。密集烤房傳統(tǒng)裝煙方式采用掛竿式，這種裝煙方式烘烤工藝較成熟，但存在著編煙、裝煙、解竿等環(huán)節(jié)用工量大、裝煙密度小、烘烤效率低等問題。經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展使農(nóng)村勞動(dòng)力大規(guī)模向城市轉(zhuǎn)移，煙葉規(guī)?；N植程度又不斷提高，造成煙區(qū)勞動(dòng)力緊缺，用工成本也逐年增加[3]。為實(shí)現(xiàn)煙葉生產(chǎn)上“減工降本、提質(zhì)增效”，煙夾烘烤等新型裝煙方式的研究不斷深入。針對(duì)掛竿烘烤與煙夾烘烤烤后煙葉質(zhì)量的對(duì)比，不同的研究得出的結(jié)果有所差異。王文超等[4]研究表明，使用煙夾編煙操作后，夾持、裝煙、出煙以及卸煙的效率較高，煙葉分布均勻，殘傷破損率較低，優(yōu)質(zhì)煙比例較高，烤后煙葉外觀質(zhì)量高，化學(xué)成分與普通掛煙烘烤無明顯差別。陳永林等[5]研究認(rèn)為，2種夾持方式煙葉質(zhì)量差別不大。這些研究多是針對(duì)烤后煙葉質(zhì)量進(jìn)行研究，而煙葉的最終質(zhì)量與烘烤過程中的烘烤環(huán)境密切相關(guān)，對(duì)于烘烤進(jìn)程中的烤房溫度變化研究較少。本研究通過對(duì)不同煙葉夾持方式密集烤房空間溫度分布特性進(jìn)行研究，為改善煙葉裝煙方式、提高烤后煙葉質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)烤煙品種為云煙85。供試烤房為氣流下降式密集烤房，如圖1所示?？痉恳?guī)格為：裝煙室凈空規(guī)格(L×W×H)為800 cm×280 cm×350 cm，總裝煙量為4 000～5 000 kg?？痉糠稚稀⒅?、下三棚，底棚高130 cm，棚間距80 cm，掛竿長度150 cm。進(jìn)風(fēng)口規(guī)格為(L×W)76 cm×38.5 cm。2個(gè)百葉窗式排濕口，每個(gè)規(guī)格(L×W) 400 cm×34.8 cm。單個(gè)軸流風(fēng)機(jī)，最大風(fēng)速1 440 r·min-1，分高、低兩檔風(fēng)速。自控儀配有2副感溫探頭，分別位于裝煙室頂棚和底棚的平面中心位置。

使用前，對(duì)試驗(yàn)所用測(cè)溫探頭進(jìn)行編號(hào)，以密集烤房自控儀的感溫探頭為對(duì)照，在室內(nèi)自然空氣條件下對(duì)每個(gè)待用測(cè)溫探頭進(jìn)行干、濕球溫度測(cè)試和記錄，篩選與干、濕球溫度值高度一致的測(cè)溫探頭，并對(duì)測(cè)溫設(shè)備存在的測(cè)量誤差進(jìn)行了校正。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用生長一致的連片種植區(qū)同一部位煙葉，結(jié)合籠式煙夾試驗(yàn)示范，進(jìn)行掛竿式烘烤與籠式煙夾烘烤的平行比較研究?；\式煙夾烘烤和掛竿式烘烤數(shù)據(jù)分別來源于不同5爐烤房，其中掛竿式烘烤每爐裝煙量在4 000 kg左右，而籠式煙夾烘烤空間利用率較高[6]，每爐裝煙量在5 000 kg左右。

將烤房頂棚和底棚，分別用T，B表示；烤房加熱室一端為前端，將烤房的前端、前后端1/2位置及其后端，分別定位為1，2，3位點(diǎn)；面對(duì)烤房前端(加熱室)時(shí)，人的左手為左側(cè)定位為L，右手為右側(cè)定位為R，則如圖1所示?；\式煙夾烘烤和掛竿式烘烤均在烤房?jī)?nèi)布控12個(gè)測(cè)溫點(diǎn)并進(jìn)行編號(hào)，測(cè)試記錄烘烤過程中烤房頂棚和底棚溫度(探頭的感溫元件的高度均處于煙葉中部偏下位置)。氣流下降式烤房，頂棚相對(duì)高溫低濕，底棚相對(duì)低溫高濕，因此裝炕時(shí)，變黃快，成熟度略高的鮮煙葉及輕度病葉裝在頂層，以利于及早定色干燥；質(zhì)量好、成熟度適中的煙葉裝在中層和上層；欠熟煙葉裝在底層，以利于充分變黃。烘烤均以三段式烘烤工藝為基礎(chǔ)適當(dāng)調(diào)整，分為5個(gè)階段：變黃前期、變黃后期、定色初期、定色后期、干筋期。對(duì)應(yīng)烤房設(shè)定溫度約為38，41～42，45，52～54，64～68 ℃。同種煙葉夾持方式烘烤工藝調(diào)整情況一致，并以各自5爐實(shí)烤溫度的平均值進(jìn)行比較分析。

圖1 密集烤房?jī)?nèi)部空間12個(gè)溫度測(cè)試位點(diǎn)編號(hào)分布示意圖Fig.1 12 temperature testing site numbers’ distribution sketch in the internal space of the bulk curing barn

2 結(jié)果與分析

2.1 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房空間極值溫度的影響

根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)，繪制結(jié)果如圖2和圖3所示，其中橫坐標(biāo)A，B，C，D，E分別表示變黃前期、變黃后期、定色初期、定色后期、干筋期。圖2為掛竿式烘烤和籠式煙夾烘烤過程中，烤房?jī)?nèi)最高溫度及其差值隨烘烤過程的變化趨勢(shì)；圖3為烤房?jī)?nèi)最低溫度以及它們的差值隨烘烤過程的變化趨勢(shì)。由圖2和圖3可以看出，掛竿式烘烤和籠式煙夾烘烤烤房對(duì)應(yīng)極值溫度的差值都在干筋期達(dá)到最大值，分別為2.5和4.8 ℃，且掛竿式最低溫度與籠式煙夾最低溫度的差值呈現(xiàn)出隨烘烤過程而增大的特點(diǎn)，2種夾持方式的最高溫度差值基本也符合這一特點(diǎn)。

由圖2和圖3數(shù)據(jù)可知，掛竿式烘烤烤房?jī)?nèi)最高溫度和最低溫度一直高于籠式煙夾烘烤烤房?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的極值溫度。造成這一結(jié)果的原因在于煙葉烘烤過程亦為煙葉葉片內(nèi)水分流失的過程，隨溫度升高水分不斷流失，水分流失的同時(shí)，帶走熱量，降低溫度。而籠式煙夾烘烤相較掛竿式烘烤裝煙量更大，更大的裝煙量意味著葉片蒸發(fā)量增大，降低了烤房?jī)?nèi)的極值溫度。隨著2種煙葉夾持方式烤房?jī)?nèi)溫差不斷累積，致使干筋期烤房?jī)?nèi)溫度極值差別最大。

A，B，C，D，E分別表示變黃前期、變黃后期、定色初期、定色后期、干筋期。下同。

A，B，C，D，E respectively indicate the early yellowing period, the last yellowing period, the early fixation period, the last fixation period and the dry tendon period. The same as below.

圖2不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房空間最高溫度的影響
Fig.2Thehighesttemperatureinbulkcuringbarnofthetwomethodsoftobaccoclamping

圖3 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房空間最低溫度的影響Fig.3 The lowest temperature in bulk curing barn of the two methods of tobacco clamping

2.2 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房?jī)?nèi)部溫差的影響

溫度的空間分布對(duì)于煙葉烘烤具有十分重要的作用。研究表明，烤房?jī)?nèi)的溫度分布處于均衡狀態(tài)時(shí)，有利于整房煙葉酶促物質(zhì)轉(zhuǎn)化和失水干燥的速度協(xié)調(diào)一致[7]，從而提高煙葉質(zhì)量。由圖2和圖3可得到掛竿式烘烤和籠式煙夾烘烤不同階段烤房?jī)?nèi)部最高溫度與最低溫度的極差以及極差差值，如圖4所示。由圖4可以看出，2種夾持方式烤房?jī)?nèi)溫度極差都是隨烘烤進(jìn)程不斷增大，至干筋期達(dá)到極差最大值，分別為8.0，10.3 ℃。變黃前期，掛竿式烘烤烤房溫度極差大于籠式煙夾烘烤烤房溫度極差。此后烘烤時(shí)期，掛竿式烘烤烤房溫度極差一直小于籠式煙夾烘烤烤房溫度極差，且隨烘烤進(jìn)程，兩者差別不斷增大至2.3 ℃。分析這一現(xiàn)象，可能的原因在于變黃前期溫度較低且煙葉都較為飽滿，2種夾持方式煙葉失水速度都比較慢[8]，溫度差異受煙葉密度影響，籠式煙夾烘烤方式裝煙密度大，熱量不易散失，內(nèi)部溫度極差較小，進(jìn)入變黃后期以后，隨著失水速率加快，裝煙密度大的籠式煙夾烘烤烤房?jī)?nèi)溫度均衡性較差。由以上分析可知，在掛竿式烘烤的整個(gè)過程中，烤房?jī)?nèi)溫度分布較籠式煙夾烘烤更為均勻。

圖4 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房?jī)?nèi)溫度極差的影響Fig.4 The comparison of temperature range in bulk curing barn of the two methods of tobacco clamping

2.3 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房空間高低溫位點(diǎn)的影響

試驗(yàn)測(cè)試是對(duì)不同測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)溫度進(jìn)行記錄，可以得到最高溫度和最低溫度的位點(diǎn)信息。表1、表2分別為掛竿式烘烤和籠式煙夾烘烤過程中烤房最高溫度和最低溫度的位點(diǎn)。由于試驗(yàn)采用氣流下降式烤房進(jìn)行研究，因此高溫位點(diǎn)位于接近熱源的烤房頂棚，低溫位點(diǎn)位于距離熱源較遠(yuǎn)的烤房底棚。

對(duì)于高溫位點(diǎn)，變黃期的掛竿式烘烤和籠式煙夾烘烤皆在烤房頂棚后端高溫；定色期的掛竿式烘烤烤房頂棚前端高溫，而籠式煙夾烘烤仍在烤房頂棚后端高溫；干筋期的掛竿式烘烤和籠式煙夾烘烤皆在烤房頂棚前端高溫?；\式煙夾烘烤高溫位點(diǎn)呈現(xiàn)出在烤房頂棚平面呈長方形逆時(shí)針方向依次移動(dòng)的特點(diǎn)。

對(duì)于低溫位點(diǎn)，掛竿式烘烤烤房底棚中段一直低溫?；\式煙夾烘烤低溫位點(diǎn)隨烘烤進(jìn)程向前向右移動(dòng)：在變黃前期和變黃后期低溫位點(diǎn)位于B2L位點(diǎn)；定色前期B2R位點(diǎn)低溫；定色后期和干筋期，低溫位點(diǎn)前移至B1R位點(diǎn)處。因此，在整個(gè)烘烤過程中，掛竿式烘烤低溫位點(diǎn)位于烤房底棚中段，而籠式煙夾烘烤低溫位點(diǎn)則明顯呈現(xiàn)隨烘烤進(jìn)程向底棚前端移動(dòng)。

表1 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房高溫位點(diǎn)的影響Table 1 The highest temperature loci in bulk curing barn of the two methods of tobacco clamping

表2 不同煙葉夾持方式對(duì)密集烤房低溫位點(diǎn)的影響Table 2 The lowest temperature loci in bulk curing barn of the two methods of tobacco clamping

3 結(jié)論與討論

密集烤房在中國廣泛推廣及應(yīng)用的背景下，裝煙方式在各地也不盡相同，不同工藝的生產(chǎn)方式對(duì)于烤后煙葉質(zhì)量不易掌握，而良好的煙葉生產(chǎn)離不開密集烘烤技術(shù)與裝煙方式的良好匹配。本研究通過對(duì)不同煙葉夾持方式密集烤房空間溫度分布進(jìn)行研究，希望探究溫度分布及變化規(guī)律，為煙葉裝煙方式、三段式烘烤工藝的改善提供理論指導(dǎo)。

針對(duì)不同裝煙方式對(duì)烤后煙葉品質(zhì)影響尚無一致定論的問題[4，9-10]，本研究從密集烤房烘烤過程中內(nèi)部空間溫度分布差異著手，為研究這一問題提供了一個(gè)可行方法。本研究認(rèn)為，由于裝煙量的增大，籠式煙夾烘烤過程中極值溫度均小于掛竿式烘烤；相較籠式煙夾烘烤，掛竿式烘烤烤房?jī)?nèi)部溫差更為均衡，這與唐春閨[11]的研究結(jié)論一致；建議采取適當(dāng)手段提高籠式煙夾烘烤烤房?jī)?nèi)溫度均勻性，以提高煙葉烤后質(zhì)量：一是適當(dāng)提前進(jìn)行排濕，加快排濕。進(jìn)入變黃后期，風(fēng)機(jī)高檔運(yùn)行一段時(shí)間，再高、低檔交替使用；適度放下回風(fēng)擋板，加快排濕；進(jìn)入定色期時(shí)視烤房?jī)?nèi)濕球溫度高低決定是否將風(fēng)機(jī)調(diào)至低檔運(yùn)行，提起回風(fēng)檔板。二是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的高速運(yùn)行，回風(fēng)擋板適度放下，可能導(dǎo)致烤房?jī)?nèi)升溫過快，為避免煙葉烤青，適當(dāng)延長變黃時(shí)間。對(duì)于掛竿式烘烤變黃前期烤房?jī)?nèi)溫差較大，可參考籠式煙夾烘烤減少烤房?jī)?nèi)部溫差的方法進(jìn)行處理。

烤房?jī)?nèi)高低溫位點(diǎn)左右差異主要是與風(fēng)機(jī)風(fēng)向及烤房建設(shè)是否標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。建議嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)建造烤房，擺正風(fēng)機(jī)，提前試運(yùn)行，看風(fēng)向是否與烤房頂棚平行。由烤房?jī)?nèi)高低溫具體位點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果，建議成熟度略高的鮮煙葉及輕度病葉裝在頂棚，最好裝在頂棚后端(變黃快)，以便及早定色干筋；欠熟煙葉裝在底棚中段位置以利于充分變黃。對(duì)于裝煙位置已有類似指導(dǎo)，更為具體的裝煙位置指導(dǎo)有待于烤房層間溫度和前后斷面溫度差異的試驗(yàn)結(jié)果。

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Studyonthespatialtemperaturedistributionandcomparisonofdifferenttobaccoclampingmethodsinbulkcuringbarn

SHAN Qian1， LING Ping1， WANG Nengru2， PENG Taojun1， SHEN Xueting1， SU Pengfei1， YIN Wubin1

(1.Anfu Branch of Ji’an Tobacco Company in Jiangxi Province， Anfu 343200， China； 2.Research Center of Tobacco and Health of University of Science and Technology of China STC， Hefei 230052， China)

The hanging rod-type baking and tobacco clamp baking are currently two widely used methods of tobacco loading mode. In order to study and compare the characteristics of the temperature distribution in bulk curing barn during the curing process of the two methods of tobacco clamping, the contrast experiment of tobacco baking was carried out in the airflow decrease barns. The results shows, the highest temperature and the lowest temperature in the hanging rod-type barn have been higher than the corresponding extreme temperature in the clamping cage-type barn; the difference of the temperature in bulk curing barn of the two methods of tobacco clamping was increased with the baking process, and the temperature distribution in hanging rod-type baking was more uniform except the change of the Yellow prophase; The distribution of high and low temperature loci in the two baking methods was basically the same during the yellowing period, and a difference appeared in the fixation period and dry tendon period.

tobacco; baking technology; bulk curing barn; tobacco loading mode; temperature distribution

2017-03-27

吉安市煙草公司科技項(xiàng)目(KY15008)

單 倩(1990-)，女，安徽淮南人，碩士，主要從事煙草生產(chǎn)技術(shù)推廣。

王能如(1958-), 男, 安徽巢湖人，副教授。

1000-2340(2017)06-0763-04

S 572

A

常思敏)