不同能源類型烤房對(duì)煙葉品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益及能耗情況的影響

許躍奇，楊 楠*，王曉強(qiáng)，常 棟，馬文輝，劉迎昌

(1.河南省煙草公司 平頂山市公司，河南 平頂山 467000；2.河南省平頂山市煙草公司 郟縣分公司，河南 郟縣 467100)

煙葉烘烤是烤煙生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，烤房是煙葉烘烤的專用設(shè)備，我國(guó)煙葉烘烤普遍采用傳統(tǒng)的燃煤密集烤房[1]，但是傳統(tǒng)燃煤密集烤房存在耗費(fèi)人工、燃煤效率低且烘烤過(guò)程中產(chǎn)生大量的污染物等弊端[2]，必將在以后的煙葉烘烤進(jìn)程中被升級(jí)改造。在現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的大形勢(shì)下，新型能源烤房無(wú)疑是我國(guó)煙葉烘烤的發(fā)展方向，就當(dāng)前情況來(lái)看，煙葉烘烤所采用的新能源主要有生物質(zhì)燃料、熱泵、太陽(yáng)能、甲醇燃料等[3-6]，與燃煤烤房相比，這些能源燃燒的廢氣對(duì)環(huán)境污染較小，也符合當(dāng)前新形勢(shì)下節(jié)能減排的要求。目前對(duì)新能源烤房研究主要集中在烘烤成本、烤房能耗等指標(biāo)的比對(duì)上[7-9]，但是對(duì)新能源烤房烤后煙葉內(nèi)在品質(zhì)的研究鮮有報(bào)道，本試驗(yàn)以4種新型烤房(太陽(yáng)能烤房、醇基燃料烤房、生物質(zhì)燃料烤房、熱泵烤房)為對(duì)象，以燃煤密集烤房為對(duì)照，分析比較了不同能源類型烤房在烤后煙常規(guī)化學(xué)成分、多酚、非揮發(fā)性有機(jī)酸、烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益以及烤房能耗情況方面的不同，探索適合當(dāng)前煙葉清潔烘烤新模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2016年7～10月于河南省平頂山市郟縣現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)科技園進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質(zhì)燃料烤房、熱泵烤房、太陽(yáng)能烤房。烘烤所用品種均采用當(dāng)?shù)刂髟云贩N中煙100，各烤房均按照“三段式”烘烤模式[1]。每個(gè)烤房處理設(shè)3次重復(fù)，為保證試驗(yàn)效果，試驗(yàn)所需煙葉均采自同一煙田且同時(shí)裝炕，各烤房裝煙量均一致。每座烤房上、中、下棚分別選擇2竿煙葉進(jìn)行標(biāo)記，用于烤后煙葉內(nèi)在質(zhì)量的分析。

1.1.2 烤房參數(shù) 5種烤房的具體參數(shù)信息見(jiàn)表1。

表1 不同類型烤房的相關(guān)參數(shù)

1.2 測(cè)定方法

煙葉主要化學(xué)成分采用AAⅢ型連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀測(cè)定(德國(guó)BRAN+LUEBBE公司生產(chǎn))[10]；煙葉中的多酚類物質(zhì)按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法(YC/T 202—2006)測(cè)定[11]；煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸按照YC/T 288—2009煙草及煙草制品多元酸的氣相色譜法測(cè)定[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異性分析和相關(guān)描述統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同能源類型烤房烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量分析

煙草常規(guī)化學(xué)成分對(duì)烤煙煙氣特征和評(píng)吸質(zhì)量有一定影響。從表2可以看出，在相同烘烤工藝條件下，各烤房常規(guī)化學(xué)成分含量各有差異。燃煤密集烤房的煙堿含量為3.05%，高于太陽(yáng)能烤房0.65個(gè)百分點(diǎn)；總糖、還原糖含量均以太陽(yáng)能烤房的最高，熱泵烤房次之，且均與其他3種類型烤房達(dá)到顯著性差異；糖堿比以太陽(yáng)能烤房最高，燃煤密集烤房最低；氮堿比以燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質(zhì)燃料烤房較高，與太陽(yáng)能烤房達(dá)到顯著性差異。5種能源類型烤房烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)基本都在優(yōu)質(zhì)烤煙化學(xué)成分適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求范圍內(nèi)[13]，但太陽(yáng)能烤房更為適宜，能滿足工業(yè)企業(yè)對(duì)烤煙原料質(zhì)量的要求。

表2 不同能源類型烤房烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量%

注：同列數(shù)據(jù)后的小寫(xiě)字母表示在5%水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。下同。

2.2 不同能源類型烤房烤后煙葉多酚含量分析

從表3可以看出，5種能源類型烤房烤后煙葉多酚含量有一定差異，煙草中的多酚類物質(zhì)主要分為綠原酸、莨菪亭、蕓香苷3種，從5種烤房多酚含量來(lái)看，綠原酸>蕓香苷>莨菪亭。綠原酸含量以太陽(yáng)能烤房最高，為17.99 mg/g，且顯著高于其他4種類型烤房，生物質(zhì)燃料烤房、醇基燃料烤房、燃煤密集烤房之間差異不顯著；莨菪亭含量以醇基燃料烤房最高，熱泵烤房最低，兩種烤房達(dá)到顯著性差異；蕓香苷含量以太陽(yáng)能烤房最高，為9.26 mg/g，與其他4種烤房達(dá)到顯著性差異；整體來(lái)看多酚總量最多的為太陽(yáng)能烤房，總量最少的是燃煤密集烤房，且高于燃煤密集烤房41.96%，太陽(yáng)能烤房與其他4種類型烤房達(dá)到顯著性差異。

表3 不同能源類型烤房烤后煙葉多酚含量mg/g

2.3 不同能源類型烤房烤后煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸含量分析

從表4可以看出，5種類型烤房烤后煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸主要有檸檬酸、蘋(píng)果酸、草酸、丁二酸、富馬酸、丙二酸6種，其中蘋(píng)果酸含量明顯高于其他有機(jī)酸。蘋(píng)果酸含量以太陽(yáng)能烤房最高，為162.84 mg/g，且5種類型烤房之間達(dá)到顯著性差異；檸檬酸含量以燃煤密集烤房最高，醇基燃料烤房、生物質(zhì)燃料烤房、熱泵烤房之間差異不顯著，太陽(yáng)能烤房最低；草酸含量以燃煤密集烤房最高，與檸檬酸含量表現(xiàn)出相似的規(guī)律，且5種類型烤房之間達(dá)到顯著性差異；從整體來(lái)看，5種類型烤房非揮發(fā)性有機(jī)酸含量達(dá)到顯著性差異，總量以太陽(yáng)能烤房最高，為191.96 mg/g，高于燃煤密集烤房20.87%。

表4 不同能源類型烤房烤后煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸含量mg/g

2.4 不同能源類型烤房烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益及烤房能耗情況

5種能源類型烤房烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益及能耗情況如表5所示，從烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，烤后煙均價(jià)以太陽(yáng)能烤房最高，為25.80元/kg，高于最低的燃煤密集烤房26.72%；就上中等煙比例來(lái)看，5種能源類型烤房由高到低的順序?yàn)樘?yáng)能烤房(91%)>熱泵烤房(87%)>生物質(zhì)燃料烤房(85%)>醇基燃料烤房(78%)>燃煤密集烤房(72%)；消耗燃料的烤房有燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質(zhì)燃料烤房，平均單炕煙用燃料費(fèi)分別為624、1440、1200元；在5種能源類型烤房中，單炕能耗總費(fèi)用最低的為太陽(yáng)能烤房，為763.20元，總費(fèi)用最高的為醇基燃料烤房，為1588.80元。

表5 不同能源類型烤房烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益及烤房能耗情況

3 討論

就煙葉的內(nèi)在質(zhì)量來(lái)看，太陽(yáng)能烤房、熱泵烤房烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分、生物堿、多酚含量整體優(yōu)于其他3種烤房，主要是由于煤、生物質(zhì)、醇基烤房燃料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的滯后性，在烤房需要轉(zhuǎn)過(guò)升溫的過(guò)程中，需要添加的燃料在短時(shí)間內(nèi)燃燒慢，因而造成升溫速度較慢；烤房需要穩(wěn)定溫度時(shí)，正在燃燒的燃料所釋放的熱量難以及時(shí)得到控制，不可避免會(huì)對(duì)煙葉烘烤產(chǎn)生不利影響；而太陽(yáng)能烤房、熱泵烤房集成了現(xiàn)代電子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，熱泵供熱精準(zhǔn)易控，升溫及時(shí)，穩(wěn)溫平穩(wěn)，能在一定程度上提升煙葉的烘烤質(zhì)量。煙葉的化學(xué)成分指標(biāo)除了受自身基因型的影響外，烤房?jī)?nèi)的環(huán)境對(duì)其也有較大的影響[14]。太陽(yáng)能烤房和熱泵烤房烤后煙葉總糖、還原糖含量均高于其他3種烤房，主要是由于2種烤房墻體采用聚胺脂復(fù)合板，密封性高，一方面，可以精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕控制[15]，為烤房?jī)?nèi)部創(chuàng)造適宜的溫度和濕度條件，提高煙葉中呼吸酶、水解酶、氧化還原酶的活性，促使淀粉、蛋白質(zhì)降解為糖類和氨基酸；另一方面，可以按照需求嚴(yán)格控制升溫速度和排濕速度，在變黃后期縮短各種酶的作用時(shí)間，最大程度地使煙葉內(nèi)在成分積累和保留，避免了水解的糖類進(jìn)一步被呼吸作用消耗。

多酚類物質(zhì)能對(duì)煙草的香吃味和色澤產(chǎn)生影響，尤其是綠原酸、莨菪亭和蕓香苷，它們是構(gòu)成烤煙香氣特征的重要成分[16]。太陽(yáng)能烤房和熱泵烤房烤后煙葉綠原酸、蕓香苷和多酚含量較高，這可能是由于烘烤定色階段，快速升溫的同時(shí)烤房?jī)?nèi)強(qiáng)勁的通風(fēng)設(shè)備能及時(shí)排出烤房?jī)?nèi)的濕空氣，抑制了煙葉中多酚氧化酶的活性，終止酶促棕色化反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)減少了煙葉烤糟、掛灰的風(fēng)險(xiǎn)，這與董淑君等[17]的研究結(jié)果一致。

煙葉中的有機(jī)酸分為揮發(fā)性有機(jī)酸和非揮發(fā)性有機(jī)酸，非揮發(fā)性有機(jī)酸能夠改善抽吸品質(zhì)，增加煙氣濃度，也能平衡煙氣的酸堿度[18]。太陽(yáng)能烤房和熱泵烤房烤后煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸總量較高。蘋(píng)果酸含量在6種非揮發(fā)性有機(jī)酸中最高，其次是檸檬酸。周輝等[19]的研究表明，變黃時(shí)間延長(zhǎng)增加了煙葉檸檬酸的含量，由于檸檬酸是還原糖的分解代謝產(chǎn)物，兩種烤房在煙葉變黃后期能精準(zhǔn)升溫定色，縮短轉(zhuǎn)火升溫的時(shí)間差，抑制了還原糖的降解，從而降低了檸檬酸的含量，這也驗(yàn)證了趙高坤等[20]的研究結(jié)果。宋朝鵬等[21]研究表明，蘋(píng)果酸代謝酶活性與蘋(píng)果酸含量密切相關(guān)，它能催化蘋(píng)果酸與草酰乙酸之間的可逆轉(zhuǎn)換[22]，由于兩種烤房能為酶代謝提供較為有利的溫濕度環(huán)境，因此能促進(jìn)煙葉中有機(jī)酸含量的積累，提高煙葉品質(zhì)。

就烤后煙葉經(jīng)濟(jì)效益和烤房能耗情況來(lái)看，太陽(yáng)能烤房、熱泵烤房烤后煙葉均價(jià)及上中等煙比例高于其他烤房，這與徐成龍等[23]的研究結(jié)果一致，由于這2種烤房恒溫恒濕、升溫排濕控制精準(zhǔn)，烤后煙葉品質(zhì)較好，黑糟煙、掛灰煙、烤青煙幾率大大降低。從烤房能耗情況來(lái)看，太陽(yáng)能烤房單炕能耗總費(fèi)用最低，其次是燃煤密集烤房、熱泵烤房、生物質(zhì)燃料烤房，費(fèi)用最高的是醇基燃料烤房。由于煤、生物質(zhì)、醇基燃料均屬于不可再生的能源，且煤和生物質(zhì)在燃燒后不可避免的向大氣中排放二氧化硫、一氧化氮等污染性氣體，因此在考慮節(jié)能環(huán)保高效的前提下，太陽(yáng)能烤房表現(xiàn)較好。

4 結(jié)論

綜合5種能源類型烤房烤后的煙葉品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益及烤房的能耗情況來(lái)看，太陽(yáng)能烤房指標(biāo)均表現(xiàn)較好，在光、熱資源豐富的煙葉產(chǎn)區(qū)，充分利用太陽(yáng)能作為煙葉烘烤的重要能源是一項(xiàng)可行的、對(duì)環(huán)境有益的舉措。在考慮煙草行業(yè)發(fā)展大環(huán)境的情況下，對(duì)烤房進(jìn)行改造升級(jí)，發(fā)展新能源烤房不失為一種煙草烘烤發(fā)展的新思路。