密集烤房不同類型風(fēng)機(jī)對(duì)散葉烘烤的影響

劉明宏，王 濤，賈宏昉，芶劍渝，王小彥，解 燕，鄭明偉，吳飛躍*

(1.貴州省煙草公司 遵義市公司,貴州 遵義 563000;2.云南省煙草公司 曲靖市公司,云南 曲靖 655000;3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002)

隨著煙草生產(chǎn)的現(xiàn)代化，傳統(tǒng)烤房存在裝煙量少、操作復(fù)雜及勞動(dòng)強(qiáng)度大等弊端[1]，滿足不了烘烤需求，另外傳統(tǒng)烤房通常采用自然通風(fēng)排濕，烤房?jī)?nèi)風(fēng)速受環(huán)境影響較大，而風(fēng)速大小決定了烤房?jī)?nèi)溫濕度分布[2]，葉間隙風(fēng)速穩(wěn)定性差，極易造成烤后煙掛灰等問題[3]。密集烤房具有裝煙量大、節(jié)能、省工、熱風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)和強(qiáng)制排濕等優(yōu)點(diǎn)，能顯著提高烤后煙葉質(zhì)量，降低烤壞煙風(fēng)險(xiǎn)[4]。密集烤房煙夾裝煙方式和掛桿裝煙方式已有成熟的配套設(shè)備及烘烤方式，新興發(fā)展的密集散葉裝煙方式和烘烤方式有較多研究，但相應(yīng)的密集散葉烘烤配套設(shè)備尚不完善，尤其在風(fēng)機(jī)設(shè)備方面仍沿用了密集傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，對(duì)散葉烤后煙葉質(zhì)量提升有限制性[5]。因此，進(jìn)行密集烤房不同類型風(fēng)機(jī)對(duì)散葉烘烤影響的研究，對(duì)明確散葉烘烤配套風(fēng)機(jī)，進(jìn)一步提高烤后煙葉品質(zhì)有重要意義。許齊等[6]研究了不同變頻風(fēng)速對(duì)掛桿裝煙烘烤效果的影響，結(jié)果表明在烘烤變黃期、定色期和干筋期采用逐漸降低的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，能提高烤后煙葉質(zhì)量；張樹堂等[7]研究發(fā)現(xiàn)，密集掛桿烘烤采用風(fēng)機(jī)功率1.2 kW、風(fēng)量12000 m3/h的風(fēng)機(jī)配置，能提高烤后煙葉優(yōu)質(zhì)煙比例，增加煙葉的經(jīng)濟(jì)效益；王勇軍等[8]研究表明，密集掛桿烘烤采用1.5/1.1 kW的6號(hào)電機(jī)使烤房?jī)?nèi)溫差較小、風(fēng)速適宜，提高烤后煙葉感官質(zhì)量，降低能耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。目前關(guān)于密集烤房風(fēng)機(jī)對(duì)烘烤的影響已有大量研究，而針對(duì)不同功率風(fēng)機(jī)對(duì)密集烤房散葉烘烤環(huán)境及煙葉質(zhì)量的研究鮮有報(bào)道。通過研究不同類型風(fēng)機(jī)的烤房，分析散葉烘烤風(fēng)速、溫差和烤后質(zhì)量，明確散葉烤房適宜的風(fēng)機(jī)，為改善散葉烤后煙葉質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年在云南省曲靖市羅平縣九龍烘烤工廠進(jìn)行，以烤煙品種K326為試材。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦且肥力中等，田間生產(chǎn)管理按優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)管理方式進(jìn)行，選取成熟度為適熟的中部葉(10～12葉位)為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)烤房為氣流上升式密集烤房(8.0 m×2.7 m)，采用散葉插簽裝煙方式[9]進(jìn)行裝煙，每房裝煙4層，裝煙量7000 kg且要求裝煙均勻，散葉烘烤工藝參照林紹武等[10]的烘烤方式進(jìn)行烘烤。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置3種不同高溫高濕循環(huán)風(fēng)機(jī)處理的烤房，CK(七號(hào)軸流)：風(fēng)機(jī)功率1.5 kW，風(fēng)量13600 m3/h，全壓111 Pa，轉(zhuǎn)速960/1450 r/min；T1(七號(hào)混流)：風(fēng)機(jī)功率2.2/2.8 kW，風(fēng)量12500/18800 m3/h，全壓205/470 Pa，轉(zhuǎn)速960/1450 r/min；T2(八號(hào)軸流)：風(fēng)機(jī)功率1.8/2.6 kW，風(fēng)量21333/32000 m3/h，全壓138/310 Pa，轉(zhuǎn)速960/1450 r/min。不同處理烤房采用相同的散葉烘烤工藝，烘烤操作保持一致，在干球溫度40 ℃前均采用低速轉(zhuǎn)速(960 r/min)，在干球溫度達(dá)到40 ℃后采用高速轉(zhuǎn)速(1450 r/min)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 烤房?jī)?nèi)溫差、風(fēng)速 密集散葉烤房的二層進(jìn)行葉間隙風(fēng)速和平面溫度測(cè)定，風(fēng)速探頭安裝在距離烤房門前2 m(后)、4 m(中)、6 m(前)左右兩側(cè)的位置，共設(shè)置6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)位置分別距離分風(fēng)板及加熱墻40 cm左右，風(fēng)速測(cè)量點(diǎn)與平面溫度測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在同一位置，前、中、后的風(fēng)速取值為左右兩側(cè)的平均值，平面溫差取值為前、中、后位置的左右溫差絕對(duì)值和的平均值，垂直溫度測(cè)量點(diǎn)安裝在距離烤房門前6 m左右兩側(cè)的位置，分別設(shè)置在高溫層(底層)和低溫層(頂層)，取值為每層次左右兩側(cè)平均值的差值。溫度測(cè)量采用密集烤房電子火表，風(fēng)速測(cè)量采用多通道風(fēng)速測(cè)試儀測(cè)量。

1.3.2 烘烤能耗 稱量并記錄整個(gè)烘烤階段用煤量，記錄烘烤總時(shí)間及烘烤所需總電量，并分析烘烤成本。

1.3.3 烤后煙葉質(zhì)量 煙葉烘烤結(jié)束后，從每處理烤房隨機(jī)選取3 kg烤后樣，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性狀和外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)[11]，混合選取烤后等級(jí)為C3F的煙葉，采用流動(dòng)分析儀對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分測(cè)定，另外并進(jìn)行煙葉感官質(zhì)量評(píng)價(jià)[12]。

1.4 統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2010、DPS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的平面和垂直溫差

由表1可知，不同處理的平面溫差均低于垂直溫差，說(shuō)明密集烤房每層不同點(diǎn)溫度分布較為均勻。與對(duì)照處理相比，T1和T2處理的平面溫差較低，2個(gè)處理的平面溫差相差不大，溫差在0.5～1.5 ℃。不同處理的垂直溫差隨烘烤過程的進(jìn)行呈逐漸增大后減小的變化規(guī)律，與對(duì)照處理相比，T1和T2處理的垂直溫差在不同階段均較小，且2個(gè)處理的垂直溫差較小，溫差在2.08～2.92 ℃。T1和T2處理使烤房平面溫差小于1.5 ℃、垂直溫差小于3 ℃，說(shuō)明七號(hào)混流風(fēng)機(jī)和八號(hào)軸流風(fēng)機(jī)能降低了平面溫差和垂直溫差，改善了烤房烘烤環(huán)境。

2.2 不同處理的葉間隙風(fēng)速變化

由表2可知，不同處理的密集烤房?jī)?nèi)風(fēng)速隨烘烤的進(jìn)行呈逐漸增加的變化趨勢(shì)，烤房前部風(fēng)速>中部風(fēng)速>后部風(fēng)速。不同處理烤房葉間隙風(fēng)速在變黃前期差異較小，但在變黃后期T1和T2處理烤房?jī)?nèi)葉間隙風(fēng)速均大于對(duì)照處理烤房，風(fēng)速穩(wěn)定在0.30 m/s以上。風(fēng)機(jī)風(fēng)速與風(fēng)機(jī)功率密切相關(guān)，烤房?jī)?nèi)葉間隙風(fēng)速表現(xiàn)為T1>T2>CK。

表1 不同風(fēng)機(jī)烘烤過程中平面和垂直溫差分析 ℃

2.3 不同處理烤房的烘烤能耗分析

從表3可知，與對(duì)照相比，T1和T2處理烘烤耗時(shí)顯著較低，烤后干煙量顯著較高，T1和T2處理存在差異但不顯著；不同處理烤房耗煤量、耗電量以對(duì)照處理最高，T1處理最低，這與對(duì)照烘烤時(shí)間較長(zhǎng)和風(fēng)機(jī)功率較大有關(guān)。從烘烤耗煤和耗電總成本來(lái)看，與對(duì)照處理相比，T1和T2處理的每千克干煙烘烤總成本降低了11.6%和14.0%。綜上所述，七號(hào)混流風(fēng)機(jī)(T1)和八號(hào)軸流風(fēng)機(jī)(T2)烤房能顯著降低烘烤總成本，提高烤后煙葉干煙量，八號(hào)軸流風(fēng)機(jī)較優(yōu)。

表2 不同風(fēng)機(jī)烘烤過程中葉間隙風(fēng)速分析

表3 不同處理烘烤能耗分析

注:不同小寫字母表示同一列處理間差異顯著(P<0.05)，下同。煤炭?jī)r(jià)格1300元/t、用電0.6元/(kW·h)。

2.4 不同處理對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分的影響

從表4可看出，與對(duì)照處理相比，T1和T2處理的烤后煙葉淀粉、總糖和還原糖含量顯著較高，推測(cè)與對(duì)照處理烘烤時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)。不同處理烤后煙葉蛋白質(zhì)含量：CK>T1>T2，但T2處理烤后煙葉蛋白質(zhì)含量處于適宜范圍。不同處理烤后煙葉總氮和煙堿含量均在優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍，與對(duì)照處理相比，T1和T2處理顯著偏低。煙葉石油醚提取物含量反映煙葉香氣的物質(zhì)，T2處理顯著高于T1處理，T1處理顯著高于對(duì)照處理，說(shuō)明烘烤時(shí)間過長(zhǎng)影響烤后煙葉香氣物質(zhì)，風(fēng)機(jī)功率過大不利于香氣物質(zhì)的形成?？竞鬅熑~化學(xué)成分協(xié)調(diào)性與氮堿比及糖堿比相關(guān)，糖堿比一般接近10為宜，氮堿比接近1為宜，不同處理烤后煙葉糖堿比、氮堿比以T2處理最優(yōu)。

表4 不同處理烤后煙葉化學(xué)成分分析

2.5 不同處理對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表5可知，上中等煙率以T2處理最高，不同處理的上中等煙率存在顯著性差異。與對(duì)照處理相比，T1和T2處理的下等煙率顯著較低，T2處理的下等煙率最低。不同處理烤后煙雜色煙率存在顯著性差異，T2處理的雜色煙率顯著低于CK和T1處理。T1和T2處理烤后煙葉的活筋煙率顯著低于對(duì)照處理，且2個(gè)處理不存在顯著性差異。綜上所述，七號(hào)軸流風(fēng)機(jī)烤房增加了下等煙率、雜色煙率和活筋煙率，T1和T2處理能提高烤后煙的上中等煙率葉，但以T2處理的烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀較優(yōu)。

2.6 不同處理對(duì)烤后煙葉外觀質(zhì)量的影響

從表6可看出，T1和T2處理烤后煙葉外觀質(zhì)量整體差異不大，但均優(yōu)于對(duì)照處理。不同處理烤后煙葉成熟度以成熟為主，對(duì)照處理的葉片結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為尚疏松、身份較薄，T1和T2處理的葉片結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為疏松、身份中等，烤后煙葉外觀指標(biāo)油分和色度以T2處理最優(yōu)。從身份、油分、葉片結(jié)構(gòu)和色度方面綜合分析，T1和T2處理外觀質(zhì)量?jī)?yōu)于對(duì)照處理，但T2處理較適宜。

表5 不同處理烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀分析

2.7 不同處理對(duì)烤后煙葉感官質(zhì)量的影響

由表7可看出，與對(duì)照處理相比，T1和T2處理的香氣質(zhì)較好、香氣量充足、余味舒適、雜氣性較小，感官質(zhì)量總分較大。表明提高風(fēng)機(jī)功率能提高烤后煙葉感官質(zhì)量，間接減少了烘烤時(shí)間。與T1處理相比，T2處理烤后煙葉的勁頭、濃度和刺激性較小，感官質(zhì)量總分最大，說(shuō)明適宜風(fēng)機(jī)功率有利于改善烤后煙葉感官質(zhì)量。

表6 不同處理烤后煙葉外觀質(zhì)量

表7 不同處理烤后煙葉感官質(zhì)量 分

3 結(jié)論與討論

密集散葉烤房?jī)?nèi)溫度和風(fēng)速是影響煙葉變化的主要環(huán)境因子，葉間隙風(fēng)速高能使煙葉受到熱的熱量更多，使烤房?jī)?nèi)溫差減小[13]，進(jìn)而煙葉水分蒸發(fā)較快滿足了散葉烘烤排濕要求。本研究結(jié)果表明，隨著風(fēng)機(jī)功率增大，烤房?jī)?nèi)煙葉間隙風(fēng)速逐漸增大，高低溫層次的溫差逐漸減小并穩(wěn)定在3.0 ℃以內(nèi)，平面溫差在1.5 ℃以內(nèi)，這與王學(xué)龍等[14]研究的結(jié)果較為一致。與對(duì)照處理相比，T1和T2處理烘烤耗時(shí)顯著較低，烤后干煙量顯著較高，降低了耗煤量、耗電量及烘烤的總成本，這與烤房風(fēng)機(jī)功率較低使煙葉干燥和烤房排濕效率較低有關(guān)[15]。與對(duì)照處理相比，T1和T2處理烤后煙葉的淀粉、總糖和還原糖含量顯著較高，這與對(duì)照處理烘烤時(shí)間較長(zhǎng)使煙葉內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化過度有關(guān)[16]，T2處理的煙葉石油醚提取物含量顯著高于T1處理，T1處理顯著高于對(duì)照處理，說(shuō)明烘烤時(shí)間過長(zhǎng)及風(fēng)機(jī)功率過大不利于香氣物質(zhì)的形成[17]，不同處理烤后煙葉化學(xué)成分綜合分析，T2處理烤后煙葉協(xié)調(diào)性最優(yōu)。

通過不同風(fēng)機(jī)類型的經(jīng)濟(jì)性狀分析可知，烤后煙葉上中等煙率以T2處理最高，T1處理次之，均顯著高于對(duì)照處理?？竞鬅熑~外觀質(zhì)量以T2處理較優(yōu)，與對(duì)照處理相比，T2處理的香氣質(zhì)較好、香氣量充足、余味舒適、雜氣性較小、感官質(zhì)量總分較大，而T1處理次之，說(shuō)明在烘烤定色后期及干筋期烤房?jī)?nèi)風(fēng)速過大，容易造成煙葉內(nèi)小分子物質(zhì)蒸發(fā)[15]，說(shuō)明適宜風(fēng)機(jī)功率有利于改善烤后煙葉感官質(zhì)量。

綜上所述，較大功率七號(hào)混流和八號(hào)軸流風(fēng)機(jī)的烤房能改善烘烤環(huán)境，降低烤房的垂直溫差和平面溫差，使風(fēng)速分布更均勻，降低烘烤能耗，改善煙葉的外觀和感官質(zhì)量，增加煙葉的經(jīng)濟(jì)效益，密集散葉烤房以八號(hào)軸流風(fēng)機(jī)最適宜。