熱泵密集烤房對煙葉烘烤主要生理變化和質(zhì)量的影響

仙立國 王松峰 孫帥帥 唐李麗 劉余 楊軍偉 馮文龍 羅富國 曾宗梁 朱國兵 楊秀軍 孫福山 楊建春

摘 要：為進一步探明熱泵密集烤房煙葉生理變化特點和烘烤效果，以中川208成熟中部葉為試驗材料，研究了熱泵和燃煤密集烤房烘烤過程中煙葉主要生理變化及對烤后煙葉質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，隨著煙葉烘烤進程，不同能源密集烤房煙葉葉綠素、類胡蘿卜素含量和含水量均呈逐漸下降趨勢，類葉比呈上升趨勢，淀粉含量呈下降趨勢，總糖和還原糖含量均呈逐步增加趨勢。與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房烘烤中煙葉色素含量降低較快，失水較快，類葉比較高，整葉含水量在38 ℃末至54 ℃末時低5～9個百分點，類葉比在54 ℃末和68 ℃末時分別高1.33和0.82;淀粉含量較低，還原糖較高，且在68 ℃末烘烤結(jié)束時，淀粉含量低1.89百分點，還原糖高2.40百分點;烤后煙上等煙比例提高了7.03個百分點，均價提高1.37元/kg，感官質(zhì)量總分提高了2.5分。綜上所述，空氣源熱泵密集烤房有利于煙葉變黃失水協(xié)調(diào)，降低淀粉含量，提高煙葉質(zhì)量和效益，為熱泵清潔能源替代燃煤密集烘烤提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;密集烤房;生理;煙葉質(zhì)量

Abstract： In order to further explore the curing effect of air-source heat pump curing barn， the mature middle leaves of Zhongchuan 208 were used as experimental materials to study the main physiological changes of tobacco leaves during the curing process and quality of tobacco leaves cured in air-source heat pump and coal-fired bulk curing barn. The results showed that with the curing process， the chlorophyll， carotenoid， water and starch contents of tobacco leaves in different energy bulk curing barns gradually decreased， carotenoid/ chlorophyll ratio， total sugar and reducing sugar increased. Compared with the coal-fired bulk curing barn， the pigment content of tobacco leaves in the air-source heat pump bulk curing barn decreased faster. The water loss was faster. The carotenoid/ chlorophyll ratio was higher by 5-9 percentage points from the end of 38 ℃ to the end of 54 ℃. The carotenoid/ chlorophyll ratio was higher by 1.33 and 0.2 respectively at the end of 54 ℃ and 68 ℃. The starch content was lower， the reducing sugar was higher， and the starch content decreased by 47.25% and reducing sugar increased by 11.37% at the end of 68 ℃. The proportion of high-grade tobacco increased by 7.03 percentage points， and the average price of cured tobacco leaves increased by 1.37 yuan/kg. The total score of sensory quality increased by 2.5 points. To sum up， the air source heat pump bulk curing barn is beneficial to the yellowing and water loss coordination of tobacco leaves， reducing the starch content， improving the quality and benefit of tobacco leaves， which provide technical support for air-source heat pump clean energy to replace coal-fired bulk curing.

Keywords： air-source heat pump; bulk curing barn; physiological; tobacco leaf quality

烘烤是烤煙生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，決定煙葉的品質(zhì)、產(chǎn)量和工業(yè)可用性[1-2]?？緹熀婵颈举|(zhì)是煙葉脫水干燥、色素分解及生物化學變化。精準控制溫濕度等環(huán)境條件，使煙葉脫水、色素分解，內(nèi)在化學成分變化更協(xié)調(diào)，有利于更好地把控烘烤各階段的煙葉狀態(tài)，提高煙葉品質(zhì)。這是煙草調(diào)制加工的核心技術(shù)，也是煙葉烘烤研究的重點[3-4]。煙葉質(zhì)量主要表現(xiàn)在等級結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟性狀、外觀質(zhì)量、化學成分、中性致香物質(zhì)和感官質(zhì)量等方面[5-6]?，F(xiàn)階段煙葉烘烤以燃煤密集烤房為主，存在供熱穩(wěn)定性較差，成本較高，浪費人力和污染環(huán)境等問題。因此，如何利用新能源，降低成本，減輕污染，并確保煙葉烘烤質(zhì)量，增加煙農(nóng)經(jīng)濟收益，成為煙葉烘烤的重要課題[7-8]。近年來，隨著煙葉密集烘烤研究的深入，密集烤房性能及烘烤經(jīng)濟效益研究越來越多[9-10]，空氣源熱泵是國際認可的清潔能源，促使煙葉烘烤向清潔、綠色、高效、經(jīng)濟方面發(fā)展。羅萬麟等[11]、許躍奇等[12]研究發(fā)現(xiàn)與燃煤密集烤房相比，空氣源熱泵密集烤房控溫性能好，成本低，污染小，烤后煙葉整體質(zhì)量好。前人對熱泵密集烤房的供熱設(shè)備、控溫精度、能耗、成本進行了大量研究，但在熱泵密集烤房的煙葉生理變化和烤后煙內(nèi)在質(zhì)量方面鮮有報道，為此，本文以燃煤密集烤房為對照，研究空氣源熱泵密集烤房對煙葉烘烤主要生理變化和烘烤效果的影響，為清潔新能源烤房烘烤提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試煙葉 試驗于2019—2020年在四川省攀枝花市米易縣普威鎮(zhèn)烘烤工場進行，供試品種為中川208。試驗田為砂壤土，前茬作物水稻，肥力中等，按照優(yōu)質(zhì)煙葉田間生產(chǎn)管理規(guī)范進行農(nóng)藝管理，選取長勢均勻煙株成熟度一致的中部葉（第8～10葉位）作為試驗材料。

1.1.2 供試烤房 空氣源熱泵密集烤房，高溫熱泵烘干機由重慶肯佐鵬發(fā)智能科技有限公司提供;燃煤密集烤房作為對照。均為氣流下降式密集烤房，符合現(xiàn)行《密集烤房技術(shù)規(guī)范（試行）》要求，裝煙室規(guī)格長×寬×高為8.0 m×2.7 m×3.5 m，每烤房每次可烘烤鮮煙4500 kg以上，干煙500 kg以上。

1.2 試驗設(shè)計

各處理選取中部成熟度一致的煙葉進行標記，每座烤房均標記成熟煙9夾（每3夾為1個重復，重復3次），按照當?shù)責煀A方式夾煙，放置在各處理烤房棚觀察窗處，按照當?shù)赝扑]密集烘烤工藝進行烘烤試驗。在烤前（鮮煙葉）、38 ℃末、42 ℃末、45 ℃末、47 ℃末、54 ℃末、68 ℃末等烘烤關(guān)鍵點各處理分別取煙樣30片，部分樣品立即用于測定煙葉色素含量，部分樣品殺青烘干測定水分和主要化學成分含量?？竞鬅熑~分別分級，各處理取煙樣C3F各2 kg進行煙葉質(zhì)量評價。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 色素含量測定 采用分光光度計測量各關(guān)鍵時間節(jié)點中部煙葉的葉綠素、類胡蘿卜素含量[13]，并計算類葉比（煙葉類胡蘿卜素含量與葉綠素含量的比值）。

1.3.2 水分含量測定 采用殺青烘干法測量各關(guān)鍵時間節(jié)點中部煙葉的葉片含水量、主脈含水量、整葉含水量[14]。

1.3.3 主要化學成分含量變化 總糖、還原糖采用YC/T 159—2002方法，煙堿、淀粉、蛋白質(zhì)分別采用標準YC/T 160—2002、YC/T 216—2007、YC/T 249—2008的方法進行測定。

1.3.4 經(jīng)濟性狀 各處理烤后煙葉根據(jù)國標（GB 2635—1992）進行分級、稱重，按試驗年的當?shù)責熑~等級收購價格計算經(jīng)濟性狀。

1.3.5 外觀鑒定 各處理選取烤后煙葉C3F樣品，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部煙草生物學與加工重點實驗室根據(jù)國標（GB 2635—1992）進行外觀質(zhì)量評價。

1.3.6 中性致香物質(zhì) 各處理選取烤后煙葉C3F樣品，使用Agilent 7890A（氣相色譜儀）檢測致香物質(zhì)。

1.3.7 感官質(zhì)量 各處理選取烤后煙葉C3F樣品，由山東中煙有限責任公司技術(shù)中心7位評吸專家，按山東中煙煙葉原料感官評價方法進行鑒評。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用SAS 9.3、Excel 2016等軟件進行處理及制作圖表。

2 結(jié) 果

2.1 熱泵密集烤房煙葉烘烤主要生理變化

2.1.1 色素含量變化 由圖1可以看出，隨著烘烤進行，煙葉中葉綠素含量呈現(xiàn)逐漸下降趨勢。烘烤開始至42 ℃末葉綠素含量降低較快，其中在38 ℃至42 ℃末時，熱泵密集烤房的煙葉葉綠素含量下降更快，與燃煤密集烤房相比，分別多降解了9.41、3.53百分點;之后緩慢下降，且兩者幾乎無差異。

由圖2可以看出，隨著煙葉烘烤的進行，熱泵和燃煤密集烤房煙葉類胡蘿卜素含量均呈現(xiàn)下降的趨勢，且兩處理差異不大。其中42 ℃末之前下降顯著，之后下降緩慢，在68 ℃末干筋時，熱泵密集烤房煙葉類胡蘿卜素含量明顯較低。

由圖3可以看出，隨著煙葉烘烤進程，不同能源密集烤房類葉比總體呈逐步升高趨勢，在54 ℃末干片時達到最高，之后有所下降。熱泵密集烤房煙葉類葉比在烘烤過程中均高于燃煤密集烤房，在54 ℃末干片和68 ℃末干筋時，分別高出1.33和0.82。

綜合來看，熱泵密集烤房煙葉葉綠素含量下降較快，說明變黃速度較快;類胡蘿卜素降解速度差異不大，但類葉比較高，有利于煙葉外觀呈黃色。

2.1.2 水分含量變化 如圖4-6所示，隨著煙葉烘烤的進行，煙葉逐步失水干燥，兩處理葉片、主脈和整葉含水量均呈緩慢下降的趨勢。在38 ℃末至54 ℃末，熱泵密集烤房煙葉葉片、主脈和整葉含水量總體低于燃煤密集烤房，與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房葉片、主脈和整葉失水下降均較為明顯，分別多失水約2～6、4～6和5～9百分點。說明空氣源熱泵密集烘烤煙葉失水較快。

2.1.3 主要含碳化合物變化 由圖7可以看出，隨著烘烤的進行，不同能源密集烤房煙葉淀粉含量均呈現(xiàn)出下降的趨勢，且在烘烤開始至38 ℃末，淀粉降解下降較快，之后下降較緩慢?？傮w來看，熱泵密集烤房煙葉淀粉含量低于燃煤密集烤房，在68 ℃末烘烤結(jié)束時低1.89百分點。

由圖8-9可以看出，隨著烘烤的進行，不同能源密集烤房煙葉總糖和還原糖含量均呈現(xiàn)出升高的趨勢，且在烘烤開始至45 ℃末，總糖和還原糖含量由低到高上升較快，至最高后趨于平穩(wěn)?？傮w來看，與燃煤密集烤房相比，在42 ℃末之后，熱泵密集烤房煙葉總糖含量較低，但其還原糖含量較高，在68 ℃末烘烤結(jié)束時還原糖含量較燃煤密集烤房高2.40百分點。

2.2 烤后煙葉質(zhì)量評價

2.2.1 經(jīng)濟性狀 如表2所示，兩處理烤后煙等級結(jié)構(gòu)和均價有明顯差異。與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房上等煙比例和上中等煙比例分別提高了7.03、4.03百分點，下等煙比例降低3.02百分點，均價提高了1.37元/kg，且均達到顯著差異。綜合來看，空氣源熱泵密集烤房有利于提高烤后煙等級結(jié)構(gòu)和均價，進而提高等級均衡性和經(jīng)濟效益。

2.2.2 外觀質(zhì)量 如表3所示，熱泵密集烤房煙葉外觀質(zhì)量略好于燃煤密集烤房，主要表現(xiàn)在油分和色度較好，這有利于提高煙葉整體外觀質(zhì)量。

2.2.3 中性致香物質(zhì) 如表4所示，不同能源密集

烤房對烤后煙致香物質(zhì)有一定有影響。與燃煤密集烤房處理相比，熱泵密集烤房致香物質(zhì)總量較高，為1 055.45 μg/g，提高了10.60%。主要表現(xiàn)在新植二烯類、胡蘿卜素降解物和美拉德反應產(chǎn)物含量較高，而芳香族氨基酸類、西柏烷類含量稍有減少。綜合來看，熱泵處理有利于提高類胡蘿卜素類降解物、美拉德反應產(chǎn)物、新植二烯及致香物質(zhì)的含量。

2.2.4 感官質(zhì)量 如表5所示，不同能源密集烤房對烤后煙感官評吸質(zhì)量有一定影響，熱泵密集烤房烤后煙評吸總分為74.45，比燃煤烤房提高了2.5分，主要是香氣質(zhì)、透發(fā)性、余味和甜度提高，雜氣和刺激性減輕，總體感官質(zhì)量較好。

3 討 論

煙葉烘烤是個復雜的生理生化過程，葉綠素分解、類葉比升高是煙葉烘烤變黃期顏色變化的本質(zhì)。煙葉烘烤是個脫水干燥的過程，水分含量對烘烤質(zhì)量有較大影響，煙葉化學成分在此過程中發(fā)生分解、合成、轉(zhuǎn)化，最終形成煙葉品質(zhì)。董淑君等[15]通過研究普通烤房和密集烤房內(nèi)煙葉烘烤過程中色素降解和多酚氧化酶活性變化，發(fā)現(xiàn)兩者在葉綠素a、葉綠素b，總?cè)~綠素降解方面基本沒有差異，密集烤房類胡蘿卜素含量較高，類葉比呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，多酚氧化酶活性較高。周平等[16]通過對密集烘烤各階段煙葉主要化學成分含量變化貢獻率的研究，發(fā)現(xiàn)烘烤的變片、凋萎和變筋階段對煙葉主要化學成分的貢獻率較大，干片、干筋兩階段貢獻率相對較小，說明主要化學成分的形成發(fā)生在烘烤前期，后期變化不大。本試驗中各處理煙葉葉綠素含量隨著烘烤過程變化差異不明顯，但空氣源熱泵密集烤房煙葉葉綠素、類胡蘿卜素含量和含水量均較低，類葉比較高，說明熱泵密集烤房有利于煙葉色素降解和煙葉失水，促進煙葉變黃失水協(xié)調(diào)，這與熱泵烤房控溫穩(wěn)溫性能好有關(guān)[11-12]。

不同能源密集烤房的煙葉烘烤質(zhì)量效果存在一定差異。黃寧等[17]、潘周云等[18]研究表明密集烘烤條件下，與生物質(zhì)、燃煤密集烤房相比，空氣源熱泵密集烤房可以明顯提高烤后煙上等煙比例和均價，顯著改善煙葉外觀顏色，提高油分，增強色度，大大提高了煙農(nóng)的經(jīng)濟效益。王娓娓等[19]、陳紅麗等[20]研究說明熱泵烤房烤后煙的香氣質(zhì)、香氣量、余味均有所改善，雜氣、刺激性均有所降低，表現(xiàn)出較好的吸食質(zhì)量。這與本試驗研究結(jié)果基本一致。本文又進一步研究發(fā)現(xiàn)熱泵密集烤房有利于提高烤后煙致香物質(zhì)含量。

空氣源熱泵烤房煙葉變黃與失水較協(xié)調(diào)，主要化學物質(zhì)轉(zhuǎn)化與含量在適宜范圍內(nèi)，烘烤過程中主要化學物質(zhì)變化更協(xié)調(diào)，有利于提高煙葉質(zhì)量，其烤后煙葉質(zhì)量研究也證明了這一點。其主要原因是烘烤過程化學成分轉(zhuǎn)化、烤后煙葉質(zhì)量差異與密集烤房性能相關(guān)，熱泵供熱升溫快速，靈活易控，干濕球溫度精準易控，穩(wěn)溫穩(wěn)定，不存在燃料燃燒滯后性，大大降低了烤房內(nèi)的溫度波動幅度，水平、垂直溫差更為均勻[11-12]，烤房環(huán)境控制精度優(yōu)于傳統(tǒng)密集烤房，保障了煙葉烘烤階段對溫濕度的要求，使得煙葉變黃、失水更為協(xié)調(diào)，物質(zhì)轉(zhuǎn)化更為充分，對煙葉風格特色的彰顯和內(nèi)在質(zhì)量的提高有一定的促進作用。

4 結(jié) 論

不同能源密集烤房對煙葉烘烤中主要生理變化和烤后煙質(zhì)量效益有一定影響。與燃煤密集烤房相比，空氣源熱泵密集烤房烘烤中煙葉色素降解和失水較快，類葉比較高，能促進淀粉降解和還原糖積累，有利于提高烤后煙上等煙比例和均價，感官質(zhì)量較好。這為熱泵清潔能源替代燃煤密集烘烤提供了技術(shù)支撐，有利于推動我國煙葉烘烤的清潔化、綠色化發(fā)展。

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