變黃期不同濕球溫度對烤煙質(zhì)量形成的影響

陳飛程，宋江雨，李靜超，王廷賢，楊占偉，周中宇，白金瑩*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.福建省煙草公司 南平市公司，福建 南平 353000；3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450016）

濕球溫度是影響煙葉烘烤過程的主要因素之一［1-3］。近年來，烤煙烘烤過程中因變黃階段濕球溫度設(shè)置偏差，導(dǎo)致煙葉變黃與失水不協(xié)調(diào)，極大地影響烤后煙品質(zhì)。因此，研究主變黃濕球溫度對烤煙品質(zhì)的影響，對比4種濕球溫度的品質(zhì)形成差異及其對烤后煙品質(zhì)的影響，可為產(chǎn)區(qū)完善烤煙的烘烤工藝提供數(shù)據(jù)參考。研究表明，基于主變黃濕球溫度調(diào)控的烘烤工藝不僅可以有效防止烤煙顏色劣變，還可利用干燥介質(zhì)的高焓值快速升高葉溫，從而縮短干燥時間、降低能耗［4-6］。關(guān)于不同的濕球溫度調(diào)控對烤煙品質(zhì)的影響，研究人員得出了不同的研究結(jié)論。部分學(xué)者認(rèn)為，在烘烤過程中保持較高主變黃濕球溫度不僅有助于烤后煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)，提升感官質(zhì)量［7-8］，還可以有效減少纖維素、粗木質(zhì)素、果膠的降解，有利于獲得規(guī)則煙葉形狀［9］。部分研究則表明烘烤過程主變黃濕球溫度較高對烤煙品質(zhì)有不利影響，如在變黃期保持越高的濕球溫度，烤后煙的色差越大［10-11］。較低的主變黃濕球溫度對提高煙葉致香物質(zhì)含量和改善煙葉品質(zhì)均有較好的效果［12-14］。以往研究主要集中于濕球溫度對烘烤結(jié)束時烤后煙的品質(zhì)（顏色、化學(xué)成分和感官）的影響，關(guān)于烘烤過程中主變黃濕球溫度調(diào)控對烤煙品質(zhì)形成的研究鮮見報道。本研究分析4種濕球溫度控制方法對烘烤過程中烤煙品質(zhì)形成變化和烤后煙品質(zhì)差異的影響，為優(yōu)化烤煙烘烤工藝濕球溫度參數(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗安排在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地進(jìn)行，試驗材料為云煙116中部葉，含水率為（84±1）%，采摘時間為2020年8月12~19日。所采煙葉安排在2.7 m×8.0 m×3.5 m的氣流下降式的密集烤房群中進(jìn)行試驗。

1.2 試驗設(shè)計

選取處于大田成熟期，長勢基本一致的適熟煙葉。試驗設(shè)計濕球溫度作為烤煙烘烤的單因素變量，設(shè)計4個水平。根據(jù)云煙116的鮮煙素質(zhì)［15］、生化指標(biāo)［16］、烘烤特性［17］，分別設(shè)置了低濕球、中濕球、高濕球溫度固定值和階段性變化濕球溫度這4種處理控制方法（表1）對烤煙烘烤過程水分、葉溫、形態(tài)收縮的變化進(jìn)行研究，分析了不同濕球溫度處理對烤后煙顏色指標(biāo)、化學(xué)成分和感官品質(zhì)的影響。其余的關(guān)鍵溫濕度參數(shù)均根據(jù)三段式烘烤工藝參數(shù)設(shè)置。

表1 不同濕球溫度控制處理下的烘烤試驗設(shè)計

1.3 指標(biāo)檢測方法

1.3.1 煙葉烘烤過程水分變化檢測 參照李生棟等［18］用烘箱法測定不同濕球溫度處理烘烤過程中煙葉的水分比和干燥速率。

1.3.2 烘烤過程中葉溫檢測 烤房裝煙室中配備20個葉溫傳感器如圖1所示，參照路曉崇等［19］方法，每12 h記錄1次葉溫。

圖1 葉溫傳感器測點位置圖

1.3.3 煙葉形態(tài)收縮變化檢測 參照王濤等［20］方法，每12 h對代表性的煙葉樣本，采用毫米刻度尺測量葉片橫向收縮率、縱向收縮率，采用測厚儀測量葉片（第5～6支脈中間）的厚度收縮率。

1.3.4 烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀測定 統(tǒng)計不同濕球溫度處理烘烤的裝煙量，記錄開烤前后的電表讀數(shù)，統(tǒng)計開烤至結(jié)束所需的耗煤量，根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾妰r與煤價得出烘烤總成本，依據(jù)國標(biāo)GB 2635—1992烤煙的分級標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計烤后煙葉等級質(zhì)量。

1.3.5 烤后煙樣外形顏色屬性檢測 采用WSC-3型全自動色差計，參考賀帆等［21］的方法測定不同變黃方式的烤后煙外觀顏色指標(biāo)亮度值（L*）、紅度值（a*）、黃度值（b*）。

1.3.6 感官評價 由河南中煙技術(shù)中心5名具有卷煙感官評價資格的評委進(jìn)行感官評價。感官評吸方法為將烤后煙樣切絲卷制得到的煙支置于（22±1）℃和相對濕度為（60±2）%的環(huán)境中平衡48 h，參照YC/T 530—2015的方法對參比處理的卷煙進(jìn)行評吸打分。

感官總分=（香氣質(zhì)+香氣量）×2.4+（濃度+干凈程度）×1.6+細(xì)膩程度+雜氣+刺激性

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

所有指標(biāo)的檢測均重復(fù)3次，每次試驗結(jié)果以3個重復(fù)的平均值表示。采用Origin Pro 2020軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖；用DPS 7.05軟件分析不同濕球溫度處理之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘烤過程中烤煙的水分變化

不同濕球溫度處理下烤煙的干燥特性、速率曲線如圖2所示。由圖2a可知，在烘烤過程中采用低濕、中濕、高濕的煙葉達(dá)到干燥終點時間均為168 h，而采用階段性變化濕球的干燥時間為156 h。與設(shè)定恒定濕球溫度的干燥方式相比，階段濕球溫度優(yōu)化的干燥時間減少了8.33%。從圖2b 中觀察到，從烘烤開始到定色前期，階段性變化濕球處理的干燥速率明顯高于其他恒定濕球溫度處理，后續(xù)烘烤進(jìn)程干燥速率表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞T4。

圖2 不同濕球溫度處理下烤煙的干燥特性和速率曲線

2.2 烘烤過程中煙葉的葉溫變化

不同濕球溫度條件下烤煙葉溫變化如圖3所示。點火至變黃期，濕球溫度越低，則葉溫越低，這是由于烤房的濕球溫度降低，烤煙表面的空氣流速增大，烤房的排濕壓力增大，烤煙表面的水分迅速蒸發(fā)消耗蒸發(fā)潛熱，導(dǎo)致其內(nèi)部溫度降低。在變黃前期時，濕球溫度越高，烤煙的葉溫也越高，但之后低濕球溫度條件下的烤煙葉溫升溫快，這可能是由于濕球溫度較低條件下烤煙干燥速率快，在中后期其含水率低，物料傳熱加快，使其內(nèi)部溫度升高加快。鑒于此，前期高濕球溫度起步結(jié)合分階段降濕球工藝條件有利于烤煙干燥過程中升溫。

圖3 不同濕球溫度處理下烤煙的葉溫變化

2.3 烘烤過程中煙葉的形態(tài)變化

如圖4所示，不同濕球溫度干燥處理下，烤煙從變黃初期便開始發(fā)生收縮，這是因為烤煙的邊緣較薄，相對于煙葉中部更容易受熱，細(xì)胞間的自由水很快遷移至表面并蒸發(fā)，其組織無法保持原有結(jié)構(gòu)便發(fā)生收縮。不同濕球溫度干燥條件下，烤煙厚度收縮率變化在變黃初期無顯著差異（P＞0.05）；在變黃后期到定色初期，T1處理和T4處理的收縮率顯著高于其他組（P＜0.05）。變黃前、中期，各處理的煙葉橫、縱向的收縮率變化差異不明顯，而變黃期之后，橫向收縮率變化表現(xiàn)為T4＞T1＞T2＞T3，而縱向收縮率則表現(xiàn)為T1處理最大，T4和T2處理次之，T3處理最小。

圖4 不同濕球溫度處理下烤煙的形態(tài)收縮變化

2.4 烘烤過程中煙葉的顏色變化

烤后煙顏色是評價烤煙烘烤質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，也是控制烘烤過程的關(guān)鍵因素。圖5展示了不同濕球溫度處理對烤煙顏色的影響。L*值表示表面顏色的明暗度，L*值越大表明顏色越白；a*值表示紅色到綠色的范圍；b*值表示黃色到藍(lán)色的范圍。圖5中L*和b*值顯著高于a*值，表明亮度值和黃度值是烤煙烘烤過程中顏色變化的主要因素。T4處理和T1處理的烤后煙L*值顯著高于中、高濕球溫度處理組，說明烘烤過程中低濕環(huán)境與濕球溫度階段優(yōu)化均能提高烤后煙的亮度；a*值表現(xiàn)為T3＞T2＞T4＞T1。4種濕球溫度處理烤后煙的b*具有顯著性差異（P＜0.05），T4處理的b*值大于其他恒定濕球溫度處理組，總體顏色特征值最為接近國際色卡橘黃色的色度標(biāo)準(zhǔn)（85，10，95）。

圖5 不同濕球溫度處理下烤后煙顏色指標(biāo)參數(shù)變化

2.5 烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀分析

如表2所示，不同濕球溫度調(diào)控處理下烤后煙上等煙比例表現(xiàn)為T4＞T1＞T2＞T3，其中T2、T3處理間差異不顯著；各處理烤后煙上中等煙比例表現(xiàn)為T4＞T1＞T2＞T3，T4處理顯著高于T2和T3處理；各處理烤青煙比例表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞T4；各處理烤后煙雜色煙表現(xiàn)為T4、T1處理顯著低于T2和T3處理，并且各處理的裝煙量均控制在3900 kg左右，差異不顯著，而各處理烘烤的耗電成本表現(xiàn)為T3＞T4＞T2＞T1，用煤成本和總成本均表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞T4。由此可知，T4烤后煙均價顯著高于其他處理，并且各處理烤后煙總質(zhì)量間差異不明顯，故而單炕煙售價和利潤表現(xiàn)為T4＞T1＞T2＞T3，各處理間差異顯著。說明云煙116中部葉在階段性變化濕球條件下烤后煙質(zhì)量最好，而高濕球條件變黃工藝烘烤易形成較多的烤壞煙。

表2 不同濕球溫度處理的烤后煙經(jīng)濟(jì)性狀

2.6 烤后煙感官質(zhì)量分析

濕球溫度對烤后煙的香氣、煙氣和口感等感官指標(biāo)均影響顯著（表3）。在香氣方面，T4處理烤后煙香氣質(zhì)最佳，香氣量足且雜氣較少，透發(fā)性得分最高。在煙氣方面，T4和T1處理的濃度和勁頭得分均顯著高于其他處理，煙氣細(xì)膩同時成團(tuán)性好，尤其以T4處理最佳。在口感方面，T3處理烤后煙刺激性較小、得分最高，但是回甜感略差。T1煙氣干燥感較好，煙氣較為純凈，而T3處理則與之相反。整體感官品質(zhì)總分呈T4＞T1＞T2＞T3的趨勢，即T4處理的濕球溫度最有利于高品質(zhì)烤后煙的形成。

表3 不同濕球溫度處理的烤后煙感官質(zhì)量指標(biāo)得分

3 討論

濕球溫度作為煙葉升溫階段的主要調(diào)控因素之一，影響著煙葉烘烤過程中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、水分動態(tài)和葉溫變化，調(diào)控著烘烤過程中的酶促棕色化反應(yīng)［6，19］。本研究中，階段性變化濕球處理的烘烤時間顯著低于恒定濕球溫度處理組的烘烤時間，這是因為主變黃階段性變化濕球處理的濕球溫度由高濕球溫度作為起點，于開始階段降低濕球，在排濕風(fēng)機(jī)的作用下，烤煙表面空氣與裝煙室內(nèi)干燥介質(zhì)的水蒸氣分壓變大，增加了葉片內(nèi)部水分遷移的內(nèi)驅(qū)力，水分比下降較快，提高了干燥速率［22-23］。

本研究中，相對于中、低濕球溫度處理組，變黃期濕球溫度越高，烤煙葉溫越高，這說明在變黃期較高的濕球溫度可以使烤煙葉溫迅速上升，這與路曉崇［24］關(guān)于葉溫的研究結(jié)果相符。對于階段性變化濕球處理，烤煙葉溫變化在定色后期與中、高濕球溫度處理組有所差異。這是因為烘烤后期烤煙自身含水率越低，與空氣介質(zhì)傳熱越快，而濕球溫度越高，物料留存含水率越多，物料表面空氣流速增大，內(nèi)部水分蒸發(fā)所消耗的蒸發(fā)潛熱越多，導(dǎo)致其葉溫越低［25-26］。

高濕球溫度縮小了烤煙內(nèi)部與干燥介質(zhì)間水分梯度，細(xì)胞壓縮程度較小，阻礙了烤煙的橫、縱向收縮［27］。本研究中，烤煙一直處于較低主變黃濕球溫度和階段降低濕球環(huán)境中的厚度收縮率明顯高于其他組。而濕球溫度越高、處于高濕度環(huán)境中的時間越久，烤煙細(xì)胞在橫、縱向變形程度越大。變黃后期到定色初期，T1處理和T4處理的收縮率顯著高于（P＜0.05）其他組，這可能是由于煙葉處于較低的主變黃濕球溫度環(huán)境中，葉片水分與干燥介質(zhì)間水蒸氣分壓差較大，干燥速率大，造成葉片因快速失水而厚度收縮［28-29］。

階段性變化濕球處理的b*值最高，因為變黃期階段性濕球溫度的逐漸降低，會使過氧化物酶及多酚氧化酶失活，以及葉內(nèi)的葉綠素得以分解，煙葉在濕熱空氣中過渡時間縮短，從而一定程度地抑制了煙葉的褐變。高濕球溫度處理的a*值最高，說明濕度較高與干燥時間長的共同作用會引起紅度值的激增，從而增加光吸收。高濕球溫度工藝烘烤的煙葉初始升溫速率高，細(xì)胞破損更為嚴(yán)重，容易導(dǎo)致煙葉發(fā)生褐變［19，30］，且烤煙處于高濕環(huán)境中的時間較長，干燥速率緩慢，加上較長的烘烤時長為酶促棕色化反應(yīng)產(chǎn)物的形成提供了充足的時間，從而導(dǎo)致烤煙表面的整體顏色變得昏暗，類似的現(xiàn)象在香菇［31］的干燥中也有報道。

本研究中，階段性變化濕球處理的烤后煙青煙、雜色煙比例較少，上等煙、中上等煙的比例較高，烤后煙均價、售價和利潤均高于其他處理。階段性變化濕球處理感官質(zhì)量中香氣、煙氣指標(biāo)表現(xiàn)最好，評吸總分顯著高于其他恒定濕球處理組。傳統(tǒng)烘烤工藝變黃前期采取邊升溫邊排濕操作，易出現(xiàn)排濕過多導(dǎo)致烤青，或者排濕不足導(dǎo)致后期排濕壓力過大而掛灰雜色［32］。階段性變化濕球處理通過變黃階段降低濕球的操作保證煙葉變黃與失水的協(xié)調(diào)，這極大地降低了烘烤過程中的烤青煙和雜色煙比例，提高了烤后煙的經(jīng)濟(jì)性狀。

4 結(jié)論

相對于設(shè)定恒定濕球溫度組，階段性變化濕球處理在主變黃階段采用連續(xù)排濕方式有利于提高烤煙干燥過程中的干燥速率。在變黃前期時，濕球溫度越高，烤煙的葉溫也越高。烘烤前期高濕球溫度起步結(jié)合分階段降濕球工藝條件有利于烤煙干燥過程中升溫。在變黃后期到定色初期，階段性變化濕球處理的厚度收縮率和橫向收縮率顯著高于其他恒定濕球處理組。濕球溫度對烤煙的外觀顏色有顯著影響，階段濕球溫度的優(yōu)化處理可有效提高烤后煙的亮度值和黃度值，總體顏色特征值最接近國際色卡橘黃色的色度標(biāo)準(zhǔn)；較高的濕球溫度會增加烤后煙的紅度值，表面顏色昏暗。階段性變化濕球處理的烤后煙各經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)較好。綜合感官質(zhì)量方面，階段性變化濕球處理的烤后煙的香氣特征、煙氣特征、口感特性和感官總分等總體優(yōu)于其他恒定濕球處理組。