詹 軍,賀 帆,宋朝鵬,李 偉,劉 沖,宮長榮
(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002)
密集烤房很好地適應(yīng)了烤煙生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的新形勢,是中國烤煙烘烤設(shè)備的發(fā)展方向[1,2].但是,近年來的試驗和調(diào)研情況表明,密集烤房烘烤的煙葉容易出現(xiàn)顏色淺淡,葉面光滑、僵硬,組織結(jié)構(gòu)緊密,正反面色差大,煙葉油分、香氣量降低等現(xiàn)象,很大程度上影響了“中式卷煙”的原料需求,而不斷優(yōu)化和完善與之相配套的密集烘烤工藝,改善煙葉的可用性,已成為煙葉生產(chǎn)中亟待解決的問題.烘烤是烤煙生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié),烘烤結(jié)果的優(yōu)劣直接關(guān)系到煙葉的品質(zhì)和工業(yè)可用性[3].烤房內(nèi)適度通風(fēng)能明顯減小烤房內(nèi)各層間溫、濕度差,利于煙葉均勻變黃和干燥[4].白震譯[5]研究表明,風(fēng)速對烤后煙葉的外觀質(zhì)量和感官評吸質(zhì)量有顯著的影響.宮長榮等[4]指出,烘烤過程中風(fēng)速對煙葉質(zhì)量的影響以定色期和干筋期最大,烘烤中葉間隙風(fēng)速以 0.2 ~ 0.3 m·s-1為宜.與普通烤房相比,密集烤房最大的特點就是裝煙密度大,實行機械強制通風(fēng)和熱風(fēng)循環(huán),具有葉間隙風(fēng)速大,平面及垂直溫差較小等特點.據(jù)測定普通烤房在煙葉定色階段的葉間隙風(fēng)速僅為0.04 ~0.06 m·s-1,而密集烤房同時期為0.2 ~ 0.3 m·s-1[6].可見,通過調(diào)控風(fēng)速來提高煙葉的質(zhì)量已經(jīng)成為烘烤人員目前所面臨的一個重要問題.變頻調(diào)速技術(shù)既能合理調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)速,又有一定的節(jié)能降耗效果,將該技術(shù)應(yīng)用于密集烘烤已有少量研究[7~9].但這些研究均集中在中部葉和烘烤前期,且研究并不全面,而對烤煙總體產(chǎn)量和質(zhì)量均有很大影響,也最能彰顯優(yōu)質(zhì)烤煙風(fēng)格特征的上部葉[10,11]研究較少.因此,本試驗通過采用變頻調(diào)速技術(shù)研究了定色期和干筋期不同風(fēng)機轉(zhuǎn)速對上部葉外觀質(zhì)量、化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性、致香物質(zhì)含量和評吸質(zhì)量的影響,為進一步提高上部葉的可用性和密集烘烤工藝的優(yōu)化提供新的依據(jù).
試驗于2009年在云南省楚雄市子午鎮(zhèn)進行.供試烤煙品種為云煙87,2009-05-10移栽,試驗田為紅壤土,肥力中等,施純氮 90.00 kg·hm-2,m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶1∶1.8.田間管理按優(yōu)質(zhì)烤煙栽培生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進行.以上部葉(第15~16位葉)為試驗材料,依據(jù)成熟標(biāo)準(zhǔn),煙葉成熟時按照葉位單葉采收.
供試烤房為氣流下降式密集烤房,共5座,裝煙室規(guī)格為 8.0 m ×2.7 m ×3.5 m,裝煙 3層 2路.配置電機額定功率為2.2 kW,最大轉(zhuǎn)速為1 440 r·min-1.配置循環(huán)風(fēng)機為7號軸流風(fēng)機,葉片4個,采用內(nèi)置電動機直聯(lián)結(jié)構(gòu),葉輪的葉頂間隙控制在5 mm左右,轉(zhuǎn)速l 440 r·min-1時風(fēng)量15 000 m3·h-1,配備變頻器(華中科技大學(xué)研制)調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速,在20~50 Hz連續(xù)調(diào)速.
試驗共設(shè)5個處理,各處理的風(fēng)機轉(zhuǎn)速設(shè)置見表1.
表1 不同烘烤處理的風(fēng)機轉(zhuǎn)速Table 1 Fan speeds of different curing treatments r·min -1
煙葉按成熟標(biāo)準(zhǔn)采收后,從中挑選出成熟度、大小基本一致的葉片,按每竿130片綁竿標(biāo)記,分別掛置在各烤房底層、中層、上層距離裝煙室門口各2,4,6 m處,每層6竿.各處理煙葉均在同1 d內(nèi)完成采收、編煙、裝炕與開烤,裝煙密度均為70 kg·m-3.各處理其余工藝均嚴(yán)格按照三段式烘烤工藝(干球38℃,濕球35℃,煙葉變黃8成發(fā)軟;干球42℃,濕球36~37℃,煙葉黃片青筋主脈發(fā)軟;干球48℃,濕球38℃,黃片黃筋小卷筒;干球54℃,濕球39℃,葉片全干大卷筒;烤后煙葉完全干筋.)進行.回潮后按烤煙國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2635—92)對標(biāo)記煙葉分級,取B2F(上橘二)2.0 kg用于分析,3次重復(fù).
1.3.1 外觀質(zhì)量評定 由中國煙草總公司鄭州煙草研究院、中國煙草總公司職工進修學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所、上海煙草(集團)公司、湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司和河北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司等7個單位的10名專家鑒定,煙葉外觀質(zhì)量的鑒定和綜合評價參照王彥亭等[12]的方法進行.以顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油分和色度6項指標(biāo)作為烤煙外觀質(zhì)量評價指標(biāo),各指標(biāo)權(quán)重分別為 0.30,0.25,0.15,0.12,0.10,0.08.采用指數(shù)和法評價烤煙外觀質(zhì)量狀況.
1.3.2 化學(xué)成分的測定 化學(xué)成分的測定參照王瑞新等[13]的方法.化學(xué)成分的綜合評價參照王彥亭等[12]的方法,其指標(biāo)賦值方法以煙堿、總氮、還原糖、鉀、淀粉含量和糖堿比值、氮堿比值和鉀氯比值8項指標(biāo)作為化學(xué)成分的評價指標(biāo),各指標(biāo)權(quán)重依次為 0.17,0.09,0.14,0.08,0.07,0.25,0.11,0.09,各指標(biāo)均以公認的最適范圍為100分,高于或低于該最適范圍依次降低分值,以指數(shù)和法確定化學(xué)成分協(xié)調(diào)性狀況.
1.3.3 致香物質(zhì)提取及其定性、定量分析
1.3.3.1 樣品處理 煙葉樣品除去主脈后,粉碎過60目篩,在溫度22℃、相對濕度60%的環(huán)境下平衡24 h,采用同時蒸餾萃取方法提取煙葉中的致香成分.在同時蒸餾萃取裝置一端接盛有25.00 g煙樣、一定量的內(nèi)標(biāo)化合物(乙酸苯甲酯)和500 mL蒸餾水的圓底燒瓶,用電熱套加熱.另一端接盛有30 mL二氯甲烷的100 mL燒瓶,將該端燒瓶置于60℃的恒溫水浴鍋中加熱,同時蒸餾萃取2 h,將二氯甲烷萃取液用適量無水硫酸鈉干燥后濃縮至1 mL.濃縮液采用Agilent 6890 N/5975氣質(zhì)聯(lián)用分析儀(美國安捷倫公司)進行分析,所得圖譜經(jīng)計算機譜庫(NIST 98,Wiley 275)檢索,并用內(nèi)標(biāo)校正歸一化法計算相對含量.
1.3.3.2 GC/MS分析條件 毛細管柱:HP-5MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm);載氣為 He;流速 1 mL·min-1;進樣口溫度260 ℃;進樣量0.5 μL;分流比25∶1;接口溫度:280℃;離子源為EI源;電子能量70 eV;離子源溫度230℃;質(zhì)量數(shù)35~455 amu.升溫程序:初溫50℃,保持1 min;以8℃·min-1的速率升至160℃,保持2 min,再以8℃·min-1的速率升至280 ℃,保持15 min.
1.3.4 煙葉評吸鑒定 由云南煙草科學(xué)研究院、云南瑞升煙草技術(shù)(集團)有限公司、云南中煙工業(yè)公司、紅云紅河集團技術(shù)中心等4個單位的10名專家進行評吸,并采用百分制打分,香韻、香氣量、香氣質(zhì)、濃度、刺激性、勁頭、雜氣、口感的滿分分別為 10,15,15,10,15,5,10,20 分.得分越高,表明煙葉質(zhì)量越好.
采用Microsoft Excel 2003進行數(shù)據(jù)處理,用SPSS 17.0進行單因素完全隨機試驗統(tǒng)計分析,多重比較采用LSD法.
對比分析烤后煙葉外觀質(zhì)量評定結(jié)果(表2)發(fā)現(xiàn),各處理顏色均屬于橘黃,只有T1和T2得分較對照有所降低,其余處理顏色得分相同.各處理的成熟度均表現(xiàn)為成熟,以T1的成熟度較差,得分最低,其余處理得分相同.各處理中只有T3處理煙葉的結(jié)構(gòu)為疏松,且得分最高,其余4個處理均為尚疏松,與對照相比,均有改善.CK的身份稍厚,得分最低,其余處理對煙葉身份的影響不大,均為“中等”身份,得分也相同.風(fēng)機轉(zhuǎn)速對油分的影響最大,以T3油分最好,T4次之,均為“多”,T1,T2也較對照有很好地改善.相對于CK,只有T3和T2改善了煙葉的色度,且得分相同,均表現(xiàn)為“強”.可見,適當(dāng)降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速可以改善上部煙葉外觀質(zhì)量,尤其以T3效果最為明顯,可以很好地改善烤后上部煙葉的結(jié)構(gòu)、身份、油分和色度,從外觀上改善上部葉的可用性.
表2 不同處理上部煙葉的外觀質(zhì)量Table 2 Appearance quality of upper tobacco leaves on different treatments
從表3可以看出,各處理的烤后煙葉的總糖和石油醚提取物含量較對照均顯著提高,尤其T3處理的石油醚提取物含量顯著高于其它處理.各處理的總氮、蛋白質(zhì)、氯含量較對照有所降低,這對煙葉內(nèi)在品質(zhì)的提高是有利的.T1處理的還原糖含量較對照下降,但差異不顯著,而T3,T4較對照顯著升高.只有T1處理的淀粉和煙堿含量較對照增加,其余處理均顯著下降,尤其T4處理的淀粉和煙堿含量最低.各處理中只有T3的鉀含量較對照顯著增加,其余處理均顯著降低.各處理的糖堿比和鉀氯比以T3和T4較合適,氮堿比以T3較適宜.通過對烤后上部煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性進行賦值計算,以T3,T4的綜合得分較高,煙葉的內(nèi)在化學(xué)成分協(xié)調(diào)性最好.
表3 不同處理上部煙葉化學(xué)成分含量及協(xié)調(diào)性Table 3 Chemical components and harmony of upper tobacco leaves on different treatments
烤煙致香物質(zhì)含量是衡量煙葉品質(zhì)的重要因素之一,煙葉的香氣質(zhì)和香氣量與其致香物質(zhì)含量呈正相關(guān),通過分析煙葉致香物質(zhì)含量,可以對煙葉的香氣質(zhì)量進行客觀、準(zhǔn)確的評價[14].由表4可以看出,與對照相比,各處理的致香物質(zhì)總量均有提高,分別增加了 6.24%(T1),21.73%(T2),44.19%(T3),41.11%(T4),只有 T1 的提高不顯著,其余均顯著.各處理的其他類致香物質(zhì)含量較對照均有增加,以T3最高,T4其次,但二者之間差異不顯著,其余3個處理之間差異也不顯著.葉綠素是煙葉成熟和調(diào)制過程中變化幅度較大的物質(zhì)之一,其主要降解產(chǎn)物新植二烯是煙葉中重要的萜烯類化合物,不僅本身具有一定香氣,而且可分解轉(zhuǎn)化形成低分子香味成分[15,16],各處理中以T4處理最高,T3其次,但二者之間差異不顯著,其余2個處理也較對照有一定增加.類胡蘿卜素類致香物質(zhì)是構(gòu)成煙葉香氣質(zhì)量的重要組分,其產(chǎn)生的香味閾值相對較低,但對煙葉香氣質(zhì)量的貢獻率較大[17].表4表明,T3處理煙葉的類胡蘿卜素類致香成分含量最高,比對照顯著增加了38.45%,而T2較對照顯著下降了3.03%.在所測定的15種類胡蘿卜素類致香物質(zhì)中,在T3中有10種含量最高,尤其是對煙葉香氣質(zhì)量有重要作用且占有較大比例的β-大馬酮、β-紫羅蘭酮、巨豆三烯酮、金合歡基丙酮達到了 5.289,4.919,9.913,5.024 μg·g-1.苯丙氨酸類致香物質(zhì)含量以T3最高,T1次之,T2最低,而棕色化反應(yīng)產(chǎn)物類致香物質(zhì)含量只有T3較對照顯著增加了17.43%,其余各處理較對照有所降低.類西柏烷類致香物質(zhì)不但本身具有很好的香氣,而且其降解轉(zhuǎn)化產(chǎn)物也是煙草中很重要的致香物質(zhì)[18],類西柏烷類物質(zhì)含量以T3最高,T4,T2 次之,T1 最低,其中 T3,T4,T2 處理分別較對照提高了 31.81%,23.26%,2.66%.
從表5可以看出,只有T1處理在一定程度上降低了煙葉的感官評吸質(zhì)量,其余各處理均不同程度地改善了上部煙葉的感官評吸質(zhì)量,以T3綜合得分最高,T4次之,T2和T4差異不大.其中,T3處理明顯改善了烤后煙葉的香韻、香氣量、香氣質(zhì)、勁頭、雜氣和口感,各處理對濃度基本上沒有改善,T4處理很好地改善了刺激性.綜合來看,以T3處理的風(fēng)機轉(zhuǎn)速運行能明顯改善烤后上部煙葉的感官評吸質(zhì)量,其烤后煙葉香韻好,香氣量充足,香氣質(zhì)純凈,濃度合適,刺激性較小,勁頭適中,雜氣少,口感好.
表4 不同處理對上部煙葉致香物質(zhì)含量的影響Table 4 Effects of content of aroma components of upper tobacco leaves on different treatments μg·g-1
表5 不同處理上部煙葉評吸得分Table 5 The score sensory evaluation of upper tobacco leaves on different treatments
研究結(jié)果認為,定色和干筋階段的風(fēng)機轉(zhuǎn)速狀況對上部煙葉的外觀質(zhì)量和香吃味品質(zhì)的形成有著重要的作用,適當(dāng)降低定色和干筋期的風(fēng)機轉(zhuǎn)速能夠明顯提高上部煙葉的烘烤質(zhì)量,其中以處理T3(干球溫度42~47℃時風(fēng)機轉(zhuǎn)速為1 440 r·min-1;47~60 ℃時960 r·min-1,60~68 ℃時720 r·min-1)對烤后上部煙葉外觀質(zhì)量、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和感官評吸質(zhì)量的改善效果較為突出,在一定程度上改善了上部葉的可用性.
目前密集烤房烤后煙葉的外觀質(zhì)量缺陷主要體現(xiàn)在煙葉的顏色、結(jié)構(gòu)和油分方面,進而影響了煙葉的吸食品質(zhì)[8].這主要是因為密集烘烤過程中采用循環(huán)風(fēng)機強制通風(fēng),風(fēng)速過高,而大部分情況下,人們在烘烤時仍舊是根據(jù)煙葉顏色變化來進行烘烤操作,當(dāng)煙葉顏色已經(jīng)固定下來時,部分人為了追求降低能耗,片面地利用密集烘烤溫濕度及風(fēng)速調(diào)節(jié)靈敏的特點,采取快速升溫排濕干燥來縮短烘烤時間,導(dǎo)致煙葉顏色變化與內(nèi)含物轉(zhuǎn)化不同步,易出現(xiàn)煙葉顏色淡、組織僵硬、結(jié)構(gòu)不疏松等現(xiàn)象.密集烘烤煙葉油分的多少與煙葉烘烤時間的長短、烘烤過程中濕度的大小以及強制熱風(fēng)循環(huán)的風(fēng)速密切相關(guān)[6].而密集烤房由于風(fēng)機轉(zhuǎn)速普遍較高,脫水速度加快,致使煙葉變黃、定色時間不夠,僅僅是將煙葉烤黃烤干,煙葉內(nèi)部一系列的大分子物質(zhì)尚未充分分解轉(zhuǎn)化,而煙葉表面的柔軟液體或半液體物質(zhì)減少,造成煙葉外觀上的油潤、豐滿程度下降,枯燥程度增加,油份減少.目前使用密集烤房烘烤的煙葉存在烤后煙葉光澤較鮮明,但葉背面呈白色,煙葉正反面色差大,煙葉總體趨向于檸檬黃色,這可能與當(dāng)前使用的風(fēng)機轉(zhuǎn)速過高,通風(fēng)量過大有密切關(guān)系,尤其與定色期煙葉表面的附著水,在強制性熱風(fēng)循環(huán)的作用下迅速排除,減少了揮發(fā)油和樹脂的自然消耗有關(guān).目前密集烘烤煙葉的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為不疏松,組織僵硬,光滑煙較多,這可能是因為密集烤房裝煙密度大,風(fēng)速過高,空氣交換頻繁,致使密集烘烤中后期烤房中CO2濃度偏低,不利于煙葉保持呼吸作用,減少了干物質(zhì)的消耗,對煙葉的細胞結(jié)構(gòu)等都有影響.尤其煙葉內(nèi)水分的不適,使一些與煙葉細胞壁降解和質(zhì)地形成有關(guān)的酶(果膠甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纖維素酶)活性降低,造成細胞壁物質(zhì)(原果膠、總果膠和纖維素)降解較少,組織結(jié)構(gòu)僵硬[19~21].
據(jù)研究,烘烤過程中風(fēng)速過高則烤后煙葉香氣淡,辛辣味重,刺激性大;風(fēng)速低時烤后香氣和吃味濃郁[5].另據(jù)相關(guān)研究表明,如果定色期煙葉急劇脫水,則烤后煙葉辛辣味和刺激性增強;如果定色期煙葉脫水遲緩,烤后煙葉辛辣味和刺激性雖小,但香氣顯著發(fā)悶,香味不突出[22].風(fēng)速影響烤后煙葉吸食品質(zhì)主要是通過風(fēng)機轉(zhuǎn)速來影響進風(fēng)量,進而影響烤房內(nèi)氣體組分的比例、烤房的溫濕度變化和水分排除的多少與快慢,而這些變化將對煙葉的生命活動產(chǎn)生顯著的影響,進而影響烤后煙葉的質(zhì)量.適當(dāng)降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速能調(diào)節(jié)煙葉內(nèi)水分持續(xù)有度的變化,使其既能發(fā)揮密集烤房的優(yōu)勢,又能遵循普通烤房中煙葉的變化規(guī)律.在不同階段采取合適的風(fēng)機轉(zhuǎn)速,能使煙葉體內(nèi)的淀粉酶、蛋白酶、脂氧合酶、苯丙氨酸解氨酶等關(guān)鍵酶保持較長時間的活性,有利于在適宜的水分含量情況下,使細胞內(nèi)酶系統(tǒng)的氧化還原反應(yīng)達到一定的動態(tài)平衡,使煙葉內(nèi)的淀粉、蛋白質(zhì)、葉綠素、類胡蘿卜素等大分子物質(zhì)充分降解,為煙葉提供更多的致香物質(zhì)及香氣前體物質(zhì).
本試驗結(jié)果表明,當(dāng)干球溫度42~47℃時,風(fēng)機轉(zhuǎn)速為1 440 r·min-1;47~60℃時,風(fēng)機轉(zhuǎn)速為960 r·min-1;60~68℃時,風(fēng)機轉(zhuǎn)速為720 r·min-1,煙葉內(nèi)各種化學(xué)成分和致香物質(zhì)的比例和協(xié)調(diào)性最佳,評吸質(zhì)量最好.
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