基于生物質(zhì)顆粒燃料的低溫低濕烘烤工藝對(duì)云煙87煙葉質(zhì)量的影響

覃瀟，姚少云，王祖福，湯曉明，姚旺，符昌武，李迪秦，王修忠，成志軍*

(1 湖南省煙草公司張家界市公司，湖南 張家界 427000； 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128； 3 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量、化學(xué)成分、物理特性是煙葉質(zhì)量的重要構(gòu)成組分。外觀質(zhì)量指標(biāo)主要有顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度等。內(nèi)在質(zhì)量即煙葉的感官質(zhì)量(或者評(píng)吸質(zhì)量)，主要包括香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、燃燒性、灰分、余味、濃度、勁頭等指標(biāo)?；瘜W(xué)成分主要包括總糖與還原糖、煙堿、總氮、氯、鉀等。物理特性指標(biāo)主要包括厚度、平衡水含量、填充值、拉力、葉質(zhì)重等[1-3]。煙葉質(zhì)量是反映與體現(xiàn)煙葉必要性狀指標(biāo)值均衡性的復(fù)合性概念，它具有時(shí)間性、對(duì)應(yīng)性和區(qū)域性特點(diǎn)[1]。煙葉質(zhì)量除受品種遺傳基因[4-6]、植煙區(qū)生態(tài)環(huán)境條件[4]和栽培技術(shù)措施[3，7]影響外，還與烘烤工藝技術(shù)[2-3]緊密相關(guān)。為了提升煙葉品質(zhì)，前人在開展烤房建設(shè)研究[8]的同時(shí)，也開展了烘烤燃料[9-10]及與烤房配套的烘烤工藝技術(shù)[11-13]等研究。但由于不同生態(tài)區(qū)域、鮮煙成熟度、內(nèi)含物和水分含量，以及煙葉部位、烤房、烘烤工藝技術(shù)和燃料性能等多方面的差異，導(dǎo)致烘烤后的煙葉質(zhì)量不同。本研究旨在分析基于生物質(zhì)顆粒燃料的低溫低濕烘烤工藝對(duì)烤后煙葉主要品質(zhì)指標(biāo)的影響，探討低溫低濕烘烤工藝技術(shù)在湘西植煙區(qū)煙葉調(diào)制上的可行性，為其在煙葉調(diào)制上的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)在張家界市桑植縣龍?zhí)镀烘?zhèn)煙草站開展，供試烤煙品種為云煙87。2021年2月12日播種，5月7日移栽，移栽行株距為1.2 m×0.5 m，種植面積約3.33 hm2。基肥施有機(jī)肥1 800 kg/hm2、菜籽餅肥450 kg/hm2和煙草專用基肥825 kg/hm2；追肥施提苗肥45 kg/hm2、硝酸鉀210 kg/hm2、硫酸鉀270 kg/hm2?？痉繛闅饬魃仙矫芗痉浚?guī)格10 m×2.7 m×3.7 m；使用的燃料為生物質(zhì)顆粒(處理)和煤炭(對(duì)照)兩種。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)設(shè)2種不同烘烤工藝處理：T1處理為以生物質(zhì)顆粒為燃料的低溫低濕烘烤工藝，CK(對(duì)照)為以方塊煤炭為燃料的中溫中濕烘烤工藝。T1處理點(diǎn)火后到變黃期的溫濕度較T2低2～4 ℃，其余階段一致。

按照同一成熟度標(biāo)準(zhǔn)采收，采收時(shí)下部、中部和上部煙葉的SPAD值分別為25.8～27.1、23.5～25.4和23.5～25.1。每個(gè)處理每部位各裝90桿鮮煙葉進(jìn)行烘烤，每30桿作為一個(gè)取樣單位。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

烤后每個(gè)處理分別取X2F、C3F和B2F煙葉10片，參照江祥偉等[12]和蔡憲杰等[14]方法測(cè)定厚度、平衡水含量、填充值、拉力、葉面重/葉面密度等物理指標(biāo)；參照王彥亭等[1]方法計(jì)算拉力、含梗率、平衡含水率、葉面密度的權(quán)重總分值；對(duì)顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度等外觀質(zhì)量指標(biāo)和香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、燃燒性、灰分、余味、濃度、勁頭感官質(zhì)量指標(biāo)分別進(jìn)行評(píng)分并計(jì)算權(quán)重總分；測(cè)定總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯、鉀等主要化學(xué)成分指標(biāo)含量，并采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)的數(shù)據(jù)模型對(duì)其可用性指數(shù)(CCUI)進(jìn)行評(píng)價(jià)[15]。選取外觀質(zhì)量、物理特性、感官評(píng)吸質(zhì)量指標(biāo)，采用賦值權(quán)重指數(shù)和法進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]，其中煙葉的化學(xué)成分、外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量、物理特性指標(biāo)采用專家賦權(quán)，依次對(duì)化學(xué)成分、外觀質(zhì)量、感官質(zhì)量、物理特性指標(biāo)的平均分值賦權(quán)重20%、10%、60%、10%，并計(jì)算綜合總得分，作為煙葉質(zhì)量?jī)?yōu)劣的評(píng)價(jià)依據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理煙葉主要物理特性指標(biāo)

從表1可知，T1處理X2F、C3F和B2F的煙葉厚度分別較CK高0.003、0.006和0.005 mm；葉面密度分別較CK高4.0、4.6和3.9 g/m2；拉力分別較CK高0.16、0.16和0.14 N；填充值分別較CK低0.37、0.26和0.65 cm3/g；含梗率分別較CK低0.5、1.2和1.3百分點(diǎn)；平衡水率分別較CK高1.8、1.2和0.2百分點(diǎn)。

不同處理煙葉各主要物理特性指標(biāo)的分值及權(quán)重總分值見表2。T1處理X2F、C3F和B2F的拉力、葉面密度、含梗率、平衡水率的權(quán)重總分值分別比CK高5.97%、14.60%和3.59%。表明T1處理不同部位烤后煙葉物理指標(biāo)性狀均不同程度地優(yōu)于對(duì)照。

表1 不同處理煙葉主要物理特性指標(biāo)

表2 不同處理煙葉各主要物理特性指標(biāo)分值及權(quán)重總分值

2.2 不同處理煙葉主要化學(xué)成分及CCUI

從表3可知，T1處理X2F和C3F煙葉的還原糖/煙堿分別較CK提高了2.76、0.34，而C3F降低了0.25；T1處理X2F和C3F煙葉的鉀/氯分別較CK提高了0.72、0.69，而C3F降低了0.67；T1處理X2F煙葉的氮/煙堿較CK高0.01，而X2F和C3F分別降低了0.01和0.05。T1處理X2F、C3F和B2F煙葉的主要化學(xué)成分可用性指數(shù)(CCUI)分別較CK高3.29%、2.62%和2.47%。由此表明，T1處理不同部位烤后煙葉主要化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性、煙葉主要化學(xué)成分的工業(yè)可用性均優(yōu)于CK。

表3 不同處理煙葉主要化學(xué)成分含量

2.3 不同處理煙葉主要外觀質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)

從表4可知，T1處理X2F、C3F和B2F煙葉的顏色、成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度等外觀質(zhì)量指標(biāo)的總分值分別較CK高7.32%、10.0%和8.05%。說明T1處理不同部位烤后煙葉外觀質(zhì)量均優(yōu)于對(duì)照。

2.4 不同處理煙葉主要感官質(zhì)量指標(biāo)評(píng)價(jià)

從表5可知，T1處理X2F、C3F和B2F煙葉的香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、燃燒性、灰分、余味、濃度、勁頭等感官質(zhì)量指標(biāo)的總分值分別較CK高8.89%、10.8%和6.02%。初步表明，T1處理不同部位烤后煙葉感官質(zhì)量均優(yōu)于CK。

表4 不同處理煙葉外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)

表5 不同處理煙葉感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.5 不同處理煙葉綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

煙葉感官質(zhì)量、外觀質(zhì)量和物理特性的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。T1處理X2F、B2F和C3F煙葉的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)得分別較CK高5.83%、8.31%和5.36%。評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)一步表明，T1處理不同部位烤后煙葉整體質(zhì)量均優(yōu)于CK。

表6 不同處理煙葉綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.6 不同處理烘烤能源成本

從表7可知，T1處理不同部位煙葉烘烤的燃料成本均低于對(duì)照，T1處理的平均烘烤成本比CK低12.55%。

表7 不同處理烘烤能源成本

生物質(zhì)顆粒燃料為江西保地生物能源科技有限生產(chǎn)的純木屑，單價(jià)1 250元/t；煤炭為貴州銅仁生產(chǎn)，經(jīng)過加工制作成塊煤，單價(jià)1 600元/t。

3 討論

現(xiàn)有烤煙烘烤燃料主要是煤炭、生物質(zhì)顆粒和電能等。燃料在煙葉烘烤過程中僅僅是供能，使新鮮煙葉失水而干燥，不同類型的燃料盡管燃燒值有差異，但因其與烤房使用的燃燒機(jī)性能較為匹配，在保持一定烘烤工藝的前提下，燃料一般對(duì)烤后煙葉質(zhì)量沒有明顯影響[16-18]，但會(huì)影響煙葉烘烤成本[10]及熱能供應(yīng)的穩(wěn)定性[8，10]。本試驗(yàn)采用生物質(zhì)顆粒作為燃料，是基于試驗(yàn)烤房燃燒機(jī)性能和結(jié)構(gòu)，以及低溫低濕烘烤工藝和降低烘烤成本的綜合需要。

煙葉烘烤是在相對(duì)封閉環(huán)境中營(yíng)造適宜的溫度與濕度環(huán)境，通過燃料提供熱能的輸入，脫去鮮煙中的水分，使煙葉變黃干燥，從而呈現(xiàn)和固定煙葉品質(zhì)的物理和化學(xué)變化過程。在此過程中，烘烤溫度與濕度參數(shù)的設(shè)置、穩(wěn)溫和升溫的時(shí)間及升溫的速率，對(duì)烘烤過程中鮮煙葉的脫水、烤后煙葉外觀與感官質(zhì)量及致香物質(zhì)含量、煙葉主要化學(xué)成分變化、煙葉物理性狀變化等均有不同程度的影響和作用[3，19-21]。

為了解決湘西煙區(qū)云煙87在中溫中濕烘烤工藝條件下易出現(xiàn)的掛灰、僵硬等問題，本研究利用現(xiàn)有氣流上升密集式烤房，使用生物質(zhì)顆粒作為烘烤燃料，采用低溫低濕烘烤工藝進(jìn)行烘烤。裝煙后將風(fēng)機(jī)開到最大檔吹3～5 h，除去鮮煙葉片表面的水分以后再點(diǎn)火，點(diǎn)火起始烘烤干球溫度36 ℃、濕球溫度34 ℃，點(diǎn)火后到變黃期，干球溫度和濕球溫度設(shè)置低于現(xiàn)有中溫中濕烘烤2～4 ℃，通過慢變黃、慢排濕，使煙葉中的淀粉等碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)在酶作用下得以充分降解與轉(zhuǎn)化，從而提高煙葉的外觀與感官質(zhì)量，改善煙葉物理性狀與主要化學(xué)成分指標(biāo)的協(xié)調(diào)性，增加致香物質(zhì)含量，最終提升煙葉品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，采用低溫低濕烘烤工藝，促進(jìn)了不同部位烤后煙葉質(zhì)量的提高。

4 結(jié)論

在湘西煙區(qū)，采用低溫低濕烘烤工藝，有利于提高云煙87烤后煙葉的主要化學(xué)成分指標(biāo)的協(xié)調(diào)性及CCUI，改善煙葉感官、外觀質(zhì)量及煙葉物理特性，實(shí)現(xiàn)煙葉綜合品質(zhì)的提升。同時(shí)，采用生物顆粒燃料可降低烘烤成本。本研究結(jié)果可在湖南西部植煙區(qū)先行試點(diǎn)，在取得初步成效的基礎(chǔ)上，擇機(jī)推廣應(yīng)用。