密集烘烤定色和干筋期风机转速对上部烟叶外观质量和内在品质的影响

詹 军，贺 帆，宋朝鹏，李 伟，刘 冲，宫长荣

(河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002)

密集烤房很好地适应了烤烟生产可持续发展的新形势，是中国烤烟烘烤设备的发展方向［1，2］.但是，近年来的试验和调研情况表明，密集烤房烘烤的烟叶容易出现颜色浅淡，叶面光滑、僵硬，组织结构紧密，正反面色差大，烟叶油分、香气量降低等现象，很大程度上影响了“中式卷烟”的原料需求，而不断优化和完善与之相配套的密集烘烤工艺，改善烟叶的可用性，已成为烟叶生产中亟待解决的问题.烘烤是烤烟生产过程中的重要环节，烘烤结果的优劣直接关系到烟叶的品质和工业可用性［3］.烤房内适度通风能明显减小烤房内各层间温、湿度差，利于烟叶均匀变黄和干燥［4］.白震译［5］研究表明，风速对烤后烟叶的外观质量和感官评吸质量有显著的影响.宫长荣等［4］指出，烘烤过程中风速对烟叶质量的影响以定色期和干筋期最大，烘烤中叶间隙风速以 0.2 ～ 0.3 m·s－1为宜.与普通烤房相比，密集烤房最大的特点就是装烟密度大，实行机械强制通风和热风循环，具有叶间隙风速大，平面及垂直温差较小等特点.据测定普通烤房在烟叶定色阶段的叶间隙风速仅为0.04 ～0.06 m·s－1，而密集烤房同时期为0.2 ～ 0.3 m·s－1［6］.可见，通过调控风速来提高烟叶的质量已经成为烘烤人员目前所面临的一个重要问题.变频调速技术既能合理调节风机风速，又有一定的节能降耗效果，将该技术应用于密集烘烤已有少量研究［7～9］.但这些研究均集中在中部叶和烘烤前期，且研究并不全面，而对烤烟总体产量和质量均有很大影响，也最能彰显优质烤烟风格特征的上部叶［10，11］研究较少.因此，本试验通过采用变频调速技术研究了定色期和干筋期不同风机转速对上部叶外观质量、化学成分含量及协调性、致香物质含量和评吸质量的影响，为进一步提高上部叶的可用性和密集烘烤工艺的优化提供新的依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2009年在云南省楚雄市子午镇进行.供试烤烟品种为云烟87，2009－05－10移栽，试验田为红壤土，肥力中等，施纯氮 90.00 kg·hm－2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶1∶1.8.田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行.以上部叶(第15～16位叶)为试验材料，依据成熟标准，烟叶成熟时按照叶位单叶采收.

供试烤房为气流下降式密集烤房，共5座，装烟室规格为 8.0 m ×2.7 m ×3.5 m，装烟 3层 2路.配置电机额定功率为2.2 kW，最大转速为1 440 r·min－1.配置循环风机为7号轴流风机，叶片4个，采用内置电动机直联结构，叶轮的叶顶间隙控制在5 mm左右，转速l 440 r·min－1时风量15 000 m3·h－1，配备变频器(华中科技大学研制)调节风机转速，在20～50 Hz连续调速.

1.2 试验设计

试验共设5个处理，各处理的风机转速设置见表1.

表1 不同烘烤处理的风机转速Table 1 Fan speeds of different curing treatments r·min －1

烟叶按成熟标准采收后，从中挑选出成熟度、大小基本一致的叶片，按每竿130片绑竿标记，分别挂置在各烤房底层、中层、上层距离装烟室门口各2，4，6 m处，每层6竿.各处理烟叶均在同1 d内完成采收、编烟、装炕与开烤，装烟密度均为70 kg·m－3.各处理其余工艺均严格按照三段式烘烤工艺(干球38℃，湿球35℃，烟叶变黄8成发软;干球42℃，湿球36～37℃，烟叶黄片青筋主脉发软;干球48℃，湿球38℃，黄片黄筋小卷筒;干球54℃，湿球39℃，叶片全干大卷筒;烤后烟叶完全干筋.)进行.回潮后按烤烟国家标准(GB 2635—92)对标记烟叶分级，取B2F(上橘二)2.0 kg用于分析，3次重复.

1.3 测定项目与方法

1.3.1 外观质量评定 由中国烟草总公司郑州烟草研究院、中国烟草总公司职工进修学院、中国农业科学院烟草研究所、上海烟草(集团)公司、湖南中烟工业有限责任公司、河南中烟工业有限责任公司和河北中烟工业有限责任公司等7个单位的10名专家鉴定，烟叶外观质量的鉴定和综合评价参照王彦亭等［12］的方法进行.以颜色、成熟度、结构、身份、油分和色度6项指标作为烤烟外观质量评价指标，各指标权重分别为 0.30，0.25，0.15，0.12，0.10，0.08.采用指数和法评价烤烟外观质量状况.

1.3.2 化学成分的测定 化学成分的测定参照王瑞新等［13］的方法.化学成分的综合评价参照王彦亭等［12］的方法，其指标赋值方法以烟碱、总氮、还原糖、钾、淀粉含量和糖碱比值、氮碱比值和钾氯比值8项指标作为化学成分的评价指标，各指标权重依次为 0.17，0.09，0.14，0.08，0.07，0.25，0.11，0.09，各指标均以公认的最适范围为100分，高于或低于该最适范围依次降低分值，以指数和法确定化学成分协调性状况.

1.3.3 致香物质提取及其定性、定量分析

1.3.3.1 样品处理 烟叶样品除去主脉后，粉碎过60目筛，在温度22℃、相对湿度60%的环境下平衡24 h，采用同时蒸馏萃取方法提取烟叶中的致香成分.在同时蒸馏萃取装置一端接盛有25.00 g烟样、一定量的内标化合物(乙酸苯甲酯)和500 mL蒸馏水的圆底烧瓶，用电热套加热.另一端接盛有30 mL二氯甲烷的100 mL烧瓶，将该端烧瓶置于60℃的恒温水浴锅中加热，同时蒸馏萃取2 h，将二氯甲烷萃取液用适量无水硫酸钠干燥后浓缩至1 mL.浓缩液采用Agilent 6890 N/5975气质联用分析仪(美国安捷伦公司)进行分析，所得图谱经计算机谱库(NIST 98，Wiley 275)检索，并用内标校正归一化法计算相对含量.

1.3.3.2 GC/MS分析条件 毛细管柱:HP－5MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm);载气为 He;流速 1 mL·min－1;进样口温度260 ℃;进样量0.5 μL;分流比25∶1;接口温度:280℃;离子源为EI源;电子能量70 eV;离子源温度230℃;质量数35～455 amu.升温程序:初温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 烟叶评吸鉴定 由云南烟草科学研究院、云南瑞升烟草技术(集团)有限公司、云南中烟工业公司、红云红河集团技术中心等4个单位的10名专家进行评吸，并采用百分制打分，香韵、香气量、香气质、浓度、刺激性、劲头、杂气、口感的满分分别为 10，15，15，10，15，5，10，20 分.得分越高，表明烟叶质量越好.

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003进行数据处理，用SPSS 17.0进行单因素完全随机试验统计分析，多重比较采用LSD法.

2 结果与分析

2.1 不同处理对上部烟叶外观质量的影响

对比分析烤后烟叶外观质量评定结果(表2)发现，各处理颜色均属于橘黄，只有T1和T2得分较对照有所降低，其余处理颜色得分相同.各处理的成熟度均表现为成熟，以T1的成熟度较差，得分最低，其余处理得分相同.各处理中只有T3处理烟叶的结构为疏松，且得分最高，其余4个处理均为尚疏松，与对照相比，均有改善.CK的身份稍厚，得分最低，其余处理对烟叶身份的影响不大，均为“中等”身份，得分也相同.风机转速对油分的影响最大，以T3油分最好，T4次之，均为“多”，T1，T2也较对照有很好地改善.相对于CK，只有T3和T2改善了烟叶的色度，且得分相同，均表现为“强”.可见，适当降低风机转速可以改善上部烟叶外观质量，尤其以T3效果最为明显，可以很好地改善烤后上部烟叶的结构、身份、油分和色度，从外观上改善上部叶的可用性.

表2 不同处理上部烟叶的外观质量Table 2 Appearance quality of upper tobacco leaves on different treatments

2.2 不同处理对上部烟叶化学成分及协调性的影响

从表3可以看出，各处理的烤后烟叶的总糖和石油醚提取物含量较对照均显著提高，尤其T3处理的石油醚提取物含量显著高于其它处理.各处理的总氮、蛋白质、氯含量较对照有所降低，这对烟叶内在品质的提高是有利的.T1处理的还原糖含量较对照下降，但差异不显著，而T3，T4较对照显著升高.只有T1处理的淀粉和烟碱含量较对照增加，其余处理均显著下降，尤其T4处理的淀粉和烟碱含量最低.各处理中只有T3的钾含量较对照显著增加，其余处理均显著降低.各处理的糖碱比和钾氯比以T3和T4较合适，氮碱比以T3较适宜.通过对烤后上部烟叶化学成分的协调性进行赋值计算，以T3，T4的综合得分较高，烟叶的内在化学成分协调性最好.

表3 不同处理上部烟叶化学成分含量及协调性Table 3 Chemical components and harmony of upper tobacco leaves on different treatments

2.3 不同处理对上部烟叶致香物质含量的影响

烤烟致香物质含量是衡量烟叶品质的重要因素之一，烟叶的香气质和香气量与其致香物质含量呈正相关，通过分析烟叶致香物质含量，可以对烟叶的香气质量进行客观、准确的评价［14］.由表4可以看出，与对照相比，各处理的致香物质总量均有提高，分别增加了 6.24%(T1)，21.73%(T2)，44.19%(T3)，41.11%(T4)，只有 T1 的提高不显著，其余均显著.各处理的其他类致香物质含量较对照均有增加，以T3最高，T4其次，但二者之间差异不显著，其余3个处理之间差异也不显著.叶绿素是烟叶成熟和调制过程中变化幅度较大的物质之一，其主要降解产物新植二烯是烟叶中重要的萜烯类化合物，不仅本身具有一定香气，而且可分解转化形成低分子香味成分［15，16］，各处理中以T4处理最高，T3其次，但二者之间差异不显著，其余2个处理也较对照有一定增加.类胡萝卜素类致香物质是构成烟叶香气质量的重要组分，其产生的香味阈值相对较低，但对烟叶香气质量的贡献率较大［17］.表4表明，T3处理烟叶的类胡萝卜素类致香成分含量最高，比对照显著增加了38.45%，而T2较对照显著下降了3.03%.在所测定的15种类胡萝卜素类致香物质中，在T3中有10种含量最高，尤其是对烟叶香气质量有重要作用且占有较大比例的β－大马酮、β－紫罗兰酮、巨豆三烯酮、金合欢基丙酮达到了 5.289，4.919，9.913，5.024 μg·g－1.苯丙氨酸类致香物质含量以T3最高，T1次之，T2最低，而棕色化反应产物类致香物质含量只有T3较对照显著增加了17.43%，其余各处理较对照有所降低.类西柏烷类致香物质不但本身具有很好的香气，而且其降解转化产物也是烟草中很重要的致香物质［18］，类西柏烷类物质含量以T3最高，T4，T2 次之，T1 最低，其中 T3，T4，T2 处理分别较对照提高了 31.81%，23.26%，2.66%.

2.4 不同处理对上部烟叶感官评吸质量的影响

从表5可以看出，只有T1处理在一定程度上降低了烟叶的感官评吸质量，其余各处理均不同程度地改善了上部烟叶的感官评吸质量，以T3综合得分最高，T4次之，T2和T4差异不大.其中，T3处理明显改善了烤后烟叶的香韵、香气量、香气质、劲头、杂气和口感，各处理对浓度基本上没有改善，T4处理很好地改善了刺激性.综合来看，以T3处理的风机转速运行能明显改善烤后上部烟叶的感官评吸质量，其烤后烟叶香韵好，香气量充足，香气质纯净，浓度合适，刺激性较小，劲头适中，杂气少，口感好.

表4 不同处理对上部烟叶致香物质含量的影响Table 4 Effects of content of aroma components of upper tobacco leaves on different treatments μg·g－1

表5 不同处理上部烟叶评吸得分Table 5 The score sensory evaluation of upper tobacco leaves on different treatments

3 结论与讨论

研究结果认为，定色和干筋阶段的风机转速状况对上部烟叶的外观质量和香吃味品质的形成有着重要的作用，适当降低定色和干筋期的风机转速能够明显提高上部烟叶的烘烤质量，其中以处理T3(干球温度42～47℃时风机转速为1 440 r·min－1;47～60 ℃时960 r·min－1，60～68 ℃时720 r·min－1)对烤后上部烟叶外观质量、化学成分协调性和感官评吸质量的改善效果较为突出，在一定程度上改善了上部叶的可用性.

目前密集烤房烤后烟叶的外观质量缺陷主要体现在烟叶的颜色、结构和油分方面，进而影响了烟叶的吸食品质［8］.这主要是因为密集烘烤过程中采用循环风机强制通风，风速过高，而大部分情况下，人们在烘烤时仍旧是根据烟叶颜色变化来进行烘烤操作，当烟叶颜色已经固定下来时，部分人为了追求降低能耗，片面地利用密集烘烤温湿度及风速调节灵敏的特点，采取快速升温排湿干燥来缩短烘烤时间，导致烟叶颜色变化与内含物转化不同步，易出现烟叶颜色淡、组织僵硬、结构不疏松等现象.密集烘烤烟叶油分的多少与烟叶烘烤时间的长短、烘烤过程中湿度的大小以及强制热风循环的风速密切相关［6］.而密集烤房由于风机转速普遍较高，脱水速度加快，致使烟叶变黄、定色时间不够，仅仅是将烟叶烤黄烤干，烟叶内部一系列的大分子物质尚未充分分解转化，而烟叶表面的柔软液体或半液体物质减少，造成烟叶外观上的油润、丰满程度下降，枯燥程度增加，油份减少.目前使用密集烤房烘烤的烟叶存在烤后烟叶光泽较鲜明，但叶背面呈白色，烟叶正反面色差大，烟叶总体趋向于柠檬黄色，这可能与当前使用的风机转速过高，通风量过大有密切关系，尤其与定色期烟叶表面的附着水，在强制性热风循环的作用下迅速排除，减少了挥发油和树脂的自然消耗有关.目前密集烘烤烟叶的结构表现为不疏松，组织僵硬，光滑烟较多，这可能是因为密集烤房装烟密度大，风速过高，空气交换频繁，致使密集烘烤中后期烤房中CO2浓度偏低，不利于烟叶保持呼吸作用，减少了干物质的消耗，对烟叶的细胞结构等都有影响.尤其烟叶内水分的不适，使一些与烟叶细胞壁降解和质地形成有关的酶(果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶)活性降低，造成细胞壁物质(原果胶、总果胶和纤维素)降解较少，组织结构僵硬［19～21］.

据研究，烘烤过程中风速过高则烤后烟叶香气淡，辛辣味重，刺激性大;风速低时烤后香气和吃味浓郁［5］.另据相关研究表明，如果定色期烟叶急剧脱水，则烤后烟叶辛辣味和刺激性增强;如果定色期烟叶脱水迟缓，烤后烟叶辛辣味和刺激性虽小，但香气显著发闷，香味不突出［22］.风速影响烤后烟叶吸食品质主要是通过风机转速来影响进风量，进而影响烤房内气体组分的比例、烤房的温湿度变化和水分排除的多少与快慢，而这些变化将对烟叶的生命活动产生显著的影响，进而影响烤后烟叶的质量.适当降低风机转速能调节烟叶内水分持续有度的变化，使其既能发挥密集烤房的优势，又能遵循普通烤房中烟叶的变化规律.在不同阶段采取合适的风机转速，能使烟叶体内的淀粉酶、蛋白酶、脂氧合酶、苯丙氨酸解氨酶等关键酶保持较长时间的活性，有利于在适宜的水分含量情况下，使细胞内酶系统的氧化还原反应达到一定的动态平衡，使烟叶内的淀粉、蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素等大分子物质充分降解，为烟叶提供更多的致香物质及香气前体物质.

本试验结果表明，当干球温度42～47℃时，风机转速为1 440 r·min－1;47～60℃时，风机转速为960 r·min－1;60～68℃时，风机转速为720 r·min－1，烟叶内各种化学成分和致香物质的比例和协调性最佳，评吸质量最好.

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