纳米涂料对烤房烘烤性能和烟叶品质的影响

史　德，张　峻，胡　俊，李绍刚，邱莹莹，黄飞燕，吕　凯，叶贤文 

（1. 云南省烟草公司昆明市公司安宁分公司，云南 安宁 650300；2. 云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南 昆明 650106；3. 云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201）

纳米涂料对烤房烘烤性能和烟叶品质的影响

史德1，张峻1，胡俊1，李绍刚1，邱莹莹1，黄飞燕2,3，吕凯2，叶贤文1

（1. 云南省烟草公司昆明市公司安宁分公司，云南 安宁 650300；2. 云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南 昆明 650106；3. 云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201）

研究了纳米涂料对烤房烘烤性能和烟叶品质的影响，为烘烤环境的优化和完善提供理论基础，分析了烤房纳米材料涂层对烤房内平面温差和垂直温差的影响、对烟叶烘烤时间的影响、对燃煤成本的影响、对烟叶化学成分的影响和对烟叶感官质量的影响。结果表明：烤房的装烟室涂抹纳米材料后，烤房内垂直和平面温差分别降低了1.2℃和1.5℃，缩短烘烤时间12 h，降低用煤成本0.48元/kg干烟，节煤率达16.77%，并明显改善了烟叶内在化学成分和感官质量。

纳米涂料；烘烤；烤烟； 烟叶品质

近年来，我国的烤烟烘烤设备和烘烤技术得到突飞猛进的提升[1-3]，烘烤能耗平均为1.5～2.0 kg/kg（煤/干烟）。当前，能源价格持续上涨，烤烟烘烤面临最主要的任务是改良现有烤房设备或通过技术创新提高烘烤性能，并确保烟叶烘烤质量，增加烟农效益[4-6]。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100 nm）内，并由它们作为基本单元构成的具有特殊物理化学性能的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料[7-9]，它具有表面效、小尺寸、量子尺寸、宏观量子隧道四大效应，因此在磁、光、热、力学、电等方面的性质与一般材料有显著的区别[10-11]。目前，纳米材料和纳米技术应用于生活和生产的各方面[12-13]。在烤烟烘烤上，很多学者研究了如何用纳米材料和纳米技术达到改善烤房烘烤性能，降低烤房烘烤能耗和提高烟叶质量的功效。安宁市普通型烤房数量在烤房总数占比为76.93%，且烤房普遍存在烘烤性能差和烘烤能耗高等突出问题，笔者研究通过在普通烤房涂层纳米材料，系统研究纳米材料对烤房烘烤性能和烟叶品质的影响，旨在为改善安宁市普通烤房烘烤环境和优化烘烤设备，提高烤房整体性能和烟叶质量，增加烟农收益提供理论依据。

1　材料与方法

1.1供试材料

试验于2015年在云南省安宁市八街街道堍杉村委会、县街街道耳目村委会、草铺街道白土村委会开展。供试普通烤房的规格为装烟室2.7 m×2.7 m，装烟5层。供试品种为K326，试验田土壤肥力中等，规范化栽培管理。

1.2试验设计

试验设2个处理：T1为普通烤房装烟室涂层纳米材料，CK为普通烤房装烟室未涂层纳米材料。在安宁市三个村委会各选取普通型烤房两座分别用于两个处理（T1和CK），各烤房试验三炉，供试烤房和煤质一致，供试烟叶基本一致。每座普通型烤房准备两桶共30 kg的纳米功能涂料，加入9 kg清洁水，保证充分稀释并搅拌均匀。在室内温度高于5℃，相对湿度小于85%，且墙面干燥、牢固、干燥、平整无霉斑的情况下，均匀涂刷在烤房装烟室内墙四周、顶面、底面涂刷。第二天，再涂刷一遍，保证烤房内部墙面100%全覆盖，涂层厚度均匀、颜色一致即可。

1.3测定项目及方法

1.3.1耗煤量和用煤成本在烟叶烘烤试验中，记录处理和对照的耗煤量、用煤成本。烘烤耗煤量=用煤总重量/干叶总重量，单位：kg；烘烤用煤成本＝用煤总重量×燃煤单价/干叶总重量，单位：元/kg干烟。

1.3.2垂直温度差和平面温度差参照王建安[14]的方法记录处理和对照的垂直温度差和平面温度差。

1.3.3烘烤时间参照宫长荣[15]的方法记录处理和对照的烘烤时间。

1.3.4烟叶常规化学成分T1和CK取初烤烟叶X2F、C3F、B2F各2.0 kg，参照王瑞新[16]的方法检测烟叶常规化学成分，并参照牛瑞锋[17]的方法对烟叶化学成分进行综合评价。

1.3.5烟叶感官质量T1和CK取初烤烟叶X2F、C3F、B2F各2.0 kg，烟叶感官质量评价参照《GB5606.4—2005卷烟感官技术要求》，按9分值分别对香气质、香气量、杂气、浓度、劲头、刺激性和余味等10个指标进行打分，计算除劲头外的总得分。

1.4统计分析

试验数据采用SPSS 17.0统计软件进行分析。

2　结果与分析

2.1烤房纳米材料涂层对烤房内平面温差和垂直温差的影响

烘烤中烤房内温度差值大小代表着温度场分布均匀状况，而均匀的温度场是调制好烟叶的基本保障[18]。烘烤过程中烤房内平面和垂直温度差见图1，烤房内平面和垂直温度差均小于5℃，且均表现为CK＞T1。CK与T1的平面温差值和垂直温差值分别为1.5和1.2℃。方差分析表明，CK与T1的平面温度差和垂直温度差均差异显著（P＜0.05），这说明纳米材料能缩小烤房温度差。

2.2烤房纳米材料涂层对烟叶烘烤时间的影响

处理与对照的烘烤用时见图2，烘烤过程中CK烤房烟叶烘烤时间与T1的差值为12 h，且差异达显著。烘烤时间在一定程度上反映了烘烤的劳动强和耗能大小，相比对照，涂了纳米材料的烤房烟叶烘烤时间短，说明纳米材料的应用能降低烘烤劳动强度和能耗。

图1　烘烤过程中烤房内平面和垂直温度差

图2　处理与对照的烘烤用时

2.3烤房纳米材料涂层对燃煤成本的影响

处理与对照的燃煤成本见表1，通过在烤房内壁涂刷纳米功能涂料，3座试验组烤房保温性能得到改善，并达到降低烘烤成本的目的。相比对照，T1节省耗煤量达0.58 kg，用煤成本节省0.48元/kg干烟，且差异达到极显著。节省率最高的为八街，达到20.97%，综合平均节省率为16.77%。总的来看，烤房装烟室涂层纳米功能材料能有效降低烘烤用煤成本。

表1　处理与对照燃煤成本数据对比表

2.4烤房纳米材料涂层对烟叶化学成分的影响

烟叶化学成分对烟叶质量和风格特色具有重要的影响。优质烤烟常规化学成分适宜范围：总糖20%～26%，还原糖18～22%，总氮1.5%～2.5%，烟碱1.5%～3.5%，钾离子＞2%，氯离子＜0.8%，糖碱比8～12，氮碱比1或略小于1，钾氯比＞4[19-20]。T1和CK烟叶化学成分见表2：T1和CK上部叶总糖含量稍偏高，T1和CK钾离子、还原糖含量和氮碱比稍偏低，其余化学成分均适宜。总的来看，T1和CK烟叶化学成分均处于优质烤烟范围内。

表2　烤房纳米材料涂层对烟叶常规化学成分的影响　　　　　　　（%）

为进一步明确烟叶质量，选择烟叶总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯、糖碱比、氮碱比与钾氯比9项指标对烤烟化学成分进行综合评价，得到烟叶化学成分综合指数(I)。将烟叶化学成分综合指数(I)划分为5个等级，即：高（I≥0.75）、较高（0.65≤I＜0.75）、中（0.55≤I＜0.65）、较低（0.45≤I＜0.55）和低（I＜0.45）[17]。T1和CK烟叶化学成分综合指数见表3： T1和CK不同部位烟叶化学成分综合指标均处在高或较高的范围，表明烟叶化学成分较协调，T1化学成分综合指数略高于CK，说明烤房内涂层纳米材料对烟叶化学成分没有影响。

表3　烟叶化学成分综合指数

表4　烟叶感官质量评价结果

2.5烤房纳米材料涂层对烟叶感官质量影响

T1和CK烟叶感官质量评价结果见表4：T1与CK不同部位烟叶感官质量评价结果较接近，TI烟叶略高于CK，说明烤房内涂层纳米材料未对烟叶感官质量造成任何影响，烟叶感官质量略有提升。

3　结论与讨论

纳米材料涂层装烟室内壁，可以明显缩小烤房的平面温度差和垂直温度差，缩短烤房烟叶的烘烤时间。纳米材料具有光谱迁移性，量子限域效应、光学发光性等光学特性，其吸收带普遍存在“蓝移”现象[21]，“蓝移”短波具有较强的穿透性，其热能以漫射的方式穿过叶片自由地在烤房中流动，因此缩小了烤房内平面和垂直温度差，同时也增强了整个烤房烟叶变黄、失水和干筋的同步性，进一步缩短了烟叶烘烤时间。

纳米材料涂层装烟室内壁，有效降低了烟叶烘烤用煤成本，降低了能耗。由于纳米材料是很多较小的微粒组成，具有比较大的表面积，容易受到烤房内热能的影响[21]。另外，纳米材料的结构与常规的晶态和非晶态物质差别较大，主要表现在小尺寸微粒、大体积界面上的原子排列和无序的键组态，因此纳米材料的光学性质会出现如紫外线、可见光和红外光吸收，产生荧光，等致发光现象[12]。普通烤房经过纳米涂料处理后进行烘烤，纳米涂料层一方面将烤房内的能量返回到烤房内，另一方面荧光照射到烤房内，减少烤房内的能量向外辐射。这样纳米涂层像一道隔热墙，阻止了烤房内的能量向外界环境散失，降低了烘烤用煤成本，达到节能的效果。烤房内涂层纳米材料对烟叶质量没有影响，相反烟叶化学成分和感官质量略有上升。

综上所述，烤房内涂层纳米材料能缩小烤房内的平面和垂直温度差和烟叶烘烤时间，降低烘烤用煤成本，降低烘烤能耗，并能明显改善烟叶化学成分和感官质量。

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（责任编辑：肖彦资）

Effects of Nanometer Material on the Curing Capability of Curing Barn and Quality of Tobacco Leaves

SHI De1，ZHANG Jun1，HU Jun1，Li Shao-gang1，QIU Ying-ying1，HUANG Fei-yan2，3，LV Kai2，YE Xian-wen1
（1. Anning Branch of Kunming Tobacco Corporation of Yunnan Province, Anning, 650300, PRC; 2. Yunnan RuishengTobacco Technology (Group) Co., Ltd, Kunming, 650106,PRC; 3. College of Agriculture and Biotechnology, Agricultural University, Kuming 650201,PRC）

The effect of nanometer material on the curing capability of curing barn and the quality of tobacco leaves was studied， provide theoretical basis for the optimization and improvement of curing environment， the effect of nanometer material coating on the plane temperature difference and vertical temperature difference in the curing barn， effect on curing time of tobacco leaf， the impact on the cost of coal， effect on chemical composition of tobacco leaf and effect on the sensory quality of tobacco leaf were analyzed. The results showed that the vertical and horizontal temperature difference in the curing barn was decreased by 1.2℃ and 1.5℃ respectively after the curing barn was coated with nanometer materials， shorten the baking time 12 h， reduced the cost of coal by 0.48 yuan(RMB) per kilogram of dry tobacco， the percentage of coal saving rate was 16.77%， and the chemical composition and sensory quality of tobacco leaves were significantly improved.

nanometer material; curing; flue cured tobacco; quality of tobacco leaf

TS422

A

1006-060X（2016）10-0089-04

2016-06-29

云南省烟草公司昆明市公司2015年QC活动（ANQC. GG.2015001）

史 德（1981-），男，云南安宁市人，助理农艺师，主要从事烟叶生产技术研究等工作。

叶贤文