密集烤房烘烤过程中温湿度时空分布及层间烘烤效果差异化研究

贺庆祥++刘凯++李朋发++徐后娟++侯欣++刘朋++王玉军

摘要：为提高密集烤房烘烤质量，在气流下降式密集烤房内用HE174温湿度自动记录仪测量了不同烤房空间、不同烘烤时间的温湿度状况。结果表明：气流下降式烤房在烘烤过程中垂直方向上、中、下层和水平方向不同区域有一定的的温湿度差异。垂直方向与水平方向温湿度差异随烘烤进程的变化规律为：变黄前期小，变黄后期及定色期大，干筋期又逐渐变小；垂直方向不同区域的温湿度差异明显大于水平方向。烘烤后不同层间烟叶化学成分有所不同，含氮化合物差异较小，总糖和还原糖含量为下层略高于上层，但均未达到显著差异。密集烤房在烘烤过程中温湿度变化动态研究结果为指导密集烤房合理装烟与优化烘烤工艺提供了理论依据。

关键词：密集烤房；温度；相对湿度；分布

中图分类号：S572.092文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）06-0054-06

AbstractTo improve the curing quality， the temperature and humidity in different barn space and at different curing time were measured by HE174 automatic temperature and relative humidity recorder in airflow-descending bulk curing barn. The results showed that there were some differences in temperature and relative humidity in the upper， middle and lower layers and the different zones of plane areas during the curing process. The changes in the vertical and horizontal directions were smaller at the early yellowing stage， were larger at the later yellowing stage and leaf-drying stage， and gradually reduced at the stem-drying stage. The difference of temperature and relative humidity in the vertical direction was significantly larger than that in different areas of the horizontal direction. The chemical composition of tobacco leaves was different between different layers after curing. The difference of nitrogen compound content was smaller. The content of total sugar and reducing sugar in the lower layer was slightly higher than that in the upper layer without significant differences. The results could provide the theoretical basis for guiding the reasonable tobacco-loading and optimizing the curing technology for bulk curing barn.

KeywordsBulk curing barn； Temperature； Relative humidity； Distribution

密集烤房是目前我国烤烟主要烘烤设备[1]。烘烤过程中密集烤房提供的热气流与烟叶本身的水分相互作用在烤房内形成一个微环境，为烟叶内部生物化学反应、形成特定的外观及内在品质提供适宜条件。有关烤房内温湿度和气流变化前人做了一定的研究，唐力为[2]报道，烘烤过程中烤房内各区域间同一时间点的温湿度普遍存在差异，主要反映在不同区域中调制的升温稳温方式的差异、排湿速率的差异以及不同烘烤工艺温度段所经历时间长短的差异等方面。王勇军等[3] 研究了变黄阶段、定色阶段、干筋阶段垂直方向风速和水平风速对烘烤的影响。赵华武[4]發现密集烘烤过程中，烟叶叶片水分的散失与烘烤进程关系密切，定色期失水量和失水速度最大。董艳辉[5]研究了密集烘烤过程中烟叶温度与烤房环境因子的关系。包亚峰[6]利用多孔介质得到了烤房部分温度场和速度场分布。烤房内温湿度通过影响烟叶的酶活性，影响烤后烟叶化学成分的协调性，最终会使各区域烟叶的吸食品质有明显差异[7-13]。但对于机械通风密集烤房内温湿度变化动态的量化研究鲜有报道。本文研究了气流下降式密集烤房烘烤过程中不同空间不同时间温湿度分布动态及其对烟叶品质的影响，旨为密集烤房合理装烟及烘烤工艺有效掌控提供理论依据。

1材料和方法

1.1供试材料

供试烟叶：烤烟品种K326，选取同一地块生长状况、成熟度一致的中部烟叶，含水率平均为84.2%。

供试烤房：气流下降式密集烤房，符合国烟办综[2009]418号文件要求，装烟室8.0 m×2.7 m×3.5 m，烤房风机型号为7号风机，风机中电机功率2.2 kW/h。

测试仪器：深圳市华图测控系统有限公司生产的HE174温湿度自动记录仪。

试验时间及地点：2015年山东省沂水金旭烟农专业合作社烘烤试验基地；2016年山东省诸城鑫兴烟农专业合作社烘烤基地；山东农业大学烟草实验站园。文中所用数据为三地两年平均值。

1.2试验设计

1.2.1装烟方式采用挂竿方式，挂烟三层，每个烤房共装烟336竿，每竿烟叶质量在（10±0.2）kg，烟竿均匀分布在装烟室内。

1.2.2温度和相对湿度的测定将27个温湿度自动记录仪均匀放置于烤房装烟室内上、中、下三层，每层九个，每层记录仪分布如图1所示。前部是指靠近加热室烟叶区域，后部是指靠近烤房门烟叶区域。按照八点式烘烤工艺烘烤，烘烤结束后取出记录仪并输出数据，分析结果。

1.2.3烟叶烘烤情况测定烘烤后在烤房每层各个测量点附近随机选取三竿烟调查烤青率和烤褐率。烤青率（%）=含青烟叶/调查烟叶总数×100；烤褐率（%）=含褐烟叶/调查烟叶总数×100。

1.2.4烟叶常规化学成分的检测烘烤结束后取上、中、下层代表性区域C3F进行常规成分分析。烟碱含量测定采用紫外分光光度法； 水溶性总糖含量采用乙醇提取， 蒽酮比色法测定； 还原糖含量测定采用苦味酸法； 总氮含量测定采用浓硫酸-双氧水消化法。

2结果与分析

2.1烤房湿度时空分布

2.1.1垂直相对湿度分布动态变黄期垂直方向相对湿度变化动态如图2所示，图中所用数据为每层9点数据平均值（下同）。

烘烤变黄期是烟叶调制的重要时期，变黄期可分为前期烤房密闭气体循环阶段和后期排湿阶段。

变黄前期烤房密闭热气体循环阶段：烤房垂直方向相对湿度均在97%以上，相对湿度差在3%以内，相对湿度稳定。变黄后期排湿阶段：不同层间相对湿度差逐渐增大，上层的相对湿度下降速度最快，变黄期结束降低至59.5%；下层相对湿度降低速度最慢，变黄期结束时相对湿度为71.8%，垂直方向相对湿度差为12.3个百分点。

定色期垂直相对湿度差逐渐减小，定色期结束时垂直相对湿度差为4.1个百分点，中层和上层间的相对湿度差小于中层和下层间。定色期是烟叶逐渐干燥的时期，由于上层烟叶先干燥，使垂直方向湿度相差比较大（图3）。

干筋期垂直湿度差逐渐减小，当烤房湿度整体降低至10%时，垂直湿度差不超过1个百分点，烘烤结束时不同区域湿度为7%（图4）。

2.1.2烤房水平方向相对湿度变化动态变黄期水平方向相对湿度变化如图5所示，仅以中层相对湿度统计分析（下同）。变黄前期密闭循环阶段烤房内水平方向的相对湿度基本一致，相对湿度都在95%以上，相对湿度差在2个百分点以内。变黄后期排湿阶段各区域相对湿度差逐渐变大，最大水平相对湿度差出现在变黄后期相对湿度迅速下降阶段，前部和中部相对湿度差在3个百分点以内，但后部的相对湿度明显低于中部和前部。

定色期烤房内的烟叶逐步干燥，相对湿度逐渐下降，烤房后部相对湿度最低，前部相对湿度最高。水平相对湿度差先增大后减小，最大水平相对湿度差在定色前期，为8.9个百分点。烤房前中部在定色前期相对湿度差小于中后部，定色后期则相反（图6）。

干筋期烤房前部相对湿度高于中部和后部，中部和后部相对湿度差明显小于前部和中部。随干筋期延长水平相对湿度差逐渐减小，当烤房湿度整体降低至8%时，水平面各区域相对湿度基本相等。

2.2烤房温度时空变化动态

2.2.1垂直方向温度变化动态变黄期垂直方向温度变化如图8所示，上层温度最高，下层温度最低。变黄前期烤房密闭气流内循环阶段上下层间的温度差在1℃以内；变黄后期排湿阶段垂直温度差逐渐增大，最大温度差为2.6℃。

定色期仍为上层温度最高，下层最低，上层和中层间温度差大于中层和下层。随着温度逐渐升高，垂直温度差缓慢增大，最大上下层温度差为3.4℃（图9）。

干筋前期温度迅速升高，垂直温度差达整个烘烤过程中最大值，为4.1℃。随后垂直温度差逐渐减小，温度升到68℃时垂直温度差明显减小，烘烤结束时垂直温度差在0.5℃以内（图10）。

2.2.2水平方向温度变化动态变黄期前期烤房处于气流内循环的密闭状态，水平面不同区域温度差在0.5℃内，变黄后期通风排湿阶段烤房不同区域间温度差逐渐增大，变黄期结束时最大水平温度差为1.3℃（图11）。

定色期后部温度高于中部高于前部，水平温度差缓慢增大，定色期结束时水平最大温度差为1.5℃（图12）。

干筋前期温度迅速升高阶段，水平温度差达到烘烤过程中最大值，为2.9℃，之后逐渐减小，干筋后期不同区域水平温度基本相等（图13）。

2.3烘烤关键温度点烤房温度差和相对湿度差

八点式烘烤工艺关键温度点垂直和水平温湿度差見表1。

由表1可知，42℃时平均垂直相对湿度差最高达14.733个百分点，38℃最低为1.591个百分点，38℃至42℃平均垂直相对湿度差逐渐升高，42℃至68℃逐渐减小；42℃时平均水平相对湿度差最高为9.542个百分点，68℃时最低为1.059个百分点，平均垂直相对湿度差高于平均水平相对湿度差； 54℃时平均垂直温度差最高为3.172℃，38℃时最低为0.438℃； 54℃时平均水平温度差最高为1.569℃，38℃时最低为0.193℃，平均水平温度差明显低于平均垂直温度差。

2.4密集烤房不同层间烘烤效果比较

由表2可知，上层烟叶相对于下层烟叶含青率较高，烤褐率较低；烟碱、总氮含量不同层次烟叶间差异较小；总糖和还原糖含量下层烟叶略高于中层和上层，但未达到显著差异；糖碱比集中于8.68～9.42之间，下层烟叶略高于中层和上层。

3讨论

本研究结果是在烤房风机型号为7号风机，风机中电机功率2.2 kW/h的情况下测定的，风机功率增大时根据张树堂等[18]研究，烘烤前期前中后部的温湿度差亦随之加大，烘烤后期温湿度差减小；相反当风机型号和电机功率减小到一定程度时，前中后部的温湿度差会出现与本结论相反的结果，即前部温度高湿度低，后部温度低湿度高，具体数据有待于进一步研究。

本研究中变黄前期温湿度变化小，变黄后期和定色期大，干筋期小，这与普通烤房烘烤过程中垂直方向温湿度差异变化规律不同[19]，主要原因为普通烤房内气体对流弱，导致其变黄前期不同层次温湿度差大于定色期和干筋期；而密集烤房由于有机械通风导致烤房内气体对流较强，再加上本期烧火较小，因而导致变黄前期烤房内垂直方向温湿度差反而比定色期小。

气流下降式烤房的水平相对湿度差在变黄期和定色期都小于垂直相对湿度差，但在干筋前期大于垂直相对湿度差，与包亚峰[6]的结论一致。

4结论

气流下降式密集烤房在烘烤过程中装烟室内垂直方向不同装烟层温度分布规律为上层高于中层高于下层，相对湿度分布规律为上层低于中层低于下层。水平方向不同区域温度分布规律均为前部低于中部低于后部，相对湿度分布规律为前部高于中部高于后部。随烘烤进程温湿度差异变化规律为：变黄前期小，变黄后期及定色期大，干筋期又逐渐变小。垂直温度和相对湿度差大于水平温度和相对湿度差。

气流下降式密集烤房不同层间烟叶烘烤效果存在一定差异：上层（迎风层）相对于下层烟叶烤青率较高，烤褐率较低；烤后烟叶烟碱、总氮含量不同层次间差异较小；烟叶总糖和还原糖含量下层略高于上层，但未达到显著差异。

参考文献：

[1]王卫峰，陈江华，宋朝鹏，等.密集烤房的研究进展[J].中国烟草科学，2005，26（3）：12-14.

[2]唐力为.密集烤房中温湿度分布状况及其对烟叶化学和外观品质的影响[D].雅安：四川农业大学，2013.

[3]王勇军，陈付军，余金恒，等.不同风机、电机配置对密集式烤房烘烤性能的影响[J].河南农业科学，2008（12）：45-48.

[4]赵华武.密集烘烤过程中烤烟叶片水分、电特性和叶间风速变化的研究[D].郑州：河南农业大学，2012.

[5]董艳辉. 密集烘烤过程中烟叶温度与烤房环境因子关系及对烘烤质量的影响[D].郑州：河南农业大学， 2014.

[6]包亚峰.烟叶烘烤过程中的热湿分析与优化[D].重庆：重庆大学，2015.

[7]宫长荣，何宽信， 孙兆双， 等.密集式烘烤[M].北京：中国轻工业出版社， 2007.

[8]闫克玉，赵铭钦.烟草原料学[M].北京：科学出版社，2008.

[9]董志坚，陈江华， 宫长荣.烟叶烘烤过程中不同变黄和定色温度下主要化学组成变化的研究[J].中国烟草科学，2000（3）：21-24.

[10]杨立均，宫长荣.烘烤过程中烟叶叶绿素的降解及其與化学成分的相关分析[J].中国烟草科学，2002（2）：5-7.

[11]宫长荣，袁红涛，陈江华.烘烤过程中环境湿度和烟叶水分与淀粉代谢动态[J].中国农业科学， 2003， 36（2）：155-158.

[12]王行， 凌寿军， 宋守晔， 等.烘烤过程中温湿度与烟叶淀粉含量及淀粉酶活性变化的关系[J].烟草科技，2004（11）：33-35.

[13]王爱华，徐秀红，王松峰，等.变黄温度对烤烟烘烤过程中生理指标及烤后质量的影响[J].中国烟草学报， 2008， 14（1）：27-31.

[14]唐春闺.密集烤房空气状态及烘烤过程中烟叶生理生化变化的研究[D].长沙：湖南农业大学， 2006.

[15]宫长荣， 刘霞， 王卫峰.密集烘烤温湿度条件对烟叶生理生化特性和品质的影响[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2007， 35（6）：77-82.

[16]贺帆， 王涛， 王战义，等.变黄期不同温湿度对烘烤中烟叶蛋白质降解及酶活性的影响[J].中国烟草学报， 2014， 20（5）：80-86.

[17]王怀珠， 杨焕文， 郭红英. 烘烤过程中温湿度对烤烟淀粉降解及相关酶活性的影响[J].作物学报， 2006， 32（2）：313-316.

[18]张树堂， 赵高坤.不同电机功率和风机风量对密集烤房性能和烟叶烘烤质量的影响[J]. 云南农业大学学报， 2012， 27（1）：92-98.

[19]王能如， 徐增汉.普通烤房层间温湿度分布规律的初步探讨[J].中国烟草科学，1994（2）：14-17.