不同能源类型烤房对烟叶品质、经济效益及能耗情况的影响

许跃奇，杨 楠*，王晓强，常 栋，马文辉，刘迎昌

(1.河南省烟草公司 平顶山市公司，河南 平顶山 467000；2.河南省平顶山市烟草公司 郏县分公司，河南 郏县 467100)

烟叶烘烤是烤烟生产中的一个重要环节，烤房是烟叶烘烤的专用设备，我国烟叶烘烤普遍采用传统的燃煤密集烤房[1]，但是传统燃煤密集烤房存在耗费人工、燃煤效率低且烘烤过程中产生大量的污染物等弊端[2]，必将在以后的烟叶烘烤进程中被升级改造。在现代绿色农业发展的大形势下，新型能源烤房无疑是我国烟叶烘烤的发展方向，就当前情况来看，烟叶烘烤所采用的新能源主要有生物质燃料、热泵、太阳能、甲醇燃料等[3-6]，与燃煤烤房相比，这些能源燃烧的废气对环境污染较小，也符合当前新形势下节能减排的要求。目前对新能源烤房研究主要集中在烘烤成本、烤房能耗等指标的比对上[7-9]，但是对新能源烤房烤后烟叶内在品质的研究鲜有报道，本试验以4种新型烤房(太阳能烤房、醇基燃料烤房、生物质燃料烤房、热泵烤房)为对象，以燃煤密集烤房为对照，分析比较了不同能源类型烤房在烤后烟常规化学成分、多酚、非挥发性有机酸、烤后烟叶经济效益以及烤房能耗情况方面的不同，探索适合当前烟叶清洁烘烤新模式。

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.1.1 试验设计 试验于2016年7～10月于河南省平顶山市郏县现代烟草农业科技园进行，试验设5个处理，燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物质燃料烤房、热泵烤房、太阳能烤房。烘烤所用品种均采用当地主栽品种中烟100，各烤房均按照“三段式”烘烤模式[1]。每个烤房处理设3次重复，为保证试验效果，试验所需烟叶均采自同一烟田且同时装炕，各烤房装烟量均一致。每座烤房上、中、下棚分别选择2竿烟叶进行标记，用于烤后烟叶内在质量的分析。

1.1.2 烤房参数 5种烤房的具体参数信息见表1。

表1 不同类型烤房的相关参数

1.2 测定方法

烟叶主要化学成分采用AAⅢ型连续流动化学分析仪测定(德国BRAN+LUEBBE公司生产)[10]；烟叶中的多酚类物质按照烟草行业标准方法(YC/T 202—2006)测定[11]；烟叶非挥发性有机酸按照YC/T 288—2009烟草及烟草制品多元酸的气相色谱法测定[12]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据统计，用SPSS 19.0统计软件进行差异性分析和相关描述统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同能源类型烤房烤后烟叶常规化学成分含量分析

烟草常规化学成分对烤烟烟气特征和评吸质量有一定影响。从表2可以看出，在相同烘烤工艺条件下，各烤房常规化学成分含量各有差异。燃煤密集烤房的烟碱含量为3.05%，高于太阳能烤房0.65个百分点；总糖、还原糖含量均以太阳能烤房的最高，热泵烤房次之，且均与其他3种类型烤房达到显著性差异；糖碱比以太阳能烤房最高，燃煤密集烤房最低；氮碱比以燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物质燃料烤房较高，与太阳能烤房达到显著性差异。5种能源类型烤房烤后烟叶常规化学成分指标基本都在优质烤烟化学成分适宜质量分数要求范围内[13]，但太阳能烤房更为适宜，能满足工业企业对烤烟原料质量的要求。

表2 不同能源类型烤房烤后烟叶常规化学成分含量%

注：同列数据后的小写字母表示在5%水平上的差异显著性，字母相同则差异不显著，不同则显著。下同。

2.2 不同能源类型烤房烤后烟叶多酚含量分析

从表3可以看出，5种能源类型烤房烤后烟叶多酚含量有一定差异，烟草中的多酚类物质主要分为绿原酸、莨菪亭、芸香苷3种，从5种烤房多酚含量来看，绿原酸>芸香苷>莨菪亭。绿原酸含量以太阳能烤房最高，为17.99 mg/g，且显著高于其他4种类型烤房，生物质燃料烤房、醇基燃料烤房、燃煤密集烤房之间差异不显著；莨菪亭含量以醇基燃料烤房最高，热泵烤房最低，两种烤房达到显著性差异；芸香苷含量以太阳能烤房最高，为9.26 mg/g，与其他4种烤房达到显著性差异；整体来看多酚总量最多的为太阳能烤房，总量最少的是燃煤密集烤房，且高于燃煤密集烤房41.96%，太阳能烤房与其他4种类型烤房达到显著性差异。

表3 不同能源类型烤房烤后烟叶多酚含量mg/g

2.3 不同能源类型烤房烤后烟叶非挥发性有机酸含量分析

从表4可以看出，5种类型烤房烤后烟叶非挥发性有机酸主要有柠檬酸、苹果酸、草酸、丁二酸、富马酸、丙二酸6种，其中苹果酸含量明显高于其他有机酸。苹果酸含量以太阳能烤房最高，为162.84 mg/g，且5种类型烤房之间达到显著性差异；柠檬酸含量以燃煤密集烤房最高，醇基燃料烤房、生物质燃料烤房、热泵烤房之间差异不显著，太阳能烤房最低；草酸含量以燃煤密集烤房最高，与柠檬酸含量表现出相似的规律，且5种类型烤房之间达到显著性差异；从整体来看，5种类型烤房非挥发性有机酸含量达到显著性差异，总量以太阳能烤房最高，为191.96 mg/g，高于燃煤密集烤房20.87%。

表4 不同能源类型烤房烤后烟叶非挥发性有机酸含量mg/g

2.4 不同能源类型烤房烤后烟叶经济效益及烤房能耗情况

5种能源类型烤房烤后烟叶经济效益及能耗情况如表5所示，从烤后烟叶经济效益来看，烤后烟均价以太阳能烤房最高，为25.80元/kg，高于最低的燃煤密集烤房26.72%；就上中等烟比例来看，5种能源类型烤房由高到低的顺序为太阳能烤房(91%)>热泵烤房(87%)>生物质燃料烤房(85%)>醇基燃料烤房(78%)>燃煤密集烤房(72%)；消耗燃料的烤房有燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物质燃料烤房，平均单炕烟用燃料费分别为624、1440、1200元；在5种能源类型烤房中，单炕能耗总费用最低的为太阳能烤房，为763.20元，总费用最高的为醇基燃料烤房，为1588.80元。

表5 不同能源类型烤房烤后烟叶经济效益及烤房能耗情况

3 讨论

就烟叶的内在质量来看，太阳能烤房、热泵烤房烤后烟叶常规化学成分、生物碱、多酚含量整体优于其他3种烤房，主要是由于煤、生物质、醇基烤房燃料燃烧时会产生一定的滞后性，在烤房需要转过升温的过程中，需要添加的燃料在短时间内燃烧慢，因而造成升温速度较慢；烤房需要稳定温度时，正在燃烧的燃料所释放的热量难以及时得到控制，不可避免会对烟叶烘烤产生不利影响；而太阳能烤房、热泵烤房集成了现代电子技术的优点，热泵供热精准易控，升温及时，稳温平稳，能在一定程度上提升烟叶的烘烤质量。烟叶的化学成分指标除了受自身基因型的影响外，烤房内的环境对其也有较大的影响[14]。太阳能烤房和热泵烤房烤后烟叶总糖、还原糖含量均高于其他3种烤房，主要是由于2种烤房墙体采用聚胺脂复合板，密封性高，一方面，可以精准实现恒温恒湿控制[15]，为烤房内部创造适宜的温度和湿度条件，提高烟叶中呼吸酶、水解酶、氧化还原酶的活性，促使淀粉、蛋白质降解为糖类和氨基酸；另一方面，可以按照需求严格控制升温速度和排湿速度，在变黄后期缩短各种酶的作用时间，最大程度地使烟叶内在成分积累和保留，避免了水解的糖类进一步被呼吸作用消耗。

多酚类物质能对烟草的香吃味和色泽产生影响，尤其是绿原酸、莨菪亭和芸香苷，它们是构成烤烟香气特征的重要成分[16]。太阳能烤房和热泵烤房烤后烟叶绿原酸、芸香苷和多酚含量较高，这可能是由于烘烤定色阶段，快速升温的同时烤房内强劲的通风设备能及时排出烤房内的湿空气，抑制了烟叶中多酚氧化酶的活性，终止酶促棕色化反应的进行，同时减少了烟叶烤糟、挂灰的风险，这与董淑君等[17]的研究结果一致。

烟叶中的有机酸分为挥发性有机酸和非挥发性有机酸，非挥发性有机酸能够改善抽吸品质，增加烟气浓度，也能平衡烟气的酸碱度[18]。太阳能烤房和热泵烤房烤后烟叶非挥发性有机酸总量较高。苹果酸含量在6种非挥发性有机酸中最高，其次是柠檬酸。周辉等[19]的研究表明，变黄时间延长增加了烟叶柠檬酸的含量，由于柠檬酸是还原糖的分解代谢产物，两种烤房在烟叶变黄后期能精准升温定色，缩短转火升温的时间差，抑制了还原糖的降解，从而降低了柠檬酸的含量，这也验证了赵高坤等[20]的研究结果。宋朝鹏等[21]研究表明，苹果酸代谢酶活性与苹果酸含量密切相关，它能催化苹果酸与草酰乙酸之间的可逆转换[22]，由于两种烤房能为酶代谢提供较为有利的温湿度环境，因此能促进烟叶中有机酸含量的积累，提高烟叶品质。

就烤后烟叶经济效益和烤房能耗情况来看，太阳能烤房、热泵烤房烤后烟叶均价及上中等烟比例高于其他烤房，这与徐成龙等[23]的研究结果一致，由于这2种烤房恒温恒湿、升温排湿控制精准，烤后烟叶品质较好，黑糟烟、挂灰烟、烤青烟几率大大降低。从烤房能耗情况来看，太阳能烤房单炕能耗总费用最低，其次是燃煤密集烤房、热泵烤房、生物质燃料烤房，费用最高的是醇基燃料烤房。由于煤、生物质、醇基燃料均属于不可再生的能源，且煤和生物质在燃烧后不可避免的向大气中排放二氧化硫、一氧化氮等污染性气体，因此在考虑节能环保高效的前提下，太阳能烤房表现较好。

4 结论

综合5种能源类型烤房烤后的烟叶品质、经济效益及烤房的能耗情况来看，太阳能烤房指标均表现较好，在光、热资源丰富的烟叶产区，充分利用太阳能作为烟叶烘烤的重要能源是一项可行的、对环境有益的举措。在考虑烟草行业发展大环境的情况下，对烤房进行改造升级，发展新能源烤房不失为一种烟草烘烤发展的新思路。