基于叶片保水力的烟叶烘烤水分干燥模型构建

高诗富

摘 要：烟叶烘烤属于热风干燥过程，会对烟草制品的质量与外观造成直接的影响，需要受到工作人员的重视。基于此，本文选择贵州义龙雨樟及贵州兴仁四联烟区的两个烤烟品种作为研究对象，对其进行实验研究，测定其叶片保水力，通过烟叶烘烤水分干燥模型的构建，分析烟叶烘烤过程中的水分变化，有助于烟叶烘烤过程中水分预测结果准确性的提高。

关键词：叶片保水力；烟叶；干燥模型

叶片保水力主要是指植物组织具备的抗脱水能力。叶片保水力越强，就表明植物细胞内原生质具备更高的亲水能力及抗脱水能力，反之则表明抗脱水能力较差。叶片保水力会对烟叶烘烤效果造成影响，工作人员需要构建相应的水分干燥模型，明确不同叶片保水力下烟叶的水分变化，有助于烟叶烘烤效果的控制。

一、烟叶烘烤水分干燥实验

本文选用贵州义龙雨樟及贵州兴仁四联两个烟区的K236及云烟87这两种烤烟品种，分别选取下部叶的第4-6叶位；选取中部叶的第9-11叶位；选取上部叶的第14-16叶位。使用气流上升式密集烤房、电子天平以及电热恒温鼓风干燥箱等仪器设备。具体的实验方法参照2003年宫长荣学者提出的试验方法。叶片保水力的测量方法如下：随机选取十片不同部位的叶片，将其叶表水分与尘土清理掉，称其重量，测定相应的叶片保水力，通过三次试验取平均值，保障实验结果的正确性。干燥实验按照常规三段式烘烤工艺完成，确保挂杆中的装烟量保持一致；并在烘烤过程中，每六个小时进行一次取样，测定样品的湿基水含率，其数值达到6%或者6%以下，则表明烘烤实验结束。其中，湿基水含率主要通过烘箱法测定。具体的叶片保水力及烟叶水分比计算公式如下：

叶片保水力=（mt-mG）/（m0-mG），其中，mt主要是指样品在24h失水之后称取的叶片质量；m0主要是指样品的鲜重；mG主要是指样品的干重。

水分比（MR）=（Mt-Me）/（M0-Me），其中，M0主要是指初始干基水含率，计算公式为：；Me主要是指干燥平衡时叶片的干基水含率；Mt主要是指t时刻的叶片干基水含率。

实验所得的数据由Excel 2010进行统计与处理，并使用SPSS 22.0以及Matlab软件对数据进行差异分析、回归分析以及模型构建。

二、基于叶片保水力的烟叶烘烤水分干燥模型构建

1.叶片保水力结果分析

第一，不同烟区的叶片保水力分析，观察实验结果可知，在K236品种中，贵州兴仁四联烟区的下部及中部叶片保水力大于贵州义龙雨樟地区，上部叶片保水力显著低于贵州义龙雨樟地区；在云烟87品种中，贵州兴仁四联烟区下中上三个部位的叶片保水力均大于贵州义龙雨樟烟区。

第二，不同品种的叶片保水力分析，观察实验结果可知，贵州兴仁四联烟区及贵州义龙雨樟烟区不同品种的烟叶在叶片保水力方面存在较大差异，K236品种的叶片保水力显著高于云烟87品种。

第三，不同部位的叶片保水力分析，观察实验结果可知，贵州兴仁四联烟区及贵州义龙雨樟烟区同一品种不同部位的烟叶，在叶片保水力方面存在较大差异，不同部位的叶片保水力关系如下：上部叶>中部叶>下部叶。

2.烟叶烘烤水分干燥模型及干燥参数

本文选用Wang and Singh模型作为烟叶烘烤水分干燥模型，该模型的计算公式如下所示：MR=1+at+bt2。其中，MR主要是指水分比；t主要是指烘烤时间，单位为小时；a、b主要是指干燥常数。通过Matlab 2014a进行不同素质的烟叶在烘烤过程中水分比变化进行拟合求解。观察拟合求解的结果可知，不同烟区、品种与部位的烟叶在烘烤的过程中，水分比变化模型的拟合决定系数均超过0.95；与此同时，干燥模型参数a会随着烟叶部位的上升而增加，干燥模型参数b会随着烟叶部位的上升而降低。再根据烟叶保水力的相关实验数据，可以得出如下结论：烟叶保水力和烘烤水分干燥模型的参数a呈正相关关系；烟叶保水力和烘烤水分干燥模型的参数b呈负相关关系。

3.基于叶片保水力的烟叶烘烤水分干燥模型

通過上述分析，我们明确了烟叶保水力和烘烤水分干燥模型参数之间的关系，而具体的关系公式则需要回归分析来获得。本文将烟叶叶片的保水力设为x，将Wang and Singh模型中的干燥参数a设为ya，干燥系数b设为yb，结合拟合求解的计算结果，得出相应的线性回归方程。其中，贵州兴仁四联烟区K236品种的线性回归方程如下：ya=0.2614+0.2267x；yb=0.9660-0.8951x。贵州兴仁四联烟区云烟87的线性回归方程如下：ya=0.2680+0.2405x；yb=0.8519-0.7716x。贵州义龙雨樟烟区K236品种的线性回归方程如下：ya=-0.3180+0.2786x；yb=1.2690-1.1944x。贵州义龙雨樟烟区云烟87的线性回归方程如下：ya=-0.3495+0.3368x；yb=1.4130-1.4386x。

分析烟叶保水力和烘烤水分干燥模型参数之间的线性回归方程可以发现，叶片保水力和烘烤水分干燥模型参数之间具备良好的线性关系，所有线性回归方程的显著水平均在0.05以内，而且回归方程的决定系数全部超过0.95。与此同时，叶片保水力和干燥模型参数a之间呈极显著的正相关关系，计算所得的直接通径系数全部超过0.95；叶片保水力和干燥模型参数b之间呈极显著的负相关关系，计算所得的直接通经系数全部小于-0.95。

三、结语

综上所述，不同烟区、不同品种及不同部位的烟叶在叶片保水力方面存在差异，需要受到工作人员的重视。通过本文的分析可知，叶片保水力有助于烘烤水分干燥模型的构建，可以准确预估干燥模型参数，为烟叶烘烤工艺的制定提供可靠的参数数据，有助于我国烟草行业的可持续发展。希望本文的分析可以为相关研究提供参考。

参考文献：

[1]魏硕，徐宸，王松峰，.预凋萎烟叶烘烤过程中水分迁移干燥及形态收缩特性[J/OL].西北农林科技大学学报（自然科学版），2018（06）：1-8.

[2]李生栋，付宗仁，胡蓉花.烟叶烘烤过程中水分变化及干燥数学模型构建[J].南方农业学报，2018，49（01）：121-129.