热泵密集烤房对烟叶烘烤主要生理变化和质量的影响

仙立国 王松峰 孙帅帅 唐李丽 刘余 杨军伟 冯文龙 罗富国 曾宗梁 朱国兵 杨秀军 孙福山 杨建春

摘 要：为进一步探明热泵密集烤房烟叶生理变化特点和烘烤效果，以中川208成熟中部叶为试验材料，研究了热泵和燃煤密集烤房烘烤过程中烟叶主要生理变化及对烤后烟叶质量的影响。结果表明，随着烟叶烘烤进程，不同能源密集烤房烟叶叶绿素、类胡萝卜素含量和含水量均呈逐渐下降趋势，类叶比呈上升趋势，淀粉含量呈下降趋势，总糖和还原糖含量均呈逐步增加趋势。与燃煤密集烤房相比，热泵密集烤房烘烤中烟叶色素含量降低较快，失水较快，类叶比较高，整叶含水量在38 ℃末至54 ℃末时低5～9个百分点，类叶比在54 ℃末和68 ℃末时分别高1.33和0.82;淀粉含量较低，还原糖较高，且在68 ℃末烘烤结束时，淀粉含量低1.89百分点，还原糖高2.40百分点;烤后烟上等烟比例提高了7.03个百分点，均价提高1.37元/kg，感官质量总分提高了2.5分。综上所述，空气源热泵密集烤房有利于烟叶变黄失水协调，降低淀粉含量，提高烟叶质量和效益，为热泵清洁能源替代燃煤密集烘烤提供了技术支撑。

关键词：空气源热泵;密集烤房;生理;烟叶质量

Abstract： In order to further explore the curing effect of air-source heat pump curing barn， the mature middle leaves of Zhongchuan 208 were used as experimental materials to study the main physiological changes of tobacco leaves during the curing process and quality of tobacco leaves cured in air-source heat pump and coal-fired bulk curing barn. The results showed that with the curing process， the chlorophyll， carotenoid， water and starch contents of tobacco leaves in different energy bulk curing barns gradually decreased， carotenoid/ chlorophyll ratio， total sugar and reducing sugar increased. Compared with the coal-fired bulk curing barn， the pigment content of tobacco leaves in the air-source heat pump bulk curing barn decreased faster. The water loss was faster. The carotenoid/ chlorophyll ratio was higher by 5-9 percentage points from the end of 38 ℃ to the end of 54 ℃. The carotenoid/ chlorophyll ratio was higher by 1.33 and 0.2 respectively at the end of 54 ℃ and 68 ℃. The starch content was lower， the reducing sugar was higher， and the starch content decreased by 47.25% and reducing sugar increased by 11.37% at the end of 68 ℃. The proportion of high-grade tobacco increased by 7.03 percentage points， and the average price of cured tobacco leaves increased by 1.37 yuan/kg. The total score of sensory quality increased by 2.5 points. To sum up， the air source heat pump bulk curing barn is beneficial to the yellowing and water loss coordination of tobacco leaves， reducing the starch content， improving the quality and benefit of tobacco leaves， which provide technical support for air-source heat pump clean energy to replace coal-fired bulk curing.

Keywords： air-source heat pump; bulk curing barn; physiological; tobacco leaf quality

烘烤是烤煙生产过程中的关键技术环节，决定烟叶的品质、产量和工业可用性[1-2]。烤烟烘烤本质是烟叶脱水干燥、色素分解及生物化学变化。精准控制温湿度等环境条件，使烟叶脱水、色素分解，内在化学成分变化更协调，有利于更好地把控烘烤各阶段的烟叶状态，提高烟叶品质。这是烟草调制加工的核心技术，也是烟叶烘烤研究的重点[3-4]。烟叶质量主要表现在等级结构、经济性状、外观质量、化学成分、中性致香物质和感官质量等方面[5-6]。现阶段烟叶烘烤以燃煤密集烤房为主，存在供热稳定性较差，成本较高，浪费人力和污染环境等问题。因此，如何利用新能源，降低成本，减轻污染，并确保烟叶烘烤质量，增加烟农经济收益，成为烟叶烘烤的重要课题[7-8]。近年来，随着烟叶密集烘烤研究的深入，密集烤房性能及烘烤经济效益研究越来越多[9-10]，空气源热泵是国际认可的清洁能源，促使烟叶烘烤向清洁、绿色、高效、经济方面发展。罗万麟等[11]、许跃奇等[12]研究发现与燃煤密集烤房相比，空气源热泵密集烤房控温性能好，成本低，污染小，烤后烟叶整体质量好。前人对热泵密集烤房的供热设备、控温精度、能耗、成本进行了大量研究，但在热泵密集烤房的烟叶生理变化和烤后烟内在质量方面鲜有报道，为此，本文以燃煤密集烤房为对照，研究空气源热泵密集烤房对烟叶烘烤主要生理变化和烘烤效果的影响，为清洁新能源烤房烘烤提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试烟叶 试验于2019—2020年在四川省攀枝花市米易县普威镇烘烤工场进行，供试品种为中川208。试验田为砂壤土，前茬作物水稻，肥力中等，按照优质烟叶田间生产管理规范进行农艺管理，选取长势均匀烟株成熟度一致的中部叶（第8～10叶位）作为试验材料。

1.1.2 供試烤房 空气源热泵密集烤房，高温热泵烘干机由重庆肯佐鹏发智能科技有限公司提供;燃煤密集烤房作为对照。均为气流下降式密集烤房，符合现行《密集烤房技术规范（试行）》要求，装烟室规格长×宽×高为8.0 m×2.7 m×3.5 m，每烤房每次可烘烤鲜烟4500 kg以上，干烟500 kg以上。

1.2 试验设计

各处理选取中部成熟度一致的烟叶进行标记，每座烤房均标记成熟烟9夹（每3夹为1个重复，重复3次），按照当地烟夹方式夹烟，放置在各处理烤房棚观察窗处，按照当地推荐密集烘烤工艺进行烘烤试验。在烤前（鲜烟叶）、38 ℃末、42 ℃末、45 ℃末、47 ℃末、54 ℃末、68 ℃末等烘烤关键点各处理分别取烟样30片，部分样品立即用于测定烟叶色素含量，部分样品杀青烘干测定水分和主要化学成分含量。烤后烟叶分别分级，各处理取烟样C3F各2 kg进行烟叶质量评价。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 色素含量测定 采用分光光度计测量各关键时间节点中部烟叶的叶绿素、类胡萝卜素含量[13]，并计算类叶比（烟叶类胡萝卜素含量与叶绿素含量的比值）。

1.3.2 水分含量测定 采用杀青烘干法测量各关键时间节点中部烟叶的叶片含水量、主脉含水量、整叶含水量[14]。

1.3.3 主要化学成分含量变化 总糖、还原糖采用YC/T 159—2002方法，烟碱、淀粉、蛋白质分别采用标准YC/T 160—2002、YC/T 216—2007、YC/T 249—2008的方法进行测定。

1.3.4 经济性状 各处理烤后烟叶根据国标（GB 2635—1992）进行分级、称重，按试验年的当地烟叶等级收购价格计算经济性状。

1.3.5 外观鉴定 各处理选取烤后烟叶C3F样品，由农业农村部烟草生物学与加工重点实验室根据国标（GB 2635—1992）进行外观质量评价。

1.3.6 中性致香物质 各处理选取烤后烟叶C3F样品，使用Agilent 7890A（气相色谱仪）检测致香物质。

1.3.7 感官质量 各处理选取烤后烟叶C3F样品，由山东中烟有限责任公司技术中心7位评吸专家，按山东中烟烟叶原料感官评价方法进行鉴评。

1.4 数据处理

数据用SAS 9.3、Excel 2016等软件进行处理及制作图表。

2 结 果

2.1 热泵密集烤房烟叶烘烤主要生理变化

2.1.1 色素含量变化 由图1可以看出，随着烘烤进行，烟叶中叶绿素含量呈现逐渐下降趋势。烘烤开始至42 ℃末叶绿素含量降低较快，其中在38 ℃至42 ℃末时，热泵密集烤房的烟叶叶绿素含量下降更快，与燃煤密集烤房相比，分别多降解了9.41、3.53百分点;之后缓慢下降，且两者几乎无差异。

由图2可以看出，随着烟叶烘烤的进行，热泵和燃煤密集烤房烟叶类胡萝卜素含量均呈现下降的趋势，且两处理差异不大。其中42 ℃末之前下降显著，之后下降缓慢，在68 ℃末干筋时，热泵密集烤房烟叶类胡萝卜素含量明显较低。

由图3可以看出，随着烟叶烘烤进程，不同能源密集烤房类叶比总体呈逐步升高趋势，在54 ℃末干片时达到最高，之后有所下降。热泵密集烤房烟叶类叶比在烘烤过程中均高于燃煤密集烤房，在54 ℃末干片和68 ℃末干筋时，分别高出1.33和0.82。

综合来看，热泵密集烤房烟叶叶绿素含量下降较快，说明变黄速度较快;类胡萝卜素降解速度差异不大，但类叶比较高，有利于烟叶外观呈黄色。

2.1.2 水分含量变化 如图4-6所示，随着烟叶烘烤的进行，烟叶逐步失水干燥，两处理叶片、主脉和整叶含水量均呈缓慢下降的趋势。在38 ℃末至54 ℃末，热泵密集烤房烟叶叶片、主脉和整叶含水量总体低于燃煤密集烤房，与燃煤密集烤房相比，热泵密集烤房叶片、主脉和整叶失水下降均较为明显，分别多失水约2～6、4～6和5～9百分点。说明空气源热泵密集烘烤烟叶失水较快。

2.1.3 主要含碳化合物变化 由图7可以看出，随着烘烤的进行，不同能源密集烤房烟叶淀粉含量均呈现出下降的趋势，且在烘烤开始至38 ℃末，淀粉降解下降较快，之后下降较缓慢。总体来看，热泵密集烤房烟叶淀粉含量低于燃煤密集烤房，在68 ℃末烘烤结束时低1.89百分点。

由图8-9可以看出，随着烘烤的进行，不同能源密集烤房烟叶总糖和还原糖含量均呈现出升高的趋势，且在烘烤开始至45 ℃末，总糖和还原糖含量由低到高上升较快，至最高后趋于平稳。总体来看，与燃煤密集烤房相比，在42 ℃末之后，热泵密集烤房烟叶总糖含量较低，但其还原糖含量较高，在68 ℃末烘烤结束时还原糖含量较燃煤密集烤房高2.40百分点。

2.2 烤后烟叶质量评价

2.2.1 经济性状 如表2所示，两处理烤后烟等级结构和均价有明显差异。与燃煤密集烤房相比，热泵密集烤房上等烟比例和上中等烟比例分别提高了7.03、4.03百分点，下等烟比例降低3.02百分点，均价提高了1.37元/kg，且均达到显著差异。综合来看，空气源热泵密集烤房有利于提高烤后烟等级结构和均价，进而提高等级均衡性和经济效益。

2.2.2 外观质量 如表3所示，热泵密集烤房烟叶外观质量略好于燃煤密集烤房，主要表现在油分和色度较好，这有利于提高烟叶整体外观质量。

2.2.3 中性致香物质 如表4所示，不同能源密集

烤房对烤后烟致香物质有一定有影响。与燃煤密集烤房处理相比，热泵密集烤房致香物质总量较高，为1 055.45 μg/g，提高了10.60%。主要表现在新植二烯类、胡萝卜素降解物和美拉德反应产物含量较高，而芳香族氨基酸类、西柏烷类含量稍有减少。综合来看，热泵处理有利于提高类胡萝卜素类降解物、美拉德反應产物、新植二烯及致香物质的含量。

2.2.4 感官质量 如表5所示，不同能源密集烤房对烤后烟感官评吸质量有一定影响，热泵密集烤房烤后烟评吸总分为74.45，比燃煤烤房提高了2.5分，主要是香气质、透发性、余味和甜度提高，杂气和刺激性减轻，总体感官质量较好。

3 讨 论

烟叶烘烤是个复杂的生理生化过程，叶绿素分解、类叶比升高是烟叶烘烤变黄期颜色变化的本质。烟叶烘烤是个脱水干燥的过程，水分含量对烘烤质量有较大影响，烟叶化学成分在此过程中发生分解、合成、转化，最终形成烟叶品质。董淑君等[15]通过研究普通烤房和密集烤房内烟叶烘烤过程中色素降解和多酚氧化酶活性变化，发现两者在叶绿素a、叶绿素b，总叶绿素降解方面基本没有差异，密集烤房类胡萝卜素含量较高，类叶比呈现先升高后下降趋势，多酚氧化酶活性较高。周平等[16]通过对密集烘烤各阶段烟叶主要化学成分含量变化贡献率的研究，发现烘烤的变片、凋萎和变筋阶段对烟叶主要化学成分的贡献率较大，干片、干筋两阶段贡献率相对较小，说明主要化学成分的形成发生在烘烤前期，后期变化不大。本试验中各处理烟叶叶绿素含量随着烘烤过程变化差异不明显，但空气源热泵密集烤房烟叶叶绿素、类胡萝卜素含量和含水量均较低，类叶比较高，说明热泵密集烤房有利于烟叶色素降解和烟叶失水，促进烟叶变黄失水协调，这与热泵烤房控温稳温性能好有关[11-12]。

不同能源密集烤房的烟叶烘烤质量效果存在一定差异。黄宁等[17]、潘周云等[18]研究表明密集烘烤条件下，与生物质、燃煤密集烤房相比，空气源热泵密集烤房可以明显提高烤后烟上等烟比例和均价，显著改善烟叶外观颜色，提高油分，增强色度，大大提高了烟农的经济效益。王娓娓等[19]、陈红丽等[20]研究说明热泵烤房烤后烟的香气质、香气量、余味均有所改善，杂气、刺激性均有所降低，表现出较好的吸食质量。这与本试验研究结果基本一致。本文又进一步研究发现热泵密集烤房有利于提高烤后烟致香物质含量。

空气源热泵烤房烟叶变黄与失水较协调，主要化学物质转化与含量在适宜范围内，烘烤过程中主要化学物质变化更协调，有利于提高烟叶质量，其烤后烟叶质量研究也证明了这一点。其主要原因是烘烤过程化学成分转化、烤后烟叶质量差异与密集烤房性能相关，热泵供热升温快速，灵活易控，干湿球温度精准易控，稳温稳定，不存在燃料燃烧滞后性，大大降低了烤房内的温度波动幅度，水平、垂直温差更为均匀[11-12]，烤房环境控制精度优于传统密集烤房，保障了烟叶烘烤阶段对温湿度的要求，使得烟叶变黄、失水更为协调，物质转化更为充分，对烟叶风格特色的彰显和内在质量的提高有一定的促进作用。

4 结 论

不同能源密集烤房对烟叶烘烤中主要生理变化和烤后烟质量效益有一定影响。与燃煤密集烤房相比，空气源热泵密集烤房烘烤中烟叶色素降解和失水较快，类叶比较高，能促进淀粉降解和还原糖积累，有利于提高烤后烟上等烟比例和均价，感官质量较好。这为热泵清洁能源替代燃煤密集烘烤提供了技术支撑，有利于推动我国烟叶烘烤的清洁化、绿色化发展。

参考文献

[1]徐秀红，孙福山，王永，等. 我国密集烤房研究应用现状及发展方向探讨[J]. 中国烟草科学，2008，29（4）：54-56，61.

XU X H， SUN F S， WANG Y， et al. Current situation and further direction on research and application of bulk curing barn in China[J]. Chinese Tobacco Science， 2008， 29（4）： 54-56， 61.

[2]葛川，魏光华，张瑞亚，等. 不同能源烤房对烟叶的烘烤效果[J]. 山西农业科学，2019，47（8）：1490-1492，1496.

GE C， WEI G H， ZHANG R Y， et al. Curing effects of different energy types of curing barn on tobacco leaves[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2019， 47（8）： 1490-1492， 1496.

[3]范宁波，蔡斌，张瑞娜，等. 雪茄烟叶晾制过程色素降解和膜脂过氧化对颜色变化的影响[J]. 中国烟草学报，2021，27（2）：102-108.

FAN N B， CAI B， ZHANG R N， et al. The influence of pigment degradation and membrane lipid peroxidation on color change of cigar tobacco during air curing[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2021， 27（2）： 102-108.

[4]卢绍浩，张嘉雯，赵喆，等. 不同部位雪茄烟叶晾制过程中多酚、色素及相关酶活性的变化[J]. 中国烟草科学，2019，40（3）：84-90，98.

LU S H， ZHANG J W， ZHAO Z， et al. Changes of polyphenols， pigments and related enzyme activities in cigars leaves of different positions during air-curing[J]. Chinese Tobacco Science， 2019， 40（3）： 84-90， 98.

[5]宋朝鹏，陈江华，许自成，等. 我国烤房的建设现状与发展方向[J]. 中国烟草学报，2009，15（3）：83-86.

SONG C P， CHEN J H， XU Z C， et al. Current situation and development trend of flue-cured tobacco curing barn in China[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2009， 15（3）： 83-86.

[6]许锡祥，陈承亮，吕作新，等. 几种新型密集烤房烘烤效果比较[J]. 中国烟草科学，2017，38（5）：82-86.

XU X X， CHEN C L， LV Z X， et al. Study on several new type bulk curing barns and their curing effects[J]. Chinese Tobacco Science， 2017， 38（5）： 82-86.

[7]郭大仰，刘尚钱，肖志新，等. 不同替代能源密集烤房烟叶烘烤效能对比研究[J]. 安徽农业科学，2016，44（33）：99-102.

GUO D Y， LIU S Q， XIAO Z X， et al. Effectiveness comparative study of tobacco curing on different alternative energy bulk barn[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2016， 44（33）： 99-102.

[8]王军伟，郑志云，赵文军，等. 清洁能源替代燃煤在密集烤房烘烤中的应用研究进展[J]. 价值工程，2019，38（3）：188-190.

WANG J W， ZHENG Z Y， ZHAO W J， et al. Research progress on the application of clean energy instead of coal in the bulk curing barn for flue-cured tobacco[J]. Value Engineering， 2019， 38（3）： 188-190.

[9]黄峰，陈文敏，林世洪，等. 不同能源密集烤房烘烤烟草对比研究[J]. 耕作与栽培，2017（6）：14-15.

HUANG F， CHEN W M， LIN S H， et al. Comparative study on tobacco roasted in different energy-bulk barn[J]. Tillage and Cultivation， 2017（6）： 14-15.

[10]張聪辉，赵宇，苏家恩，等. 清洁能源部分替代煤炭在密集烤房中应用技术研究[J]. 安徽农业科学，2015，43（4）：304-305，314.

ZHANG C H， ZHAO Y， SU J E， et al. Study on clean energy partly replace of coal in dense curing barn[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2015， 43（4）： 304-305， 314.

[11]罗万麟，李永栋，杨柳. 不同燃料烤房烟叶烘烤效果分析[J]. 湖南农业科学，2017（10）：63-65.

LUO W L， LI Y D， YANG L. Analysis on cured effect of different fuel curing barn[J]. Hunan Agricultural Sciences， 2017（10）： 63-65.

[12]许跃奇，杨楠，王晓强，等. 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[J]. 江西农业学报，2018，30（9）：49-53.

XU Y Q， YANG N， WANG X Q， et al. Effects of different energy types of curing barn on tobacco leaf quality， economic benefit and energy consumption[J]. Acta Agriculturae Jiangxi， 2018， 30（9）： 49-53.

[13]张烨，王松峰，许锡祥，等. 烟叶烘烤中不同区段叶片含水量、色素和酶活性变化[J]. 中国烟草科学，2018，39（6）：66-72.

ZHANG Y， WANG S F， XU X X， et al. Changes of leaf water content， pigment and enzyme activity in different sections of tobacco leaf during curing[J]. Chinese Tobacco Science， 2018， 39（6）： 66-72.

[14]王传义，张忠锋，徐秀红，等. 烟草叶片中自由水含量测定方法比较分析[J]. 中国烟草科学，2008（3）：29-31.

WANG C Y， ZHANG Z F， XU X H， et al. Comparative analysis of methods for measuring free water content in tobacco leaves[J]. Chinese Tobacco Science， 2008（3）： 29-31.

[15]董淑君，黄明迪，王耀锋，等. 密集烤房与普通烤房烘烤中烟叶色素和多酚含量的变化分析[J]. 中国烟草科学，2015，36（1）：90-95.

DONG S J， HUANG M D， WANG Y F， et al. Analysis on the changes of pigment and polyphenol contents of tobacco leaf in bulk curing barn and common curing barn[J]. Chinese Tobacco Science， 2015， 36（1）： 90-95.

[16]周平，王松峰，孙福山，等. 密集烘烤中各阶段对烟叶常规化学成分和致香物质的贡献率分析[J]. 中国烟草学报，2017，23（5）：73-80.

ZHOU P， WANG S F， SUN F S， et al. Analysis of the contribution rate of various stages of bulk curing to the conventional chemical components and aroma substances of tobacco leaves[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2017， 23（5）： 73-80.

[17]黄宁，祖庆学，刘红峰，等. 空气源热泵烤房与生物质新能源烤房对烤后烟叶经济效益的影响[J]. 贵州农业科学，2020，48（3）：141-143.

HUANG N， ZU Q X， LIU H F， et al. Effect of air source heat pump curing barn and new biomass energy curing barnon economic benefit of cured tobacco[J]. Guizhou Agricultural Sciences， 2020， 48（3）： 141-143.

[18]潘周云，陈杰，包正元，等. 空气能热泵密集烤房烘烤成本及效益分析[J]. 耕作与栽培，2017（6）：31-32，18.

PAN Z Y， CHEN J， BAO Z Y， et al. Cost and benefit analysis of air energy heat pump bulk curing barn [J]. Tillage and Cultivation， 2017（6）： 31-32， 18.

[19]王娓娓，王高杰，焦桂珍，等. 空气源热泵烤房与密集式烤房烤后烟叶质量对比[J]. 山西农业科学，2014，42（5）：493-496.

WANG W W， WANG G J， JIAO G Z， et al. Comparative study on baked tobacco quality in air source heat pump and bulk curing barn[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2014， 42（5）： 493-496.

[20]陳红丽，张兆扬，程相红，等. 热泵烤房与燃煤烤房应用效果对比研究[J]. 河南农业科学，2015，44（12）：135-139.

CHEN H L， ZHANG Z Y， CHENG X H， et al. Comparison of application effect between heat pump and coal-fired curing barn[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences， 2015， 44（12）： 135-139.