碳晶加热设备在烟叶烘烤上的应用

徐 蕊，李 峰，吕 平，熊 莹，谭效磊，孙德莉，李新宇，杜名生

（1.山东临沂烟草有限公司沂水分公司，山东沂水 276400；2.山东中烟工业有限责任公司，山东济南 250000；3.山东临沂烟草有限公司，山东临沂 276000）

0 引言

目前，烟叶生产所用烤房主要加热方式有燃煤、生物质燃料、太阳能、液体燃料、热泵等[1-2]。碳晶烤房作为一种烟叶烘烤的新型加热方式，其工作原理是通过热辐射传热，其远红外辐射到烟叶表面时，一部分透过烟叶继续向前辐射传递热量，另一部分远红外辐射被烟叶吸收而引起烟叶内部水分激烈的分子共振，这种分子共振产生热量，促使烟叶内部温度上升，并以热辐射形式传热使烟叶内外部水分同时散失[3]。李贤等[4]研究认为，碳晶烤房烤后烟叶感官评吸质量明显提升。文章从使用碳晶加热设备和燃煤加热设备进行烤烟烘烤试验，分析其烘烤工艺、烘烤成本及对烤后烟叶质量的影响，为提高烟农产值效益提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

临沂市沂水县四十里吕家官庄烘烤工场。试验品种：NC55。

1.2 试验设计

所选烟叶种植各项农事操作均严格按照《山东省公司烟草农业综合标准体系》进行，选取大田管理规范、个体发育正常、群体生长整齐一致的烟叶进行烘烤试验。设置2个试验处理，分别为T1：集装箱燃煤加热烘烤设备；T2：集装箱碳晶加热烘烤设备。过程中，使用温湿度自控仪进行烘烤，烘烤工艺参照“8点式”精准密集烘烤工艺。

1.2.1烤房稳定性研究。对两种类型烤房升温、保温性能，温湿度控制均衡性，空载、烘烤过程风速进行测定与比较。

1.2.2烘烤成本研究。对比两种类型烤房加热设备的优缺点，参照当地烘烤工场煤炭、用电价格测算烘烤成本。

1.2.3烤后烟叶产品质量研究。对比两种类型烤房经济性状、外观质量、化学成分及感官评吸质量进行比较分析。测定烘烤过程中烟叶主要致香成分变化规律，对不同类型烤房烤后烟叶致香成分情况比较分析。原烟经济性状参照国家烟叶分级标准统计。烟叶外观质量、化学成分、感官评吸及致香成分分析在中国农业科学院烟草研究所进行。

2 结果与分析

2.1 烤房升温、保温性能测定

采取空炕试验测试方式，将T1、T2所有门窗关闭，同时点火和开启循环风机的高速挡，将目标温度都设定为70℃，比较2种烤房未装烟时的升温效果，当2个烤房的温度分别达到70℃时，立即闭火，停止循环风机运转，开始记录烤房温度降到45℃时所用的时间，比较2种烤房的保温效果（表1）。

表1 不同类型烤房空炕试验测试结果

由表1中数据可看出，温度从26℃升到70℃时，T1、T2的升温速度明显加快，T2用时1.35 h，平均升温速度为32.59℃/h，T1用时1.30 h，平均升温速度为33.85℃/h，从70℃降至45℃时，T2用时3.65 h，平均降温速度为6.85℃/h，T1用时3.90 h，平均降温速度为6.41℃/h，说明T1和T2的升温和稳温性能基本相当。

2.2 不同类型烤房温湿度均衡性测定

T1、T2烟叶烘烤过程中，烤房上棚、下棚、前窗、后窗均挂温度计，38℃、46℃、68℃测定温湿度，与自控仪设定温湿度对比，测定烤房的控温稳温效果（表2）。

表2 不同类型烤房温湿度分布及控制效果记载表（温湿度 ℃）

从表2中可以看出，T1在各个温湿度点波动范围在0.1～1.1/0～0.7，差值平均为0.48/0.29，T2在各个温湿度点波动范围在0～0.6/0～0.5，差值平均为0.26/0.21；由此可见，T2温湿度控制精准度比T1准确。

2.3 不同类型烤房空载及烤中风速测定

风速决定着烤房内热量传递速度、分布状况、排湿性能、平面与垂直温度差异等，是评定烤房性能的重要指标（表3）。

表3 不同类型烤房空载及烘烤过程风速测试结果（风速 m/s）

从表3可以看出，烤房空载、变黄期（37～38℃）、定色期（44～45℃），烤房T1、T2风速一致，说明T1、T2烤房密集性能好，无通风透气现象，烘烤过程中有利于烘烤排湿和保持烤房温湿度均匀一致。

2.4 烘烤成本比较

对不同类型烤房烘烤能耗及成本情况进行统计，由表4可知，T1处理烟叶烘烤成本为2.64元/kg，T2为2.37元/kg，较T2高出0.33元/kg。

表4 不同类型烤房设备及能耗成本对比

2.5 烟叶经济性状比较

对两类烤房中部烤后烟叶经济性状情况进行调查，由表5可以看出，T2烟叶收购均价明显高于T1，比T1高0.73元/kg，收购均价平均高0.825元/kg。T2烤后烟叶上等烟比例较T1高6.61%，T2比T1上等烟比例平均高6.12%。杂色烟比例较T1有所降低。两类烤房烤后烟叶橘黄烟、微带青烟叶比例基本相当。综上，T2处理烤后烟叶质量得到改善，其原烟的经济性状表现明显较好。

表5 不同类型烤房烤后原烟经济性状对比

2.6 烟叶外观质量比较

选取不同部位烟叶进行外观质量评价，由表6可知，无论是定性分析还是评价得分，T2烟叶外观质量明显优于T1烤房，其中，在颜色、结构、油分方面改善效果较为明显，在身份、柔韧性、光泽方面两类烤房烤后烟叶表现相近。

表6 不同类型烤房烤后烟叶外观质量情况对比

2.7 烟叶化学成分比较

由表7可知，两类型烤房烤后烟叶内在化学成分各项指标较为接近，碳晶加热设备烤房烘烤没有对烟叶内在成分产生不利影响。

表7 不同类型烤房烤后烟叶化学成分情况对比

2.8 烟叶感官评吸比较

对两类型烤房的不同部位烤后烟叶进行感官质量评价，由表8可知，T2烤后烟叶感官评吸质量明显高于T1，下部、中部、上部烟叶评吸得分分别较T1高出1.17分、1.33分、2.01分。T2在烟叶香气量、余味、杂气方面明显优于T1处理，在香气量、刺激性方面略有优势，燃烧性、灰色方面表现相当。综合以上，T2条件下的烤后烟叶感官质量更优，较普通烤房对烟叶感官质量改善效果比较明显。

表8 不同类型烤房烟叶感官评吸质量情况对比

3 结论

从两种烤房对比情况可以看出，碳晶板在烤房内的均匀分布，保证了烤房内热量的均匀分布，变黄期烤房内上、下层烟叶变黄均匀一致。从稳定性上来看，两种烤房升温和稳温性能基本相当，碳晶烤房温湿度控制精准度比燃煤烤房准确。从烘烤工艺上看，碳晶烤房变黄期时间可缩短6～8 h，建议将变黄时间增加在定色期，44℃增加3～4 h，46℃增加3～4 h，定色期湿度适当提高1℃，采用内动力排湿，进一步增加烟叶柔软度。从烤后烟叶来看，与燃煤烤房相比，碳晶烤房产值效益高、烟叶质量好，感官质量改善效果明显。