烟叶远程可视化调控烘烤适用性研究

杨学书 和强 夏开逵 李彦霖 木潆 马文广

摘要 为探索远程可视化调控烘烤的实际应用价值，选用云烟99烤烟品种的中部叶（11～13叶位）为试验材料，采用远程调控烘烤与现场烘烤开展对比试验。结果表明：在经济效益、化学成分和感官评吸质量上，与现场烘烤比较，采用远程调控烘烤的烤后烟叶，无明显差异，均可达到优质烟叶水平。通过远程可视化调控烘烤技术，其质量效果可以达到现场烘烤的水平。未来需要持续升级和改进远程可视化调控烘烤技术，以实现对烟叶烘烤过程的即时监管和有效數据收集。这将从根本上提高烟叶烘烤的效率，实现烟叶烘烤质量的提升。

关键词 烟叶；远程调控烘烤；经济效益；化学成分；感官评吸

中图分类号 TS44  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）10-0175-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.039

Study on the Applicability of Remote Visual Regulation and Control of Tobacco Curing

YANG Xue-shu， HE Qiang， XIA Kai-kui et al

（Yunnan Tobacco Company Lijiang City Co.， Ltd.， Lijiang， Yunnan 674100）

Abstract The purpose of this study is to explore whether remote visual control curing has the value of popularization and application， through the comparative experiment of remote control curing and field curing， the middle leaf （11-13 leaf position） of Yunyan 99 flue-cured tobacco variety was selected as the experimental material. It is concluded that although the economic benefit， chemical composition content and sensory evaluation quality of flue-cured tobacco after remote control are slightly worse than that of on-site curing， the difference is not significant， and the cured tobacco can still reach the level of high-quality tobacco. To sum up， remote visual control and curing can reach the level of on-site curing， and in the process of development in the future， it is still necessary to upgrade and improve remote visual control and curing. In order to achieve the immediate supervision of tobacco curing process and effective data collection， fundamentally ensure tobacco curing quality and improve curing efficiency.

Key words Tobacco；Remote control curing;Economic benefit;Chemical composition;Sensory evaluation

基金项目 云南省烟草公司丽江市公司科技计划一般项目“烟叶‘智能+清洁远程烘烤应用研究”。

作者简介 杨学书（1972—），男，云南永胜人，硕士，农艺师，从事烟草生理生化研究。*通信作者，研究员，从事生物学、种子学和烟草农业科学研究。

收稿日期 2023-06-08；修回日期 2023-10-08

烟叶专业化烘烤是烟叶最终烘烤质量的根本，对其进行一定程度的改进是提升烟叶烘烤质量的有效手段［1］。目前，我国广泛应用了很多烤房自动控制设备，但大多数设备只能保持温度和湿度的稳定，对于具体阶段的判断和温湿度的调控仍需要烘烤人员进行现场操作［2-4］。随着物联网、人工智能以及机器视觉等技术的不断发展，农业领域中出现了越来越多的应用。其中，烤前鲜烟叶的素质评价、烘烤过程中对烟叶状态的精准识别以及智能化烘烤工艺等技术已成为全国各地烟草业相关人员的研究热点［4］。李月英等［5］基于单片机STC12C5A32S2，采用温湿度传感器，经过实际测试，烤房智能控制系统得到了成功实现。该系统稳定可靠，能自动控制烘烤进程，实现系统精准控温和控湿。同时，当出现超温、超湿等异常情况时，系统能及时报警并采取相应措施，革新了传统的烟叶烘烤模式，不再需要烟农进行值守，成功实现了烟叶种植者和系统之间的人机交互，这一举措有效地减少了由于烤制技术操作不当以及缺乏人员值守或监管可能引发的损失［6］。肖川［7］通过将低功耗的STM32F0系列单片机、三相电检测电路以及远距离无线传输模块组合起来，成功地打造出了一种无线传感节点，作为感知层的重要组成部分。该节点可实时采集和传输烤烟房内的温湿度数据，实现了对环境温湿度的监测和控制。

基于前人研究经验，笔者通过对现有内置式生物质燃料烤房设备（主要是控制器）改造升级（带互联网功能）并加装摄像头构建一套远程可视化监控系统，并利用互联网、物联网、移动应用等技术对烟叶烘烤全过程进行实时、可视化远程调控管理，对比远程可视化调控烘烤与现场烘烤的烤房稳温特性、烘烤效率、烤烟经济性状、主要化学成分、多酚类物质、物理特性以及感官质量评价的差异进行分析，对远程可视化调控烘烤进行适用性研究，为远程可视化烘烤技术的推广应用提供參考，旨在降低烘烤损失及成本，提升烤后烟叶质量，实现烟叶生产农业科技的智能化转型升级。

1 材料与方法

1.1 试验材料

该试验在云南省丽江市玉龙县九河乡烘烤工场进行，该地（26.701 21°N，99.974 59°E）海拔2 210 m。供试烤烟品种云烟99的田间管理措施按当地优质烟叶栽培技术规程操作。选取成熟度一致、落黄均匀的中部叶（11～13叶位）为材料，采用4台内置式生物质燃料密集烤房进行烘烤。

1.2 试验设计

使用2座同规格尺寸的4台内置式生物质燃料密集烤房，采取相同烘烤工艺。其中，一座加装远程可视化控制设备，由烘烤师远程可视化调控烘烤（T1）；另一座未加装远程可视化控制设备，由同一位烘烤师现场烘烤（T2）。每个处理取样检测时进行5次重复。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 烟叶干鲜比。烤烟进炉前随机抽5夹烟称取鲜重并做好标记，烘烤结束后称取干重并计算干鲜比。

1.3.2 燃料消耗。记录2种工艺烘烤生物质用量，每种工艺记录5炉。

1.3.3 上等烟比例和烤坏烟比例。烘烤结束后立即抽取5夹烟，调查上等烟比例和烤坏烟比例。

1.3.4 均价。烤后试验烟叶由专业分级人员分级后交售统计。

1.3.5 化学指标的测定。烟样主要检测淀粉、总糖、还原糖、总氮、烟碱、蛋白质共6类主要化学成分。检测方法：总糖和还原糖含量分析参考《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》YC/T 159—2002；总氮含量分析参考《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》YC/T 161—2002；烟碱含量分析参考《烟草及烟草制品烟碱的测定连续流动法》YC/T 160—2002；淀粉含量分析参考《烟草及烟草制品淀粉的测定连续流动法》YC/T 216—2014。

1.3.6 感官质量测定。由专家按单体烟叶感官质量评吸标准分为香韵（10分）、香气量（15分）、香气质（15分）、浓度（10分）、杂气（10分）、劲头（5分）、刺激性（15分）、吃味（5分）、干净度（10分）和津润感（5分）指标，合计100分。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2019对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同烘烤方式稳温性能比较

在烤房中安装温度传感器，用于记录烤烟的4个关键温度点（38、42、48和52 ℃）的干球温度变化，结果如表1所示。远程可视化调控烘烤（T1）存在较大波动，尤其是48 ℃温度点时，干球温度最高值和最低值差达到±3 ℃，而现场烘烤（T2）温度较为稳定，所有温度点与目标温度差控制在±1 ℃以内，可以避免因温度大幅度波动和偏离烘烤目标温度而造成烟叶损失。

2.2 不同烘烤方式烘烤时间的比较

监测烟叶变黄期、定色期和干筋期烘烤时间，比较不同烘烤方式的烘烤时间。从图1可以看出，除定色期外，现场烘烤（T2）在其他阶段烘烤时间均比远程可视化调控烘烤（T1）少。现场烘烤（T2）总烘烤时间为193.58 h，远程可视化调控烘烤（T1）总烘烤时间为196.71 h，远程可视化调控烘烤比现场烘烤总烘烤时间多了3.13 h，说明远程可视化烘烤能够较为精准判断烟叶烘烤素质，和现场烘烤相比无较大差距。

2.3 不同烘烤方式烤后烟叶的经济效益

如表2所示，T1处理与T2处理相比，烘烤后烟叶干鲜比和上等烟比例分别降低了0.23和0.32百分点，均价低了0.30元/kg，而烤坏烟比例高了0.05百分点，同时T1处理能耗较T2处理多5.25 kg。综上可以看出，远程可视化调控烘烤后的烟叶在经

济效益表现上虽比现场烘烤略低，但经济效益依旧较高。

2.4 不同烘烤方式烤后烟叶常规化学成分

由表3所示，T1处理烤后烟叶总糖、还原糖和总氮含量较T2处理分别低0.18、0.01和0.03百分点，淀粉、烟碱和蛋白质含量则分别高0.02、0.09和0.12百分点。说明远程可视化调控烘烤与现场烘烤的烟叶化学成分含量接近。

2.5 不同烘烤方式烤后烟叶物理特性

由表4可知，T1处理烤后烟叶厚度、单叶质量、含梗率、平衡含水率和填充值较T2处理分别升高了1.80%、7.44%、3.47%、0.67%、0.38%，烤后叶面密度T1处理较T2处理降低1.77%。说明远程可视化调控烘烤与现场烘烤的烤后烟叶物理性状差异不大。

2.6 不同烘烤方式烤后烟叶感官评吸质量

由表5所示，T1处理烤后烟叶的香韵、香气质、香气量、浓度、杂气、刺激性、劲头、津润感得分和总分较T2分别低0.1、0.2、0.3、0.3、0.2、1.2、0.1、0.2和2.2分，干净度和吃味均高0.2分。说明远程可视化调控烘烤与现场烘烤的烟叶感官评吸质量接近。

3 结论与讨论

在进行烘烤时，精确控制温度能够有效避免温度剧烈波动或偏离目标烘烤温度而导致烟叶损失［8］。该试验中，2个处理所用新鲜烟叶相同，在现场进行烟叶烘烤时干球温度波动较小，而远程烘烤存在一定波动，可能是因为试验所采用的物联网系统不稳定所导致，这需要进一步对远程烘烤温度接受控制的硬件和软件进行升级改造，保证远程可视化烘烤过程可以较好地执行烘烤曲线。

烟叶品质形成的关键在于烘烤过程。收获后的烟叶需要通过人工提供一定的温度、湿度和时间来完成脱水干燥、颜色变黄以及致香物质转化过程［9］；在烤烟的制作过程中，烟叶的颜色和质地都会发生显著的变化。这些变化对于最终产品的质量至关重要。在烟叶烘烤的过程中，工作人员需要及时地监测烟叶的烘烤状态，根据烟叶的变化情况来调整烘烤技术参数，以确保烟叶一直处于适宜的环境中，从而最大限度地保证烟叶烤制质量［10］。在该研究中，远程可视化调控烘烤和现场烘烤所用时间并无太大差异，说明烘烤师能够通过摄像头状态实现对烟叶状态的准确判断。

烟草是一种重要的经济作物，其经济性状是评价培育效果的重要指标之一。经济性状主要涉及产量、产值、上等烟比例等方面的指标［11-12］。对比远程可视化调控烘烤和现场烘烤后烟叶的经济效益发现，远程可视化调控烘烤烟叶干鲜比、上等烟比例和均价均低于现场烘烤，远程可视化烘烤烤坏烟比例较现场烘烤稍高，能耗也是远程可视化烘烤略高，但数据表现相差不大，原因是远程可视化烘烤设备中的摄像头已经可以拍摄出接近人眼所观察到的影像，使得烘烤师可以相对准确的判断出烟叶变化状态并进行实时调整，2种烘烤效果存在差异可能是因为摄像灯光会使烘烤师对烟叶的观察产生微小的偏差，因此在摄像照明设备上仍需进行改进。

烟叶的物理特性对于烟叶的品质以及制造卷烟时产品的口感、外观等方面都有着直接的影响，同时也会影响到成本和其他经济指标。因此，烟叶的物理特性是评价烟叶质量的主要内容之一［13-15］。该研究发现，远程可视化调控烘烤后烟叶厚度、单叶质量、含梗率、平衡含水率以及填充值较现场烘烤都有所升高，而叶面密度有所降低，但二者数值变化不大，原因可能是烘烤过程中远程可视化调控对温度的精准控制不足，从而导致烤后烟叶物理特性低于现场烘烤，因此需要进一步升级远程可视化调控烘烤软硬件设备，从而提高烟叶品质。

化学成分影响烟叶的外在和内在品质，是烟叶质量的重要决定因素，感官评吸质量依靠专业人员对成烟进行评吸鉴定打分，其中香气质和香气量对烤烟感官评价影响很大［16-17］。对2种烘烤方式烤后烟叶的化学成分含量和感官评吸质量比较也发现，远程可视化调控烘烤虽在数据上略差于现场烘烤，但相差不大，即使用远程可视化调控烘烤后得到的烟叶仍可以达到优质烟叶水平，原因可能同样是摄像头成像与灯光显示问题。

综合比较远程可视化调控烘烤与现场烘烤烤后烟叶的经济效益、物理特性、化学成分和感官评吸质量发现，虽然远程可视化调控烘烤在这4个方面的表现均略低于现场烘烤，但相差较小，可忽略不计。因此，通过远程可视化调控烘烤技术，可以达到现场烘烤的水平。未来需要持续升级和改进远程可视化调控烘烤技术，以实现对烟叶烘烤过程的即时监管和有效数据收集。这将从根本上提高烟叶烘烤的效率，并确保烟叶烘烤质量的提升，具有较好的应用前景。

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