納米涂料對烤房烘烤性能和煙葉品質(zhì)的影響

史　德，張　峻，胡　俊，李紹剛，邱瑩瑩，黃飛燕，呂　凱，葉賢文?

（1. 云南省煙草公司昆明市公司安寧分公司，云南 安寧 650300；2. 云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南 昆明 650106；3. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

納米涂料對烤房烘烤性能和煙葉品質(zhì)的影響

史德1，張峻1，胡俊1，李紹剛1，邱瑩瑩1，黃飛燕2,3，呂凱2，葉賢文1

（1. 云南省煙草公司昆明市公司安寧分公司，云南 安寧 650300；2. 云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南 昆明 650106；3. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

研究了納米涂料對烤房烘烤性能和煙葉品質(zhì)的影響，為烘烤環(huán)境的優(yōu)化和完善提供理論基礎(chǔ)，分析了烤房納米材料涂層對烤房內(nèi)平面溫差和垂直溫差的影響、對煙葉烘烤時間的影響、對燃煤成本的影響、對煙葉化學(xué)成分的影響和對煙葉感官質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：烤房的裝煙室涂抹納米材料后，烤房內(nèi)垂直和平面溫差分別降低了1.2℃和1.5℃，縮短烘烤時間12 h，降低用煤成本0.48元/kg干煙，節(jié)煤率達(dá)16.77%，并明顯改善了煙葉內(nèi)在化學(xué)成分和感官質(zhì)量。

納米涂料；烘烤；烤煙； 煙葉品質(zhì)

近年來，我國的烤煙烘烤設(shè)備和烘烤技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的提升[1-3]，烘烤能耗平均為1.5～2.0 kg/kg（煤/干煙）。當(dāng)前，能源價格持續(xù)上漲，烤煙烘烤面臨最主要的任務(wù)是改良現(xiàn)有烤房設(shè)備或通過技術(shù)創(chuàng)新提高烘烤性能，并確保煙葉烘烤質(zhì)量，增加煙農(nóng)效益[4-6]。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100 nm）內(nèi)，并由它們作為基本單元構(gòu)成的具有特殊物理化學(xué)性能的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料[7-9]，它具有表面效、小尺寸、量子尺寸、宏觀量子隧道四大效應(yīng)，因此在磁、光、熱、力學(xué)、電等方面的性質(zhì)與一般材料有顯著的區(qū)別[10-11]。目前，納米材料和納米技術(shù)應(yīng)用于生活和生產(chǎn)的各方面[12-13]。在烤煙烘烤上，很多學(xué)者研究了如何用納米材料和納米技術(shù)達(dá)到改善烤房烘烤性能，降低烤房烘烤能耗和提高煙葉質(zhì)量的功效。安寧市普通型烤房數(shù)量在烤房總數(shù)占比為76.93%，且烤房普遍存在烘烤性能差和烘烤能耗高等突出問題，筆者研究通過在普通烤房涂層納米材料，系統(tǒng)研究納米材料對烤房烘烤性能和煙葉品質(zhì)的影響，旨在為改善安寧市普通烤房烘烤環(huán)境和優(yōu)化烘烤設(shè)備，提高烤房整體性能和煙葉質(zhì)量，增加煙農(nóng)收益提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗于2015年在云南省安寧市八街街道堍杉村委會、縣街街道耳目村委會、草鋪街道白土村委會開展。供試普通烤房的規(guī)格為裝煙室2.7 m×2.7 m，裝煙5層。供試品種為K326，試驗田土壤肥力中等，規(guī)范化栽培管理。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)2個處理：T1為普通烤房裝煙室涂層納米材料，CK為普通烤房裝煙室未涂層納米材料。在安寧市三個村委會各選取普通型烤房兩座分別用于兩個處理（T1和CK），各烤房試驗三爐，供試烤房和煤質(zhì)一致，供試煙葉基本一致。每座普通型烤房準(zhǔn)備兩桶共30 kg的納米功能涂料，加入9 kg清潔水，保證充分稀釋并攪拌均勻。在室內(nèi)溫度高于5℃，相對濕度小于85%，且墻面干燥、牢固、干燥、平整無霉斑的情況下，均勻涂刷在烤房裝煙室內(nèi)墻四周、頂面、底面涂刷。第二天，再涂刷一遍，保證烤房內(nèi)部墻面100%全覆蓋，涂層厚度均勻、顏色一致即可。

1.3測定項目及方法

1.3.1耗煤量和用煤成本在煙葉烘烤試驗中，記錄處理和對照的耗煤量、用煤成本。烘烤耗煤量=用煤總重量/干葉總重量，單位：kg；烘烤用煤成本＝用煤總重量×燃煤單價/干葉總重量，單位：元/kg干煙。

1.3.2垂直溫度差和平面溫度差參照王建安[14]的方法記錄處理和對照的垂直溫度差和平面溫度差。

1.3.3烘烤時間參照宮長榮[15]的方法記錄處理和對照的烘烤時間。

1.3.4煙葉常規(guī)化學(xué)成分T1和CK取初烤煙葉X2F、C3F、B2F各2.0 kg，參照王瑞新[16]的方法檢測煙葉常規(guī)化學(xué)成分，并參照牛瑞鋒[17]的方法對煙葉化學(xué)成分進(jìn)行綜合評價。

1.3.5煙葉感官質(zhì)量T1和CK取初烤煙葉X2F、C3F、B2F各2.0 kg，煙葉感官質(zhì)量評價參照《GB5606.4—2005卷煙感官技術(shù)要求》，按9分值分別對香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、濃度、勁頭、刺激性和余味等10個指標(biāo)進(jìn)行打分，計算除勁頭外的總得分。

1.4統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與分析

2.1烤房納米材料涂層對烤房內(nèi)平面溫差和垂直溫差的影響

烘烤中烤房內(nèi)溫度差值大小代表著溫度場分布均勻狀況，而均勻的溫度場是調(diào)制好煙葉的基本保障[18]。烘烤過程中烤房內(nèi)平面和垂直溫度差見圖1，烤房內(nèi)平面和垂直溫度差均小于5℃，且均表現(xiàn)為CK＞T1。CK與T1的平面溫差值和垂直溫差值分別為1.5和1.2℃。方差分析表明，CK與T1的平面溫度差和垂直溫度差均差異顯著（P＜0.05），這說明納米材料能縮小烤房溫度差。

2.2烤房納米材料涂層對煙葉烘烤時間的影響

處理與對照的烘烤用時見圖2，烘烤過程中CK烤房煙葉烘烤時間與T1的差值為12 h，且差異達(dá)顯著。烘烤時間在一定程度上反映了烘烤的勞動強(qiáng)和耗能大小，相比對照，涂了納米材料的烤房煙葉烘烤時間短，說明納米材料的應(yīng)用能降低烘烤勞動強(qiáng)度和能耗。

圖1　烘烤過程中烤房內(nèi)平面和垂直溫度差

圖2　處理與對照的烘烤用時

2.3烤房納米材料涂層對燃煤成本的影響

處理與對照的燃煤成本見表1，通過在烤房內(nèi)壁涂刷納米功能涂料，3座試驗組烤房保溫性能得到改善，并達(dá)到降低烘烤成本的目的。相比對照，T1節(jié)省耗煤量達(dá)0.58 kg，用煤成本節(jié)省0.48元/kg干煙，且差異達(dá)到極顯著。節(jié)省率最高的為八街，達(dá)到20.97%，綜合平均節(jié)省率為16.77%。總的來看，烤房裝煙室涂層納米功能材料能有效降低烘烤用煤成本。

表1　處理與對照燃煤成本數(shù)據(jù)對比表

2.4烤房納米材料涂層對煙葉化學(xué)成分的影響

煙葉化學(xué)成分對煙葉質(zhì)量和風(fēng)格特色具有重要的影響。優(yōu)質(zhì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分適宜范圍：總糖20%～26%，還原糖18～22%，總氮1.5%～2.5%，煙堿1.5%～3.5%，鉀離子＞2%，氯離子＜0.8%，糖堿比8～12，氮堿比1或略小于1，鉀氯比＞4[19-20]。T1和CK煙葉化學(xué)成分見表2：T1和CK上部葉總糖含量稍偏高，T1和CK鉀離子、還原糖含量和氮堿比稍偏低，其余化學(xué)成分均適宜。總的來看，T1和CK煙葉化學(xué)成分均處于優(yōu)質(zhì)烤煙范圍內(nèi)。

表2　烤房納米材料涂層對煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響　　　　　　　（%）

為進(jìn)一步明確煙葉質(zhì)量，選擇煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯、糖堿比、氮堿比與鉀氯比9項指標(biāo)對烤煙化學(xué)成分進(jìn)行綜合評價，得到煙葉化學(xué)成分綜合指數(shù)(I)。將煙葉化學(xué)成分綜合指數(shù)(I)劃分為5個等級，即：高（I≥0.75）、較高（0.65≤I＜0.75）、中（0.55≤I＜0.65）、較低（0.45≤I＜0.55）和低（I＜0.45）[17]。T1和CK煙葉化學(xué)成分綜合指數(shù)見表3： T1和CK不同部位煙葉化學(xué)成分綜合指標(biāo)均處在高或較高的范圍，表明煙葉化學(xué)成分較協(xié)調(diào)，T1化學(xué)成分綜合指數(shù)略高于CK，說明烤房內(nèi)涂層納米材料對煙葉化學(xué)成分沒有影響。

表3　煙葉化學(xué)成分綜合指數(shù)

表4　煙葉感官質(zhì)量評價結(jié)果

2.5烤房納米材料涂層對煙葉感官質(zhì)量影響

T1和CK煙葉感官質(zhì)量評價結(jié)果見表4：T1與CK不同部位煙葉感官質(zhì)量評價結(jié)果較接近，TI煙葉略高于CK，說明烤房內(nèi)涂層納米材料未對煙葉感官質(zhì)量造成任何影響，煙葉感官質(zhì)量略有提升。

3　結(jié)論與討論

納米材料涂層裝煙室內(nèi)壁，可以明顯縮小烤房的平面溫度差和垂直溫度差，縮短烤房煙葉的烘烤時間。納米材料具有光譜遷移性，量子限域效應(yīng)、光學(xué)發(fā)光性等光學(xué)特性，其吸收帶普遍存在“藍(lán)移”現(xiàn)象[21]，“藍(lán)移”短波具有較強(qiáng)的穿透性，其熱能以漫射的方式穿過葉片自由地在烤房中流動，因此縮小了烤房內(nèi)平面和垂直溫度差，同時也增強(qiáng)了整個烤房煙葉變黃、失水和干筋的同步性，進(jìn)一步縮短了煙葉烘烤時間。

納米材料涂層裝煙室內(nèi)壁，有效降低了煙葉烘烤用煤成本，降低了能耗。由于納米材料是很多較小的微粒組成，具有比較大的表面積，容易受到烤房內(nèi)熱能的影響[21]。另外，納米材料的結(jié)構(gòu)與常規(guī)的晶態(tài)和非晶態(tài)物質(zhì)差別較大，主要表現(xiàn)在小尺寸微粒、大體積界面上的原子排列和無序的鍵組態(tài)，因此納米材料的光學(xué)性質(zhì)會出現(xiàn)如紫外線、可見光和紅外光吸收，產(chǎn)生熒光，等致發(fā)光現(xiàn)象[12]。普通烤房經(jīng)過納米涂料處理后進(jìn)行烘烤，納米涂料層一方面將烤房內(nèi)的能量返回到烤房內(nèi)，另一方面熒光照射到烤房內(nèi)，減少烤房內(nèi)的能量向外輻射。這樣納米涂層像一道隔熱墻，阻止了烤房內(nèi)的能量向外界環(huán)境散失，降低了烘烤用煤成本，達(dá)到節(jié)能的效果。烤房內(nèi)涂層納米材料對煙葉質(zhì)量沒有影響，相反煙葉化學(xué)成分和感官質(zhì)量略有上升。

綜上所述，烤房內(nèi)涂層納米材料能縮小烤房內(nèi)的平面和垂直溫度差和煙葉烘烤時間，降低烘烤用煤成本，降低烘烤能耗，并能明顯改善煙葉化學(xué)成分和感官質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Effects?of?Nanometer?Material?on?the?Curing?Capability?of?Curing?Barn?and?Quality?of?Tobacco?Leaves

SHI De1，ZHANG Jun1，HU Jun1，Li Shao-gang1，QIU Ying-ying1，HUANG Fei-yan2，3，LV Kai2，YE Xian-wen1
（1. Anning Branch of Kunming Tobacco Corporation of Yunnan Province, Anning, 650300, PRC; 2. Yunnan RuishengTobacco Technology (Group) Co., Ltd, Kunming, 650106,PRC; 3. College of Agriculture and Biotechnology, Agricultural University, Kuming 650201,PRC）

The effect of nanometer material on the curing capability of curing barn and the quality of tobacco leaves was studied， provide theoretical basis for the optimization and improvement of curing environment， the effect of nanometer material coating on the plane temperature difference and vertical temperature difference in the curing barn， effect on curing time of tobacco leaf， the impact on the cost of coal， effect on chemical composition of tobacco leaf and effect on the sensory quality of tobacco leaf were analyzed. The results showed that the vertical and horizontal temperature difference in the curing barn was decreased by 1.2℃ and 1.5℃ respectively after the curing barn was coated with nanometer materials， shorten the baking time 12 h， reduced the cost of coal by 0.48 yuan(RMB) per kilogram of dry tobacco， the percentage of coal saving rate was 16.77%， and the chemical composition and sensory quality of tobacco leaves were significantly improved.

nanometer material; curing; flue cured tobacco; quality of tobacco leaf

TS422

A

1006-060X（2016）10-0089-04

2016-06-29

云南省煙草公司昆明市公司2015年QC活動（ANQC. GG.2015001）

史 德（1981-），男，云南安寧市人，助理農(nóng)藝師，主要從事煙葉生產(chǎn)技術(shù)研究等工作。

葉賢文