密集烤房烘烤過程中溫濕度時空分布及層間烘烤效果差異化研究

賀慶祥++劉凱++李朋發++徐后娟++侯欣++劉朋++王玉軍

摘要：為提高密集烤房烘烤質量，在氣流下降式密集烤房內用HE174溫濕度自動記錄儀測量了不同烤房空間、不同烘烤時間的溫濕度狀況。結果表明：氣流下降式烤房在烘烤過程中垂直方向上、中、下層和水平方向不同區域有一定的的溫濕度差異。垂直方向與水平方向溫濕度差異隨烘烤進程的變化規律為：變黃前期小，變黃后期及定色期大，干筋期又逐漸變??；垂直方向不同區域的溫濕度差異明顯大于水平方向。烘烤后不同層間煙葉化學成分有所不同，含氮化合物差異較小，總糖和還原糖含量為下層略高于上層，但均未達到顯著差異。密集烤房在烘烤過程中溫濕度變化動態研究結果為指導密集烤房合理裝煙與優化烘烤工藝提供了理論依據。

關鍵詞：密集烤房；溫度；相對濕度；分布

中圖分類號：S572.092文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）06-0054-06

AbstractTo improve the curing quality， the temperature and humidity in different barn space and at different curing time were measured by HE174 automatic temperature and relative humidity recorder in airflow-descending bulk curing barn. The results showed that there were some differences in temperature and relative humidity in the upper， middle and lower layers and the different zones of plane areas during the curing process. The changes in the vertical and horizontal directions were smaller at the early yellowing stage， were larger at the later yellowing stage and leaf-drying stage， and gradually reduced at the stem-drying stage. The difference of temperature and relative humidity in the vertical direction was significantly larger than that in different areas of the horizontal direction. The chemical composition of tobacco leaves was different between different layers after curing. The difference of nitrogen compound content was smaller. The content of total sugar and reducing sugar in the lower layer was slightly higher than that in the upper layer without significant differences. The results could provide the theoretical basis for guiding the reasonable tobacco-loading and optimizing the curing technology for bulk curing barn.

KeywordsBulk curing barn； Temperature； Relative humidity； Distribution

密集烤房是目前我國烤煙主要烘烤設備[1]。烘烤過程中密集烤房提供的熱氣流與煙葉本身的水分相互作用在烤房內形成一個微環境，為煙葉內部生物化學反應、形成特定的外觀及內在品質提供適宜條件。有關烤房內溫濕度和氣流變化前人做了一定的研究，唐力為[2]報道，烘烤過程中烤房內各區域間同一時間點的溫濕度普遍存在差異，主要反映在不同區域中調制的升溫穩溫方式的差異、排濕速率的差異以及不同烘烤工藝溫度段所經歷時間長短的差異等方面。王勇軍等[3] 研究了變黃階段、定色階段、干筋階段垂直方向風速和水平風速對烘烤的影響。趙華武[4]發現密集烘烤過程中，煙葉葉片水分的散失與烘烤進程關系密切，定色期失水量和失水速度最大。董艷輝[5]研究了密集烘烤過程中煙葉溫度與烤房環境因子的關系。包亞峰[6]利用多孔介質得到了烤房部分溫度場和速度場分布?？痉績葴貪穸韧ㄟ^影響煙葉的酶活性，影響烤后煙葉化學成分的協調性，最終會使各區域煙葉的吸食品質有明顯差異[7-13]。但對于機械通風密集烤房內溫濕度變化動態的量化研究鮮有報道。本文研究了氣流下降式密集烤房烘烤過程中不同空間不同時間溫濕度分布動態及其對煙葉品質的影響，旨為密集烤房合理裝煙及烘烤工藝有效掌控提供理論依據。

1材料和方法

1.1供試材料

供試煙葉：烤煙品種K326，選取同一地塊生長狀況、成熟度一致的中部煙葉，含水率平均為84.2%。

供試烤房：氣流下降式密集烤房，符合國煙辦綜[2009]418號文件要求，裝煙室8.0 m×2.7 m×3.5 m，烤房風機型號為7號風機，風機中電機功率2.2 kW/h。

測試儀器：深圳市華圖測控系統有限公司生產的HE174溫濕度自動記錄儀。

試驗時間及地點：2015年山東省沂水金旭煙農專業合作社烘烤試驗基地；2016年山東省諸城鑫興煙農專業合作社烘烤基地；山東農業大學煙草實驗站園。文中所用數據為三地兩年平均值。

1.2試驗設計

1.2.1裝煙方式采用掛竿方式，掛煙三層，每個烤房共裝煙336竿，每竿煙葉質量在（10±0.2）kg，煙竿均勻分布在裝煙室內。

1.2.2溫度和相對濕度的測定將27個溫濕度自動記錄儀均勻放置于烤房裝煙室內上、中、下三層，每層九個，每層記錄儀分布如圖1所示。前部是指靠近加熱室煙葉區域，后部是指靠近烤房門煙葉區域。按照八點式烘烤工藝烘烤，烘烤結束后取出記錄儀并輸出數據，分析結果。

1.2.3煙葉烘烤情況測定烘烤后在烤房每層各個測量點附近隨機選取三竿煙調查烤青率和烤褐率?？厩嗦剩?）=含青煙葉/調查煙葉總數×100；烤褐率（%）=含褐煙葉/調查煙葉總數×100。

1.2.4煙葉常規化學成分的檢測烘烤結束后取上、中、下層代表性區域C3F進行常規成分分析。煙堿含量測定采用紫外分光光度法； 水溶性總糖含量采用乙醇提取， 蒽酮比色法測定； 還原糖含量測定采用苦味酸法； 總氮含量測定采用濃硫酸-雙氧水消化法。

2結果與分析

2.1烤房濕度時空分布

2.1.1垂直相對濕度分布動態變黃期垂直方向相對濕度變化動態如圖2所示，圖中所用數據為每層9點數據平均值（下同）。

烘烤變黃期是煙葉調制的重要時期，變黃期可分為前期烤房密閉氣體循環階段和后期排濕階段。

變黃前期烤房密閉熱氣體循環階段：烤房垂直方向相對濕度均在97%以上，相對濕度差在3%以內，相對濕度穩定。變黃后期排濕階段：不同層間相對濕度差逐漸增大，上層的相對濕度下降速度最快，變黃期結束降低至59.5%；下層相對濕度降低速度最慢，變黃期結束時相對濕度為71.8%，垂直方向相對濕度差為12.3個百分點。

定色期垂直相對濕度差逐漸減小，定色期結束時垂直相對濕度差為4.1個百分點，中層和上層間的相對濕度差小于中層和下層間。定色期是煙葉逐漸干燥的時期，由于上層煙葉先干燥，使垂直方向濕度相差比較大（圖3）。

干筋期垂直濕度差逐漸減小，當烤房濕度整體降低至10%時，垂直濕度差不超過1個百分點，烘烤結束時不同區域濕度為7%（圖4）。

2.1.2烤房水平方向相對濕度變化動態變黃期水平方向相對濕度變化如圖5所示，僅以中層相對濕度統計分析（下同）。變黃前期密閉循環階段烤房內水平方向的相對濕度基本一致，相對濕度都在95%以上，相對濕度差在2個百分點以內。變黃后期排濕階段各區域相對濕度差逐漸變大，最大水平相對濕度差出現在變黃后期相對濕度迅速下降階段，前部和中部相對濕度差在3個百分點以內，但后部的相對濕度明顯低于中部和前部。

定色期烤房內的煙葉逐步干燥，相對濕度逐漸下降，烤房后部相對濕度最低，前部相對濕度最高。水平相對濕度差先增大后減小，最大水平相對濕度差在定色前期，為8.9個百分點。烤房前中部在定色前期相對濕度差小于中后部，定色后期則相反（圖6）。

干筋期烤房前部相對濕度高于中部和后部，中部和后部相對濕度差明顯小于前部和中部。隨干筋期延長水平相對濕度差逐漸減小，當烤房濕度整體降低至8%時，水平面各區域相對濕度基本相等。

2.2烤房溫度時空變化動態

2.2.1垂直方向溫度變化動態變黃期垂直方向溫度變化如圖8所示，上層溫度最高，下層溫度最低。變黃前期烤房密閉氣流內循環階段上下層間的溫度差在1℃以內；變黃后期排濕階段垂直溫度差逐漸增大，最大溫度差為2.6℃。

定色期仍為上層溫度最高，下層最低，上層和中層間溫度差大于中層和下層。隨著溫度逐漸升高，垂直溫度差緩慢增大，最大上下層溫度差為3.4℃（圖9）。

干筋前期溫度迅速升高，垂直溫度差達整個烘烤過程中最大值，為4.1℃。隨后垂直溫度差逐漸減小，溫度升到68℃時垂直溫度差明顯減小，烘烤結束時垂直溫度差在0.5℃以內（圖10）。

2.2.2水平方向溫度變化動態變黃期前期烤房處于氣流內循環的密閉狀態，水平面不同區域溫度差在0.5℃內，變黃后期通風排濕階段烤房不同區域間溫度差逐漸增大，變黃期結束時最大水平溫度差為1.3℃（圖11）。

定色期后部溫度高于中部高于前部，水平溫度差緩慢增大，定色期結束時水平最大溫度差為1.5℃（圖12）。

干筋前期溫度迅速升高階段，水平溫度差達到烘烤過程中最大值，為2.9℃，之后逐漸減小，干筋后期不同區域水平溫度基本相等（圖13）。

2.3烘烤關鍵溫度點烤房溫度差和相對濕度差

八點式烘烤工藝關鍵溫度點垂直和水平溫濕度差見表1。

由表1可知，42℃時平均垂直相對濕度差最高達14.733個百分點，38℃最低為1.591個百分點，38℃至42℃平均垂直相對濕度差逐漸升高，42℃至68℃逐漸減小；42℃時平均水平相對濕度差最高為9.542個百分點，68℃時最低為1.059個百分點，平均垂直相對濕度差高于平均水平相對濕度差； 54℃時平均垂直溫度差最高為3.172℃，38℃時最低為0.438℃； 54℃時平均水平溫度差最高為1.569℃，38℃時最低為0.193℃，平均水平溫度差明顯低于平均垂直溫度差。

2.4密集烤房不同層間烘烤效果比較

由表2可知，上層煙葉相對于下層煙葉含青率較高，烤褐率較低；煙堿、總氮含量不同層次煙葉間差異較??；總糖和還原糖含量下層煙葉略高于中層和上層，但未達到顯著差異；糖堿比集中于8.68～9.42之間，下層煙葉略高于中層和上層。

3討論

本研究結果是在烤房風機型號為7號風機，風機中電機功率2.2 kW/h的情況下測定的，風機功率增大時根據張樹堂等[18]研究，烘烤前期前中后部的溫濕度差亦隨之加大，烘烤后期溫濕度差減??；相反當風機型號和電機功率減小到一定程度時，前中后部的溫濕度差會出現與本結論相反的結果，即前部溫度高濕度低，后部溫度低濕度高，具體數據有待于進一步研究。

本研究中變黃前期溫濕度變化小，變黃后期和定色期大，干筋期小，這與普通烤房烘烤過程中垂直方向溫濕度差異變化規律不同[19]，主要原因為普通烤房內氣體對流弱，導致其變黃前期不同層次溫濕度差大于定色期和干筋期；而密集烤房由于有機械通風導致烤房內氣體對流較強，再加上本期燒火較小，因而導致變黃前期烤房內垂直方向溫濕度差反而比定色期小。

氣流下降式烤房的水平相對濕度差在變黃期和定色期都小于垂直相對濕度差，但在干筋前期大于垂直相對濕度差，與包亞峰[6]的結論一致。

4結論

氣流下降式密集烤房在烘烤過程中裝煙室內垂直方向不同裝煙層溫度分布規律為上層高于中層高于下層，相對濕度分布規律為上層低于中層低于下層。水平方向不同區域溫度分布規律均為前部低于中部低于后部，相對濕度分布規律為前部高于中部高于后部。隨烘烤進程溫濕度差異變化規律為：變黃前期小，變黃后期及定色期大，干筋期又逐漸變小。垂直溫度和相對濕度差大于水平溫度和相對濕度差。

氣流下降式密集烤房不同層間煙葉烘烤效果存在一定差異：上層（迎風層）相對于下層煙葉烤青率較高，烤褐率較低；烤后煙葉煙堿、總氮含量不同層次間差異較小；煙葉總糖和還原糖含量下層略高于上層，但未達到顯著差異。

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