不同能源類型烤房對煙葉品質、經濟效益及能耗情況的影響

許躍奇，楊 楠*，王曉強，常 棟，馬文輝，劉迎昌

(1.河南省煙草公司 平頂山市公司，河南 平頂山 467000；2.河南省平頂山市煙草公司 郟縣分公司，河南 郟縣 467100)

煙葉烘烤是烤煙生產中的一個重要環節，烤房是煙葉烘烤的專用設備，我國煙葉烘烤普遍采用傳統的燃煤密集烤房[1]，但是傳統燃煤密集烤房存在耗費人工、燃煤效率低且烘烤過程中產生大量的污染物等弊端[2]，必將在以后的煙葉烘烤進程中被升級改造。在現代綠色農業發展的大形勢下，新型能源烤房無疑是我國煙葉烘烤的發展方向，就當前情況來看，煙葉烘烤所采用的新能源主要有生物質燃料、熱泵、太陽能、甲醇燃料等[3-6]，與燃煤烤房相比，這些能源燃燒的廢氣對環境污染較小，也符合當前新形勢下節能減排的要求。目前對新能源烤房研究主要集中在烘烤成本、烤房能耗等指標的比對上[7-9]，但是對新能源烤房烤后煙葉內在品質的研究鮮有報道，本試驗以4種新型烤房(太陽能烤房、醇基燃料烤房、生物質燃料烤房、熱泵烤房)為對象，以燃煤密集烤房為對照，分析比較了不同能源類型烤房在烤后煙常規化學成分、多酚、非揮發性有機酸、烤后煙葉經濟效益以及烤房能耗情況方面的不同，探索適合當前煙葉清潔烘烤新模式。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

1.1.1 試驗設計 試驗于2016年7～10月于河南省平頂山市郟縣現代煙草農業科技園進行，試驗設5個處理，燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質燃料烤房、熱泵烤房、太陽能烤房。烘烤所用品種均采用當地主栽品種中煙100，各烤房均按照“三段式”烘烤模式[1]。每個烤房處理設3次重復，為保證試驗效果，試驗所需煙葉均采自同一煙田且同時裝炕，各烤房裝煙量均一致。每座烤房上、中、下棚分別選擇2竿煙葉進行標記，用于烤后煙葉內在質量的分析。

1.1.2 烤房參數 5種烤房的具體參數信息見表1。

表1 不同類型烤房的相關參數

1.2 測定方法

煙葉主要化學成分采用AAⅢ型連續流動化學分析儀測定(德國BRAN+LUEBBE公司生產)[10]；煙葉中的多酚類物質按照煙草行業標準方法(YC/T 202—2006)測定[11]；煙葉非揮發性有機酸按照YC/T 288—2009煙草及煙草制品多元酸的氣相色譜法測定[12]。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007軟件進行數據統計，用SPSS 19.0統計軟件進行差異性分析和相關描述統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同能源類型烤房烤后煙葉常規化學成分含量分析

煙草常規化學成分對烤煙煙氣特征和評吸質量有一定影響。從表2可以看出，在相同烘烤工藝條件下，各烤房常規化學成分含量各有差異。燃煤密集烤房的煙堿含量為3.05%，高于太陽能烤房0.65個百分點；總糖、還原糖含量均以太陽能烤房的最高，熱泵烤房次之，且均與其他3種類型烤房達到顯著性差異；糖堿比以太陽能烤房最高，燃煤密集烤房最低；氮堿比以燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質燃料烤房較高，與太陽能烤房達到顯著性差異。5種能源類型烤房烤后煙葉常規化學成分指標基本都在優質烤煙化學成分適宜質量分數要求范圍內[13]，但太陽能烤房更為適宜，能滿足工業企業對烤煙原料質量的要求。

表2 不同能源類型烤房烤后煙葉常規化學成分含量%

注：同列數據后的小寫字母表示在5%水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。下同。

2.2 不同能源類型烤房烤后煙葉多酚含量分析

從表3可以看出，5種能源類型烤房烤后煙葉多酚含量有一定差異，煙草中的多酚類物質主要分為綠原酸、莨菪亭、蕓香苷3種，從5種烤房多酚含量來看，綠原酸>蕓香苷>莨菪亭。綠原酸含量以太陽能烤房最高，為17.99 mg/g，且顯著高于其他4種類型烤房，生物質燃料烤房、醇基燃料烤房、燃煤密集烤房之間差異不顯著；莨菪亭含量以醇基燃料烤房最高，熱泵烤房最低，兩種烤房達到顯著性差異；蕓香苷含量以太陽能烤房最高，為9.26 mg/g，與其他4種烤房達到顯著性差異；整體來看多酚總量最多的為太陽能烤房，總量最少的是燃煤密集烤房，且高于燃煤密集烤房41.96%，太陽能烤房與其他4種類型烤房達到顯著性差異。

表3 不同能源類型烤房烤后煙葉多酚含量mg/g

2.3 不同能源類型烤房烤后煙葉非揮發性有機酸含量分析

從表4可以看出，5種類型烤房烤后煙葉非揮發性有機酸主要有檸檬酸、蘋果酸、草酸、丁二酸、富馬酸、丙二酸6種，其中蘋果酸含量明顯高于其他有機酸。蘋果酸含量以太陽能烤房最高，為162.84 mg/g，且5種類型烤房之間達到顯著性差異；檸檬酸含量以燃煤密集烤房最高，醇基燃料烤房、生物質燃料烤房、熱泵烤房之間差異不顯著，太陽能烤房最低；草酸含量以燃煤密集烤房最高，與檸檬酸含量表現出相似的規律，且5種類型烤房之間達到顯著性差異；從整體來看，5種類型烤房非揮發性有機酸含量達到顯著性差異，總量以太陽能烤房最高，為191.96 mg/g，高于燃煤密集烤房20.87%。

表4 不同能源類型烤房烤后煙葉非揮發性有機酸含量mg/g

2.4 不同能源類型烤房烤后煙葉經濟效益及烤房能耗情況

5種能源類型烤房烤后煙葉經濟效益及能耗情況如表5所示，從烤后煙葉經濟效益來看，烤后煙均價以太陽能烤房最高，為25.80元/kg，高于最低的燃煤密集烤房26.72%；就上中等煙比例來看，5種能源類型烤房由高到低的順序為太陽能烤房(91%)>熱泵烤房(87%)>生物質燃料烤房(85%)>醇基燃料烤房(78%)>燃煤密集烤房(72%)；消耗燃料的烤房有燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質燃料烤房，平均單炕煙用燃料費分別為624、1440、1200元；在5種能源類型烤房中，單炕能耗總費用最低的為太陽能烤房，為763.20元，總費用最高的為醇基燃料烤房，為1588.80元。

表5 不同能源類型烤房烤后煙葉經濟效益及烤房能耗情況

3 討論

就煙葉的內在質量來看，太陽能烤房、熱泵烤房烤后煙葉常規化學成分、生物堿、多酚含量整體優于其他3種烤房，主要是由于煤、生物質、醇基烤房燃料燃燒時會產生一定的滯后性，在烤房需要轉過升溫的過程中，需要添加的燃料在短時間內燃燒慢，因而造成升溫速度較慢；烤房需要穩定溫度時，正在燃燒的燃料所釋放的熱量難以及時得到控制，不可避免會對煙葉烘烤產生不利影響；而太陽能烤房、熱泵烤房集成了現代電子技術的優點，熱泵供熱精準易控，升溫及時，穩溫平穩，能在一定程度上提升煙葉的烘烤質量。煙葉的化學成分指標除了受自身基因型的影響外，烤房內的環境對其也有較大的影響[14]。太陽能烤房和熱泵烤房烤后煙葉總糖、還原糖含量均高于其他3種烤房，主要是由于2種烤房墻體采用聚胺脂復合板，密封性高，一方面，可以精準實現恒溫恒濕控制[15]，為烤房內部創造適宜的溫度和濕度條件，提高煙葉中呼吸酶、水解酶、氧化還原酶的活性，促使淀粉、蛋白質降解為糖類和氨基酸；另一方面，可以按照需求嚴格控制升溫速度和排濕速度，在變黃后期縮短各種酶的作用時間，最大程度地使煙葉內在成分積累和保留，避免了水解的糖類進一步被呼吸作用消耗。

多酚類物質能對煙草的香吃味和色澤產生影響，尤其是綠原酸、莨菪亭和蕓香苷，它們是構成烤煙香氣特征的重要成分[16]。太陽能烤房和熱泵烤房烤后煙葉綠原酸、蕓香苷和多酚含量較高，這可能是由于烘烤定色階段，快速升溫的同時烤房內強勁的通風設備能及時排出烤房內的濕空氣，抑制了煙葉中多酚氧化酶的活性，終止酶促棕色化反應的進行，同時減少了煙葉烤糟、掛灰的風險，這與董淑君等[17]的研究結果一致。

煙葉中的有機酸分為揮發性有機酸和非揮發性有機酸，非揮發性有機酸能夠改善抽吸品質，增加煙氣濃度，也能平衡煙氣的酸堿度[18]。太陽能烤房和熱泵烤房烤后煙葉非揮發性有機酸總量較高。蘋果酸含量在6種非揮發性有機酸中最高，其次是檸檬酸。周輝等[19]的研究表明，變黃時間延長增加了煙葉檸檬酸的含量，由于檸檬酸是還原糖的分解代謝產物，兩種烤房在煙葉變黃后期能精準升溫定色，縮短轉火升溫的時間差，抑制了還原糖的降解，從而降低了檸檬酸的含量，這也驗證了趙高坤等[20]的研究結果。宋朝鵬等[21]研究表明，蘋果酸代謝酶活性與蘋果酸含量密切相關，它能催化蘋果酸與草酰乙酸之間的可逆轉換[22]，由于兩種烤房能為酶代謝提供較為有利的溫濕度環境，因此能促進煙葉中有機酸含量的積累，提高煙葉品質。

就烤后煙葉經濟效益和烤房能耗情況來看，太陽能烤房、熱泵烤房烤后煙葉均價及上中等煙比例高于其他烤房，這與徐成龍等[23]的研究結果一致，由于這2種烤房恒溫恒濕、升溫排濕控制精準，烤后煙葉品質較好，黑糟煙、掛灰煙、烤青煙幾率大大降低。從烤房能耗情況來看，太陽能烤房單炕能耗總費用最低，其次是燃煤密集烤房、熱泵烤房、生物質燃料烤房，費用最高的是醇基燃料烤房。由于煤、生物質、醇基燃料均屬于不可再生的能源，且煤和生物質在燃燒后不可避免的向大氣中排放二氧化硫、一氧化氮等污染性氣體，因此在考慮節能環保高效的前提下，太陽能烤房表現較好。

4 結論

綜合5種能源類型烤房烤后的煙葉品質、經濟效益及烤房的能耗情況來看，太陽能烤房指標均表現較好，在光、熱資源豐富的煙葉產區，充分利用太陽能作為煙葉烘烤的重要能源是一項可行的、對環境有益的舉措。在考慮煙草行業發展大環境的情況下，對烤房進行改造升級，發展新能源烤房不失為一種煙草烘烤發展的新思路。