電熱密集烤箱烘烤煙葉主變黃時間容差研究

王亞輝，唐 韻，陳 頤*，陳有福，劉 宏，甄安忠，王 敬，趙高坤，鄒聰明

(1.云南省煙草農業科學研究院，云南 昆明 650031；2.湖北中煙工業有限責任公司，湖北 恩施 445699；3.云南省煙草公司楚雄市公司，云南 楚雄 675000；4.云南省香料煙有限責任公司，云南 保山 678000)

【研究意義】烘烤是烤煙生產的關鍵技術環節之一，烘烤過程中的變黃期是煙葉烘烤的重要階段，其中變黃期是指42 ℃前烘烤變黃的總和，一般煙葉變黃期可分為3個時間段進行，葉尖變黃階段、主變黃階段和全黃階段[1-2]。目前，密集烘烤變黃工藝種類繁多，方法多樣，如三階段變黃烘烤、四段變黃烘烤、多步變黃烘烤等，大部分變黃烘烤工藝整體原則均采用穩溫穩濕延時或穩濕增溫延時變黃的方法，在操作過程中，多半是通過延時處理來變黃，通常導致變黃的煙葉難定色，很容易烤出大量的掛灰煙和烤枯煙，對煙葉烘烤損失較大[3]。另外，密集烘烤變黃期時間的把控沒有一個明確的界定，煙農一般通過觀察烤房內的煙葉變化來進行溫濕度的時間調控，但其局限性高、隨意性大，導致許多地方烘烤的煙葉存在含青度高、僵硬等問題，嚴重影響了密集烘烤煙葉質量的進一步提升[4]。為了滿足煙葉可用性，對烘烤工藝變黃時間選擇要求越來越高，摸索一種適宜性較強的烘烤模式已經成為當前和未來一個不可忽視的關鍵環節[5]。因此，探明密集烘烤變黃期適宜的烘烤時間組合，提高煙葉質量，對保障卷煙工業原料可用性具有重大意義[6-7]。【前人研究進展】國內外煙草研究工作者圍繞烘烤變黃期時間參數開展的研究并不多。主要集中于①不同部位煙葉變黃時間研究。許威等[8]研究表明，中下部煙葉以60 h變黃時間較為適宜，上部煙葉以65 h較為適宜，且烤后煙葉外觀質量較好，化學成分協調，感官質量評價較優。②不同溫度參數煙葉變黃時間研究。楊曉亮等[9]研究表明，在總的變黃期烘烤時間的情況下，延長主變黃(38 ℃)階段或者延長全黃(42 ℃)階段烘烤時間，初烤煙葉質量有所提高，主要表現在桔黃煙葉比例上。江厚龍等[10]研究表明，適當延長全黃(42～45 ℃)階段烘烤時間，能顯著改善煙葉的感官評吸質量，主要表現在化學成分協調性以及香氣成分上。但對烘烤變黃期葉尖變黃階段、主變黃階段和全黃階段三者的時間組合以及主變黃時間容差范圍對煙葉質量的影響研究鮮有報道。【本研究切入點】采用“密集透視烤箱+固定電子稱”和葉綠素測定儀組合分析，系統性研究密集烘烤變黃期的時間控制參數，跟蹤測量烘烤中水分變化和葉綠素降解。【擬解決的關鍵問題】旨在探討變黃期不同時間組合處理下烤后煙葉感官質量的變化規律，最終找到適宜密集烘烤主變黃時間的容差范圍，為烘烤工藝的優化與完善提供理論依據和思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在云南省玉溪市紅塔區研和試驗基地(海拔1635 m, N 24°14'21″, E 102°29'58″)進行。供試品種為K326，前茬作物水稻，植煙土壤基本理化性狀：pH 6.40，有機質10.7 g/kg，有效氮82.0 mg/kg，有效鉀160.0 mg/kg，有效磷90.0 mg/kg。配置3臺電熱自動控溫、控濕中型密集烤箱(容量1000～2000片)進行烘烤試驗，編煙裝烤時每個智能控制烤煙箱裝煙20～24竿，共2層，每竿編煙100片左右，確保處理間裝煙密度一致，烘烤過程中嚴格按處理方案及時準確升溫排濕，風速調控由溫控儀自動控制執行。

1.2 試驗設計

選取田間長勢一致、正常成熟落黃的下部葉(自下而上第4～5片)、中部葉(自下而上第9～11片)、上部葉(自下而上第15～16片)鮮煙葉進行處理和裝煙烘烤。試驗在小型密集烤箱設施環境中進行，烘烤變黃期工藝主要依據玉溪煙區主推烘烤模式并參考烘烤專家經驗設計(圖1)。變黃期時間是指42 ℃前烘烤時間的總和，一般根據煙葉變黃期可分為3個時間段進行，葉尖變黃階段、主變黃階段和全黃階段。根據煙葉在變黃期既要達到變黃要求，又要達到主脈變軟要求，嚴格控制煙葉烘烤變黃時間為70 h[11]。變黃期時間容差試驗設計如表1。

圖1 玉溪煙區密集烤房烘烤技術主推工藝及烘烤干濕溫度曲線Fig.1 Main technology and drying and wet temperature curve of bulk flue-curing barn in Yuxi tobacco district

表1 密集烘烤變黃期時間容差組合試驗設計

固定變黃時間為70 h。試驗采用裂區設計，葉尖變黃為主區，設置2個水平，分別為10和20 h。主變黃為副區，實驗分為3步進行，第一步，在烘烤下部煙葉時，按+10 h的遞進規律,設置5個不同時間組合處理，全黃階段時間自由組合，共有10個處理；第二步，通過試驗下部煙葉后，淘汰不適宜主變黃階段的時間處理，在烘烤中部煙葉時，優化為5個不同時間組合，共有10個處理；第三步，通過烘烤中部煙葉后，再次淘汰不適宜主變黃階段的時間處理，在烘烤上部煙葉時，繼續優化成5個不同時間組合，共有10個處理(表1)。

變黃期溫度和濕度方面設定葉尖部變黃階段干濕球溫度為35 ℃/33 ℃，主變黃階段干濕球溫度為38 ℃/35 ℃，全黃階段干濕球溫度為42 ℃/36 ℃。定色期和干筋期烘烤工藝參數按照玉溪煙區主推烘烤模式進行。

1.3 檢測項目與方法

烘烤煙葉顏色、含水率動態變化：各處理選取具有代表性的煙葉10片稱重，用葉綠素測量儀測量葉綠素，標記烘烤；烘烤每隔24 h對各處理煙葉進行稱重、測量葉綠素，記錄烘烤時間。葉綠素測定到煙葉全黃或不再變黃，稱重到煙葉基本定色，最后到煙葉干筋[12-13]。煙葉失水率(PC水)、煙葉葉綠素降解率(PC葉綠素)按下列公式計算：

PC水( %)=(W始-Wt)/W始×100

式中：Wt表示任意取樣時刻t樣品的總質量, 單位g；D始表示烘烤起始時樣品的總質量, 單位g。按下列計算：

PC葉綠素( %)=(EC始-ECt)/EC始×100

式中：ECt表示任意取樣時刻t樣品的葉綠素含量；EC始表示烘烤起始時樣品的葉綠素含量。

經濟性狀分析：對各處理烤后煙葉逐葉分級，各級分別稱重，測定每個處理各級烤煙的均價、下中上等煙比例等。

感官質量分析：煙葉樣品的感官質量由云南中煙技術中心評價分析。感官質量指數主要統計香氣特性、煙氣特性和口感特性的分值，共計 12 個指標，即愉悅性、細膩度、圓潤性、綿延感、香氣量、濃度、刺激性、勁頭、雜氣、干凈度、津潤感、回味。確定感官質量各評價指標的權重，采用專家咨詢法和借鑒其他專家的建議，指標的權重分別為0.10、0.05、0.05、0.05、0.15、0.10、0.15、0.05、0.10、0.10、0.05、0.05，最終由7位專家評吸打分值作為量化分值。

1.4 數據統計

所有數據均采用EXCEL、SPSS18.0和Origin 8.0分析軟件進行方差分析、計算和統計作圖表。

2 結果與分析

2.1 變黃期不同時間組合對不同部位煙葉失水率的影響

烘烤時間是煙葉失水干燥、定色的重要因素之一，時間的長短影響著該階段煙葉失水量的多少，最終決定了煙葉的烘烤質量[14]。由表2可知，變黃期不同時間組合處理下不同部位煙葉24 h內的失水率無顯著性差異，而48和72 h的失水率均存在極顯著差異(P<0.01)。烘烤至72 h時，下部葉、中部葉的煙葉失水率處理X1和處理X6均超過60 %，即煙葉為基本定色狀態，不利于煙葉變黃，易產生烤青煙；而處理X5和處理X10、處理C5和處理C10低于40 %，煙葉處于高含水量狀態下，失水過于遲緩，易導致煙葉腐爛、發霉，不適宜煙葉變黃；處理X2、處理X3、處理X4、處理X7、處理X8和處理X9，處理C2、處理C3、處理C4、處理C7、處理C8和處理C9均達到45 %～55 %，有利于煙葉變黃和定色。上部葉各處理在烘烤72 h后，煙葉失水率均達到50 %左右，有利于煙葉變黃和定色。

2.2 變黃期不同時間組合對不同部位煙葉葉綠素降解率的影響

從表3可知，變黃期不同時間處理下不同部位煙葉隨著烘烤時間的延長，葉綠素降解率不斷加快，烘烤的前24 h葉綠素降解率較慢，下部煙葉降解率僅為20 %左右；至烘烤48 h時，葉綠素降解率達到最大值；至72 h時基本達到煙葉全黃。

變黃期不同時間處理下不同部位煙葉在烘烤至48和72 h時的葉綠素降解率均存在極顯著差異(P<0.01)，烘烤至48 h的煙葉葉綠素降解率達到最高，隨著時間的推移，葉綠素降解率逐漸降低，推測葉綠素降解率緩慢的原因是由于烤房溫度升高，煙葉失水速度加快，含水量過少，相關酶活性降低。烘烤至48 h，下部葉、中部葉葉綠素降解率處理X1、處理X5、處理X6和處理X10，處理C1、處理C5、處理C6和處理C9相對較低；烤至72 h時，處理X1、處理X5、處理X6、處理X10、處理C1、處理C5、處理C6、處理C10葉綠素降解率均在85 %以下。葉綠素降解率緩慢的原因一是由于全黃階段溫度過高，且時間太長，煙葉失水快，含水量過少，無法使煙葉變黃；二是由于主變黃時間過長，烘烤至72 h，煙葉葉綠素還未充分降解。上部葉各處理在烘烤72 h后，葉綠素降解率均達到85 %以上，煙葉變黃效果較好。

2.3 變黃期不同時間組合對不同部位烤后煙葉經濟性狀的影響

從表4可知，變黃期不同時間處理下不同部位烤后煙葉上等煙比例、中等煙比例、下等煙比例以及均價都存在極顯著差異(P<0.01)。下部煙葉上等煙比例和均價處理X4和處理X8相對較高，分別為23.49 %和26.86 %，及18.21和18.45元/kg；中部煙葉上等煙比例和均價以處理C4和處理C8相對較高，分別為68.41 %和69.31 %，及33.25和34.26元/kg；上部煙葉所有處理均未產生青黃煙，其上等煙比例和均價處理B4和處理B8相對較高，分別為55.93 %和58.53 %，及29.48和29.95元/kg。

表2 不同時間組合煙葉失水率分析

注：F0.05(9,20)=2.39；F0.01(9,20)=3.46，“*”及同列數據后不同小寫字母表示在5 %下差異達到顯著水平，“**” 及同列數據后不同大寫字母表示在1 %下差異性達到極顯著水平，下同。

Note:F0.05(9,20) = 2.39;F0.01(9,20) = 3.46, data flowed by ‘*’ and different lower-case letters meant significant difference at 0.05 level, data flowed by ‘**’ and different upper-case letters meant significant difference at 0.05 level. The same as below.

2.4 變黃期不同時間組合對不同部位烤后煙葉感官質量的影響

根據變黃期不同時間處理的烤后煙葉經濟性狀和化學成分，選用烤后煙葉感官質量進行描述，可以顯著提高感官質量評價和判定結果的準確性，其中變黃期不同時間處理烤后煙葉感官質量見雷達圖。

圖2為下部葉：處理X8的烤后煙葉感官質量高于其他處理，主要表現為香氣量和香氣質較好，刺激性較小，稍有雜氣，濃度較好；圖3為中部葉：處理C4、處理C8和處理C9的烤后煙葉感官質量高于其他處理，主要表現為香氣豐富性較好，質感細膩柔和，香氣量和濃度適中，刺激性較小，干凈度尚可，口感舒適；圖4為上部葉：處理B4、處理B5、處理C8和處理C9處理的烤后煙葉感官質量差異不大，主要表現為香氣豐富性較好，香氣量中偏上，濃度較大，刺激性較大，雜氣稍重，煙氣稍顯干燥。

表3 不同時間組合煙葉葉綠素降解率分析

對主變黃時間(葉尖變黃10 h)與烤后煙葉感官質量關系進行擬合(圖5)，下部葉曲線方程y=-0.03x2+2.30x+16.50(R2=0.97，P=0.001)；中部葉曲線方程為y=0.07x2+4.67x-2.47(R2=0.92，P=0.001);上部葉曲線方程為y=0.03x2+2.21x-31.10(R2=0.95，P=0.001)。對主變黃時間(葉尖變黃20 h)與烤后煙葉感官質量關系進行擬合(圖6)，下部葉曲線方程y=0.04x2+2.58x+19.50(R2=0.97，P=0.001)；中部葉曲線方程為y=0.09x2+5.47x-5.08(R2=0.99，P=0.001) ；上部葉曲線方程為y=0.08x2+5.19x-8.52(R2=0.877，P=0.001)。表明不同時間處理下不同部位烤后煙葉感官質量變化趨勢一致，隨著主變黃時間的增加呈現先增加后減少的變化規律。由此可得，葉尖變黃時間10 h,不同部位煙葉在主變黃35～40 h時間組合區間感官質量相對較大；葉尖變黃時間20 h, 不同部位煙葉在主變黃30～35 h時間組合區間感官質量也相對較大。

表4 不同時間組合烤后煙葉經濟性狀分析

圖2 不同時間組合處理下烤后煙葉感官質量雷達圖(下部葉)Fig.2 Radar images of sensory quality of flue-cured tobacco with different treatment of time combination(lower leaves)

圖3 不同時間組合烤后煙葉感官質量雷達圖(中部葉)Fig.3 Radar images of sensory quality of flue-cured tobacco with different time combination(middle leaves)

3 討 論

從煙葉植物學特性指標的變化看，密集烘烤過程中煙葉顏色變化主要集中在變黃期(24～48 h)，此過程是生化反應劇烈的時期，并伴隨著大部分物質降解以及小分子香氣物質的產生[15]。煙葉烘烤變黃時間過短，葉內質體色素等內含物分解轉化不充分，導致煙葉出現烤青現象；烘烤變黃時間過長，則造成內含物質消耗過度，勢必影響烤后煙葉感官質量[16]。因此，適宜的烘烤變黃時間是獲得優質煙葉的前提，使煙葉生理生化變化朝著有利于提高煙葉品質的方向發展，保證煙葉內各種化學成分含量適宜，比例協調，提高煙葉烘烤質量[17]。研究得出不同部位煙葉在烘烤變黃時間70 h的條件下，以主變黃時間20～40 h，烘烤至72 h時，失水率均達到45 %～55 %，葉綠素降解率均在85 %以上，有利于煙葉變黃和定色。

圖4 不同時間組合烤后煙葉感官質量雷達圖(上部葉)Fig.4 Radar images of sensory quality of flue-cured tobacco with different time combination(upper leaves)

圖5 不同主變黃期時間與烤后煙葉感官質量關系擬合(葉尖變黃期時間為10 h)Fig.5 Relation fitting between the different main yellowing time and sensory quality of flue-cured tobacco (leaf tip yellowing time for 10 hours)

在烘烤過程中，優化變黃期烘烤時間能顯著改善中上部煙葉的外觀質量，橘黃煙比例明顯提升，微帶青煙葉比例減少，煙葉的經濟性狀顯著提高[8]。研究結果表明不同部位烤后煙葉均價和上中等煙比例等經濟性狀指標均以主變黃時間30～40 h的處理最高。究其原因是主變黃時間過短(10～20 h)或時間過長(40～50 h)，因為沒有足夠的時間使不利于煙葉品質的大分子物質如葉綠素、蛋白質、淀粉等較好降解轉化，造成青黃煙較多；或是煙葉烘烤變黃時間過長而呈現結構僵硬、不柔弱，烤后光滑煙比例較高[18-20]。因此煙葉烘烤變黃時間控制顯得十分重要，充分協調變黃和干燥是提高煙葉經濟性狀的關鍵環節。

煙葉評吸是評價煙葉品質最直接的方法[21]。研究結果表明不同部位煙葉以主變黃時間30～40 h感官評吸分數最高，變黃期是大分子物質降解的關鍵時期，相應酶活性高，煙葉中糖類及蛋白質等大分子物質可以被大部分水解酶充分降解轉化，生成大量的小分子物質如氨基酸、單糖等致香前體物，可顯著增加烤后煙葉香氣成分含量[22]；因為脂氧合酶是質體色素降解的關鍵酶在此階段最活躍，有利于煙葉質體色素的降解與轉化，減輕烤后煙葉含青現象[23]。

圖6 不同主變黃期時間與烤后煙葉感官質量關系擬合(葉尖變黃期時間為20 h)Fig.6 Relation fitting between different main yellowing time and sensory quality of flue-cured tobacco (leaf tip yellowing time for 20 hours)

目前，對烘烤變黃時間與煙葉質量關系的相關研究，均在設施環境中通過密集烤箱進行，與生產實際推廣的密集烤房或普通烤房差別較大，密集烤房裝煙密度大，空間狹小，煙葉性狀收縮受到阻礙，導致皺縮嚴重，上棚和底棚溫度差別可達2～3 ℃，最終煙葉變黃程度差異明顯[24]。因此，有關主變黃時間容差范圍的適應性需進一步驗證。

4 結 論

對烤煙品種K326不同烘烤變黃時間組合處理的實驗結果表明，通過烤后對煙葉經濟性狀和感官評吸質量的綜合評價，烘烤變黃時間70 h，以主變黃時間20～40 h容差的烘烤工藝，烤后的煙葉基本滿足工業可用性；并且初步得出，葉尖變黃時間10 h，不同部位煙葉在主變黃時間35～40 h容差感官質量相對較大；葉尖變黃時間20 h, 不同部位煙葉在主變黃時間30～35 h容差感官質量也相對較大。