基于“翠碧1 號”品種煙葉典型力學特性的打葉復烤加工技術及應用

徐 波，姜煥元，范明登，陳義強，王銳亮，堵勁松，張玉海*

1. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2 號 450001

2. 福建中煙工業有限責任公司，福建省廈門市集美區濱水路298 號 361021

3. 福建省龍巖金葉復烤有限責任公司，福建省龍巖市坎市鎮福三北大路100 號 364120

“翠碧1 號”烤煙品種由福建省三明煙區于20世紀70 年代從“特字401”品種中選育而成，是全國煙草品種審定委員會認定推廣的烤煙良種［1］，屬清香型烤煙品種。因其特殊的栽培環境［2］和品種遺傳特性，“翠碧1 號”具有獨特的清香型煙葉質量風格特征［3］，已成為“南京”“蘇煙”“七匹狼”“中華”“黃山”等品牌的重要煙葉原料。但“翠碧1 號”煙葉在打葉復烤加工過程中存在大中片率尤其大片率較高、烤后片煙顏色變深較為明顯、質量風格特征變化較大等問題，這些問題嚴重影響了“翠碧1 號”煙葉的使用價值。

煙葉物理特性是其自身組織結構的一種直接反映［4］，煙葉力學特性是煙葉的物理特性之一，主要反映煙葉的內在質量、加工特性，并與打葉復烤過程的打葉除梗、制絲過程的切絲等密切相關，不同產地［5］和不同品種［6］的煙葉在力學特性方面存在較大差異。目前，借助質構儀已經建立了煙葉黏附力、剪切力、穿透力、拉力等主要力學特性指標的測定方法［7-9］。因此，通過對“翠碧1 號”煙葉力學特性分析，明確“翠碧1 號”煙葉典型力學特性，旨在為“翠碧1 號”煙葉打葉復烤加工參數制定、提高“翠碧1 號”煙葉使用價值提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 力學特性評價樣品

福建“翠碧1 號”品種煙葉：2014 年福建寧化、武夷山2 個產地C3F 以及2016 年福建寧化、武夷山、尤溪、泰寧、永安5 個產地B2F、C3F。

其他產地、品種煙葉：2014 年云南、河南、貴州、福建等產地云煙87、中煙100、K326 等品種C3F 以及 2016 年四川、云南、河南、貴州、湖南、福建等產地紅花大金元、云煙87、中煙100、K326 等品種B2F 和C3F 煙葉，具體見表1。

表1 “翠碧1 號”典型物理特性分析供試樣品Tab.1 Physical characteristics of test samples of cv.“CB-1”

1.1.2 打葉復烤試驗樣品

2017 年福建尤溪、泰寧、永安等產地“翠碧1號”上部煙葉和中部煙葉。

1.2 設備與儀器

TA.XTPlus 質構儀（英國Stable Micro System 公司）；PR-3K 恒溫恒濕箱（日本 Espec 公司）；DHG-9623A 電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏試驗設備有限公司）；AB304-S電子天平（感量：0.000 1 g，瑞士Metteler Toledo 公司）。

福建金葉復烤有限責任公司12 000 kg/h 打葉復烤生產線A 線。

1.3 方法

煙葉黏附力按照參考文獻［9］中的方法進行測定。煙葉剪切力、拉力等力學特性指標按照參考文獻［8］中的方法進行測定。感官質量采用方法［10］進行評價，評價小組由福建、江蘇、貴州等11家中煙工業有限責任公司的11人組成，并設組長1名，以上人員均具備省級工業公司評吸員資質。

2 結果與分析

2.1 “翠碧1 號”品種煙葉力學特性分析

2.1.1 “翠碧1 號”煙葉黏附力及差異性分析

不同產地、品種2014 和2016 年煙葉黏附力平均值及差異性分析結果見表2。由表2 可知：①從均值來看，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉黏附力為4.81 N，中部煙葉黏附力為4.78 N，2016 年“翠碧1號”上部煙葉黏附力為5.00 N，中部煙葉黏附力為4.89 N，均高于其他品種煙葉。②從差異性分析結果來看，福建不同產地“翠碧1 號”煙葉黏附力無顯著差異，“翠碧1 號”中部煙葉黏附力與其他品種中部煙葉無顯著差異，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉黏附力顯著高于貴州和福建其他品種煙葉，2016 年“翠碧1 號”上部煙葉黏附力顯著高于河南和貴州其他品種煙葉。

表2 2014 和2016 年煙葉樣品黏附力平均值及差異性分析結果①Tab.2 Results of average and difference analysis of viscidity of tobacco leaf samples in 2014 and 2016

2.1.2 “翠碧1 號”煙葉剪切力及差異性分析

不同產地、品種2014 和2016 年煙葉剪切力平均值及差異性分析結果見表3。由表3 可知：①從均值來看，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉剪切力為13.21 N，中部煙葉剪切力為10.67 N，2016 年“翠碧1號”上部煙葉剪切力為15.08 N，中部煙葉剪切力為11.96 N，均低于其他品種煙葉。②從差異性分析結果來看，福建不同產地“翠碧1 號”煙葉剪切力無顯著差異，“翠碧1 號”中部煙葉剪切力與其他品種中部煙葉無顯著差異，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉剪切力顯著低于四川、河南和貴州其他品種煙葉，2016 年“翠碧1 號”上部煙葉剪切力顯著低于河南和湖南其他品種煙葉。

表3 2014 和2016 年煙葉樣品剪切力平均值及差異性分析結果Tab.3 Results of average and difference analysis of shearing force of tobacco leaf samples in 2014 and 2016

2.1.3 “翠碧1 號”煙葉拉力及差異性分析

不同產地、品種2014 和2016 年煙葉拉力平均值及差異性分析結果見表4。由表4 可知：①從均值來看，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉拉力為5.15 N，低于其他煙葉均值，中部煙葉拉力為4.86 N。2016 年“翠碧1 號”上部煙葉拉力為6.32 N，中部煙葉拉力為5.17 N，高于其他品種煙葉。②從差異性分析結果來看，福建不同產地“翠碧1 號”煙葉拉力無顯著差異，“翠碧1 號”中部煙葉拉力與其他品種中部煙葉無顯著差異，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉拉力顯著低于云南、河南和福建其他品種煙葉，顯著高于貴州其他品種煙葉，2016 年“翠碧1 號”上部煙葉拉力顯著高于四川和貴州其他品種煙葉。

表4 2014 和2016 年煙葉樣品拉力平均值及差異性分析結果Tab.4 Results of average and difference analysis of tensile strength of tobacco leaf samples in 2014 and 2016

2.1.4 “翠碧1 號”煙葉穿透力及差異性分析

不同產地、品種2014 年和2016 年煙葉穿透力平均值及差異性分析結果見表5。由表5 可知：①從均值來看，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉穿透力為2.26 N，低于其他煙葉均值，中部煙葉穿透力為2.08 N。2016 年“翠碧1 號”上部煙葉穿透力為2.33 N，中部煙葉穿透力為2.16 N，高于其他品種煙葉。②從差異性分析結果來看，福建不同產地“翠碧1 號”煙葉穿透力無顯著差異，2014 年“翠碧1 號”上部煙葉和中部煙葉穿透力顯著高于貴州其他品種煙葉，2016 年福建泰寧“翠碧1 號”上部煙葉穿透力顯著高于其他品種煙葉，泰寧和永安“翠碧1 號”中部煙葉穿透力顯著高于四川和貴州其他品種煙葉。

表5 2014 和2016 煙葉樣品穿透力平均值及差異性分析結果Tab.5 Results of average and difference analysis of penetrability of tobacco leaf samples in 2014 and 2016

2.1.5 “翠碧1 號”煙葉典型力學特性

與其他品種煙葉相比，“翠碧1號”煙葉的黏附力、拉力和穿透力較大，剪切力較小，說明“翠碧1 號”煙葉具有油分較充足（黏附力較大）、韌性較強（拉力和穿透力較大），結構較疏松（剪切力較小）的典型力學特性。上述結果也與陳良元［11］和張燁［12］對“翠碧1 號”及其他煙葉葉片微觀結構的描述一致。

不同產地同一部位的“翠碧1 號”煙葉在力學特性上沒有顯著區別，但不同部位煙葉之間存在差異，上部煙葉各項力學特性指標均大于中部煙葉，其中上部煙葉的剪切力和拉力明顯大于中部煙葉，這一結果顯示“翠碧1 號”上部煙葉相比于中部煙葉油分較充足（黏附力較大）、韌性較強（拉力和穿透力較大）以及結構較為緊密（剪切力大）。

2.2 “翠碧1 號”煙葉打葉復烤加工技術

2.2.1 含水率對“翠碧1 號”煙葉打葉質量的影響

目前打葉復烤生產中，經過二潤之后煙葉的含水率為18%～21%，該含水率條件下煙葉力學特性指標均達到最大值［8］。鑒于“翠碧1 號”煙葉所具有的典型力學特性，在不改變其他打葉參數的條件下，設置了15.5%、17.0%和18.5%3 個二潤出口含水率進行打葉，打葉后片煙結構檢測結果見圖1。由圖1 可知，隨打葉含水率的增加，“翠碧1號”上部和中部煙葉大片率均呈下降趨勢，中片率呈增加趨勢，主要是在較低的打葉含水率條件下，“翠碧1 號”煙葉力學性能降低，進而提高了一打環節的撕葉率。中部煙葉小片率在二潤出口含水率為15.5%和17.0%條件下較小且差異不明顯，上部煙葉小片率在二潤出口含水率15.5%條件下較小，中部煙葉碎片率在二潤出口含水率15.5%條件下最小，上部煙葉碎片率變化不明顯。上述試驗結果表明，二潤出口含水率在15.5%～18.5%范圍內，“翠碧1 號”上部和中部煙葉打葉后片煙結構均能達到加工要求，結合打葉復烤生產線的設備性能，在保證熱風潤葉中原料潤透的前提下，“翠碧1 號”打葉含水率應控制在17.0%左右。

圖1 不同含水率煙葉打葉后片煙結構Fig.1 Strip structure of threshed tobacco leaves with different moisture contents

2.2.2 復烤溫度對“翠碧1 號”復烤質量的影響

在不改變其他干燥區熱風溫度的條件下，干燥二區設置85、80、75、70、65、60 ℃共5 個試驗熱風溫度進行復烤，烤后片煙感官質量評價結果見圖2 和圖3。由圖2 和圖3 可知，上部煙葉在熱風溫度為75 ℃時香氣質較好、香氣量較足、濃度較大、煙氣較為細膩，干燥感較弱，余味較為舒適。中部煙葉在熱風溫度為75 ℃和70 ℃時香氣質較好，香氣量較足、濃度較大，煙氣較為細膩、干燥感較弱，余味較為舒適。結果表明，干燥區熱風溫度在65～85 ℃范圍內，中部煙葉在70 ℃復烤時，烤后煙葉整體感官質量最佳；上部煙葉在75 ℃復烤時多項感官指標最佳，70 ℃復烤時部分感官指標最佳。從保證煙葉復烤質量以及打葉復烤企業節能減排的角度出發，煙葉復烤溫度設定為70 ℃較為合理。

2.3 “翠碧1 號”品種煙葉打葉復烤加工技術及生產驗證

2.3.1 打葉復烤關鍵工藝參數設定

基于“翠碧1 號”煙葉具有油分較充足（黏附力較大）、韌性較強（拉力和穿透力較大）以及結構較為疏松（剪切力較小）的典型力學特性，結合福建金葉復烤有限責任公司12 000 kg/h 打葉復烤生產線A 線工藝流程及設備性能，建立以“低含水率打葉、低強度復烤”為核心的“翠碧1 號”品種煙葉打葉復烤加工技術。該技術將“翠碧1 號”不同部位煙葉一潤出口含水率由17.0%下調為16.5%，二次熱風潤葉出口含水率由18.5%統一下調為17.0%，熱風潤葉段二次熱風潤葉方式由“水+蒸汽”調整為“蒸汽”，片煙復烤段干燥一區和四區熱風溫度分別下調10 ℃，干燥二區、三區、五區熱風溫度分別下調5 ℃，單區最高溫度不超過70 ℃，復烤段各干燥區熱風溫度總和由365 ℃降低至330 ℃，關鍵工藝參數設定見表6。

圖2 上部煙葉復烤后感官質量Fig.2 Sensory quality of redried upper leaves

圖3 中部煙葉復烤后感官質量Fig.3 Sensory quality of redried middle leaves

表6 “低含水率打葉、低強度復烤”技術應用前后打葉復烤加工技術關鍵工藝參數Tab.6 Key technological parameters of threshing and redrying before and after application of“low moisture content threshing and low intensity redrying”technology

2.3.2 生產驗證

2.3.2.1 片煙結構

“低含水率打葉、低強度復烤”技術應用前后，“翠碧1號”上部煙葉和中部煙葉打后片煙結構檢測結果見表7。由表7可知，“低含水率打葉、低強度復烤”技術應用后，上部和中部煙葉的大片率分別降低1.9百分點和2.4百分點；中片率分別提高1.3百分點和3.3百分點；碎片率分別降低0.2百分點和0.1百分點。

表7 “低含水率打葉、低強度復烤”技術應用前后煙片結構檢測結果Tab.7 Test results of strip structure before and after application of“low moisture content threshing and low intensity redrying”technology

2.3.2.2 經濟效益指標

“低含水率打葉、低強度復烤”技術應用前后，“翠碧1 號”片煙出片率、成品綜合得率檢測結果見表8。由表8 可知，“翠碧1 號”上部煙葉出片率由“低含水率打葉、低強度復烤”技術應用前的73.44%提高到應用后的73.83%，成品綜合得率由93.53%提高到93.74%；中部煙葉出片率由技術應用前的68.18%提高到應用后的68.22%，成品綜合得率由93.75%提高到94.33%。

表8 技術應用前后出片率、產品綜合得率檢測結果Tab.8 Test results of strip yield and comprehensive product yield before and after application of technology

3 結論

（1）“翠碧1 號”煙葉力學特性與其他產地其他品種相同部位的煙葉有較大區別，尤其是相對四川紅大、河南中煙100 和貴州云煙87 煙葉而言，“翠碧1 號”具有油分較充足（黏附力較大）、韌性較強（拉力和穿透力較大）以及結構較為疏松（剪切力較小）的典型力學特性；不同部位“翠碧1 號”煙葉之間的力學特性也有區別，“翠碧1 號”上部煙葉的穿透力、拉力、剪切力均高于中部煙葉。

（2）通過打葉含水率和復烤溫度試驗發現“翠碧1 號”煙葉在試驗設定的15.5%～18.0%二潤出口含水率范圍內，打后片煙結構均可滿足加工要求，并在70～75 ℃單區最高熱風溫度范圍內復烤后煙葉感官質量最優。在兼顧復烤質量和企業節能減排的基礎上，“翠碧1 號”煙葉打葉復烤二潤出口含水率不宜高于17.0%，復烤單區最高熱風溫度不宜超過75 ℃。

（3）結合打葉復烤生產線的工藝流程及設備性能，建立了以“低含水率打葉、低強度復烤”為核心的“翠碧1 號”品種煙葉打葉復烤加工技術：二潤出口含水率下調1.5 百分點至17.0%，二潤加水方式改為純蒸汽，復烤單區熱風溫度上限設置為70 ℃，復烤段各干燥區熱風溫度總和降低35 ℃。生產驗證表明，使用改進后的打葉復烤工藝后，“翠碧1 號”煙葉打后煙片結構均勻性得到優化：上部和中部煙葉的大片率分別降低1.9 百分點和2.4 百分點；中片率分別提高1.3 百分點和3.3 百分點；碎片率分別降低0.2 百分點和0.1 百分點；出片率分別提高0.39 百分點和0.04 百分點；成品綜合得率分別提高0.21 百分點和0.58 百分點。