楊 樹(shù) 勛

（甘肅省煙草公司隴南市公司，隴南746000）

煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物。目前，我國(guó)烤煙年產(chǎn)量維持在150萬(wàn)噸左右。煙草生產(chǎn)與其它經(jīng)濟(jì)作物相比具有技術(shù)含量高、煙農(nóng)不易掌握等特點(diǎn)。在煙草生產(chǎn)過(guò)程中，煙葉烘烤勞動(dòng)強(qiáng)度大，技術(shù)難以全面掌握，成為煙葉生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。煙葉烘烤學(xué)是煙草學(xué)的重要組成部分，是煙草生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，是烤煙生產(chǎn)中決定品質(zhì)、產(chǎn)量和可用性的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一方面，鮮煙葉必須經(jīng)過(guò)烘烤過(guò)程的轉(zhuǎn)化其優(yōu)良品質(zhì)才能表現(xiàn)出來(lái)；另一方面，相同質(zhì)量的鮮煙葉以不同的工藝烘烤，能得到不同外觀和內(nèi)在質(zhì)量的干煙葉。烘烤工藝直接影響煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入、卷煙工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益［1］。由此可見(jiàn)，烘烤在煙葉質(zhì)量及烤煙生產(chǎn)中的重要性。

煙葉烘烤原理是煙葉烘烤的基本科學(xué)規(guī)律，以自然科學(xué)為基礎(chǔ)，在大量觀察、實(shí)踐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)歸納、概括而得出。烘烤工藝是煙葉烘烤的具體方法或技術(shù)，是烘烤原理的體現(xiàn)，其目的就是要最大限度地顯露和發(fā)揮煙葉在農(nóng)藝過(guò)程中形成和積累起來(lái)的質(zhì)量潛勢(shì)，實(shí)現(xiàn)烤黃、烤香。由于世界各煙葉產(chǎn)區(qū)的自然環(huán)境以及人們認(rèn)知的差異，各煙葉產(chǎn)區(qū)的烘烤工藝各不相同。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)煙葉烘烤原理及工藝的研究，在國(guó)內(nèi)外一直深受重視。筆者根據(jù)人類(lèi)對(duì)煙草烘烤的認(rèn)知程度和烘烤方式對(duì)煙葉烘烤過(guò)程進(jìn)行了階段劃分，對(duì)煙葉烘烤發(fā)展各階段取得的理論與技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。

從遠(yuǎn)古到現(xiàn)代，煙草幾乎與人類(lèi)相伴而行，隨著人類(lèi)發(fā)展而發(fā)展，在這個(gè)過(guò)程中人類(lèi)對(duì)煙草認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深、由表及里、從現(xiàn)象到本質(zhì)的過(guò)程，烘烤理論與技術(shù)也得到了不斷發(fā)展和進(jìn)步。

1 陽(yáng)光干燥階段

人們普遍認(rèn)為煙草最早起源于美洲。考古發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)尚處于原始社會(huì)時(shí)，煙草就進(jìn)入到美洲居民的生活中。人們?cè)诓杉澄飼r(shí)，無(wú)意識(shí)地摘下一片植物葉片咀嚼，因其具有很強(qiáng)的刺激性，有恢復(fù)體力和提神提勁的作用，于是便經(jīng)常采來(lái)咀嚼，逐漸成為一種嗜好。15世紀(jì)，美洲印第安人開(kāi)始種植煙草。有探險(xiǎn)家對(duì)當(dāng)時(shí)印第安人制作煙草的過(guò)程進(jìn)行了記述，“他們把煙草放在太陽(yáng)底下曬干，掛在牛皮做的小袋子里，把煙草揉成碎末安放在一只中空的石頭或者是木頭管子的一端，點(diǎn)上火，在另一端便用嘴深深地呼吸，使得體內(nèi)完全充滿(mǎn)了煙，直到從他們的嘴和鼻孔里冒出為止，就像煙囪里噴出來(lái)的煙一樣?！保?］這是最早對(duì)煙葉加工的記述。

這一階段人類(lèi)利用陽(yáng)光對(duì)煙葉進(jìn)行自然加工干制，非常簡(jiǎn)單，僅僅是一個(gè)干制過(guò)程，說(shuō)明人類(lèi)對(duì)煙草的認(rèn)識(shí)和利用處在初始階段。

2 簡(jiǎn)單加工階段

隨著社會(huì)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)煙草的需求不斷擴(kuò)大，利用陽(yáng)光自然干燥煙葉的方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足人類(lèi)的需要，人們開(kāi)始利用火對(duì)煙葉進(jìn)行干燥。人類(lèi)對(duì)煙葉進(jìn)行烘烤加工已有500多年的歷史。在哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸以前，土著印地安人就使用明火烤煙。其方法比較簡(jiǎn)單，將收獲的整株煙株懸掛在屋內(nèi)，地面上點(diǎn)燃木塊木屑，產(chǎn)生濃烈的煙氣通過(guò)煙葉間隙，使煙葉逐漸干燥［3］。

這一階段人類(lèi)開(kāi)始能動(dòng)地利用火的加熱作用對(duì)煙葉進(jìn)行干燥加工，收獲的煙葉不會(huì)因天陰下雨而腐爛，擺脫了天氣因素的影響。但人類(lèi)對(duì)煙草的認(rèn)識(shí)和利用總體上還處于原始認(rèn)識(shí)、原始生產(chǎn)、原始使用時(shí)期，還沒(méi)有理論及技術(shù)，就是簡(jiǎn)單的烤干。

3 經(jīng)驗(yàn)（簡(jiǎn)單火管）烘烤階段

1839年美國(guó)北卡羅來(lái)納州卡爾維爾（Caswell）縣阿比斯亞·斯拉德農(nóng)場(chǎng)發(fā)明了與現(xiàn)代烘烤方法相近的火管烤煙。他們用木炭代替濕木頭，以很小的火力烤制，得到了色澤黃亮的煙葉，而且香氣更好［3］。他們對(duì)這一方法進(jìn)行了總結(jié)完善，也認(rèn)識(shí)到煙葉成熟度、烤房?jī)?nèi)溫度、通風(fēng)、排濕的重要性。

這一階段，人類(lèi)總結(jié)建造了具有基本功能的專(zhuān)門(mén)的煙葉烤房，將加熱室與裝煙室隔離開(kāi)來(lái)，從熏烤上升到烘烤，對(duì)煙葉成熟度、烤房?jī)?nèi)溫度、通風(fēng)、排濕的作用有了初步的認(rèn)識(shí)。人類(lèi)通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)出了對(duì)煙葉進(jìn)行烘烤加工的經(jīng)驗(yàn)，但沒(méi)有形成烘烤理論，也沒(méi)有定量的、定性的技術(shù)指標(biāo)，只是憑經(jīng)驗(yàn)、憑感覺(jué)烤煙，技術(shù)很難掌握，烘烤質(zhì)量得不到保障。

4 技術(shù)烘烤階段

1872年美國(guó)北卡羅來(lái)納州首次出現(xiàn)暖氣管供熱烤煙，人類(lèi)對(duì)煙葉烘烤的技術(shù)上升到一個(gè)新水平，經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐、歸納，總結(jié)出一套煙葉烘烤理論和與之相對(duì)應(yīng)的煙葉烘烤工藝。主要表現(xiàn)在：

一是烘烤設(shè)備不斷得到改進(jìn)提高，出現(xiàn)了氣流上升式烤房和氣流下降式烤房，烤房的建造進(jìn)一步規(guī)范，有了系統(tǒng)完善的圍護(hù)、加熱、排濕系統(tǒng)，并將干濕球溫度計(jì)應(yīng)用于烘烤，對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行定量化控制。

二是總結(jié)制定出了適合不同品種、不同地域、不同部位的煙葉烘烤工藝。比較典型的有美國(guó)菲莫煙葉烘烤方法、日本煙葉烘烤方法、津巴布韋煙葉烘烤方法，中國(guó)多階梯烘烤方法、五階梯烘烤方法、三階梯烘烤方法、雙低烘烤方法。在中國(guó)影響最大、使用最廣泛的是三段式烘烤工藝。這些工藝要點(diǎn)基本相似：烘烤過(guò)程大體分變黃期、定色期、干筋期三個(gè)階段，變黃期控制烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度（干球溫度）32～44℃、烤房?jī)?nèi)的環(huán)境濕度（濕球溫度）32～37℃，烤到煙葉基本變黃；定色期控制烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度（干球溫度）45～54℃、烤房?jī)?nèi)的環(huán)境濕度（濕球溫度）37～39℃，烤到葉片全干；干筋期控制烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度（干球溫度）56～70℃、烤房?jī)?nèi)的環(huán)境濕度（濕球溫度）39～42℃，烤到煙筋全干［4］。

三是使用液體、氣體、固體、太陽(yáng)能、電能等能源替代木炭。

四是研究人員對(duì)煙葉烘烤過(guò)程中煙葉外觀的變化，煙葉內(nèi)主要化學(xué)成分、色素、酶的變化，各種致香物質(zhì)形成與化學(xué)特性，以及煙葉外觀與煙葉內(nèi)在質(zhì)量之間的關(guān)系等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，煙葉質(zhì)量得到極大提升。特別是自1960年美國(guó)北卡羅來(lái)納州成功研制出密集烘烤設(shè)備以來(lái)，煙葉烘烤水平得到了極大提升。

目前，密集烤房成為國(guó)際上煙葉烘烤設(shè)備的主流。20世紀(jì)末期中國(guó)先后從國(guó)外引進(jìn)了密集烤房及煙夾，但因密集烘烤工藝技術(shù)沒(méi)有突破，烘烤效果不理想，認(rèn)為“國(guó)內(nèi)的煙葉素質(zhì)與國(guó)外不同，不適合高密度夾煙的密集烘烤”。本世紀(jì)初中國(guó)加強(qiáng)了密集烤房的研究和建設(shè)，國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局制定了《密集式烤房建設(shè)技術(shù)規(guī)范Q／GDYY 019-2011》，將密集式烤房建設(shè)進(jìn)行了規(guī)范統(tǒng)一［5］，比較有代表性的有遼寧海地升、江蘇科地、鄭州容大等密集烤房，但仍采用傳統(tǒng)的手工綁煙，掛竿烘烤。隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)化烘烤的發(fā)展，密集烘烤中掛竿裝煙技術(shù)的一些問(wèn)題，如用工多、耗能大等逐漸表現(xiàn)出來(lái)。各煙區(qū)針對(duì)這些問(wèn)題，在改進(jìn)裝煙技術(shù)及密集烤房設(shè)備和密集烘烤工藝方面開(kāi)展了大量的研究，在借鑒國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用煙夾、煙筐等裝煙技術(shù)，取得了一定的效果。2003年貴州省遵義散葉式堆積烤房試驗(yàn)成功。謝已書(shū)等［6］報(bào)道了散葉密集烤房裝煙容量大、操作簡(jiǎn)便、溫濕度控制靈敏、降本增效等優(yōu)點(diǎn)。貴州的智能化散葉密集烤房烘烤技術(shù)由此在全國(guó)進(jìn)行試驗(yàn)推廣。由于烘烤操作技術(shù)要求高，葉片易倒伏，常導(dǎo)致局部烤不干、燙片、烤后光滑葉、化學(xué)成分不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象，示范效果不佳。各地的煙夾和煙筐裝煙技術(shù)雖然可以一定程度上解決散葉堆放裝煙存在的問(wèn)題，但其配套的裝煙具成本較高，烤后煙葉質(zhì)量不高，難以被市場(chǎng)接受。因此，國(guó)內(nèi)的密集烤房仍采用傳統(tǒng)的手工綁煙，掛竿烘烤，煙農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度沒(méi)有根本改變［7，8］。

這一階段人類(lèi)以現(xiàn)代物理學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)、氣象學(xué)以及許多邊緣學(xué)科知識(shí)為手段，對(duì)煙草烘烤的認(rèn)識(shí)逐漸提高，建立了一套從烤房標(biāo)準(zhǔn)化建造、成熟采收、分類(lèi)編煙裝煙、煙葉烘烤過(guò)程中烘烤供熱、煙葉干燥等理論。特別是對(duì)煙葉烘烤過(guò)程中生理生化反應(yīng)、煙葉內(nèi)在質(zhì)量的形成、煙葉變黃規(guī)律、煙葉變褐機(jī)理進(jìn)行了深入研究，對(duì)影響煙葉烘烤質(zhì)量的各項(xiàng)外部條件（烤房溫度、濕度、通風(fēng)）研究也非常深入，形成了一套系統(tǒng)完整的煙葉烘烤理論和技術(shù)體系［9，10］，對(duì)中國(guó)煙葉烘烤技術(shù)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。

經(jīng)過(guò)以上幾個(gè)階段的發(fā)展，煙葉烘烤仍有幾個(gè)問(wèn)題未能有效解決：一是烘烤過(guò)程中煙葉的變化及其產(chǎn)生的根本原因；二是影響煙葉變黃的核心要素及其作用機(jī)理；三是國(guó)內(nèi)的煙葉如何實(shí)現(xiàn)真正的密集烘烤；四是是否有通用的、適合不同品種、地域、裝煙密度的煙葉烘烤理論與技術(shù)。已有的烘烤理論沒(méi)有提煉出煙葉變黃的核心要素，沒(méi)有揭示出煙葉變黃的本質(zhì)，不能回答煙葉烘烤的基本問(wèn)題，沒(méi)有將烘烤實(shí)踐上升到科學(xué)的高度，因而不具備普遍適用性，也無(wú)法解決密集烘烤的問(wèn)題。因此，目前的烘烤理論和技術(shù)仍沒(méi)有實(shí)質(zhì)性突破，還不是嚴(yán)格意義上的烘烤科學(xué)。

5 科學(xué)烘烤階段

2008年楊樹(shù)勛提出以煙葉組織溫度、煙葉含水量、葉內(nèi)水分動(dòng)態(tài)（流動(dòng)性）為核心的煙葉烘烤理論及工藝，并獲得了《密集型烤房的煙葉烘烤方法》的發(fā)明專(zhuān)利［11］，從而開(kāi)啟了煙葉烘烤的科學(xué)階段。

該理論提出，煙葉葉片要經(jīng)歷葉芽發(fā)生—旺盛成長(zhǎng)—生理成熟—衰老—死亡五個(gè)階段，這是生物學(xué)的基本規(guī)律［14］。煙葉烘烤變黃過(guò)程實(shí)際是葉片衰老死亡的過(guò)程，其符合植物葉片衰老的一般規(guī)律，是一個(gè)高度有序的被調(diào)控的過(guò)程，同時(shí)受環(huán)境因素的影響與誘導(dǎo)［15］。因此，對(duì)煙葉烘烤比較準(zhǔn)確的表述應(yīng)該是：煙葉烘烤是利用葉片衰老死亡的生物學(xué)屬性，將田間采收的煙葉在烤房?jī)?nèi)通過(guò)人為調(diào)控環(huán)境因素使煙葉組織內(nèi)部處于最佳的衰老死亡條件下，促使煙葉進(jìn)一步衰老、變黃、干制的過(guò)程。隨著葉片的衰老，葉內(nèi)大分子有機(jī)物（葉綠素、淀粉、蛋白質(zhì)等）降解、消耗、轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生對(duì)品質(zhì)有用的糖、氨基酸、芳香類(lèi)物質(zhì)，當(dāng)接近最佳品質(zhì)要求時(shí)迅速使煙葉脫水干燥，抑制其衰老以致終止生理生化反應(yīng)，停止葉片衰老死亡的進(jìn)程，將生產(chǎn)和烘烤過(guò)程中形成的優(yōu)良品質(zhì)固定下來(lái)。煙葉組織溫度、煙葉含水量、葉內(nèi)水分動(dòng)態(tài)（流動(dòng)性）是煙葉烘烤變黃的核心要素，而烤房?jī)?nèi)溫度、濕度等只是表象。

同時(shí)，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上歸納出煙葉烘烤變黃的四組關(guān)鍵控制指標(biāo)。一是溫度。溫度包括烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度、代表著濕度的濕球溫度和煙葉組織溫度。在煙葉烘烤過(guò)程中不但要將烤房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度和濕球溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，最關(guān)鍵的是要將煙葉組織溫度控制在適宜的范圍內(nèi)。煙葉組織溫度是煙葉烘烤的核心控制指標(biāo)，變黃期和定色期濕煙葉的組織溫度必須控制在適宜葉片衰老的生理生化變化范圍之內(nèi)，煙葉變黃速度以及煙葉變黃后的變褐速度直接受煙葉組織溫度的影響。煙葉組織溫度過(guò)低變黃速度就慢，煙葉組織溫度過(guò)高就會(huì)燒壞煙葉，出現(xiàn)蒸片、發(fā)生棕色化反應(yīng)。在變黃期濕煙葉的組織溫度控制在32～37℃，以34～36℃為適宜范圍。在定色期濕煙葉的組織溫度在34～38℃，煙葉小卷筒前不超過(guò)38℃。在干筋期葉片細(xì)胞已死亡、葉片已基本干燥，煙葉組織溫度會(huì)迅速接近干球溫度，煙葉組織溫度也失去了其作用。二是適宜的水分。煙葉變黃需要適宜的含水量，水分的作用是媒介作用和直接參與作用，煙葉內(nèi)含物質(zhì)水解和酶促過(guò)程沒(méi)有水分參與就不可能發(fā)生，必須在適宜的水分條件下進(jìn)行［16］。一般鮮煙葉水分過(guò)多，在烘烤前期讓煙葉失去多余的水分，使煙葉適度凋萎造成葉內(nèi)水分脅迫環(huán)境，能夠提高煙葉變黃的速度［16，17］。三是失水速度。在煙葉烘烤過(guò)程中，各個(gè)時(shí)期都要保持一定的失水速度。變黃期失水速度在2.5～4.5 g/（kg·h），這與底物與酶活性點(diǎn)的結(jié)合速率相協(xié)調(diào)，同時(shí)與煙葉呼吸產(chǎn)生的水分及煙筋內(nèi)的水分通過(guò)維管束向葉片的擴(kuò)散能力相關(guān)聯(lián)，達(dá)到既增加流動(dòng)性、保持葉內(nèi)水分脅迫環(huán)境，又能使葉片的含水量保持在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)逐漸減少的目的。在煙葉基本變黃后即變黃后期（41～43℃）延長(zhǎng)烘烤時(shí)間，加快失水，失水速度控制在5～7 g/（kg·h），讓煙葉達(dá)到充分凋萎、主脈發(fā)軟的程度，可以消除青煙，防止棕色化反應(yīng)的發(fā)生，還可以縮短定色干筋期的時(shí)間。在定色期失水速度控制在9～12 g/（kg·h），如失水過(guò)慢，定色期過(guò)長(zhǎng)，大量香氣原始物質(zhì)被消耗，形成的香氣物質(zhì)就少；如失水過(guò)快，一方面香氣原始物質(zhì)脫水縮合形成的香氣物質(zhì)少，香氣量不足，另一方面香氣原始物質(zhì)剩余量較多，烤后煙葉香氣質(zhì)欠純。此時(shí)，隨著煙葉水分排出，煙葉含水量減少，限制了酶的活性，使葉內(nèi)生化變化逐漸減弱，直至終止，從而將煙葉顏色固定下來(lái)。在干筋期失水速度控制在3～7 g/（kg·h），如溫度高、風(fēng)量大，失水速度過(guò)快可使部分香氣物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化及揮發(fā)，香氣量減少，而且煙葉色淡［14，15］。四是組織溫度與失水速度的協(xié)調(diào)。在煙葉烘烤過(guò)程中煙葉組織溫度與失水進(jìn)程必須協(xié)調(diào)。在煙葉變黃后煙葉達(dá)到充分凋萎、主脈發(fā)軟（失水30%）前組織溫度不超過(guò)37℃，煙葉小卷筒（失水50%）前煙葉組織溫度不宜超過(guò)38℃，要水、溫同步，否則就可能發(fā)生棕色化反應(yīng)，煙葉變褐，質(zhì)量下降［9，10］。

以煙葉組織溫度、煙葉含水量、葉內(nèi)水分動(dòng)態(tài)（流動(dòng)性）為核心的煙葉烘烤理論及工藝揭示了煙葉烘烤的內(nèi)在機(jī)理，提煉出了煙葉變黃的核心要素，使煙葉烘烤技術(shù)簡(jiǎn)單化，烘烤理論系統(tǒng)化，有效解決了高密度煙葉烘烤問(wèn)題，具有普遍適用性。

6 展望

簡(jiǎn)單是終極的復(fù)雜，追求簡(jiǎn)單是人類(lèi)的本性。操作越簡(jiǎn)單的設(shè)備其內(nèi)部結(jié)構(gòu)越科學(xué)，對(duì)性能的要求越高。煙葉烘烤要降低勞動(dòng)強(qiáng)度、簡(jiǎn)化操作流程、適應(yīng)煙區(qū)勞動(dòng)力不足、知識(shí)水平低的現(xiàn)狀，就必須以科學(xué)的煙葉烘烤原理為基礎(chǔ)。要根據(jù)煙葉烘烤變黃的核心要素，利用模糊數(shù)學(xué)、控制論、植物信號(hào)傳遞物質(zhì)、熱泵、感官分析、基因編輯等技術(shù)，在設(shè)計(jì)烘烤設(shè)備及工藝時(shí)化繁就簡(jiǎn)，讓煙農(nóng)操作起來(lái)得心應(yīng)手，真正實(shí)現(xiàn)烘烤的輕簡(jiǎn)化、智能化。