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(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，烤房是煙葉烘烤的專用設(shè)備，我國煙葉烘烤普遍采用傳統(tǒng)的燃煤密集烤房[1]，但是傳統(tǒng)燃煤密集烤房存在耗費人工、燃煤效率低且烘烤過程中產(chǎn)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(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的大形勢下，新型能源烤房無疑是我國煙葉烘烤的發(fā)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(zhì)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(huán)境污染較小，也符合當前新形勢下節(jié)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(nèi)在品質(zhì)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(zhì)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(guī)化學成分、多酚、非揮發(fā)性有機酸、烤后煙葉經(jīng)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(shè)計

1.1.1 試驗設(shè)計 試驗于2016年7～10月于河南省平頂山市郟縣現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)科技園進行，試驗設(shè)5個處理，燃煤密集烤房、醇基燃料烤房、生物質(zhì)燃料烤房、熱泵烤房、太陽能烤房。烘烤所用品種均采用當?shù)刂髟云贩N中煙100，各烤房均按照“三段式”烘烤模式[1]。每個烤房處理設(shè)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(nèi)在質(zhì)量的分析。

1.1.2 烤房參數(shù) 5種烤房的具體參數(shù)信息見表1。

表1 不同類型烤房的相關(guān)參數(shù)

1.2 測定方法

煙葉主要化學成分采用AAⅢ型連續(xù)流動化學分析儀測定(德國BRAN+LUEBBE公司生產(chǎn))[10]；煙葉中的多酚類物質(zhì)按照煙草行業(yè)標準方法(YC/T 202—2006)測定[11]；煙葉非揮發(fā)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(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行差異性分析和相關(guān)描述統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同能源類型烤房烤后煙葉常規(guī)化學成分含量分析

煙草常規(guī)化學成分對烤煙煙氣特征和評吸質(zhì)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(guī)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(zhì)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(guī)化學成分指標基本都在優(yōu)質(zhì)烤煙化學成分適宜質(zhì)量分數(shù)要求范圍內(nèi)[13]，但太陽能烤房更為適宜，能滿足工業(yè)企業(yè)對烤煙原料質(zhì)量的要求。

表2 不同能源類型烤房烤后煙葉常規(guī)化學成分含量%

注：同列數(shù)據(jù)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(zhì)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(zhì)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(fā)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(fā)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(zhì)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(xiàn)出相似的規(guī)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(fā)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(fā)性有機酸含量mg/g

2.4 不同能源類型烤房烤后煙葉經(jīng)濟效益及烤房能耗情況

5種能源類型烤房烤后煙葉經(jīng)濟效益及能耗情況如表5所示，從烤后煙葉經(jīng)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(zhì)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(zhì)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(jīng)濟效益及烤房能耗情況

3 討論

就煙葉的內(nèi)在質(zhì)量來看，太陽能烤房、熱泵烤房烤后煙葉常規(guī)化學成分、生物堿、多酚含量整體優(yōu)于其他3種烤房，主要是由于煤、生物質(zhì)、醇基烤房燃料燃燒時會產(chǎn)生一定的滯后性，在烤房需要轉(zhuǎn)過升溫的過程中，需要添加的燃料在短時間內(nèi)燃燒慢，因而造成升溫速度較慢；烤房需要穩(wěn)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(chǎn)生不利影響；而太陽能烤房、熱泵烤房集成了現(xiàn)代電子技術(shù)的優(yōu)點，熱泵供熱精準易控，升溫及時，穩(wěn)溫平穩(wěn)，能在一定程度上提升煙葉的烘烤質(zhì)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(nèi)的環(huán)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(xiàn)恒溫恒濕控制[15]，為烤房內(nèi)部創(chuàng)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(zhì)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(nèi)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(zhì)能對煙草的香吃味和色澤產(chǎn)生影響，尤其是綠原酸、莨菪亭和蕓香苷，它們是構(gòu)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(nèi)強勁的通風設(shè)備能及時排出烤房內(nèi)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(yīng)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(jié)果一致。

煙葉中的有機酸分為揮發(fā)性有機酸和非揮發(fā)性有機酸，非揮發(fā)性有機酸能夠改善抽吸品質(zhì)，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(fā)性有機酸總量較高。蘋果酸含量在6種非揮發(fā)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(chǎn)物，兩種烤房在煙葉變黃后期能精準升溫定色，縮短轉(zhuǎn)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(jié)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(guān)，它能催化蘋果酸與草酰乙酸之間的可逆轉(zhuǎn)換[22]，由于兩種烤房能為酶代謝提供較為有利的溫濕度環(huán)境，因此能促進煙葉中有機酸含量的積累，提高煙葉品質(zhì)。

就烤后煙葉經(jīng)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(jié)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(zhì)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(zhì)燃料烤房，費用最高的是醇基燃料烤房。由于煤、生物質(zhì)、醇基燃料均屬于不可再生的能源，且煤和生物質(zhì)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(jié)能環(huán)保高效的前提下，太陽能烤房表現(xiàn)較好。

4 結(jié)論

綜合5種能源類型烤房烤后的煙葉品質(zhì)、經(jīng)濟效益及烤房的能耗情況來看，太陽能烤房指標均表現(xiàn)較好，在光、熱資源豐富的煙葉產(chǎn)區(qū)，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(huán)境有益的舉措。在考慮煙草行業(yè)發(fā)展大環(huán)境的情況下，對烤房進行改造升級，發(fā)展新能源烤房不失為一種煙草烘烤發(fā)展的新思路。