密集烘烤过程中烤烟叶片水分、电特性和叶间风速变化的研究

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为优化烤烟密集烘烤工艺提供科学依据,探索智能化密集烘烤控制器的检测指标及烟叶等级评定的仪器化指标,采用在密集烘烤过程中的关键温度点取样和定时测定烤房烟叶间风速的方法,研究了烟叶叶片水分及其电特性的变化规律;烟叶叶片水分及其电特性与其组织结构、颜色参数、色素、主要化学成分、叶片形态和叶质重之间的关系;烟叶叶片电容值与烟叶等级之间的关系;密集烘烤过程中烟叶间风速的变化规律。主要研究结果如下:1.烟叶叶片水分的动态变化及其与烟叶叶片理化性质的关系密集烘烤过程中,烟叶叶片水分的散失与烘烤进程关系密切,变黄期、定色期和干筋期其失水量的比重分别为40.27%、56.31%和3.42%;定色期的失水速度最大,达到3.44%/℃,变黄期的失水速度次之,为2.46%/℃,干筋期的失水速度最小,仅为0.18%/℃。密集烘烤过程中,烟叶叶片的含水量与其叶厚、上表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、正面L~*、正面a~*、反面L~*、反面a~*、H、叶绿素a含量、叶绿素b含量、β-胡萝卜素含量、叶黄素含量、新黄质含量、淀粉含量、总氮含量、蛋白质含量、纤维素含量、总糖含量、还原糖含量、纵向收缩率、横向收缩率、面积收缩率、厚度收缩率和叶质重之间存在极显著的相关性,其相关系数依次为0.969、0.955、0.954、0.934、-0.946、-0.976、-0.834、-0.968、0.950、0.833、0.851、0.984、0.924、0.951、0.810、0.902、0.945、0.900、-0.880、-0.818、-0.983、-0.971、-0.990、-0.974和0.949;烟叶叶片的含水量与其紫黄质含量、石油醚提取物含量、可溶性果胶含量之间的相关性达到显著水平,其相关系数依次为0.794、-0.793、-0.758;烟叶叶片的含水量与其正面b~*、反面b~*、C、总果胶含量之间的相关性不显著。烟叶叶片水分与其叶质重之间的数学模型为线性方程:Y2叶质重=0.0102+0.0002X含水量(R=0.901)。2.烟叶叶片电容的最优测定方式与频率以拟合方程检验值R~2较大且频率较低的1K Hz频率(R~2=0.9875)作为测定烟叶叶片电容值的最优测试频率,其次依次为10K Hz、100K Hz。当测定频率为1K Hz时,并联方式拟合方程检验值R~2(为0.9875)大于串联方式拟合方程检验值R~2(为0.9846),因此,确定并联方式1K Hz频率作为烟叶叶片电容值的最优测定方式和频率。3.烟叶叶片电特性的变化规律及其与烟叶叶片理化性质的关系随着密集烘烤过程的进行,烟叶叶片生理电容值逐渐减小,与其含水量的数学模型为:Y2电容值=1.685+0.020X含水量(R=0.938),两者之间的相关系数为0.969(P<0.01);而烟叶叶片的生理电阻值随着密集烘烤的推进而逐渐增大,其中在42℃后急剧增大,而在54℃之后则非常大以至无限大,与其含水量的数学模型为:Y电阻值=1716.893-80.649X含水量+1.259X含水量~2-0.006X含水量~3(R~2=0.714),两者之间的关系为负相关(r=-0.845)且达到显著水平。密集烘烤过程中,烟叶叶片电容值与其厚度、上表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、正面L~*、正面a~*、反面L~*、反面a~*、H、叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素、叶黄素、新黄质、紫黄质、淀粉、总氮、蛋白质、纤维素、总糖、还原糖、可溶性果胶、纵向收缩率、横向收缩率、面积收缩率、厚度收缩率和叶质重之间的相关性达到了极显著水平,其相关系数依次为0.991、0.973、0.993、0.980、-0.981、-0.924、-0.876、-0.915、0.863、0.885、0.903、0.938、0.938、0.967、0.856、0.861、0.855、0.897、0.890、-0.916、-0.865、-0.870、-0.992、-0.930、-0.974、-0.986和0.945;烟叶叶片电容值与其反面b*、C、石油醚提取物之间存在显著的相关性,其相关系数依次为-0.695、-0.727、-0.771;烟叶叶片电容值与其正面b*、总果胶的相关性不显著。烟叶的叶质重越大,相应的叶片电容值就越大,两者之间的数学模型为线性方程:Y2电容值=0.660+107.053X叶质重(R=0.893)。密集烘烤过程中,烟叶叶片电阻值与其H、石油醚提取物之间的相关性达到极显著水平,其相关系数分别为-0.917、0.957,与其正面a*、反面a*、β-胡萝卜素、总氮、蛋白质、横向收缩率和面积收缩率之间存在着显著的相关性,其相关系数分别为0.834、0.817、-0.835、-0.767、-0.766、0.868、0.806,而与其他理化指标之间的相关性均不显著。4.烟叶等级与其电特性的关系随着烟叶着生部位的升高,叶片的电容值随之增大;在颜色组和光滑叶组中,红棕色组叶片电容值最大,光滑叶组次之,之后依次是微带青组、杂色组、橘黄色组、柠檬黄色组和青黄烟组;在同一组内,烟叶等级越高,其叶片电容值越大。5.烟叶叶片电特性的影响因素及影响规律密集烘烤过程中,在48℃前,烟叶成熟度越好,其叶片电容值越低,而在48℃后,由于烘烤等因素的影响,烟叶叶片的电容值依次为尚熟>适熟>未熟,整个烘烤过程中过熟的烟叶电容值最低;烟叶晾的时间越长,其叶片的电容值也就相应的越低;烤烟品种对38℃前叶片的电容值影响较大,对38℃之后叶片的电容值影响较小;在烘烤前期,风机频率越大,相应的烟叶叶片电容值越小;烘烤前期风机频率对烟叶叶片电容值的影响程度大于烘烤后期;整个烘烤过程中风机频率越大,造成最终烟叶叶片的电容值越大。密集烘烤过程中,烟叶成熟度越高,其叶片电阻值越大;烟叶晾的时间越长,其电阻值就相应地越大;烤烟品种对38℃前叶片的电阻值影响较大,对38℃之后叶片的电阻值影响较小;在烘烤前期,风机频率越大,烟叶叶片的电阻值越大;烘烤后期风机频率对烟叶叶片电阻值的影响程度大于烘烤前期;整个烘烤过程中风机频率越大造成最终烟叶叶片的电阻值也就越大。6.密集烘烤过程中烟叶间风速的变化密集烤房内同一平面不同位点风速指标值的差异较小,可以被视为均匀一致,密集烤房能够保证装烟室同一层烟叶整体上均处于同样的变色、干燥环境下,从而能够在理论上保证其烟叶相同的烘烤质量。对于气流上升式密集烤房,针对不同烤房层面而言,变黄阶段、定色阶段和干筋阶段的底层风速最大,分别为0.2738m/s、0.3450m/s、0.3804m/s,三个阶段的中层风速次之,分别为0.1963m/s、0.2458m/s、0.2819m/s,烘烤过程中顶层风速最小,分别为0.1596m/s、0.1971m/s、0.2793m/s,烤房底层烟叶间风速值与中层、顶层的差异在干筋期均达到显著性水平,而在变黄期均达到极显著水平,底层与中层烟叶间的风速值在定色期达到显著性水平,底层与顶层烟叶间的风速值在定色期达到差异极显著,而在整个烘烤过程中中层和顶层叶间风速值均差异不显著;针对不同烘烤阶段而言,烤房底层、中层和顶层烟叶间的风速在变黄期最小,定色期和干筋期的风速依次增大;变黄期烤房底层和中层的风速与干筋期的风速均差异显著,且顶层达到差异极显著;变黄期各层与定色期的差异不显著;定色期顶层风速与干筋期差异达到极显著水平,而定色期中层和底层的风速均与干筋期差异不显著。随着烘烤的进行,烤房顶层烟叶间风速的变化较中层、底层更为复杂;就烘烤各阶段而言,变黄期和定色期对烤房内部风速变化的影响较干筋期更显著。综上所述,在密集烘烤过程中:1)变黄期和定色期烟叶叶片的失水量占失水总量的95%以上,变黄期和定色期烟叶叶片的失水速度远远大于干筋期,烟叶叶片水分与其组织结构、颜色参数、色素、主要化学成分、叶片形态和叶质重之间均存在着密切的关系;2)随着烟叶叶片水分的减少,其电容值显著地减小,而其电阻值显著地增大;3)烟叶叶片电容值与其组织结构、颜色参数、色素、主要化学成分、叶片形态和叶质重之间存在着密切的关系,而烟叶叶片电阻值主要与颜色参数、化学成分、色素、叶片形态中的少数指标之间存在密切关系;4)密集烘烤过程中,烟叶叶片的电容值能够真实地反映出烟叶本身生理生化和物理特性的变化,因此,可以作为智能化密集烘烤控制器的检测指标;5)烟叶叶片的电容值与烟叶等级之间存在一定的关联,进一步深入研究二者之间的内在联系,电容值有望成为烟叶等级评定的特种仪器的检测指标;6)密集烤房能够保证其内部装烟层的每一个层面内烟叶间的风速均匀一致;对于气流上升式密集烤房,底层烟叶间的风速最大,中层次之,顶层最小,而变黄期、定色期、干筋期的烟叶间风速依次增大。
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