密闭式烘烤条件对K326烤后烟叶质量的影响

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  摘要 [目的]研究密闭式烘烤条件对烤后烟叶质量的影响。[方法]以楚雄地区K326烟叶为烘烤对象,对电能密闭式热泵烤房与传统密集型烤房烤后烟叶的化学成分、致香物质以及感官评吸进行对比。烘烤过程中,使用气体分析仪实时监测并记录烤房内氧气、二氧化碳浓度的变化。烘烤结束时,对密闭式热泵烤房与传统密集型烤房进行气体测定;对样品进行化学成分、致香物质以及感官质量评价对比。[结果]密闭式热泵烤房内二氧化碳浓度明显高于传统密集型烤房;密闭式热泵烤房烤后烟叶淀粉含量较传统密集型烤房降低3509%;密闭式热泵烤房相较于传统密集型烤房烤后烟叶总致香物质含量增加,香气质量、杂气、烟气浓度、刺激性和余味均明显改善,内在化学成分的协调性与整体感官质量表现为密闭式热泵烤房优于传统密集型烤房。[结论]密闭式烘烤条件对改善烤后烟叶品质有一定的作用。
  关键词 密闭式烘烤;热泵;二氧化碳;淀粉
  中图分类号 TS 44  文献标识码 A  文章编号 0517-6611(2021)15-0176-05
  Abstract [Objective] To study the effects of closed baking conditions on the quality of cured tobacco leaves. [Method]Taking K326 tobacco leaves in Chuxiong area as the baking object,  the chemical composition, aroma substances and sensory evaluation of fluecured tobacco leaves in enclosed heat pump curing barn and traditional intensive curing barn were compared. During the baking process, the changes of oxygen and carbon dioxide concentrations in the curing barn were monitored and recorded by gas analyzer. At the end of baking, the gas determination was made in enclosed heat pump curing barn and traditional intensive curing barn. The chemical components, aroma substances and sensory quality of tobacco samples were evaluated and compared.[Result] The carbon dioxide concentration in the enclosed heat pump curing barn was significantly higher than that in the traditional intensive curing barn. The starch content in the fluecured tobacco leaves in the enclosed heat pump curing barn reduced  35.09% than that in the traditional intensive curing barn. The total aroma substance content in fluecured tobacco leaves in the enclosed heat pump curing barn increased than that in the traditional intensive curing barn, and the aroma quality, miscellaneous gas, smoke concentration, irritation and aftertaste were increased. The coordination of internal chemical components and overall sensory quality in the tobacco leaves in enclosed heat pump curing barn was better than those in the traditional intensive curing barn. [Conclusion] The closed baking conditions had certain effects on improving the quality of fluecured tobacco leaves.
  Key words Closed baking;Heat pump;Carbon dioxide;Starch
  基金項目 中国烟草总公司云南省公司科技计划重点项目(2017YN21)。
  作者简介 汪华国(1974—),男,云南楚雄人,农艺师,从事烟草栽培及调制研究。
  *通信作者,从事经济作物烘烤工艺研究。
  收稿日期 2020-11-17
  烟草作为一种重要的经济作物,提升烟叶质量一直是烟草产业发展的核心问题[1]。烟叶质量受土壤、栽培技术、烘烤等因素的影响,其中烘烤是决定烟叶质量优劣的重要因素,烟叶烘烤质量将决定烟农利益乃至影响烟草产业的可持续发展[2]。
  烟叶生产加工过程中,烤房作为烟叶烘烤环节的加工工具对烟叶烘烤质量的影响至关重要[3-5]。随着科技的进步,烟叶烘烤模式从最初的明火烤烟向火管烤烟、自然排湿型普通烤房烤烟、密集烤房烤烟、节能环保烤房烤烟演变[6-7],在这一系列的演变过程中烘烤环节用工、烘烤操作难度都得到大幅度降低[8],但同时也暴露出一些新的问题[9-10],例如烟气污染物集中排放带来的环保压力,风速过大带来的烤后烟叶油份降低,干筋期长时间高温带来的烤后烟叶枯焦味重,强制排湿导致的烤后香气减少、评吸口感下降等[11]。   针对上述问题,开展新能源替代煤炭作为燃料进行烟叶烘烤,是降低环境污染、解决当前烟叶供需矛盾、“减工、降本、提质、增效”的有效途径[12]。就当前情况来看,烟叶烘烤所采用的新能源主要有生物质燃料、热泵、太阳能、甲醇燃料等。热泵是近年来出现并运用较多的制热设备,与燃煤烤房相比,热泵烤房避免了因烧煤而产生的大气污染,省去了烘烤过程中频繁的人工操作,温湿度控制精准度高。
  目前有关热泵烤房的研究已有一些报道,但主要集中在烤房性能测试及烘烤成本方面[13],而关于烤房内气体组分对烟叶烘烤质量的影响研究报道较少。电能密闭式热泵烤房以热泵作为供热、除湿设备,烤房整体结构密闭,无进风口、排湿口,烟叶烘烤在密闭环境下进行。笔者以电能密闭式热泵烤房为研究对象,以传统密集型烤房为对照,分析了电能密闭式热泵烤房与传统密集型烤房在烘烤过程中氧气与二氧化碳浓度的变化规律以及烤后烟叶常规化学成分、致香物质、感官质量尤其是淀粉含量的变化,旨在为探索适合当前烟叶清洁烘烤新模式、改善烤后烟叶质量等烘烤方式提供参考。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  试验于2018年在云南省楚雄市子午镇法邑烘烤工场进行,供试品种为当地主栽品种K326。供试烤房为T1为电能密闭式热泵烤房,气流下降式,烤房装烟室规格为8.0 m×2.7 m×3.5 m,2路3层,墙体材料为聚苯乙烯,厚度5 cm。CK为传统密集型烤房,气流下降式,装烟室规格为80 m×2.7 m×3.5 m,2路3层,墙体材料为砖混结构,厚度24 cm。
  密闭式热泵烤房不设冷风门、排湿口,烟叶水分通过配套热泵烘烤设备以冷凝水排出。传统密集型烤房有冷风门、排湿口,烟叶水分通过高速风机强制送风,以冷风门进新风,通过排湿口将水分排出。
  供试烟叶选取同一片大田烟叶,田间管理按当地优质烤烟栽培生产技术规范进行。试验田地势较为平坦,黄壤土,土壤肥力中等。供试烤烟品种为K326,4月23日移栽,前植作物为蚕豆。烟叶成熟时按照叶位单叶同时采收,统一编烟,并对样杆进行挂牌记录,按相同挂置位置分别挂置于密闭式热泵烤房和传统密集型烤房进行烘烤。
  1.2 试验设计
  试验设置2个处理:T1为密闭式热泵烤房,CK为传统密集型烤房。
  烟叶按成熟标准采收后,挑选成熟度一致、大小基本相同的叶片,按相同叶片数进行编烟作为样杆,并做好标记,分别挂置烤房中每一层距离装烟室门口各2、4、6 m处,每层6竿。各处理烟叶采自同一地块,并在同一天内完成采收、编烟、装烟、开烤。烘烤过程中均严格按照试验操作规范记录烟叶变化、温湿度变化、烘烤异常情况等数据,回潮后按GB/T 2635—1992中的方法對标记烟叶进行分级,并称取C3F(中桔三)烟叶样品2.0 kg,各处理3次重复;每份样品混匀后,将烟样一分为二,一半烟叶除去主叶脉后测其常规化学成分、致香物质,另一半烟叶切丝混匀卷烟作为评吸样品。
  1.3 测定项目与方法
  1.3.1 氧气和二氧化碳浓度。
  氧气和二氧化碳浓度使用德图仪器国际贸易(上海)有限公司生产的烟气分析仪(型号testo350)测定,每6 s测定1次烘烤过程中烤房内O2和CO2浓度的变化,并绘制气体成分变化趋势图。
  1.3.2 常规化学成分。
  烟叶常规化学成分由云南同创检测技术股份有限公司进行测定。试样的制备采用烘箱法(YC/T 31—1996);烟叶化学成分的测定采用流动分析仪法:总糖(YC/T 159—2002)、还原糖(YC/T 159—2002)、总植物碱(YC/T 160—2002)、总氮(YC/T 161—2002)、淀粉(YC/T 216—2007)、蛋白质(YC/T 166—2003)、钾离子(YC/T 173—2003)、氯离子(YC/T 162—2011)。
  1.3.3 烟叶致香成分。
  烟叶致香成分由云南同创检测技术股份有限公司检测。
  ①样品制备:粉碎过60目筛,在温度22 ℃、相对湿度60%的环境下平衡24 h,采用同时蒸馏方法萃取致香成分。
  ②分析方法:致香物质的测定采用GC/MS法,添加内标物萘,采用气质联用分析仪(美国安捷伦,Agilent GC6890N/MS5975I)进行检测,分析测定条件如下:毛细管柱HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 m);进样口温度260 ℃;载气He,流速1 mL/min;升温程序为50 ℃(保持1 min),升温速度8 ℃/min升温至160 ℃(保持2 min),升温速度8 ℃/min升温至280 ℃(保持15 min),GC-MS接口温度280 ℃,离子源为EI源,电子能量70 eV,扫描范围为35~455 amu;分析样品由GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性。
  1.3.4 感官质量评价。
  将各处理烟叶混匀切丝后卷制成长70 mm、圆周27.5 mm的烟支,经过挑选、平衡水分后,由红云红河烟草(集团)有限责任公司、云南瑞升烟草技术(集团)有限公司的3名评吸专家以标准YC/T 138—1998烟草及烟草制品感官评价方法为基础,按单料烟“标度值”标准统一进行感官质量评吸鉴定,并采用“九分制”标准打分,香气质、香气量、杂气、浓度、刺激性、余味、燃烧性、灰色、使用价值、劲头的满分均为9分(表1),其中使用价值、劲头不计入总分。
  2 结果与分析
  2.1 密闭式热泵烤房与传统密集型烤房氧气与二氧化碳浓度测定
  由图1可知,在密闭式热泵烤房和传统密集型烤房烘烤过程中,烤房内部气体中O2浓度的变化趋势均先下降后上升再趋于稳定,CO2浓度的变化表现为先上升再下降后趋于稳定,且O2和CO2浓度的剧烈变化主要在48 ℃之前,此后趋于平稳。密闭式热泵烤房内部气体中的氧气浓度在变黄期(38~42 ℃)均低于传统密集型烤房,而二氧化碳浓度在整个烘烤过程中均表现为密闭式热泵烤房高于传统密集型烤房,在变黄期(38~42 ℃)表现为密闭式热泵烤房显著高于排湿型热泵型烤房。由此可见,密闭式热泵烤房由于其烤房内部气体与外界环境中气体交换较少,致使其内部气体中的二氧化碳含量在变黄期(38~42 ℃)要显著高于传统密集型烤房,而氧气浓度则相反。   2.2 烤后化学成分分析
  由表2可知,T1处理两糖差高于CK处理,而T1处理淀粉含量显著低于CK处理,淀粉含量降低了35.96%,说明密闭式烘烤条件有利于降低烟叶淀粉含量。韩锦峰等[14]研究发现,二氧化碳浓度明显地促进淀粉酶活性,并抑制多酚氧化酶第二活性高峰,保证和提高烟叶外观质量和内在品质。根据气体分析检测结果,密闭式热泵烤房较传统密集型烤房二氧化碳浓度明显提高,而烤后烟叶淀粉含量降低。由此可见,在密闭式烘烤条件下,烤房内二氧化碳浓度能够创造一个适宜烟叶内部生理生化反应的环境,促进淀粉的充分降解。这一结果与韩锦峰等[14]研究发现相吻合。
  由表2可知,T1处理还原糖、总氮、钾离子含量等均较为接近国内优质烟叶的要求。从烤后烟叶化学成分的协调性指标来看,T1处理在化学成分的协调性表现好于CK处理。从化学成分检测指标来看,T1处理能够在整体上提高烤后中部烟叶内在化学成分的协调性。
  2.3 烤后烟叶致香物质含量分析
  由表3、4可知,共鉴定出67种致香物质。整体来看,2种烤房烤后烟叶中的主要致香物质相同,根据香气前提物质在烤烟烘烤过程中的代谢将致香物质分类,T1处理相比于CK,类胡萝卜素降解产物、新植二烯、叶绿素降解产物、质体色素降解产物、类西柏烷类物质和总致香物质含量分别增加了3.02%、9.84%、9.77%、958%、10.99%和8.60%。这说明在密闭式烘烤条件下烟叶内大分子物质分解较为充分,有利于小分子物质的合成。
  2.4 烤后烟叶感官质量分析
  由表5可知,密闭式热泵烤房烤后烟叶香气质较细腻、柔和,丰富性较好,香气量较足,烟气浓度较浓,刺激性较小,微有木质气,余味舒适。传统密集型烤房烤后中部烟叶香气质稍好,细腻度、丰富性稍欠,香气量稍欠,烟气浓度较浓,刺激性稍小,杂气尚轻,微有木质气,余味较舒适。由此可见,密闭式热泵烤房烤后中部烟叶的香气质量、杂气、烟气浓度、刺激性、余味均有明显改善,感官质量整体上表现为密闭式热泵烤房优于传统密集型烤房。
  3 结论与讨论
  该研究结果表明,相较于传统密集型烤房,密闭式热泵烤房烤后烟叶淀粉含量显著降低,初烤烟叶香气质较为细腻、愉悦,圆润感增加,香气量增加,濃度增,刺激性减小,余味较好。使用密闭式热泵烤房烤后烟叶在化学成分的协调性、致香物质总量以及评吸结果上都表现出优于传统密集型烤房。由此可见,密闭式烘烤条件下,有利于烟叶内部生理生化反应进行,为烟叶生理生化反应创造一个较为适宜的温湿度和烤房气体环境,增强淀粉酶、蛋白酶等酶活性,使烟叶内生理生化反应有序进行,有效促进淀粉、色素等大分子物质的充分降解,提升烟叶外观与内在质量。
  然而,电能密闭式热泵烤房作为新型能源烤房,其烘烤过程中烟叶生理生化反应研究极少。同时,电能密闭式热泵烤房的推广应用还有待因地制宜完善相关研究,比如工艺优化、采烤烟叶条件的匹配等。随着科学技术的发展,电能密闭式热泵烤房在烟叶烘烤质量和热量有效利用率将进一步提升。
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