散葉插簽裝煙持續緩慢升溫烘烤工藝烘烤效果研究

張 翔，徐增漢，朱英華，王茂賢，蘇祥云，周為華，陳 靜，茍 軍

（1.貴州省煙草公司遵義市公司桐梓縣分公司，貴州 桐梓 563000；2.中國科學技術大學煙草與健康研究中心，安徽 合肥 230051；3.安徽農業大學農學院，安徽 合肥 230036；4.湖南中煙工業有限責任公司，湖南 長沙 410019）

散葉烘烤技術是一項“減工降本、提質增效、節能降耗”的先進適用技術［1］，我國已發展了散葉堆積烘烤、散葉插簽烘烤、散葉打捆烘烤、散葉裝框烘烤、散葉裝夾烘烤等多種具體形式［2-14］。總的來看，這些散葉裝煙方式在設備成本、人工成本、烘烤效率、煙葉烘烤質量等方面各有利弊。散葉堆積烘烤的成本最低、裝煙速度最快、烘烤效率較高，但煙葉烘烤質量難以保證，由于煙葉在烘烤過程中完全倒伏擠壓在一起，會導致部分煙葉平板不收張、結構緊密不疏松，還有部分煙葉因為倒伏后通風阻力大、不能及時排濕定色，導致干物質消耗過度而成為光滑煙或發生酶促棕色化反應而使煙葉掛灰甚至黑糟，降低了煙葉的質量和可用性。針對散葉堆積裝煙存在的問題，采用散葉插簽裝煙進行改進，插簽固定煙葉，使煙葉在烘烤過程中基本上保持豎立狀態，改變了煙葉的姿態，通風排濕阻力大大減小，有利于煙葉及時脫水定色和干燥，煙葉烘烤質量能得到保證，且較少增加成本，烘烤效率更高，比散葉堆積裝煙量增加10%以上。但散葉插簽裝煙目前尚無理想的配套烘烤工藝，生產上主要借鑒掛竿裝煙采用三段式烘烤工藝及其變體形式如五步式、六步式烘烤法等［15-18］，這些采取階梯升溫的常規烘烤工藝并不能完全適用于散葉插簽裝煙方式。煙葉烘烤工藝至關重要，其溫度、相對濕度、烘烤時間等參數及其動態變化必須適宜于裝煙方式、裝煙量、煙葉素質和烘烤特性，煙葉發生的一系列生理變化、生物化學反應、化學反應和物理變化才會循序漸進地進行，才能使不利于煙葉品質大分子物質充分或適度降解轉化，才有利于煙葉品質的形成與固定，才有利于煙葉緩慢收張，從而使煙葉烤黃、烤熟、烤香、烤柔，獲得優良的外觀質量、內在質量和可用性。基于對煙葉烘烤機理的認識，為確保和提高散葉插簽裝煙的烘烤質量，我們研制了與之匹配的持續緩慢升溫烤香烤柔烘烤工藝，并與生產上使用的三段式烘烤工藝進行對比試驗，以期為煙區選擇合適的裝煙方式和制定配套烘烤工藝提供借鑒，以提高桐梓烤煙質量和可用性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年在貴州省桐梓縣花秋鎮進行。供試烤煙品種為云煙87，下部煙葉尚熟至成熟采收，中上部煙葉成熟采收。各部位供取樣的煙葉均裝在烤房中層烘烤。

1.2 試驗方法

1.2.1 散葉插簽裝煙方法 采用葉尖朝上、葉基部朝下的散葉堆放方式逐格適量均勻將煙葉堆裝在分風隔板。每格前后寬度為30～35 cm，煙葉必須裝滿，不留空隙。每裝好一格煙后，立即用方桿或竹竿（上下兩排）將煙葉擋好，并沿上下兩排方桿或竹竿上面錯位交替插竹簽或鋼簽固定煙葉。注意煙葉不能彎曲，要使煙葉豎立在隔板上面，簽要插到對面的方桿或竹竿上面。如此從加熱室至裝煙門方向順序裝煙。1座烤房裝煙量為4 500～5 000 kg。

1.2.2 烘烤方法 采用試驗制定的持續升溫烤香烤柔烘烤工藝（T）和生產上應用的三段式烘烤工藝［16］（CK）同時進行對比烘烤，3次重復。持續緩慢升溫烘烤工藝設有8個干球溫度和濕球溫度節點，具體烘烤變量控制見表1。

1.2.3 取樣方法 先對各處理烤后樣煙進行分級，再按各等級比例抽取混合樣品1 kg用于檢測化學成分。

1.2.4 煙葉主要化學成分測定方法 各煙樣經50℃烘干后，粉碎，過0.180 mm篩，充分混勻，密封備測。總糖、還原糖、淀粉采用熱水浸提，DNS法測定；煙堿采用弱酸浸提，比色法測定；總氮含量采用元素分析儀測定；鉀采用硝酸、高氯酸消煮，再用等離子發射光譜（ICP）測定。1.2.5 煙葉香氣成分測定方法 煙樣先采用同時蒸餾萃取（SDE）分離后，采用GC測定酸性物質，再采用氣相色譜質譜聯用儀（GC/MS）測定中性物質。

表1 散葉插簽裝煙持續緩慢升溫烘烤工藝

GC條件。Perkin Elmer Auto-System GC色譜儀（配置分流/不分流進樣口）；進樣口溫度：250℃，毛細管柱：HP-FFAP（50 m×0.32 mmi.d.×0.53 μm d.f.）；載氣：N2，柱頭壓：100 kPa；火焰離子化檢測器（FID）：270℃；檢測器氫氣流量：35 mL/min，空氣流量：350 mL/min；進樣方式：不分流和1 min后分流；分流比：20∶1；進樣量：2μL；采用與標準物質對照保留時間的方法進行定性；內標法定量；內標：乙酸苯乙酯。程序升溫：70℃（1 min） 4℃/min 210℃（20 min）［19］。

GC-MS條件。色譜柱：DB-5（30 m×0.25 mmi.d.×0.25 μm d.f.）；程序升溫：40℃（2 min）4℃/min 250℃（10min）；進樣口：250℃；載氣：He；柱頭壓：100 kPa；分流比：30∶1；進樣量：1.0 μL。傳輸線溫度：250℃，離子源溫度：170℃；EI能量：70 eV，掃描范圍：35～350 uam；內標：芳樟醇；對采集到的質譜圖利用NIST和WILEY兩個譜庫進行串聯檢索；采用面積歸一法定量。其余色譜條件同GC［19］。

2 結果與分析

2.1 不同處理煙葉等級差異

煙葉等級高低反映了煙葉外觀質量好差。對各處理烤后煙葉按《GB 2635-1992 烤煙》進行分級。由圖1A可見，工藝T比CK極顯著提高了下部葉的上等煙和中等煙比例，分別提高34.57%和21.29%；極顯著降低了下低等煙、級外煙和光滑煙的比例，分別降低35.06%、40.66%和69.47%。由圖1B可見，T比CK極顯著提高了中部葉的上等煙比例，提高31.96%；極顯著降低了中部葉的下低等煙、級外煙和光滑煙比例，分別降低32.42%、47.31%和50.48%。由圖1C可見，T比CK極顯著提高了上部葉的上等煙比例，提高15.84%；中等煙比例差異不顯著；極顯著降低了下低等煙的比例，降低91.87%。表明繼續緩慢升溫烘烤工藝顯著提高了散葉插簽烘烤的煙葉等級結構和外觀質量。

圖1 各部位不同處理煙葉的等級結構

2.2 煙葉主要化學成分含量

煙葉的化學成分含量是煙葉質量風格和理化性狀的物質基礎。總糖和還原糖是決定煙氣醇和度的主要因素。由圖2A可見，工藝T和CK的下部葉的糖和還原糖含量均在適宜范圍內，前者高于后者、更適宜。烤后煙葉的淀粉含量一般要求低于50 mg/g，T的淀粉含量低于CK、更適宜，兩者差異不顯著。2個處理的煙堿、蛋白質、總氮、鉀離子和氯離子含量差異均不顯著，都適宜。由圖2B可見，CK的中部葉總糖和還原糖含量均稍偏高，均高于T，但兩個處理之間的差異不顯著；淀粉和蛋白質含量均較高，兩個處理之間的差異不顯著；2個處理的煙堿、總氮、鉀離子和氯含量差異均不顯著，均適宜。由圖2C可見，T上部葉的總糖、還原糖、總氮、鉀離子和氯離子含量與CK的差異不顯著，均適宜；T的淀粉含量極顯著低于CK，更適宜；煙堿差異不顯著，均偏高；T上部葉的蛋白質顯著高于CK，稍偏高。總體上看，T的煙葉主要化學成分含量要好于CK。

圖2 各部位不同處理煙葉主要化學成分含量

2.3 煙葉主要化學成分派生值

煙葉主要化學成分的派生值如兩糖比、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等反映了化學成分之間的平衡協調性，影響乃至決定煙葉的內在質量。卷煙工業配方更注重煙葉化學成分的協調性，一般要求煙葉主要化學成分派生值適宜范圍為：兩糖比值（還原糖/總糖）＞0.8，糖堿比值（總糖/煙堿）下部葉8.5～13.5、中部葉6.5～11.5、上部葉5.0～9.0，氮堿比值（總氮/煙堿）下部葉0.9～1.2、中部葉0.7～1.0、上部葉 0.6～0.9，鉀氯比值（K/Cl）≥ 4.0［18-20］。由圖3A可見，下部葉工藝T和CK的糖堿比差異顯著、均在適宜范圍內，T的更好；兩糖比、鉀氯比的差異均不顯著，均適宜；氮堿比的差異不顯著，均稍偏低。由圖3B可見，中部葉T和CK的4個派生值的差異均不顯著、均在適宜范圍內。由圖3C可見，上部葉T和CK的兩糖比、糖堿比、氮堿比的差異均不顯著，均在適宜范圍內； T的鉀氯比顯著高于CK、相對較好，兩個處理的均偏低。

圖3 各部位不同處理煙葉主要化學成分派生值

2.4 不同處理煙葉香氣成分含量

不同處理各部位煙樣中均檢測出26種香氣成分，具體香氣成分含量在不同烘烤工藝之間各有高低（表2）。工藝T下部葉、中部葉和上部葉的香氣成分總含量均高于CK，比CK分別高 11.63、22.99、24.47 μg/g，即分別高出2.94%、6.15%和6.65%。這表明工藝T有利于提高煙葉烤香量，尤其是中上部葉提高明顯。

3 結論與討論

煙葉烘烤離不開烘烤工藝。不同裝煙方式需要采用各自匹配的烘烤工藝才能確保煙葉烘烤質量。散葉插簽裝煙目前基本上都采用三段式烘烤工藝及其變體形式［15-18］。這些烘烤工藝采取階梯升溫，由多個升溫階段和穩溫階段組成，一般升溫階段時間短，穩溫階段時間長。升溫階段的升溫速度往往偏快或過快，變黃階段和定色階段的干球升溫速度一般為0.5～1℃/h，甚至更快，干筋階段的干球升溫速度為1℃/h及以上。變黃階段和定色階段升溫速度偏快或過快，一方面會導致煙葉脫水干燥較快而呈現為結構僵硬、不柔軟，烤后光滑煙比例較高；另一方面沒有足夠的時間使不利于煙葉品質大分子物質如葉綠素、蛋白質、淀粉等充分或適度降解轉化，而導致生成的致香物質及其前體物質不夠豐富，烤后煙葉香氣量不足。另外穩溫階段的持續時間過長，貴州煙區一般在34℃穩溫10 h以上、在38℃穩溫18 h以上、在48℃穩溫12 h以上、在54℃穩溫12 h以上，等等。這樣難以確保全炕煙葉烘烤質量。因為我國密集烤房多裝煙3棚（層），烘烤過程中不同棚（層）次煙葉的空氣狀態即環境條件存在一定溫度梯度和相對濕度梯度，尤其是在變黃后期至干筋前期的差異較大，相鄰棚次的溫度相差1～3℃、相對濕度相差10%～30%，底棚（層）和頂棚（層）的差異更大，溫度相差3～5℃、相對濕度相差30%以上。生產上密集烤房的烘烤工藝一般以溫度最高、相對濕度最低棚次的傳感器感溫探頭測定的空氣溫濕度為目標進行設置與調控。因此，控制器所顯示的溫濕度實際上只能代表掛放主控傳感器棚次煙葉的烘烤工藝條件，即便是該棚次煙葉的烘烤工藝適宜，也不能代表其他棚次煙葉的烘烤工藝適宜，而且往往是其他棚次煙葉的烘烤工藝欠適宜或不適宜，一般是溫度偏低、相對濕度偏高。穩溫階段的持續時間如果過長，其實不利于其他棚次煙葉的品質調制，不能確保全炕煙葉烤熟烤香烤柔。例如在34℃及38℃時穩溫時間過長，其他棚次煙葉的溫度較低、水解酶等酶的活性較低，內部大分子物質如淀粉、蛋白質、葉綠素等降解速度較慢，不利于它們充分或適當降解；之后，由于升溫速度較快，又使得原來溫度較低的棚次在較短的時間內越過了適宜大分子物質降解轉化的溫濕度范圍，此后由于溫度較高和濕度較低，使煙葉中自由水汽化排出較多而導致煙葉含水量較低，水解酶的活性會受到抑制，也不利于大分子物質充分或適當降解轉化，所生成的有利于小分子物質如氨基酸、單糖等致香物質和香氣前體物質的量不足，導致部分煙葉烤后香氣量不足，結構僵硬、不疏松、不柔軟。

表2 不同烘烤工藝煙葉香氣成分含量 （μg/g）

本研究制定的散葉插簽裝煙持續緩慢升溫烘烤工藝，確保了烤房內每棚（層）煙葉處于適宜于品質調制的溫濕度范圍的烘烤時間均足夠，且相差不大，即能夠促使每棚（層）煙葉都充分變黃、大分子物質充分或適度降解轉化、生成較多的致香物質，且能夠及時定色而鞏固品質，使全炕各棚次煙葉烤黃、烤香、烤柔、烤熟，提高全炕煙葉烘烤質量和工業可用性。與三段式烘烤工藝相比，本工藝能顯著提高上等煙比例，下部葉、中部葉和上部葉分別提高34.57%、31.96%和15.84%；顯著降低下低等煙、級外煙、光滑煙和僵硬煙的比例，下部葉分別降低35.06%、40.66%和69.47%，中部葉分別降低32.42%、47.31%和50.48%，上部葉的下低等煙比例降低91.87%。烤后煙葉柔軟，改善了網式裝煙框裝煙烘烤煙葉外觀質量，提高了煙葉的等級結構。目前，我國一般認為優質烤煙主要化學成分含量的適宜范圍，總糖為190～280 mg/g、24 mg/g左右最適宜，還原糖為160～240 mg/g、200 mg/g左右最適宜，淀粉為低于50 mg/g，煙堿上部葉為25～35 mg/g、中部葉為20～28 mg/g、下部為15～21 mg/g，蛋白質為60～100 mg/g，總氮為20～30 mg/g，鉀離子＞15 mg/g，氯離子為 3～7 mg/g［20-21］。采用持續緩慢升溫烘烤工藝烘烤的煙葉總糖、還原糖含量和糖堿比更適宜，香氣成分含量更高，評吸質量更好，提高了網式裝煙框裝煙烘烤煙葉內在質量和可用性。

由于我國煙區生態環境尤其是微生態環境千差萬別，很難都做得所有的煙葉均成熟采收，尤其是一些山地煙區采收的鮮煙葉會有一定比例尚熟煙，因此必須根據具體煙葉素質和烘烤特性等對散葉插簽持續緩慢升溫烘烤工藝參數進行適當微調，才能確保全炕煙葉烘烤質量。

煙葉烘烤工藝還必須根據煙草工業對煙葉質量更高的要求不斷進行改進。目前，煙草工業企業為進一步提高煙草制品的質量和競爭力，對煙葉原料提出了更高的要求，即不僅要求煙葉烤黃，還要求烤熟烤香烤柔，煙葉才有更高的質量和可用性。因此，生產上需要不斷地對煙葉烘烤工藝進行改進，要根據煙葉部位、營養狀況、烘烤特性、裝煙方式、裝煙量等情況，研究制定相應適宜配套的烘烤工藝，才能確保煙葉烤黃、烤熟、烤香、烤柔。

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