熱泵密集烤房對煙葉烘烤主要生理變化和質量的影響

仙立國 王松峰 孫帥帥 唐李麗 劉余 楊軍偉 馮文龍 羅富國 曾宗梁 朱國兵 楊秀軍 孫福山 楊建春

摘 要：為進一步探明熱泵密集烤房煙葉生理變化特點和烘烤效果，以中川208成熟中部葉為試驗材料，研究了熱泵和燃煤密集烤房烘烤過程中煙葉主要生理變化及對烤后煙葉質量的影響。結果表明，隨著煙葉烘烤進程，不同能源密集烤房煙葉葉綠素、類胡蘿卜素含量和含水量均呈逐漸下降趨勢，類葉比呈上升趨勢，淀粉含量呈下降趨勢，總糖和還原糖含量均呈逐步增加趨勢。與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房烘烤中煙葉色素含量降低較快，失水較快，類葉比較高，整葉含水量在38 ℃末至54 ℃末時低5～9個百分點，類葉比在54 ℃末和68 ℃末時分別高1.33和0.82;淀粉含量較低，還原糖較高，且在68 ℃末烘烤結束時，淀粉含量低1.89百分點，還原糖高2.40百分點;烤后煙上等煙比例提高了7.03個百分點，均價提高1.37元/kg，感官質量總分提高了2.5分。綜上所述，空氣源熱泵密集烤房有利于煙葉變黃失水協調，降低淀粉含量，提高煙葉質量和效益，為熱泵清潔能源替代燃煤密集烘烤提供了技術支撐。

關鍵詞：空氣源熱泵;密集烤房;生理;煙葉質量

Abstract： In order to further explore the curing effect of air-source heat pump curing barn， the mature middle leaves of Zhongchuan 208 were used as experimental materials to study the main physiological changes of tobacco leaves during the curing process and quality of tobacco leaves cured in air-source heat pump and coal-fired bulk curing barn. The results showed that with the curing process， the chlorophyll， carotenoid， water and starch contents of tobacco leaves in different energy bulk curing barns gradually decreased， carotenoid/ chlorophyll ratio， total sugar and reducing sugar increased. Compared with the coal-fired bulk curing barn， the pigment content of tobacco leaves in the air-source heat pump bulk curing barn decreased faster. The water loss was faster. The carotenoid/ chlorophyll ratio was higher by 5-9 percentage points from the end of 38 ℃ to the end of 54 ℃. The carotenoid/ chlorophyll ratio was higher by 1.33 and 0.2 respectively at the end of 54 ℃ and 68 ℃. The starch content was lower， the reducing sugar was higher， and the starch content decreased by 47.25% and reducing sugar increased by 11.37% at the end of 68 ℃. The proportion of high-grade tobacco increased by 7.03 percentage points， and the average price of cured tobacco leaves increased by 1.37 yuan/kg. The total score of sensory quality increased by 2.5 points. To sum up， the air source heat pump bulk curing barn is beneficial to the yellowing and water loss coordination of tobacco leaves， reducing the starch content， improving the quality and benefit of tobacco leaves， which provide technical support for air-source heat pump clean energy to replace coal-fired bulk curing.

Keywords： air-source heat pump; bulk curing barn; physiological; tobacco leaf quality

烘烤是烤煙生產過程中的關鍵技術環節，決定煙葉的品質、產量和工業可用性[1-2]。烤煙烘烤本質是煙葉脫水干燥、色素分解及生物化學變化。精準控制溫濕度等環境條件，使煙葉脫水、色素分解，內在化學成分變化更協調，有利于更好地把控烘烤各階段的煙葉狀態，提高煙葉品質。這是煙草調制加工的核心技術，也是煙葉烘烤研究的重點[3-4]。煙葉質量主要表現在等級結構、經濟性狀、外觀質量、化學成分、中性致香物質和感官質量等方面[5-6]。現階段煙葉烘烤以燃煤密集烤房為主，存在供熱穩定性較差，成本較高，浪費人力和污染環境等問題。因此，如何利用新能源，降低成本，減輕污染，并確保煙葉烘烤質量，增加煙農經濟收益，成為煙葉烘烤的重要課題[7-8]。近年來，隨著煙葉密集烘烤研究的深入，密集烤房性能及烘烤經濟效益研究越來越多[9-10]，空氣源熱泵是國際認可的清潔能源，促使煙葉烘烤向清潔、綠色、高效、經濟方面發展。羅萬麟等[11]、許躍奇等[12]研究發現與燃煤密集烤房相比，空氣源熱泵密集烤房控溫性能好，成本低，污染小，烤后煙葉整體質量好。前人對熱泵密集烤房的供熱設備、控溫精度、能耗、成本進行了大量研究，但在熱泵密集烤房的煙葉生理變化和烤后煙內在質量方面鮮有報道，為此，本文以燃煤密集烤房為對照，研究空氣源熱泵密集烤房對煙葉烘烤主要生理變化和烘烤效果的影響，為清潔新能源烤房烘烤提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試煙葉 試驗于2019—2020年在四川省攀枝花市米易縣普威鎮烘烤工場進行，供試品種為中川208。試驗田為砂壤土，前茬作物水稻，肥力中等，按照優質煙葉田間生產管理規范進行農藝管理，選取長勢均勻煙株成熟度一致的中部葉（第8～10葉位）作為試驗材料。

1.1.2 供試烤房 空氣源熱泵密集烤房，高溫熱泵烘干機由重慶肯佐鵬發智能科技有限公司提供;燃煤密集烤房作為對照。均為氣流下降式密集烤房，符合現行《密集烤房技術規范（試行）》要求，裝煙室規格長×寬×高為8.0 m×2.7 m×3.5 m，每烤房每次可烘烤鮮煙4500 kg以上，干煙500 kg以上。

1.2 試驗設計

各處理選取中部成熟度一致的煙葉進行標記，每座烤房均標記成熟煙9夾（每3夾為1個重復，重復3次），按照當地煙夾方式夾煙，放置在各處理烤房棚觀察窗處，按照當地推薦密集烘烤工藝進行烘烤試驗。在烤前（鮮煙葉）、38 ℃末、42 ℃末、45 ℃末、47 ℃末、54 ℃末、68 ℃末等烘烤關鍵點各處理分別取煙樣30片，部分樣品立即用于測定煙葉色素含量，部分樣品殺青烘干測定水分和主要化學成分含量。烤后煙葉分別分級，各處理取煙樣C3F各2 kg進行煙葉質量評價。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 色素含量測定 采用分光光度計測量各關鍵時間節點中部煙葉的葉綠素、類胡蘿卜素含量[13]，并計算類葉比（煙葉類胡蘿卜素含量與葉綠素含量的比值）。

1.3.2 水分含量測定 采用殺青烘干法測量各關鍵時間節點中部煙葉的葉片含水量、主脈含水量、整葉含水量[14]。

1.3.3 主要化學成分含量變化 總糖、還原糖采用YC/T 159—2002方法，煙堿、淀粉、蛋白質分別采用標準YC/T 160—2002、YC/T 216—2007、YC/T 249—2008的方法進行測定。

1.3.4 經濟性狀 各處理烤后煙葉根據國標（GB 2635—1992）進行分級、稱重，按試驗年的當地煙葉等級收購價格計算經濟性狀。

1.3.5 外觀鑒定 各處理選取烤后煙葉C3F樣品，由農業農村部煙草生物學與加工重點實驗室根據國標（GB 2635—1992）進行外觀質量評價。

1.3.6 中性致香物質 各處理選取烤后煙葉C3F樣品，使用Agilent 7890A（氣相色譜儀）檢測致香物質。

1.3.7 感官質量 各處理選取烤后煙葉C3F樣品，由山東中煙有限責任公司技術中心7位評吸專家，按山東中煙煙葉原料感官評價方法進行鑒評。

1.4 數據處理

數據用SAS 9.3、Excel 2016等軟件進行處理及制作圖表。

2 結 果

2.1 熱泵密集烤房煙葉烘烤主要生理變化

2.1.1 色素含量變化 由圖1可以看出，隨著烘烤進行，煙葉中葉綠素含量呈現逐漸下降趨勢。烘烤開始至42 ℃末葉綠素含量降低較快，其中在38 ℃至42 ℃末時，熱泵密集烤房的煙葉葉綠素含量下降更快，與燃煤密集烤房相比，分別多降解了9.41、3.53百分點;之后緩慢下降，且兩者幾乎無差異。

由圖2可以看出，隨著煙葉烘烤的進行，熱泵和燃煤密集烤房煙葉類胡蘿卜素含量均呈現下降的趨勢，且兩處理差異不大。其中42 ℃末之前下降顯著，之后下降緩慢，在68 ℃末干筋時，熱泵密集烤房煙葉類胡蘿卜素含量明顯較低。

由圖3可以看出，隨著煙葉烘烤進程，不同能源密集烤房類葉比總體呈逐步升高趨勢，在54 ℃末干片時達到最高，之后有所下降。熱泵密集烤房煙葉類葉比在烘烤過程中均高于燃煤密集烤房，在54 ℃末干片和68 ℃末干筋時，分別高出1.33和0.82。

綜合來看，熱泵密集烤房煙葉葉綠素含量下降較快，說明變黃速度較快;類胡蘿卜素降解速度差異不大，但類葉比較高，有利于煙葉外觀呈黃色。

2.1.2 水分含量變化 如圖4-6所示，隨著煙葉烘烤的進行，煙葉逐步失水干燥，兩處理葉片、主脈和整葉含水量均呈緩慢下降的趨勢。在38 ℃末至54 ℃末，熱泵密集烤房煙葉葉片、主脈和整葉含水量總體低于燃煤密集烤房，與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房葉片、主脈和整葉失水下降均較為明顯，分別多失水約2～6、4～6和5～9百分點。說明空氣源熱泵密集烘烤煙葉失水較快。

2.1.3 主要含碳化合物變化 由圖7可以看出，隨著烘烤的進行，不同能源密集烤房煙葉淀粉含量均呈現出下降的趨勢，且在烘烤開始至38 ℃末，淀粉降解下降較快，之后下降較緩慢。總體來看，熱泵密集烤房煙葉淀粉含量低于燃煤密集烤房，在68 ℃末烘烤結束時低1.89百分點。

由圖8-9可以看出，隨著烘烤的進行，不同能源密集烤房煙葉總糖和還原糖含量均呈現出升高的趨勢，且在烘烤開始至45 ℃末，總糖和還原糖含量由低到高上升較快，至最高后趨于平穩。總體來看，與燃煤密集烤房相比，在42 ℃末之后，熱泵密集烤房煙葉總糖含量較低，但其還原糖含量較高，在68 ℃末烘烤結束時還原糖含量較燃煤密集烤房高2.40百分點。

2.2 烤后煙葉質量評價

2.2.1 經濟性狀 如表2所示，兩處理烤后煙等級結構和均價有明顯差異。與燃煤密集烤房相比，熱泵密集烤房上等煙比例和上中等煙比例分別提高了7.03、4.03百分點，下等煙比例降低3.02百分點，均價提高了1.37元/kg，且均達到顯著差異。綜合來看，空氣源熱泵密集烤房有利于提高烤后煙等級結構和均價，進而提高等級均衡性和經濟效益。

2.2.2 外觀質量 如表3所示，熱泵密集烤房煙葉外觀質量略好于燃煤密集烤房，主要表現在油分和色度較好，這有利于提高煙葉整體外觀質量。

2.2.3 中性致香物質 如表4所示，不同能源密集

烤房對烤后煙致香物質有一定有影響。與燃煤密集烤房處理相比，熱泵密集烤房致香物質總量較高，為1 055.45 μg/g，提高了10.60%。主要表現在新植二烯類、胡蘿卜素降解物和美拉德反應產物含量較高，而芳香族氨基酸類、西柏烷類含量稍有減少。綜合來看，熱泵處理有利于提高類胡蘿卜素類降解物、美拉德反應產物、新植二烯及致香物質的含量。

2.2.4 感官質量 如表5所示，不同能源密集烤房對烤后煙感官評吸質量有一定影響，熱泵密集烤房烤后煙評吸總分為74.45，比燃煤烤房提高了2.5分，主要是香氣質、透發性、余味和甜度提高，雜氣和刺激性減輕，總體感官質量較好。

3 討 論

煙葉烘烤是個復雜的生理生化過程，葉綠素分解、類葉比升高是煙葉烘烤變黃期顏色變化的本質。煙葉烘烤是個脫水干燥的過程，水分含量對烘烤質量有較大影響，煙葉化學成分在此過程中發生分解、合成、轉化，最終形成煙葉品質。董淑君等[15]通過研究普通烤房和密集烤房內煙葉烘烤過程中色素降解和多酚氧化酶活性變化，發現兩者在葉綠素a、葉綠素b，總葉綠素降解方面基本沒有差異，密集烤房類胡蘿卜素含量較高，類葉比呈現先升高后下降趨勢，多酚氧化酶活性較高。周平等[16]通過對密集烘烤各階段煙葉主要化學成分含量變化貢獻率的研究，發現烘烤的變片、凋萎和變筋階段對煙葉主要化學成分的貢獻率較大，干片、干筋兩階段貢獻率相對較小，說明主要化學成分的形成發生在烘烤前期，后期變化不大。本試驗中各處理煙葉葉綠素含量隨著烘烤過程變化差異不明顯，但空氣源熱泵密集烤房煙葉葉綠素、類胡蘿卜素含量和含水量均較低，類葉比較高，說明熱泵密集烤房有利于煙葉色素降解和煙葉失水，促進煙葉變黃失水協調，這與熱泵烤房控溫穩溫性能好有關[11-12]。

不同能源密集烤房的煙葉烘烤質量效果存在一定差異。黃寧等[17]、潘周云等[18]研究表明密集烘烤條件下，與生物質、燃煤密集烤房相比，空氣源熱泵密集烤房可以明顯提高烤后煙上等煙比例和均價，顯著改善煙葉外觀顏色，提高油分，增強色度，大大提高了煙農的經濟效益。王娓娓等[19]、陳紅麗等[20]研究說明熱泵烤房烤后煙的香氣質、香氣量、余味均有所改善，雜氣、刺激性均有所降低，表現出較好的吸食質量。這與本試驗研究結果基本一致。本文又進一步研究發現熱泵密集烤房有利于提高烤后煙致香物質含量。

空氣源熱泵烤房煙葉變黃與失水較協調，主要化學物質轉化與含量在適宜范圍內，烘烤過程中主要化學物質變化更協調，有利于提高煙葉質量，其烤后煙葉質量研究也證明了這一點。其主要原因是烘烤過程化學成分轉化、烤后煙葉質量差異與密集烤房性能相關，熱泵供熱升溫快速，靈活易控，干濕球溫度精準易控，穩溫穩定，不存在燃料燃燒滯后性，大大降低了烤房內的溫度波動幅度，水平、垂直溫差更為均勻[11-12]，烤房環境控制精度優于傳統密集烤房，保障了煙葉烘烤階段對溫濕度的要求，使得煙葉變黃、失水更為協調，物質轉化更為充分，對煙葉風格特色的彰顯和內在質量的提高有一定的促進作用。

4 結 論

不同能源密集烤房對煙葉烘烤中主要生理變化和烤后煙質量效益有一定影響。與燃煤密集烤房相比，空氣源熱泵密集烤房烘烤中煙葉色素降解和失水較快，類葉比較高，能促進淀粉降解和還原糖積累，有利于提高烤后煙上等煙比例和均價，感官質量較好。這為熱泵清潔能源替代燃煤密集烘烤提供了技術支撐，有利于推動我國煙葉烘烤的清潔化、綠色化發展。

參考文獻

[1]徐秀紅，孫福山，王永，等. 我國密集烤房研究應用現狀及發展方向探討[J]. 中國煙草科學，2008，29（4）：54-56，61.

XU X H， SUN F S， WANG Y， et al. Current situation and further direction on research and application of bulk curing barn in China[J]. Chinese Tobacco Science， 2008， 29（4）： 54-56， 61.

[2]葛川，魏光華，張瑞亞，等. 不同能源烤房對煙葉的烘烤效果[J]. 山西農業科學，2019，47（8）：1490-1492，1496.

GE C， WEI G H， ZHANG R Y， et al. Curing effects of different energy types of curing barn on tobacco leaves[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2019， 47（8）： 1490-1492， 1496.

[3]范寧波，蔡斌，張瑞娜，等. 雪茄煙葉晾制過程色素降解和膜脂過氧化對顏色變化的影響[J]. 中國煙草學報，2021，27（2）：102-108.

FAN N B， CAI B， ZHANG R N， et al. The influence of pigment degradation and membrane lipid peroxidation on color change of cigar tobacco during air curing[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2021， 27（2）： 102-108.

[4]盧紹浩，張嘉雯，趙喆，等. 不同部位雪茄煙葉晾制過程中多酚、色素及相關酶活性的變化[J]. 中國煙草科學，2019，40（3）：84-90，98.

LU S H， ZHANG J W， ZHAO Z， et al. Changes of polyphenols， pigments and related enzyme activities in cigars leaves of different positions during air-curing[J]. Chinese Tobacco Science， 2019， 40（3）： 84-90， 98.

[5]宋朝鵬，陳江華，許自成，等. 我國烤房的建設現狀與發展方向[J]. 中國煙草學報，2009，15（3）：83-86.

SONG C P， CHEN J H， XU Z C， et al. Current situation and development trend of flue-cured tobacco curing barn in China[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2009， 15（3）： 83-86.

[6]許錫祥，陳承亮，呂作新，等. 幾種新型密集烤房烘烤效果比較[J]. 中國煙草科學，2017，38（5）：82-86.

XU X X， CHEN C L， LV Z X， et al. Study on several new type bulk curing barns and their curing effects[J]. Chinese Tobacco Science， 2017， 38（5）： 82-86.

[7]郭大仰，劉尚錢，肖志新，等. 不同替代能源密集烤房煙葉烘烤效能對比研究[J]. 安徽農業科學，2016，44（33）：99-102.

GUO D Y， LIU S Q， XIAO Z X， et al. Effectiveness comparative study of tobacco curing on different alternative energy bulk barn[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2016， 44（33）： 99-102.

[8]王軍偉，鄭志云，趙文軍，等. 清潔能源替代燃煤在密集烤房烘烤中的應用研究進展[J]. 價值工程，2019，38（3）：188-190.

WANG J W， ZHENG Z Y， ZHAO W J， et al. Research progress on the application of clean energy instead of coal in the bulk curing barn for flue-cured tobacco[J]. Value Engineering， 2019， 38（3）： 188-190.

[9]黃峰，陳文敏，林世洪，等. 不同能源密集烤房烘烤煙草對比研究[J]. 耕作與栽培，2017（6）：14-15.

HUANG F， CHEN W M， LIN S H， et al. Comparative study on tobacco roasted in different energy-bulk barn[J]. Tillage and Cultivation， 2017（6）： 14-15.

[10]張聰輝，趙宇，蘇家恩，等. 清潔能源部分替代煤炭在密集烤房中應用技術研究[J]. 安徽農業科學，2015，43（4）：304-305，314.

ZHANG C H， ZHAO Y， SU J E， et al. Study on clean energy partly replace of coal in dense curing barn[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2015， 43（4）： 304-305， 314.

[11]羅萬麟，李永棟，楊柳. 不同燃料烤房煙葉烘烤效果分析[J]. 湖南農業科學，2017（10）：63-65.

LUO W L， LI Y D， YANG L. Analysis on cured effect of different fuel curing barn[J]. Hunan Agricultural Sciences， 2017（10）： 63-65.

[12]許躍奇，楊楠，王曉強，等. 不同能源類型烤房對煙葉品質、經濟效益及能耗情況的影響[J]. 江西農業學報，2018，30（9）：49-53.

XU Y Q， YANG N， WANG X Q， et al. Effects of different energy types of curing barn on tobacco leaf quality， economic benefit and energy consumption[J]. Acta Agriculturae Jiangxi， 2018， 30（9）： 49-53.

[13]張燁，王松峰，許錫祥，等. 煙葉烘烤中不同區段葉片含水量、色素和酶活性變化[J]. 中國煙草科學，2018，39（6）：66-72.

ZHANG Y， WANG S F， XU X X， et al. Changes of leaf water content， pigment and enzyme activity in different sections of tobacco leaf during curing[J]. Chinese Tobacco Science， 2018， 39（6）： 66-72.

[14]王傳義，張忠鋒，徐秀紅，等. 煙草葉片中自由水含量測定方法比較分析[J]. 中國煙草科學，2008（3）：29-31.

WANG C Y， ZHANG Z F， XU X H， et al. Comparative analysis of methods for measuring free water content in tobacco leaves[J]. Chinese Tobacco Science， 2008（3）： 29-31.

[15]董淑君，黃明迪，王耀鋒，等. 密集烤房與普通烤房烘烤中煙葉色素和多酚含量的變化分析[J]. 中國煙草科學，2015，36（1）：90-95.

DONG S J， HUANG M D， WANG Y F， et al. Analysis on the changes of pigment and polyphenol contents of tobacco leaf in bulk curing barn and common curing barn[J]. Chinese Tobacco Science， 2015， 36（1）： 90-95.

[16]周平，王松峰，孫福山，等. 密集烘烤中各階段對煙葉常規化學成分和致香物質的貢獻率分析[J]. 中國煙草學報，2017，23（5）：73-80.

ZHOU P， WANG S F， SUN F S， et al. Analysis of the contribution rate of various stages of bulk curing to the conventional chemical components and aroma substances of tobacco leaves[J]. Acta Tabacaria Sinica， 2017， 23（5）： 73-80.

[17]黃寧，祖慶學，劉紅峰，等. 空氣源熱泵烤房與生物質新能源烤房對烤后煙葉經濟效益的影響[J]. 貴州農業科學，2020，48（3）：141-143.

HUANG N， ZU Q X， LIU H F， et al. Effect of air source heat pump curing barn and new biomass energy curing barnon economic benefit of cured tobacco[J]. Guizhou Agricultural Sciences， 2020， 48（3）： 141-143.

[18]潘周云，陳杰，包正元，等. 空氣能熱泵密集烤房烘烤成本及效益分析[J]. 耕作與栽培，2017（6）：31-32，18.

PAN Z Y， CHEN J， BAO Z Y， et al. Cost and benefit analysis of air energy heat pump bulk curing barn [J]. Tillage and Cultivation， 2017（6）： 31-32， 18.

[19]王娓娓，王高杰，焦桂珍，等. 空氣源熱泵烤房與密集式烤房烤后煙葉質量對比[J]. 山西農業科學，2014，42（5）：493-496.

WANG W W， WANG G J， JIAO G Z， et al. Comparative study on baked tobacco quality in air source heat pump and bulk curing barn[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2014， 42（5）： 493-496.

[20]陳紅麗，張兆揚，程相紅，等. 熱泵烤房與燃煤烤房應用效果對比研究[J]. 河南農業科學，2015，44（12）：135-139.

CHEN H L， ZHANG Z Y， CHENG X H， et al. Comparison of application effect between heat pump and coal-fired curing barn[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences， 2015， 44（12）： 135-139.