煙葉遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤適用性研究

楊學(xué)書 和強 夏開逵 李彥霖 木瀠 馬文廣

摘要 為探索遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤的實際應(yīng)用價值，選用云煙99烤煙品種的中部葉（11～13葉位）為試驗材料，采用遠(yuǎn)程調(diào)控烘烤與現(xiàn)場烘烤開展對比試驗。結(jié)果表明：在經(jīng)濟效益、化學(xué)成分和感官評吸質(zhì)量上，與現(xiàn)場烘烤比較，采用遠(yuǎn)程調(diào)控烘烤的烤后煙葉，無明顯差異，均可達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉水平。通過遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤技術(shù)，其質(zhì)量效果可以達(dá)到現(xiàn)場烘烤的水平。未來需要持續(xù)升級和改進遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤技術(shù)，以實現(xiàn)對煙葉烘烤過程的即時監(jiān)管和有效數(shù)據(jù)收集。這將從根本上提高煙葉烘烤的效率，實現(xiàn)煙葉烘烤質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞 煙葉；遠(yuǎn)程調(diào)控烘烤；經(jīng)濟效益；化學(xué)成分；感官評吸

中圖分類號 TS44? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2024）10-0175-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.039

Study on the Applicability of Remote Visual Regulation and Control of Tobacco Curing

YANG Xue-shu， HE Qiang， XIA Kai-kui et al

（Yunnan Tobacco Company Lijiang City Co.， Ltd.， Lijiang， Yunnan 674100）

Abstract The purpose of this study is to explore whether remote visual control curing has the value of popularization and application， through the comparative experiment of remote control curing and field curing， the middle leaf （11-13 leaf position） of Yunyan 99 flue-cured tobacco variety was selected as the experimental material. It is concluded that although the economic benefit， chemical composition content and sensory evaluation quality of flue-cured tobacco after remote control are slightly worse than that of on-site curing， the difference is not significant， and the cured tobacco can still reach the level of high-quality tobacco. To sum up， remote visual control and curing can reach the level of on-site curing， and in the process of development in the future， it is still necessary to upgrade and improve remote visual control and curing. In order to achieve the immediate supervision of tobacco curing process and effective data collection， fundamentally ensure tobacco curing quality and improve curing efficiency.

Key words Tobacco；Remote control curing;Economic benefit;Chemical composition;Sensory evaluation

基金項目 云南省煙草公司麗江市公司科技計劃一般項目“煙葉‘智能+清潔遠(yuǎn)程烘烤應(yīng)用研究”。

作者簡介 楊學(xué)書（1972—），男，云南永勝人，碩士，農(nóng)藝師，從事煙草生理生化研究。*通信作者，研究員，從事生物學(xué)、種子學(xué)和煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究。

收稿日期 2023-06-08；修回日期 2023-10-08

煙葉專業(yè)化烘烤是煙葉最終烘烤質(zhì)量的根本，對其進行一定程度的改進是提升煙葉烘烤質(zhì)量的有效手段［1］。目前，我國廣泛應(yīng)用了很多烤房自動控制設(shè)備，但大多數(shù)設(shè)備只能保持溫度和濕度的穩(wěn)定，對于具體階段的判斷和溫濕度的調(diào)控仍需要烘烤人員進行現(xiàn)場操作［2-4］。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及機器視覺等技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用。其中，烤前鮮煙葉的素質(zhì)評價、烘烤過程中對煙葉狀態(tài)的精準(zhǔn)識別以及智能化烘烤工藝等技術(shù)已成為全國各地?zé)煵輼I(yè)相關(guān)人員的研究熱點［4］。李月英等［5］基于單片機STC12C5A32S2，采用溫濕度傳感器，經(jīng)過實際測試，烤房智能控制系統(tǒng)得到了成功實現(xiàn)。該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能自動控制烘烤進程，實現(xiàn)系統(tǒng)精準(zhǔn)控溫和控濕。同時，當(dāng)出現(xiàn)超溫、超濕等異常情況時，系統(tǒng)能及時報警并采取相應(yīng)措施，革新了傳統(tǒng)的煙葉烘烤模式，不再需要煙農(nóng)進行值守，成功實現(xiàn)了煙葉種植者和系統(tǒng)之間的人機交互，這一舉措有效地減少了由于烤制技術(shù)操作不當(dāng)以及缺乏人員值守或監(jiān)管可能引發(fā)的損失［6］。肖川［7］通過將低功耗的STM32F0系列單片機、三相電檢測電路以及遠(yuǎn)距離無線傳輸模塊組合起來，成功地打造出了一種無線傳感節(jié)點，作為感知層的重要組成部分。該節(jié)點可實時采集和傳輸烤煙房內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對環(huán)境溫濕度的監(jiān)測和控制。

基于前人研究經(jīng)驗，筆者通過對現(xiàn)有內(nèi)置式生物質(zhì)燃料烤房設(shè)備（主要是控制器）改造升級（帶互聯(lián)網(wǎng)功能）并加裝攝像頭構(gòu)建一套遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控系統(tǒng)，并利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用等技術(shù)對煙葉烘烤全過程進行實時、可視化遠(yuǎn)程調(diào)控管理，對比遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤與現(xiàn)場烘烤的烤房穩(wěn)溫特性、烘烤效率、烤煙經(jīng)濟性狀、主要化學(xué)成分、多酚類物質(zhì)、物理特性以及感官質(zhì)量評價的差異進行分析，對遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤進行適用性研究，為遠(yuǎn)程可視化烘烤技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考，旨在降低烘烤損失及成本，提升烤后煙葉質(zhì)量，實現(xiàn)煙葉生產(chǎn)農(nóng)業(yè)科技的智能化轉(zhuǎn)型升級。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

該試驗在云南省麗江市玉龍縣九河鄉(xiāng)烘烤工場進行，該地（26.701 21°N，99.974 59°E）海拔2 210 m。供試烤煙品種云煙99的田間管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉栽培技術(shù)規(guī)程操作。選取成熟度一致、落黃均勻的中部葉（11～13葉位）為材料，采用4臺內(nèi)置式生物質(zhì)燃料密集烤房進行烘烤。

1.2 試驗設(shè)計

使用2座同規(guī)格尺寸的4臺內(nèi)置式生物質(zhì)燃料密集烤房，采取相同烘烤工藝。其中，一座加裝遠(yuǎn)程可視化控制設(shè)備，由烘烤師遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤（T1）；另一座未加裝遠(yuǎn)程可視化控制設(shè)備，由同一位烘烤師現(xiàn)場烘烤（T2）。每個處理取樣檢測時進行5次重復(fù)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 煙葉干鮮比。烤煙進爐前隨機抽5夾煙稱取鮮重并做好標(biāo)記，烘烤結(jié)束后稱取干重并計算干鮮比。

1.3.2 燃料消耗。記錄2種工藝烘烤生物質(zhì)用量，每種工藝記錄5爐。

1.3.3 上等煙比例和烤壞煙比例。烘烤結(jié)束后立即抽取5夾煙，調(diào)查上等煙比例和烤壞煙比例。

1.3.4 均價。烤后試驗煙葉由專業(yè)分級人員分級后交售統(tǒng)計。

1.3.5 化學(xué)指標(biāo)的測定。煙樣主要檢測淀粉、總糖、還原糖、總氮、煙堿、蛋白質(zhì)共6類主要化學(xué)成分。檢測方法：總糖和還原糖含量分析參考《煙草及煙草制品水溶性糖的測定連續(xù)流動法》YC/T 159—2002；總氮含量分析參考《煙草及煙草制品總氮的測定連續(xù)流動法》YC/T 161—2002；煙堿含量分析參考《煙草及煙草制品煙堿的測定連續(xù)流動法》YC/T 160—2002；淀粉含量分析參考《煙草及煙草制品淀粉的測定連續(xù)流動法》YC/T 216—2014。

1.3.6 感官質(zhì)量測定。由專家按單體煙葉感官質(zhì)量評吸標(biāo)準(zhǔn)分為香韻（10分）、香氣量（15分）、香氣質(zhì)（15分）、濃度（10分）、雜氣（10分）、勁頭（5分）、刺激性（15分）、吃味（5分）、干凈度（10分）和津潤感（5分）指標(biāo)，合計100分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烘烤方式穩(wěn)溫性能比較

在烤房中安裝溫度傳感器，用于記錄烤煙的4個關(guān)鍵溫度點（38、42、48和52 ℃）的干球溫度變化，結(jié)果如表1所示。遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤（T1）存在較大波動，尤其是48 ℃溫度點時，干球溫度最高值和最低值差達(dá)到±3 ℃，而現(xiàn)場烘烤（T2）溫度較為穩(wěn)定，所有溫度點與目標(biāo)溫度差控制在±1 ℃以內(nèi)，可以避免因溫度大幅度波動和偏離烘烤目標(biāo)溫度而造成煙葉損失。

2.2 不同烘烤方式烘烤時間的比較

監(jiān)測煙葉變黃期、定色期和干筋期烘烤時間，比較不同烘烤方式的烘烤時間。從圖1可以看出，除定色期外，現(xiàn)場烘烤（T2）在其他階段烘烤時間均比遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤（T1）少。現(xiàn)場烘烤（T2）總烘烤時間為193.58 h，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤（T1）總烘烤時間為196.71 h，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤比現(xiàn)場烘烤總烘烤時間多了3.13 h，說明遠(yuǎn)程可視化烘烤能夠較為精準(zhǔn)判斷煙葉烘烤素質(zhì)，和現(xiàn)場烘烤相比無較大差距。

2.3 不同烘烤方式烤后煙葉的經(jīng)濟效益

如表2所示，T1處理與T2處理相比，烘烤后煙葉干鮮比和上等煙比例分別降低了0.23和0.32百分點，均價低了0.30元/kg，而烤壞煙比例高了0.05百分點，同時T1處理能耗較T2處理多5.25 kg。綜上可以看出，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤后的煙葉在經(jīng)

濟效益表現(xiàn)上雖比現(xiàn)場烘烤略低，但經(jīng)濟效益依舊較高。

2.4 不同烘烤方式烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分

由表3所示，T1處理烤后煙葉總糖、還原糖和總氮含量較T2處理分別低0.18、0.01和0.03百分點，淀粉、煙堿和蛋白質(zhì)含量則分別高0.02、0.09和0.12百分點。說明遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤與現(xiàn)場烘烤的煙葉化學(xué)成分含量接近。

2.5 不同烘烤方式烤后煙葉物理特性

由表4可知，T1處理烤后煙葉厚度、單葉質(zhì)量、含梗率、平衡含水率和填充值較T2處理分別升高了1.80%、7.44%、3.47%、0.67%、0.38%，烤后葉面密度T1處理較T2處理降低1.77%。說明遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤與現(xiàn)場烘烤的烤后煙葉物理性狀差異不大。

2.6 不同烘烤方式烤后煙葉感官評吸質(zhì)量

由表5所示，T1處理烤后煙葉的香韻、香氣質(zhì)、香氣量、濃度、雜氣、刺激性、勁頭、津潤感得分和總分較T2分別低0.1、0.2、0.3、0.3、0.2、1.2、0.1、0.2和2.2分，干凈度和吃味均高0.2分。說明遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤與現(xiàn)場烘烤的煙葉感官評吸質(zhì)量接近。

3 結(jié)論與討論

在進行烘烤時，精確控制溫度能夠有效避免溫度劇烈波動或偏離目標(biāo)烘烤溫度而導(dǎo)致煙葉損失［8］。該試驗中，2個處理所用新鮮煙葉相同，在現(xiàn)場進行煙葉烘烤時干球溫度波動較小，而遠(yuǎn)程烘烤存在一定波動，可能是因為試驗所采用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定所導(dǎo)致，這需要進一步對遠(yuǎn)程烘烤溫度接受控制的硬件和軟件進行升級改造，保證遠(yuǎn)程可視化烘烤過程可以較好地執(zhí)行烘烤曲線。

煙葉品質(zhì)形成的關(guān)鍵在于烘烤過程。收獲后的煙葉需要通過人工提供一定的溫度、濕度和時間來完成脫水干燥、顏色變黃以及致香物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程［9］；在烤煙的制作過程中，煙葉的顏色和質(zhì)地都會發(fā)生顯著的變化。這些變化對于最終產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。在煙葉烘烤的過程中，工作人員需要及時地監(jiān)測煙葉的烘烤狀態(tài)，根據(jù)煙葉的變化情況來調(diào)整烘烤技術(shù)參數(shù)，以確保煙葉一直處于適宜的環(huán)境中，從而最大限度地保證煙葉烤制質(zhì)量［10］。在該研究中，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤和現(xiàn)場烘烤所用時間并無太大差異，說明烘烤師能夠通過攝像頭狀態(tài)實現(xiàn)對煙葉狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷。

煙草是一種重要的經(jīng)濟作物，其經(jīng)濟性狀是評價培育效果的重要指標(biāo)之一。經(jīng)濟性狀主要涉及產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例等方面的指標(biāo)［11-12］。對比遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤和現(xiàn)場烘烤后煙葉的經(jīng)濟效益發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤煙葉干鮮比、上等煙比例和均價均低于現(xiàn)場烘烤，遠(yuǎn)程可視化烘烤烤壞煙比例較現(xiàn)場烘烤稍高，能耗也是遠(yuǎn)程可視化烘烤略高，但數(shù)據(jù)表現(xiàn)相差不大，原因是遠(yuǎn)程可視化烘烤設(shè)備中的攝像頭已經(jīng)可以拍攝出接近人眼所觀察到的影像，使得烘烤師可以相對準(zhǔn)確的判斷出煙葉變化狀態(tài)并進行實時調(diào)整，2種烘烤效果存在差異可能是因為攝像燈光會使烘烤師對煙葉的觀察產(chǎn)生微小的偏差，因此在攝像照明設(shè)備上仍需進行改進。

煙葉的物理特性對于煙葉的品質(zhì)以及制造卷煙時產(chǎn)品的口感、外觀等方面都有著直接的影響，同時也會影響到成本和其他經(jīng)濟指標(biāo)。因此，煙葉的物理特性是評價煙葉質(zhì)量的主要內(nèi)容之一［13-15］。該研究發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤后煙葉厚度、單葉質(zhì)量、含梗率、平衡含水率以及填充值較現(xiàn)場烘烤都有所升高，而葉面密度有所降低，但二者數(shù)值變化不大，原因可能是烘烤過程中遠(yuǎn)程可視化調(diào)控對溫度的精準(zhǔn)控制不足，從而導(dǎo)致烤后煙葉物理特性低于現(xiàn)場烘烤，因此需要進一步升級遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤軟硬件設(shè)備，從而提高煙葉品質(zhì)。

化學(xué)成分影響煙葉的外在和內(nèi)在品質(zhì)，是煙葉質(zhì)量的重要決定因素，感官評吸質(zhì)量依靠專業(yè)人員對成煙進行評吸鑒定打分，其中香氣質(zhì)和香氣量對烤煙感官評價影響很大［16-17］。對2種烘烤方式烤后煙葉的化學(xué)成分含量和感官評吸質(zhì)量比較也發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤雖在數(shù)據(jù)上略差于現(xiàn)場烘烤，但相差不大，即使用遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤后得到的煙葉仍可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉水平，原因可能同樣是攝像頭成像與燈光顯示問題。

綜合比較遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤與現(xiàn)場烘烤烤后煙葉的經(jīng)濟效益、物理特性、化學(xué)成分和感官評吸質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，雖然遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤在這4個方面的表現(xiàn)均略低于現(xiàn)場烘烤，但相差較小，可忽略不計。因此，通過遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤技術(shù)，可以達(dá)到現(xiàn)場烘烤的水平。未來需要持續(xù)升級和改進遠(yuǎn)程可視化調(diào)控烘烤技術(shù)，以實現(xiàn)對煙葉烘烤過程的即時監(jiān)管和有效數(shù)據(jù)收集。這將從根本上提高煙葉烘烤的效率，并確保煙葉烘烤質(zhì)量的提升，具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］ 蔣篤忠，肖春生，陳洪浪，等.“互聯(lián)網(wǎng)+” 在煙葉專業(yè)化烘烤中的應(yīng)用［J］.中國農(nóng)學(xué)通報，2016，32（16）：171-177.

［2］ 國家煙草專賣局.國家煙草專賣局關(guān)于推進現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)的意見：國煙〔2009〕115號［A］.2009.

［3］ 黃志宏.新形勢下煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的思考［J］.新農(nóng)村，2018（33）：55.

［4］ 李靜浩，孫光偉，陳振國，等.煙葉烘烤技術(shù)研究進展與智能烘烤技術(shù)展望［J］.湖南文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，33（4）：88-92.

［5］ 李月英，王曉冬.基于單片機的智能烤煙控制系統(tǒng)［J］.黑龍江科技信息，2016（13）：81-82.

［6］ 李增祥，李田澤，楊霞.基于單片機的智能烤煙控制系統(tǒng)［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（2）：395-397.

［7］ 肖川.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)烤煙環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)［D］.牡丹江：牡丹江師范學(xué)院，2017.

［8］ 王建安，段衛(wèi)東，申洪濤，等.醇基燃料密集烘烤加熱設(shè)備及其烘烤效果研究［J］.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2017，19（9）：70-76.

［9］ 劉偉，過偉民，徐磊，等.烘烤過程煙葉物理狀態(tài)與主要化學(xué)成分的協(xié)同變化［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021，50（11）：172-180.

［10］ 鐘平展，楊發(fā)恒，許仕歡，等.論物聯(lián)網(wǎng)在煙葉專業(yè)化烘烤中的應(yīng)用［J］.新農(nóng)業(yè)，2022（22）：92-94.

［11］ 路丹，張得平，梁永進，等.不同用量高碳基有機肥對烤煙生長及產(chǎn)質(zhì)量的影響［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（10）：23-28.

［12］ 張紀(jì)利，魏茳越，王景，等.高碳基有機肥對烤煙生長發(fā)育、病害、化學(xué)成分及經(jīng)濟性狀的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，50（20）：117-124.

［13］ 楊威，張強，董高峰，等.昭通烤煙主要物理特性的因子分析和綜合評價［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（5）：1078-1082.

［14］ 李永智，楊虹琦，何偉，等.不同海拔高度氣象因素對烤煙物理特性的影響［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010 （7）：55-58.

［15］ 田茂成，鄧小華，陸中山，等.基于灰色效果測度和主成分分析的湘西州煙葉物理特性綜合評價［J］.核農(nóng)學(xué)報，2017，31（1）：187-193.

［16］ 張夢楚，王龍，朱波，等.紅花大金元煙葉中性致香成分含量與感官質(zhì)量預(yù)測分析［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，53（22）：5438-5441，5445.

［17］ 邵惠芳，趙昕宇，許自成，等.基于Fisher判別分析的烤煙感官質(zhì)量與工業(yè)應(yīng)用價值的關(guān)系研究［J］.中國煙草學(xué)報，2011，17（6）：13-18.