一种气流交替式烟叶烘烤方法

技术领域

本发明涉及一种气流交替式烟叶烘烤方法，属于烟叶烘烤技术领域。

背景技术

从我国农业生产发展趋势来看，农业机械化作业是农机农艺融合发展的内在要求和必然选择。随着商品经济的不断发展，劳动力资源紧缺在我国由传统农业向现代农业转变过程中表现尤为突出。因此，解决农机农艺不协调、用工荒等问题，推进农机农艺深度融合，提升农产品品质的均匀性显得尤为重要。

目前，烟叶烘烤是农机农艺发展中的一个关键攻关难题，机械化成熟采收、编(夹)烟、装烟上炕及智慧烘烤仍需很长的路要走。当前，烟叶烘烤仍以三段式密集烘烤为主，烘烤时间长、能耗偏高、用工量大，烘烤过程中烤房内温湿度偏差大、烟叶香气物质损失多，烤后烟叶外观质量均匀性差，烘烤损失大等问题在一定程度上制约了我国烟叶烘烤的发展。

专利文献(公开号CN113261694A)公开了一种循环风机可翻转的烟叶密集烤房，烘房包括装烟室和加热室，装烟室和加热室之间设有隔板，隔板顶部和底部开设有风口，烘房的顶部和底部两侧设置有排湿窗，在加热室内设有风机翻转机构，加热组件设在风机翻转机构下方，本发明采用可翻转的轴流风机控制气流方向，不仅容易实现，并降低了烟叶的烘烤成本，通过控制电机对轴流风机进行翻转，实现了装烟室内气流上升模式和气流下降模式的交替运行，并且也避免了同一位置的烟叶在整个烘烤时间段都处于气流上游或下游，使上下棚烟叶的脱水速度和变黄程度保持相对一致，有效解决了现有烟叶变黄脱水快慢不一，上下棚烟叶烘烤质量难以兼顾的问题。

专利文献(公开号CN109820225A)公开了一种减少烟叶香气物质流失的密集烤房循环风机控制方法，变黄阶段：从点火开始到烤房干球温度达到40℃，正转时间为50min，反转时间为10min；定色阶段：该阶段反转功能关闭，风机持续正转；干筋阶段：烤房干球温度达到57℃后，重新开启正反转功能，正转时间为50min，反转时间为10min，直到烘烤结束；用本方法进行烟叶烘烤，在高温段开启正反转功能，树脂类会产生更多的烟气芳香味的物质挥发油和树脂，挥发油在常温下能散发出芳香气味的物质，树脂类则需燃烧或在较高温度下才能产生烟气芳香味的物质；在低温段开启正反转功能，会产生更多的氨基酸，氨基酸对于烤烟的色、香、味方面具有双重作用。

然而，上述等方案虽然能够解决装烟室内上下位置处烟叶的烘烤温度的均匀性，以及减少烟叶挥发油、树脂和氨基酸香气物质的流失，但还存在烟叶香气物质损失多、烘烤操作每个步骤循环风机转速与正反转不匹配、能耗高、用工多、烟叶外观质量和均一性差，烘烤过程中循环风机正反交替因底棚和顶棚温差大易导致的烤坏烟叶现象，以及当前烟叶采烤现状无法适应新形式发展需要和农机农艺深度融合等技术问题。

发明内容

基于上述，本发明提供一种气流交替式烟叶烘烤方法，能够进一步解决烟叶表面及装烟室香气物质通过排湿百叶窗流失、干筋期香气物质损失多、烘烤操作每个步骤循环风机转速与正反转不匹配、能耗高、用工多、烟叶外观质量和均一性差，烘烤过程中循环风机正反交替因底棚和顶棚温差大易导致烤坏烟等技术问题。

本发明的技术方案是：一种气流交替式烟叶烘烤方法，包括以下步骤：

S1，密集烤房改造：所述烤房为内循环除湿热泵密闭式密集烤房，其加热室内的循环风机为双向轴流循环风机，在加热室与装烟室之间隔热墙的顶端和底端设有尺寸相同的热风进风口或回风口，封闭冷风进风口和排湿百叶窗；

S2，自控仪控制：所述烤房装烟室内底棚和顶棚上各安装一组干湿球温度传感器，通过自控仪分别控制气流上升式和气流下降式时的烤房温湿度、升温和稳温时间以及循环风机转速；

S3，鲜烟叶成熟采收：按照鲜烟叶成熟度分叶位进行成熟采收；

S4，鲜烟叶不分类；

S5，编装烟：鲜烟叶编烟不宜过密，装烟量适宜；

S6，预凋萎变黄：在烤房内对鲜烟叶进行预凋萎变黄，至烟叶轻微凋萎、叶尖叶边变黄；

S7，变黄期，点火后，启动循环风机低档转速，以1℃/2h的速度升温到31～33℃，湿球温度30～32℃，稳温烘烤2～3h，烟叶变黄1～2成；以1℃/2h的速度升温到35～36℃，湿球温度34～35℃，稳温烘烤2～3h，烟叶变黄2～3成；以1℃/2h的速度升温到38℃，湿球温度36～37℃，稳温烘烤12～18h，底棚和顶棚烟叶变黄7～8成，叶片发软；之后，以1℃/3～4h的速度升温到40℃，湿球温度36～37℃，稳温烘烤4～6h，底棚和顶棚烟叶变黄8～9成，中间棚次烟叶变黄7～8成，叶片发软；之后，启动循环风机高档转速，以1℃/4～6h的速度升温到42℃，湿球温度36～37℃，稳温烘烤6～8h，底棚和顶棚烟叶黄片青筋、叶基部微带青，中间棚次烟叶变黄8～9成，充分凋萎发软；其中，所述双向轴流循环风机的气流交替运行时间间隔，点火至38℃为1h，38℃稳温开始至42℃稳温结束为1～2h；

S8，定色期，保持循环风机高档转速运行，以1℃/4～6h的速度升温到44℃，湿球温度37℃，稳温烘烤4～6h，扫除叶片余青，底棚和顶棚烟叶勾尖卷边；之后，以1℃/4～5h的速度升温到46℃，湿球温度37～38℃，稳温烘烤4～6h，底棚和顶棚烟叶叶片半干、小卷筒；之后，启动循环风机低档转速，以1℃/4～5h的速度升温到48～50℃，湿球温度37～38℃，稳温烘烤4～6h，底棚和顶棚烟叶叶片干燥2/3以上；之后，保持循环风机低档转速运行，以1℃/3～4h的速度升温到53～54℃，湿球温度38～39℃，稳温烘烤6～10h，整炕烟叶叶片全干、大卷筒；其中，所述双向轴流循环风机的气流交替运行时间间隔2～3h；

S9，干筋期，启动循环风机高档转速，以1℃/2～3h的速度升温到58～60℃，湿球温度38～39℃，稳温烘烤4～6h，底棚和顶棚烟叶主脉干燥1/2以上；之后，启动循环风机低档转速运行，以1℃/2～3h的速度升温到65～68℃，湿球温度38～39℃，稳温烘烤15～20h，整炕烟叶全干；其中，所述双向轴流循环风机的气流交替运行时间间隔，55～60℃为1～2h，60℃稳温开始至烘烤结束为2～3h。

优选地，所述标准密集烤房回风口的长宽尺寸分别改造为2700mm、400mm。

优选地，所述双向轴流循环风机要求效率高，噪声低，电动机额定功率为2.2kW，风量在15000m

优选地，所述当密集烤房气流运动方向为上升式时以底棚温湿度传感器作为烤房主传感器进行控制，当气流运动方向为下降式时以顶棚温湿度传感器作为烤房主传感器进行控制；控制仪上设有自动和手动模式，在关键干球温度点38℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48～50℃、54℃稳温烘烤时，通过控制仪报警和查询装置查询底棚和顶棚温湿度差异，自动或手动调节气流上升式和气流下降式烘烤模式及相关烘烤参数，进一步缩小烤房底棚和顶棚温湿度偏差。

优选地，鲜烟叶成熟采收，中下部烟叶按照成熟程度和叶位每次采收2～3片，上部叶4～6片充分成熟一次性采收。

优选地，鲜烟叶不进行分类操作。

优选地，每竿编鲜烟量为10±1kg，3层标准密集烤房每炕下部鲜烟叶以3000～4000kg为宜，中上部鲜烟叶以3500～4500kg为宜。

优选地，将鲜烟叶装进烤房后启动预凋萎变黄，不点火，不除湿，预凋萎变黄时间为15～25h，每间隔3～5h开启循环风机正反各循环5～10min，从预凋萎变黄开始至10h开启循环风机高档转速，预凋萎变黄10h后开启循环风机低档转速，至烟叶轻微凋萎、叶尖叶边变黄。

优选地，所述双向轴流循环风机采用变频调速技术，预凋萎变黄时期循环风机转速阈值范围为960～1450r/min，其中循环风机低档转速范围为960～1200r/min，高档转速范围为1200～1450r/min；变黄期循环风机转速阈值范围为960～1200r/min，其中循环风机低档转速范围为960～1080r/min，高档转速范围为1080～1200r/min；定色期循环风机转速阈值范围为960～1450r/min，其中循环风机低档转速范围为960～1200r/min，高档转速范围为1200～1450r/min；干筋期循环风机转速阈值范围为720～960r/min，其中低档转速范围为720～840r/min，高档转速范围为840～960r/min。

优选地，密集烤房每炕装鲜烟量下部叶以3000kg为基础，中上部叶以3500kg为基础，装鲜烟量每增加10％，对应的循环风机转速在相应阈值范围内从临界最低值提高10％，但循环风机最高转速不超过每个烘烤时期的阈值范围。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

首先，本发明减少烘烤过程中烟叶香气物质损失主要通过采用内循环除湿热泵密闭式密集烤房、设置循环风机正反转、改造烤房通风通道、关闭排湿窗口，优化烘烤变黄期、定色期和干筋期每个操作步骤所需的温湿度、升温和稳温时间、循环风机转速大小、正反转时间，延长干筋前期的烘烤时间和干筋期的升温时间，减少65～68℃的稳温烘烤时间，从而整体、全面提高烟草致香物质总含量，尤其是质体色素降解产物和棕色化反应产物含量，对烟叶提质保香具有重要的贡献，这是传统密集烘烤方式不能相比的，且不同于专利文献(公开号CN109820225A)“一种减少烟叶香气物质流失的密集烤房循环风机控制方法”，它主要通过调整变黄期40℃前和干筋期57℃后的循环风机正反转时间来减少烟叶挥发油、树脂和氨基酸香气物质的流失。

其次，本发明从农机农艺出发，以解决当前烟叶采烤现状无法适应新形式发展需要和农机农艺深度融合等技术问题为主要着落点，为机械化采烤做准备，突出节能省工的目的。本发明采用的技术手段是根据田间鲜烟叶成熟度按照叶位进行成熟采收，为烟叶机械化采收做准备；另外，不再进行鲜烟叶分类，以节省用工，为未来农机农艺融合和机械化操作提供了重要前提条件，这与传统生产方式明显不同；此外，还对编(夹)烟密度和装烟量进行科学合理量化，以及在点火前对烤房内鲜烟叶进行预凋萎变黄处理，不仅量化了烟叶预凋萎变黄时间和目标状态，还量化了不同预凋萎变黄阶段的循环风机转速，并通过循环风机正反转进一步促使烟叶内在物质充分转化，从而缩短了烘烤过程中烟叶物质转化时间，节省了能耗，这些均不同于常规烘烤和已公开的专利文献。

再次，本发明通过减慢烘烤过程中的升温速度(是常规烘烤升温速度的一半左右)，延长升温时间、减少稳温时间，从而解决因烘烤过程中长时间稳温导致的顶棚与底棚温差大、快速升温导致烟叶烤坏的现象；并且在各个烘烤阶段匹配相应的风机转速，不仅可以提高烟叶外观质量和均一性，避免烤红、烤僵、挂灰，而且能够解决能耗高、用工多的问题。

最后，本发明采用的三段式烘烤工艺，每个时期都有相应的干湿球温度、升温时间、稳温时间及对应的风机转速阈值和烟叶变化状态，充分体现了烟叶变黄、外观形态变化与物质转化、环境条件的协调性和同步性，不仅使烤房不同层间和同层温湿度偏差减少，而且使烘烤过程中烟叶外观形态变化均匀一致，烟叶烘烤损失减少，尤其是在一定程度上减少了霉烂、僵硬、挂灰烟叶的产生。新的气流交替式烟叶烘烤方法，通过创造性、系统性、科学性、整体性和定性定量的描述和操作，能促进采烤烟叶充分凋萎发软和烘烤过程中烟叶变化的均匀性和一致性，从而提高烤后烟叶品质的均匀性。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

试验于2022年在贵州省福泉市进行，供试烤烟品种为云烟87，以中部第10叶位烟叶为试验材料。供试烟叶按照当地优质烟叶生产规范化栽培管理，依据烟叶成熟标准和流程进行成熟采收。供试烤房为常规气流上升式热泵密集烤房(对照组1)和内循环除湿热泵密闭式密集烤房(对照组2)，以及改造后的内循环除湿热泵密闭式密集烤房(处理组)。以当地常规三段式烘烤工艺为对照，以本发明烘烤工艺为对比处理，开展对比试验。

1、本发明烘烤工艺

密集烤房改造：以常规密集烤房和内循环除湿热泵密闭式密集烤房为对照，改造内循环除湿热泵密闭式密集烤房，其加热室内的循环风机为双向轴流循环风机，双向轴流循环风机要求效率高，噪声低，电动机额定功率为2.2kW，风量在15000m

鲜烟叶成熟采收：按照鲜烟叶田间成熟度分叶位进行成熟采收，每次采收2～3片。

鲜烟叶分类和编装烟：鲜烟叶不分类，每竿编鲜烟量约为10kg，3层标准密集烤房每炕装鲜烟叶约4000kg。

预凋萎变黄：将鲜烟叶装进烤房后启动预凋萎变黄，不点火，不除湿，预凋萎变黄时间为20h，每间隔4h开启循环风机正反各循环10min，从预凋萎变黄开始至10h开启循环风机高档转速，预凋萎变黄10h后开启循环风机低档转速，至烟叶轻微凋萎、叶尖叶边变黄。

变黄期，点火后，启动循环风机低档转速，以1℃/2h的速度升温到32℃，湿球温度31℃，稳温烘烤3h，烟叶变黄1成；以1℃/2h的速度升温到35℃，湿球温度34℃，稳温烘烤3h，烟叶变黄2成；以1℃/2h的速度升温到38℃，湿球温度37℃，稳温烘烤16h，底棚和顶棚烟叶变黄7成，叶片发软；之后，以1℃/4h的速度升温到40℃，湿球温度37℃，稳温烘烤6h，底棚和顶棚烟叶变黄8～9成，中间棚次烟叶变黄8成，叶片发软；之后，启动循环风机高档转速，以1℃/6h的速度升温到42℃，湿球温度36℃，稳温烘烤8h，底棚和顶棚烟叶黄片青筋、叶基部微带青，中间棚次烟叶变黄8～9成，充分凋萎发软；其中，双向轴流循环风机的气流交替运行时间间隔，点火至38℃为1h，38℃稳温开始至42℃稳温结束为2h；

S8，定色期，保持循环风机高档转速运行，以1℃/6h的速度升温到44℃，湿球温度37℃，稳温烘烤6h，扫除叶片余青，底棚和顶棚烟叶勾尖卷边；之后，以1℃/5h的速度升温到46℃，湿球温度38℃，稳温烘烤6h，底棚和顶棚烟叶叶片半干、小卷筒；之后，启动循环风机低档转速，以1℃/5h的速度升温到50℃，湿球温度38℃，稳温烘烤6h，底棚和顶棚烟叶叶片干燥2/3以上；之后，保持循环风机低档转速运行，以1℃/4h的速度升温到53℃，湿球温度39℃，稳温烘烤8h，整炕烟叶叶片全干、大卷筒；其中，所述双向轴流循环风机的气流交替运行时间间隔2.5h；

S9，干筋期，启动循环风机高档转速，以1℃/2h的速度升温到60℃，湿球温度39℃，稳温烘烤5h，底棚和顶棚烟叶主脉干燥1/2以上；之后，启动循环风机低档转速运行，以1℃/2h的速度升温到65℃，湿球温度39℃，稳温烘烤20h，整炕烟叶全干；其中，所述双向轴流循环风机的气流交替运行时间间隔，54～60℃为1h，60℃稳温开始至烘烤结束为2h。

在本烘烤工艺中，双向轴流循环风机采用变频调速技术，预凋萎变黄时期循环风机转速阈值范围为960～1450r/min，其中循环风机低档转速范围为960～1200r/min，高档转速范围为1200～1450r/min；变黄期循环风机转速阈值范围为960～1200r/min，其中循环风机低档转速范围为960～1080r/min，高档转速范围为1080～1200r/min；定色期循环风机转速阈值范围为960～1450r/min，其中循环风机低档转速范围为960～1200r/min，高档转速范围为1200～1450r/min；干筋期循环风机转速阈值范围为720～960r/min，其中低档转速范围为720～840r/min，高档转速范围为840～960r/min。

2、常规三段式烘烤工艺

按常规烤烟品种三段式烘烤工艺(GB/T 23219—2008)进行烘烤操作，常规密集烤房和内循环除湿热泵密闭式密集烤房不改造。

鲜烟叶成熟采收：按照鲜烟叶成熟度进行成熟采收，中部叶每次采收2～3片。

鲜烟叶分类与编装烟：鲜烟叶按常规烘烤操作进行分类编烟，每竿编鲜烟叶量和烤房装烟量与处理差异不显著。

变黄期：装烟后，烧小火将烤房温度提高到35℃，保持湿球温度34℃，至叶尖变黄后，将干球温度以每2h升高1℃的速度，升至38℃，稳温延长时间，控制湿球温度36℃，使烤房内挂温度计棚次的烟叶80％左右达到七成到八成黄，同时叶片发软(失水量30％左右)。之后再升温到42℃，保持湿球温度37℃，拉长时间，使烟叶达到黄片青筋微带青，凋萎塌架、主脉发软。

定色期：干球温度先以平均每3h升高1℃的速度升至46℃保持稳定，延长时间，使烟叶烟筋变黄，失水达到小卷筒，然后以2h升高1℃的速度升温至54℃，稳温10h，达到叶片干燥。随着干球温度上升，湿球温度逐步上升且稳定在39℃。

干筋期：以每小时l℃的速度由54℃升温到65℃保持稳定，直到烟叶完全干燥。在干球温度达到60℃以前，保持湿球温度40℃；60℃以后逐渐关小进排湿口，减小通风量，保持湿球温度41℃。

下面分别从烤房温湿度偏差、烘烤时间、能耗用工、烟叶外观质量、主要化学成分、致香物质、感官质量和经济性状等方面对本发明烘烤方法(处理组)和常规三段式烘烤(对照组1和对照组2)的烟叶进行评价分析。

1、不同处理对密集烤房底棚和顶棚温湿度偏差的影响

表1不同处理对密集烤房底棚和顶棚温湿度偏差的影响

注：对照组1是常规气流上升式密集烤房利用三段式烘烤工艺进行烘烤操作；对照组2是内循环除湿热泵密闭式密集烤房利用三段式烘烤工艺进行烘烤操作；不同小写字母表示在5％水平上差异显著，3次生物学重复。下同

由表1可知，分别在42℃(变黄后期)、54℃(定色后期)和65℃(干筋后期)稳温2h后，每隔30min记录烤房底棚和顶棚温湿度的差值，连续3次，取其平均值。结果表明，本发明烘烤(处理组)在烘烤过程中42℃(变黄后期)、54℃(定色后期)和65℃(干筋后期)的温度偏差和湿度偏差均优于对照组。

2、不同处理对烘烤过程中不同层烟叶外观形态的影响

表2不同处理对烘烤过程中不同层烟叶外观形态的影响

3、不同处理对烘烤时间和能耗用工的影响

表3不同处理对烘烤时间和能耗用工的影响

注：电费是每度0.50元；用工单价是每个工150元，工时为每天8h。

4、不同处理对烤后烟叶外观质量的影响

表4不同处理对烤后烟叶外观质量的影响

5、不同处理对烤后烟叶等级和经济性状的影响

表5不同处理对烤后烟叶等级和经济性状的影响

6、不同处理对烤后烟叶化学成分协调性、香气物质含量和感官质量的影响

表6不同处理对烤后烟叶内在品质的影响

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注：感官质量评价为香气质、香气量、吃味、杂气、刺激性、劲头6项得分总和，每项均为10分。两糖比值(还原糖与总糖的比值)，大于0.9较为协调；糖碱比值(水溶性唐与烟碱的比值)，一般认为在10左右比较好。

由表2至表6可知，相比对照组1和对照组2，本发明烘烤方法(处理组)烘烤过程中不同层烟叶外观形态变化更加均匀一致，烤房温湿度偏差相对较小，烘烤时间有所缩短，能耗用工减少，烤后烟叶外观质量和经济性状有所提高，化学成分更加协调，致香物质(尤其是质体色素降解产物和棕色化反应产物)显著提高，感官评吸质量较佳。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。