密集烤房與普通烤房對比分析

　　烤房是烘烤烤煙的專用設備，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，烤房不斷更新?lián)Q代，自烤煙生產(chǎn)以來經(jīng)歷了明火烤房、自然通風式普通烤房、熱風循環(huán)烤房、普改密烤房、密集烤房等形式，并分別在當時的經(jīng)濟社會條件下形成了與烤房形式相適應的烘烤工藝，煙葉的烘烤原理也隨著研究的深入不斷得到深化，烤煙的生產(chǎn)水平和煙葉質(zhì)量不斷得到提高。近年來，隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國密集烤房的普及率逐年提升。與普通烤房相比，密集烤房由于采用了風機、溫濕度自動控制等烘烤設備，煙葉的烘烤質(zhì)量得到明顯提高，烘烤用工減少，烘烤成本顯著降低（詹軍等，2011）。密集烤房的推廣應用適應了我國煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的要求，而且代表了烘烤設備發(fā)展上的必然趨勢。在此背景下，根據(jù)密集烤房的特點研究并規(guī)范密集烘烤工藝、改善密集烤房烤后煙葉的質(zhì)量已經(jīng)成為當前烤煙生產(chǎn)的最迫切任務。本文系統(tǒng)闡述了國內(nèi)外密集烤房及其設備發(fā)展演變的歷程，并就密集烤房與普通烤房對烘烤環(huán)境、烘烤過程中煙葉的變化及烤后煙葉品質(zhì)的不同影響進行了對比分析，在此基礎上分析了造成目前密集烘烤煙葉外觀質(zhì)量降低、光滑煙形成、香氣降低的原因，以期為我國密集烘烤工藝的完善和密集烤房設備的發(fā)展提供參考。

　　1　國內(nèi)外密集烤房的研究進展

　　1.1　國外密集烤房的研究進展

　　20世紀60年代，美國北卡羅萊納州立大學的Johnson等（1960）開展了烤煙堆積烘烤的研究，開創(chuàng)了密集烤房研究的先河，他們先后設計出了適宜烤煙生產(chǎn)的設備，并提出了相應的密集烘烤工藝。之后這種烘烤方法逐漸被改進并廣泛應用于烤煙生產(chǎn)中。1963年，Long（1963）成功研制了鮮煙葉田間采收機械以及煙葉夾持設備，解決了采收、編煙和裝煙用工多的問題。1966年，Wilson（1966）出于節(jié)省編煙裝炕等環(huán)節(jié)用工的考慮研制出了適宜于密集烤房的煙夾。同年，Hassler（1966）研制出了適于2層裝煙的密集烤房梳式煙夾并提出了適于該設備的密集烘烤工藝，該煙夾不但大大減少了編煙裝炕環(huán)節(jié)的用工量，而且使烤房的制造成本得到了大幅的降低。1972年，Wilsion（1972）為了解決密集烘烤過程中單一風速條件對烤后煙葉質(zhì)量造成不良的影響，對密集烘烤的送風裝置進行了改進，在變黃期用相對低速風，在干葉期和干筋期用相對高速風，從而使變黃期延長，干筋期縮短。這一改進不僅使煙葉物質(zhì)充分轉化，而且有效防止了煙葉的香氣物質(zhì)在干筋期散失過多。1974年，Taylor（1974）等對煙夾進行了改進，使煙夾不但具備從煙田將煙葉運輸?shù)娇痉康墓δ?，而且使得煙葉裝卸更加方便，烤房內(nèi)風速均勻，有利于烤煙專業(yè)化種植。同年，Long（1974）研制出一種田間成熟鮮煙葉采收機械并配備相應的大箱式裝煙設備，使采煙、裝煙、出炕等環(huán)節(jié)的機械化程度得到大幅度提升，有效減少了生產(chǎn)用工。1975年，Taylor（1975）等人研制出一種可移動的密集烤房，大大擴展了密集烤房的服務半徑，減少了煙葉運輸環(huán)節(jié)的用工。1976年，Johnson（1976）制造出一種大箱式裝煙設備，該設備不僅可以烘烤完整煙葉，而且可以烘烤去梗煙葉；并且他還提出了適于該裝煙設備的密集烘烤工藝。同年，Long（1976）對大箱式裝煙設備進行了改進，使裝煙更加便利，風速更加均勻，這種大箱式裝煙設備的裝煙方法是：將大箱平放到地面上，打開箱門，將煙葉裝滿后封閉裝煙門，然后將大箱豎起來，此時煙葉正好順著烤房內(nèi)熱風的流動方向排放，而且大箱下面的輪子可以保證其方便的被推進烤房。Azumano（1976）研制出一種溫濕度自動控制系統(tǒng)用于密集烘烤，并全面展示了烤房的裝煙、加熱、排濕、自控等各個裝置的工作原理，使密集烘烤的自動化水平提升到一個新的臺階。Suggs（1976）對烤煙采收、裝煙設備進行了改進，使經(jīng)機械采收后雜亂無序的煙葉直接裝箱并用鋼針固定，減少了煙葉裝箱擺放等環(huán)節(jié)的用工。同年，Perry（1976）對煙夾進行了改進，改進的煙夾比以往的煙夾更加輕便、簡單、節(jié)省材料、堅固耐用，而且更加便于裝卸煙葉。1977年，Edwards等（1977）改進了大箱式裝煙的固定方式，在大箱的裝煙口處用方形框扣住煙框，然后用鋼針固定，以避免煙葉烘烤過程中的倒伏、干燥不均勻等現(xiàn)象；該設備結構簡單，拆裝方便。同年，Jordan等人（1977）和Griffin等人（1977）先后對裝煙設備進行了改造，使裝煙更加簡便快捷。1978年，Fowler（1978）研制出一種廢氣循環(huán)利用和太陽能預熱空氣的裝置，該裝置有效減少了烘烤耗能。1979年鮑威爾制造公司的Wilson（1979）制造出一種便于組合的密集烤房，該烤房的每一個煙箱都是裝煙室的一部分，可以實現(xiàn)多組對接。該發(fā)明在密集烤房發(fā)展上具有重要意義，它改變了固定空間的模式，對省工、增效等發(fā)揮了重要作用。1980年，Horne（1980）為了減少人為操作對烘烤的不良影響，設計出自動控溫控濕的密集烘烤裝置，將烘烤工藝設定好之后便可實現(xiàn)煙葉烘烤的全自動化。之后美國密集烤房專家在熱風循環(huán)系統(tǒng)、裝煙設備、燃料利用、排濕系統(tǒng)、密集烘烤工藝等方面不斷完善，逐步形成了適應美國經(jīng)濟狀況、生產(chǎn)方式的*的商業(yè)化生產(chǎn)、運作的、現(xiàn)代化、機械化、智能化的密集烤房以及相應的配套設備與技術。

　　長期以來，美國、日本、巴西等烤煙生產(chǎn)*國家也相繼進行了密集烤房及其相關設備的試驗，并在裝煙、溫濕度自動化控制、烘烤工藝等方面取得了很多成果，使密集烘烤技術不斷規(guī)范和普及。目前，我國正在進行大規(guī)模的現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)改革，改善煙草產(chǎn)業(yè)基礎設施建設尤其是密集烤房的建設，可以借鑒國外的研究成果和*的管理經(jīng)驗，不斷提高我國煙葉生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平，提升煙葉質(zhì)量。

　　1.2　國內(nèi)密集烤房的研究進展

　　我國密集烤房的研究起步于20世紀70年代，當時的河南煙草甜菜工業(yè)科學研究所（1976a，1976b，1977）在國*行了密集烤房試驗，并于1973-1974年成功定性設計出三種以煤為燃料、土木結構的密集烤房，并在福建、河南、廣西和東北等地區(qū)進行了相關試驗和小范圍的推廣。但由于烤房本身的缺陷及當時經(jīng)濟社會條件的限制最終未能大面積推廣。之后的幾十年間雖然有很多研究機構對密集烤房進行了大量的引進、消化和研究，但是密集烤房一直沒有在煙葉烘烤環(huán)節(jié)起到主導地位。

　　20世紀90年代以來，隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，烤煙的種植規(guī)模不斷擴大，密集烤房的研究和應用進入了一個新的階段。張仁義等（1994）設計制造了一種自動控制的密集烤房。1995-1996年，聶榮邦（1999，2000）相繼研制出了新式微電熱密集烤房和燃煤式密集烤房。1999年，宮長榮等（1999）研制出熱泵型煙葉自控烘烤設備。喬萬成等（1999）在同年研制出了土木結構的燃煤式密集型熱風循環(huán)烤房。這一時期，密集烤房在東北等烤煙種植規(guī)模較大的地區(qū)得到了逐步的引進、消化和改造，并在生產(chǎn)上得到了逐步的推廣；但是密集烤房在我國大部分煙區(qū)沒有推廣開來?？梢哉f，在這個時期我國的煙葉烘烤主要是以普通烤房的標準化改造、烘烤工藝的改進為主要任務（宮長榮等，1997）。之后，科研人員結合密集烤房的烘烤原理及我國烤房與煙葉的生產(chǎn)現(xiàn)狀對普通烤房進行了改造，相繼研制出了熱風循環(huán)烤房（李曉燕等，2007）和普改密烤房（蔣篤忠等，2008），這些成果對由普通烤房向密集烤房過渡起到了承上啟下的重要作用。

　　21世紀以來，隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，烤煙生產(chǎn)組織形式也發(fā)生了重大轉變。我國在不斷加強煙葉生產(chǎn)基礎設施建設的同時，全面推進煙葉生產(chǎn)的規(guī)?；⒓s化、專業(yè)化和信息化，密集烤房也得到了極大的發(fā)展。目前，我國密集烤房在加熱設備、風機電機配置、溫濕度自控、編煙機、裝煙設備、散葉烘烤等多種形式的烤煙設備方面已經(jīng)取得重大突破和創(chuàng)新，并在一些地區(qū)得到推廣。

　　2　密集烤房與自然通風烤房烘烤的對比研究

　　自從密集烤房研制成功以來，密集烤房與普通烤房的比較一直是研究的熱點，尤其在我國，普通烤房在近半個多世紀以來一直扮演著重要的角色，但是在目前密集烤房大面積推廣的情況下，密集烤房烤后煙葉質(zhì)量卻不斷受到工業(yè)公司的質(zhì)疑。密集烤房與普通烤房的烘烤原理相似，但二者之間存在諸多差異。通過比較，分析二者的相同點，區(qū)分不同點，即可發(fā)現(xiàn)密集烘烤的基本原理，并在基本原理的指導下不斷創(chuàng)新發(fā)展，改善密集烘烤工藝，提升煙葉質(zhì)量。為了規(guī)范烤房的類型，我們將熱風循環(huán)烤房、普改密烤房以及各種大中小型帶有強制通風設施的烤房定義為密集烤房，而將自然通風的烤房定義為普通烤房。雖然相關的研究文獻大部分來自基層烤房科技工作者，并且相關文獻層次不齊，但是找出其中的規(guī)律性對于明確密集烤房與普通烤房的差異仍有積極的意義。

　　2.1　烘烤環(huán)境的比較

　　煙草科技工作者（王玉軍等，1999；潘建斌等，2006；王亞輝等，2006）從溫差、葉間隙風速和烘烤時間等方面對密集烘烤與普通烘烤做了相關的比較，結果表明，密集烘烤的垂直溫差和平面溫差小于普通烤房，可以實現(xiàn)全炕煙葉變化一致；密集烘烤的葉間隙風速大于普通烤房，排濕順暢，能減少雜色煙葉比例；密集烘烤時間普遍比普通烘烤縮短。其中，普匡等（2008）研究表明，密集烤房大垂直溫差為1.5℃，平面溫差為0.2℃，而普通烤房大垂直溫差為4℃，平面溫差為1.2℃；密集烤房變黃期葉間隙風速為0.24m/s，定色期為0.19m/s，干筋期為0.11m/s，普通烤房分別為0.18、0.13和0.07m/s；密集烤房烘烤時間比普通烤房縮短22h，縮短12.09%。劉洪祥等（2003）認為在烘烤過程中增加CO2濃度可對鮮煙葉呼吸起到抑制作用，從而提高煙葉質(zhì)量。韓錦鋒等（1986）研究表明，在烘烤過程中補充一定量的CO2（其濃度在0.9%~1.35%范圍內(nèi)增加時），能加速煙葉失水變黃，提高酶活性，促進葉綠素降解，抑制棕色化反應，有利于提高煙葉烘烤質(zhì)量，但是CO2含量過高會導致煙葉中毒，對烤后煙葉造成不利影響。目前關于兩種烤房中氣體環(huán)境組分的變化及其與煙葉品質(zhì)的關系的報道還很少。

　　2.2　烘烤過程中煙葉的變化比較

　　馬翠玲等（2007）等研究了3種烤房烘烤過程中煙葉水分的動態(tài)變化規(guī)律，結果表明，不同烤房、不同部位煙葉均表現(xiàn)出前期失水少而慢，中期失水多而快，后期失水少而快的特點。煙葉烘烤過程中失水快的是普通烤房，其次是氣流上升式密集烤房，氣流下降式密集烤房失水最慢。因此，在密集烘烤過程中要注意變黃期提前排濕的問題，以保證煙葉適度失水凋萎，防止煙葉變硬變黃，導致烤后煙葉組織結構緊密，光滑煙比例增大。樊軍輝等（2010）研究了兩種烤房烘烤過程中煙葉的形態(tài)變化，結果表明，在密集烤房烘烤過程中，煙葉形態(tài)變化呈現(xiàn)出在變黃期緩慢，定色期劇烈，后期又減緩的趨勢；而在普通烤房烘烤過程中，煙葉形態(tài)變化相對平緩。陳翾（2007）研究了普通烤房與密集烤房對烘烤過程中煙葉主要碳水化合物的影響，結果表明，密集烤房溫差小，整炕煙葉變黃干燥一致，有利于淀粉的降解以及總糖、還原糖的積累，并在一定程度上降低了烤后煙葉總氮、煙堿和蛋白質(zhì)的含量。

　　2.3　烤后煙葉經(jīng)濟狀況與質(zhì)量

　　有很多研究（王方鋒等，2007；肖艷松等，2009；成勍松等，2009；陳遠平等，2011）表明，密集烤房的勞動力成本、能耗成本比普通烤房顯著降低，并且烤后煙葉的中上等煙比例得到不同程度的提高，雜色煙葉和掛灰煙葉有效減少，但是光滑煙比例有所增加。光滑煙比例大，煙葉僵硬、組織結構緊密是目前密集烘烤烤后煙葉存在的一個主要問題。肖艷松等（2009）研究表明密集烤房烤后煙葉較普通烤房色澤強，青筋率和雜色率較低，成熟度較好，但是烤后煙葉的顏色較淺，多為檸檬黃，而普通烤房烤后煙葉的顏色多為桔黃色。顏色淡、油分減少是目前影響密集烤房烤后煙葉質(zhì)量的又一個主要因素。

　　趙銘欽等（2006）研究表明，密集烤房烤后煙葉的葉片厚度和葉質(zhì)重小于普通烤房，而填充值、平衡含水率、拉力和抗張強度等指標大于密集烤房。而樊軍輝等（2010）研究認為密集烤房烤后煙葉各形態(tài)指標除上部煙葉縱向卷曲度外，煙葉縱向收縮率、橫向收縮率、面積收縮率、厚度收縮率、橫向卷曲度及中部煙葉縱向卷曲度均顯著或極顯著小于普通烤房，與普通烤房相比，密集烤房烤后煙葉單葉質(zhì)量、葉質(zhì)重與葉片厚度較大，而含梗率、平衡含水率與拉力較小?？梢姸叩难芯拷Y果有較大差異，這可能與烤煙品種、氣候條件、烘烤工藝等因素有關，今后可以從烘烤工藝方面深入探索其對烤后煙葉的物理特性指標的影響，從而達到調(diào)控煙葉質(zhì)量的目的。

　　聶榮邦等（1999）研究表明密集烤房烤后煙葉總糖含量高于普通烤房，而總氮、煙堿等的含量低于普通烤房，相應的糖堿比增大，氮堿比減小，這與陳翾等（2007）的研究結果一致。在科學的烘烤工藝條件下，密集烘烤對降低烤后煙葉淀粉含量具有重要意義。雖然降低淀粉含量對提高烤煙質(zhì)量有利，但是過多積累總糖和還原糖、減少干物質(zhì)的消耗對烤煙質(zhì)量不一定有利，因為其容易引起糖堿比增大，致使烤后煙葉化學成分不協(xié)調(diào)。

　　韋鳳杰等（2007）對比研究了小型密集烤房與普通烤房烤后煙葉的香氣物質(zhì)含量，結果表明，小型密集烤房烤后中下部煙葉的棕色化反應產(chǎn)物，如類西柏烷類、苯酸類和類胡蘿卜素類香氣物質(zhì)含量明顯高于普通烤房，而小型密集烤房對上部煙葉的香氣物質(zhì)積累效應不明顯?？梢娫诤侠淼墓に嚥僮鳁l件下，密集烘烤有助于提高烤后煙葉的香氣物質(zhì)含量，對于煙葉不同的部位要選擇科學的烘烤工藝。

　　肖興強等（2009）研究表明，密集烤房與普通烤房兩種烤房烤后煙葉的感官質(zhì)量差異不顯著，普通烤房烤后煙葉總得分略高于密集烤房。盡管評價煙葉感官質(zhì)量的幾個關鍵指標如香氣質(zhì)、香氣量等在不同烤房之間差異不顯著，但是仍然反映了一個問題，即密集烘烤對煙葉的感官質(zhì)量有不良影響。因此，感官質(zhì)量的改善是密集烘烤工藝優(yōu)化的重點，尤其是要改善密集烘烤烤后煙葉的香氣量。

　　3　展望

　　3.1　兩種烤房烤后煙葉外觀差異的分析

　　密集烤房烤后煙葉比普通烤房色澤鮮亮，可能與在烘烤的定色期煙葉表面的附著水在強制性熱風循環(huán)的作用下迅速排出從而減少了揮發(fā)油和樹脂的自然消耗有關。由于密集烤房使用的風機風速過快，通風量過大，烤后煙葉光澤較鮮明，但葉背面呈白色，煙葉正反面色差大，總體趨向于檸檬黃色；而普通烤房風速過慢，通風量過少，烤后煙葉光澤暗，顏色偏深。密集烤房升溫排濕快，常常由于變黃不充分，易出現(xiàn)顏色偏淡、檸檬黃煙葉偏多、青黃煙或片青筋現(xiàn)象；而普通烤房升溫排濕慢，溫度偏低，易出現(xiàn)煙葉變黃過度、葉片變薄、掛灰或糟片等現(xiàn)象。

　　3.2　光滑僵硬煙葉的形成原因分析

　　密集烤房裝煙密度大，烤房溫度升高時，煙葉內(nèi)部水分加速外移，但葉片“互相重疊”，煙葉表面水分不能及時蒸發(fā)，阻擾內(nèi)部水分向外擴散，隨著后期的升溫排濕，易在煙葉上留下“痕跡”。此外，密集烤房風速快，使煙葉水分的表面蒸發(fā)率大于內(nèi)部擴散率，煙葉表面易出現(xiàn)干裂。內(nèi)部水分來不及轉移到煙葉表面，使煙葉表面迅速形成一層干燥薄膜，其滲透性極低，從而將大部分殘留水分保留在煙葉內(nèi)，使失水速率急劇下降，內(nèi)部轉化停滯。之后葉片內(nèi)部干燥和收縮時就會脫離干燥膜而出現(xiàn)內(nèi)裂孔隙，而煙葉表面出現(xiàn)凹凸不平。反映在煙葉內(nèi)部，可能是一些與細胞壁等物質(zhì)降解有關的酶（如果膠甲基酯酶、多聚半乳糖醛酸酶等）活性受到抑制，煙葉水分不適宜，使得細胞壁物質(zhì)水解不全或很少，內(nèi)含物質(zhì)降解轉化不充分，從而導致光滑煙的形成。

　　3.3　內(nèi)含物質(zhì)轉化與香氣質(zhì)量形成差異的分析

　　目前密集烘烤仍然是根據(jù)烘烤過程中煙葉的顏色變化和干燥程度人為地調(diào)節(jié)烤房內(nèi)的溫濕度及風速。但在密集烘烤條件下，煙葉外觀顏色和形態(tài)變化是否能夠真正體現(xiàn)煙葉內(nèi)在生理生化變化尚不明確；人們?yōu)榱私档湍芎?、減少干物質(zhì)損失而片面追求快速升溫排濕、縮短烘烤時間，使得水分不能滿足酶及生理生化反應的需要，導致煙葉內(nèi)部物質(zhì)（如淀粉、色素等大分子物質(zhì)）轉化降解不充分。而普通烤房雖然因其基本設施較差，升溫排濕反應遲鈍，但煙葉外觀形態(tài)和內(nèi)部物質(zhì)的變化較為一致，細胞內(nèi)的各種酶能長時間保持活性，使煙葉內(nèi)葉綠素、類胡蘿卜素、淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)充分降解，為煙葉提供更多的香氣前體物質(zhì)。此外，由于密集烤房通風量過大，風速快，特別是在干筋期溫度高的情況下，很容易將煙葉形成的油分和一些香氣物質(zhì)排出烤房，最終導致煙葉香氣質(zhì)量下降。

密集烤房的裝煙容量大，烘烤能力強；密集烘烤節(jié)能、省工優(yōu)勢明顯；密集烘烤有利于提高整體烘烤質(zhì)量；密集烤房有利于實現(xiàn)專業(yè)化烘烤，降低烘烤成本和烘烤風險。但是由于目前密集烘烤技術在我國尚不成熟，烤后煙葉僵硬、顏色淡、油分減少、香氣物質(zhì)減少等現(xiàn)象普遍存在。因此，今后應針對密集烘烤的特殊性，采取相應的烘烤措施，不斷優(yōu)化和完善密集烘烤工藝，并努力揭示密集烘烤過程中煙葉變化的特殊規(guī)律，促使煙葉外觀形態(tài)變化與內(nèi)含物質(zhì)變化相協(xié)調(diào)，真正實現(xiàn)煙葉的烤黃、烤干、烤香。