烟叶烘烤是烤烟生产中重要的环节之一，适宜的采烤工艺是获得烟叶较高产质量的基础。在实际生产中，烟农采烤的随意性较大，导致烟叶成熟度参差不齐，其对烤烟的内在物质转化影响较大[1-2]。谢博文等[3]研究了烟叶原料、真空回潮和润叶等因素对烟叶结构均匀性的影响，为进一步优化打叶复烤工艺提供参考；杨庆焱等[4]研究表明，上部烟叶一次性采烤、上部烟叶一次性带茎采烤工艺有利于提高烤后烟叶质量和经济效益。因此，开展欠熟与过熟类型烟叶密集烘烤工艺研究，对精准控制烟叶烘烤工艺，提高烟叶烘烤效率和质量具有重要意义。本试验采用密集烘烤优化工艺与常规烘烤工艺对不同成熟度、不同部位的烟叶进行烘烤，分析其烘烤能耗成本、烟叶经济性状以及烟叶化学成分，为精准控制欠熟与过熟烟叶烘烤过程提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试品种为湘烟5号，由湖南省烟草公司永州市公司提供。密集烤房9座，规格为2.7 m×8.0 m。
1.2 试验时间和地点
试验于2022年在湖南永州市江华瑶族自治县白芒营镇进行，要求田间烟株长势基本一致，营养平衡。
1.3 试验设计
采用单因素试验，欠熟烟叶采用优化工艺烘烤的为T欠熟组，采用常规烘烤工艺的为CK欠熟组（图1～2）。过熟烟叶采用优化工艺烘烤的为T过熟组，采用常规烘烤工艺曲线的为CK过熟组（图3～4）。各处理3次重复，每个处理1房烟。各部位烟叶处理工艺差异如下。（1）下部叶。变黄期，1 ℃/h干球升温至36 ℃，湿球34 ℃稳温1～4 h；1 ℃/h干球升温至38 ℃，湿球36 ℃稳温16～18 h；凋萎期，1 ℃/h干球升温至40 ℃稳温2～8 h，湿球36 ℃；0.5 ℃/h干球升温至42 ℃稳温16 h，湿球36.0～36.5 ℃；定色期，0.5 ℃/h干球升温至46 ℃稳温8～10 h，湿球37 ℃；0.5 ℃/h干球升温至50 ℃稳温4 h，湿球38 ℃；0.5 ℃/h干球升温至54 ℃稳温12～16 h，湿球38 ℃；干筋期，1 ℃/h干球升温至60 ℃稳温4 h，湿球39 ℃；1 ℃/h干球升温至65 ℃稳温10 h，湿球41 ℃。
（2）中部叶。变黄期，1 ℃/h干球升温至36 ℃，湿球35 ℃稳温1～8 h，湿球36 ℃稳温16～24 h；1 ℃/h干球升温至38 ℃；凋萎期，0.5 ℃/h干球升温至40 ℃稳温8～12 h，湿球36 ℃;CK欠熟、CK过熟组以0.3 ℃/h将干球升至42 ℃稳温14 h，T欠熟、T过熟组以0.5 ℃/h将干球升至42 ℃稳温18～20 h，湿球37 ℃；定色期，0.5 ℃/h干球升温至47 ℃稳温8～12 h，湿球37.5～38.0 ℃；0.5 ℃/h干球升温至50 ℃稳温4 h，湿球38 ℃；1.0 ℃/h干球升温至54 ℃稳温14 h，湿球39 ℃；干筋期，1 ℃/h干球升温至60 ℃稳温4 h，湿球40 ℃；1 ℃/h干球升温至68 ℃稳温10 h，湿球42 ℃。（3）上部叶。变黄期，0.75 ℃/h干球升温至36 ℃左右稳温6～20 h，湿球35 ℃；1 ℃/h干球升温至38 ℃稳温18～20 h，湿球36～37 ℃；凋萎期，0.5 ℃/h干球升温至40 ℃稳温4～8 h，湿球36.5~37.0 ℃；0.5 ℃/h干球升温至42 ℃稳温18～20 h，湿球37.0~37.5 ℃；定色期，0.5 ℃/h干球升温至48 ℃稳温12 h左右，湿球37.5～38.0 ℃；0.5 ℃/h干球升温至50 ℃稳温6 h，湿球38.0～38.5℃；1 ℃/h干球升温至54 ℃稳温18～22 h，湿球39 ℃；干筋期，以1 ℃/h干球升温至60 ℃稳温6 h，湿球40 ℃；1 ℃/h干球升温至68 ℃稳温16 h，湿球42 ℃。
1.4 测定指标及方法
各处理根据烟叶的部位和成熟度选择相应的烘烤工艺曲线，选取6竿（夹）具有代表性的烟叶，称重挂牌后挂置于烤房4 m处上、中、下层，左右各1竿，用于测定烘烤效果。在配备物联网功能的控制仪中设置工艺曲线，整个烘烤过程严格执行该曲线设置，中途不作任何修改或及时记录所作修改。自点火升温后开始，每4 h记录1次烤房的干球、湿球温度，同时观察记录烟叶颜色和状态变化，至烘烤结束。
1.4.1 能耗成本
烟叶开始烘烤前和烘烤结束后电度表读数为耗电量，单位kW·h。根据各烤次回潮后干烟叶总量计算单位重量烟叶的煤耗量，单位为kg。烟叶回潮后解开烟竿，对随机称取的10竿（夹）烟叶（包括未达到等级标准的烟叶）进行称重，计算整房烟叶干重，单位kg。相关计算如式（1 ）～（3 ）。
千克干烟耗电量（kW·h）=总耗电量/烟叶总重量
千克干烟耗料量（kg）=总煤耗量/烟叶总重量
千克干烟烘烤能耗成本（元）=千克干烟耗电量×电量单价+千克干烟耗料量×生物质颗粒单价/1 000
1.4.2 烟叶经济性状
烤后的试验样烟经专业分级人员按GB 2635—1992《烤烟》进行分级，计算供试烟叶各等级比例。
1.4.3 烟叶常规化学成分
1.5 数据分析
数据采用Excel 2010软件进行处理，采用SPSS 22.0软件进行统计分析，处理间比较采用t检验。
2 结果与分析
2.1 欠熟烟叶烘烤试验
2.1.1 能耗成本
由表1可知，T欠熟下部叶千克干烟烘烤能耗成本较CK欠熟下部叶降低6.19%；T欠熟中部叶千克干烟能耗成本与CK欠熟中部叶基本一致；上部叶千克干烟能耗成本较CK欠熟上部叶增加了1.02%。说明，烘烤工艺对欠熟烟叶烘烤能耗成本的影响不明显。
表1 不同处理各部位欠熟烟叶烘烤能耗成本 |
| 处理 | 烟叶 总重量/kg | 耗电量 | 煤耗量（生物质颗粒） | 千克干烟 烘烤能耗成本/（元） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 总量/（kW·h） | 千克干烟耗电量/（kW·h） | 总量/kg | 千克干烟耗料量/kg | ||||
| T欠熟 | 下部叶 | 240.3 | 156 | 0.65 | 514 | 2.14 | 2.88 |
| 中部叶 | 480.8 | 189 | 0.39 | 765 | 1.59 | 2.09 | |
| 上部叶 | 515.1 | 215 | 0.42 | 769 | 1.49 | 1.99 | |
| CK欠熟 | 下部叶 | 226.2 | 155 | 0.69 | 517 | 2.29 | 3.07 |
| 中部叶 | 488.4 | 190 | 0.39 | 774 | 1.58 | 2.08 | |
| 上部叶 | 534.3 | 220 | 0.41 | 789 | 1.48 | 1.97 | |
|
2.1.2 烟叶经济性状
T欠熟处理的下部叶上等烟比例3.75%、中等烟比例96.25%，均价21.98元/kg；中部叶上等烟比例54.45%，均价35.58元/kg；上部叶上等烟比例66.03%，均价31.14元/kg。CK欠熟处理的下部叶上等烟比例3.32%、中等烟比例96.68%，均价21.79元/kg；中部叶上等烟比例52.19%，均价35.35元/kg；上部叶上等烟比例61.11%，均价30.54元/kg。T欠熟处理的下部、中部与上部叶上等烟比例和均价较T欠熟高。T欠熟处理的下部叶上等烟比例较CK欠熟提高0.43个百分点，均价较CK欠熟增加0.19元/kg；T欠熟处理的中部叶上等烟比例较CK欠熟提高2.26个百分点，均价较CK欠熟增加0.23元/kg；T欠熟处理的上部叶上等烟比例较CK欠熟提高4.92个百分点，均价较CK欠熟增加0.60元/kg。说明应用密集烘烤优化工艺有利于提高欠熟烟叶烘烤质量与经济效益。
2.1.3 烤后烟叶化学成分
由表2可知，不同烘烤工艺处理的下部、中部和上部叶的化学成分含量存在差异。T欠熟处理的中部叶淀粉含量较CK欠熟降低0.45个百分点；上部叶淀粉含量较CK欠熟降低0.50个百分点。T欠熟处理的烟叶还原糖含量均高于CK欠熟；CK欠熟处理的烟叶总氮、氯含量高于T欠熟；T欠熟处理的下部叶烟碱含量较CK欠熟提高0.09个百分点；T欠熟处理的中部叶烟碱含量较CK欠熟降低0.48个百分点；T欠熟处理的中部叶钾含量较CK欠熟提高0.51个百分点。说明欠熟烟叶应用密集烘烤工艺有利于改善烤后烟叶的化学成分。
表2 不同处理各部位欠熟烟叶化学成分 (%) |
| 部位 | 处理 | 等级 | 淀粉 | 还原糖 | 烟碱 | 总氮 | 氯 | 钾 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T欠熟 | 下部叶 | X2F | 4.85 | 25.5 | 1.25 | 1.33 | 0.15 | 2.57 |
| 中部叶 | C3F | 4.67 | 26.1 | 2.28 | 1.35 | 0.15 | 2.51 | |
| 上部叶 | B2F | 4.96 | 20.7 | 3.65 | 1.81 | 0.17 | 1.97 | |
| CK欠熟 | 下部叶 | X2F | 4.72 | 22.8 | 1.16 | 1.65 | 0.24 | 2.98 |
| 中部叶 | C3F | 5.12 | 23.8 | 2.76 | 1.52 | 0.25 | 2.00 | |
| 上部叶 | B2F | 5.46 | 18.9 | 3.74 | 1.94 | 0.29 | 2.03 |
2.2 过熟烟叶烘烤试验
2.2.1 能耗成本
由表3可知，T过熟处理的下、上部过熟烟叶的千克干烟耗电量、耗料量及烘烤能耗成本均低于CK过熟。说明过熟烟叶应用密集烘烤工艺有利于降低烘烤能耗成本。
表3 不同各部位过熟烟叶烘烤能耗成本 |
| 处理 | 烟叶 总重量/kg | 耗电量 | 煤耗量（生物质颗粒） | 千克干烟 烘烤能耗成本/（元） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 总量/（kW·h） | 千克干烟耗电量/（kW·h） | 总量/kg | 千克干烟耗料量/kg | ||||
| T过熟 | 下部叶 | 288.0 | 152 | 0.53 | 556 | 1.93 | 2.56 |
| 中部叶 | 506.2 | 187 | 0.37 | 712 | 1.41 | 1.86 | |
| 上部叶 | 582.5 | 213 | 0.37 | 769 | 1.32 | 1.76 | |
| CK过熟 | 下部叶 | 281.4 | 155 | 0.55 | 562 | 2.00 | 2.65 |
| 中部叶 | 517.8 | 195 | 0.38 | 735 | 1.42 | 1.88 | |
| 上部叶 | 571.6 | 198 | 0.35 | 764 | 1.34 | 1.76 | |
2.2.2 烟叶经济性状
T过熟处理的下部叶上等烟比例3.92%、中等烟比例96.08%，均价20.96元/kg；中部叶上等烟比例65.22%，均价36.57元/kg；上部叶上等烟比例62.30%，均价30.67元/kg。CK过熟处理的下部叶上等烟比例3.23%、中等烟比例96.77%，均价20.66元/kg；中部叶上等烟比例64.43%，均价36.47元/kg；上部叶上等烟比例56.59%，均价30.14元/kg。T过熟处理的下部、中部与上部过熟烟叶的上等烟比例和均价均较CK过熟高。T过熟处理的下部叶上等烟比例较CK过熟提高0.69个百分点，均价较CK过熟增加0.30元/kg；T过熟处理的中部叶上等烟比例较CK过熟提高了0.79个百分点，均价较CK过熟增加0.10元/kg；T过熟处理的上部叶上等烟比例较CK过熟提高5.71个百分点，均价较CK过熟高0.53元/kg。说明各部位过熟烟叶应用密集烘烤工艺曲线有利于提高烘烤质量。
2.2.3 烤后烟叶化学成分
各处理部位烟叶化学成分较协调、含量较适宜，钾氯比及氮碱比均在正常范围。T过熟处理的中部叶淀粉含量较CK过熟降低0.52个百分点；上部叶淀粉含量较CK过熟降低0.82个百分点；T过熟处理的烟叶还原糖、钾含量较CK过熟高；T过熟处理的烟叶烟碱、总氮、氯含量较CK过熟高（表4）。说明过熟烟叶应用密集烘烤工艺有利于淀粉降解，使烟叶化学成分更为协调。
表4 不同处理各部位过熟烟叶化学成分 (%) |
| 部位 | 处理 | 等级 | 淀粉 | 还原糖 | 烟碱 | 总氮 | 氯 | 钾 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T过熟 | 下部叶 | X2F | 4.35 | 23.2 | 1.26 | 1.31 | 0.16 | 2.45 |
| 中部叶 | C3F | 4.65 | 24.5 | 2.24 | 1.44 | 0.21 | 2.54 | |
| 上部叶 | B2F | 4.46 | 19.6 | 3.45 | 1.76 | 0.26 | 2.10 | |
| CK过熟 | 下部叶 | X2F | 4.52 | 21.7 | 1.22 | 1.36 | 0.18 | 2.39 |
| 中部叶 | C3F | 5.17 | 23.8 | 2.31 | 1.53 | 0.22 | 2.49 | |
| 上部叶 | B2F | 5.28 | 18.7 | 3.51 | 1.82 | 0.28 | 2.06 | |
3 结论与讨论
本试验结果表明，采用优化的预设烘烤曲线烘烤各部位欠熟烟叶，在能耗成本方面，其与常规烘烤工艺曲线相比无明显差异，影响能耗的主要因素可能是装烟量及烘烤的各项操作。采用优化的密集烘烤工艺烘烤各部位欠熟、过熟烟叶，有利于提高烟叶的经济性状，改善烟叶化学成分，能够满足不同成熟度烟叶的烘烤需要，为实现烟叶烘烤智能化提供参考。