烟叶烘烤过程中水分变化及干燥数学模型构建

[目的]探究不同部位烟叶烘烤过程中的水分变化及干燥数学模型,为准确预测烟叶烘烤过程水分变化及烟草精准烘烤提供理论依据.[方法]以大理州凤仪烟区烤烟品种云烟85不同部位烟叶为试验材料,运用水分干燥理论,选取6种常用的水分干燥数学模型,基于Matlab2014a利用高斯—牛顿算法对数学模型进行非线性最小二乘法拟合求解,并根据筛选的模型进行拟合检验.[结果]不同部位烟叶烘烤过程中水分比均呈下降趋势,中、上部叶干基水含率为1.5~0.5g/g时干燥速率达最大值,平均干燥速率分别为0.0281和0.0262g/(g?h),下部叶干基水含率为3.0~1.5、1.5~0.5和0.5~0时干燥速率均呈逐渐递减趋势,平均干燥速率分别为0.0337、0.0285和0.0065g/(g?h).不同部位烟叶的水分有效扩散系数在干叶期均随干基水含率的减小而增加,在干筋期随干基水含率的减小而减小.Wang and Singh模型可较好地描述和拟合下、中、上部烟叶烘烤过程中水分干燥的变化规律,决定系数(R2)分别为0.9928、0.9733和0.9653,且验证效果好.[结论]Wang and Singh模型可更好地描述和预测不同部位烟叶烘烤过程中烟叶水分干燥的变化规律.     

联合干燥模式在烟叶烘烤中的应用探讨

在介绍烟叶烘烤过程中热湿交换和能耗特点的基础上,探讨了几种联合干燥技术的特点及其在烟叶烘烤中的可行性,提出了提高烟叶品质、落实烟叶烘烤节能技术的建议。     

基于动力学模型的烟叶变频烘烤干燥特性及收缩特性分析

为了给烟叶变频烘烤工艺优化提供理论依据。烘烤过程中间隔12 h取样测量记录叶片和主脉的含水率、体积，对30、40、50 Hz下烟叶的干燥特性和收缩特性进行分析，并基于8种干燥动力学模型和3种收缩动力学模型进行拟合。结果表明：(1)在试验装烟量条件下，风机频率由30 Hz增至50 Hz,对应烘烤时间缩短48 h;相同烘烤时间时，烟叶水分比大小表现为30 Hz>40 Hz>50 Hz,叶片和主脉体积比大小表现为30 Hz>40 Hz>50 Hz;(2)对不同频率下烟叶干燥特性拟合时，Page和Modified Page模型的R²均高于0.99,RMSE值均小于0.05。对不同频率下叶片和主脉的收缩特性拟合时，Weibull分布函数的R²在0.986～0.991之间，RMSE在0.034～0.043之间；风机频率由30 Hz增至50 Hz时，叶片的尺度参数α从106.2减至78.8,主脉的尺度参数α从133.0减至111.1。(3)在研究范围内，风机频率由30 Hz增至50 Hz时，有效水分扩散系数由1.78×10^...     

密集烘烤过程中烟叶水分变化模型的应用

为完善、改进烟叶水分变化模型烘烤体系并提供相关数据支撑,研究密集烘烤过程中烟叶水分变化模型(Wang and singh模型)烘烤与常规烘烤条件下烤后烟叶的综合效益与品质。以江西吉安烤烟品种云烟87为试验材料,结合烘烤烟叶干燥程度7个阶段的经验失水量,利用Wang and singh模型数学公式推导,密集烘烤对烤后烟叶经济效益、等级结构、化学成分、感官质量进行分析。与常规烘烤相比,经济效益方面,模型烘烤可提高烤后烟叶产量60 kg/hm~2,增加产值2 500元/hm~2,提高均价0.48元/kg。等级结构方面,模型烘烤可显著增加橘黄烟比例5.55个百分点,提高上等烟比例4.52个百分点,减少低次等烟比例0.41个百分点。化学成分方面,模型烘烤可显著提高烤后烟叶总糖、还原糖含量和糖碱比,下部橘色2级(X2F)、中部橘色3级(C3F)、上部橘色2级(B2F)总糖含量分别增加6.06、2.63、2.48个百分点,还原糖含量分别增加3.01、2.82、2.55个百分点,糖碱比分别增加3.30、2.30、0.93;C3F、B2F化学成分协调性分别增加2.03、4.66分。感官质量分析方面,模型烘烤可提高烟叶香气质、香气量、浓度和劲头,模型烘烤X2F、C3F、B2F总分分别显著提高1.63、2.25、0.59分,协调性分别提高0.40、0.22、0.19分。Wang and singh模型烘烤烤后烟叶综合质量评价良好,可利用该模型在限定阶段失水量和烘烤时间的前提下实现烟叶精准烘烤。     

基于叶片保水力的烟叶烘烤水分干燥模型构建

[目的]研究不同烟区、品种及部位烟叶保水力与水分干燥模型参数的关系,为烟叶烘烤提供简易、精准的水分预测方法并为烟草精准烘烤提供理论依据.[方法]以江西和湖南烟区烤烟品种K326和云烟87不同部位烟叶为试验材料,采用称重法测定烟叶保水力,结合水分干燥原理及水分干燥模型对烘烤过程中烟叶水分变化进行拟合求解,并对烟叶保水力与模型参数进行回归分析.[结果]不同部位间烟叶保水力随烟叶部位的升高而增加,不同品种间K326保水力均大于云烟87;除湖南烟区K326上部叶保水力大于江西烟区外,不同烟区间江西烟区烟叶保水力均大于湖南烟区.不同烟区、品种及部位烟叶Wang and Singh模型拟合决定系数R2均大于0.95,且模型干燥参数a与烟叶保水力呈正相关,与干燥参数b呈负相关.烟叶保水力与模型干燥参数a、b之间线性回归结果显示:烟叶保水力与模型参数a、b显著水平P均小于0.05,且线性拟合决定系数R2均大于0.95.[结论]常规烘烤过程中烟叶水分比变化符合Wang and Singh模型,且烟叶保水力与干燥模型参数a、b存在极显著相关,可依据烟叶保水力精准估算模型参数预测烟叶烘烤过程中水分变化.     

烘烤过程烟叶物理状态与主要化学成分的协同变化

为建立基于物理状态的烘烤过程烟叶内在化学成分预测模型,利用不同素质鲜烟叶耦合不同烘烤工艺试验,分析烘烤过程烟叶含水率、颜色值、主要化学成分的协同变化规律,建立烘烤过程烟叶化学成分回归模型.结果表明,烘烤过程叶片含水率由74％～75％逐渐降低,明度值L和黄度值b先上升后下降,红度值a先大幅度上升后小幅上升,烟叶表观颜色呈现明度深、色品绿→明度浅、色品黄绿→明度浅、色品黄→明度较深、色品橘黄的三阶段变化.烘烤过程烟叶含水率与总糖含量呈极显著负相关,与淀粉含量呈极显著正相关,烟叶颜色值L、a、b与还原糖和总糖含量呈极显著正相关,与淀粉含量呈极显著负相关.利用红度值a和黄度值b,可建立烘烤过程淀粉含量的预测模型,84个模型内外样品验证的平均预测偏差小于3％.烘烤过程烟叶颜色值与碳水化合物含量密切相关,利用红度值a和黄度值b可实现烟叶淀粉含量的预测.     

利用人工神经网络建立谷物干燥模型

分析了谷物干燥传统建模的难点，介绍了人工神经网络建模的原理和方法及其在干燥过程中的运用。     

洋葱干燥过程中热量传递模型

实验后获得洋葱的失水温度特性,分析单位时间内用于物料升温的热量与用于水分蒸发的热量之比,建立起洋葱干燥中温度变化与失水量间的模型并获得温系数模型。     

紫薯气体射流冲击干燥效率及干燥模型的建立

【目的】为了提高紫薯干制品质、提高干燥效率,研究不同条件对紫薯气体射流冲击干燥特性的影响并筛选出最适干燥模型。【方法】采用自制气体射流冲击干燥机干燥紫薯片,探讨风温、风速、预处理和切片厚度对物料干燥特性和水分有效扩散系数的影响。利用数据统计对6个干燥模型进行拟合筛选。【结果】与大多数食品物料干燥试验结果一样,紫薯的气体射流冲击干燥主要属于降速干燥。预处理可增加物料初温且使物料更快达到干燥环境温度,但降低干燥速率并延长干燥时间。干燥速率随着切片厚度增加而降低,但随着风温和风速的增加而增加。物料厚度和风速对物料升温影响小,但风温对物料升温有较大影响,随着风温增加会延长物料达到干燥环境温度所需时间。有效扩散系数随着片层厚度、风温和风速的增加而增加,最高有效水分扩散系数为7.0033×10-10 m2•s-1。所有模型都能较好地描述紫薯气体射流冲击干燥过程中紫薯的水分变化规律,其中Modified Henderson and Pabis模型有最大确定系数,最小卡方值和均方根误差。【结论】风温、风速、切片厚度、预处理对紫薯气体射流冲击干燥曲线、干燥速率曲线和温度、有效水分扩散系数均有影响。在风温50—80℃,风速10—13 m•s-1且切片厚度为1.87—4.80 mm条件下,Modified Henderson and Pabis模型是拟合紫薯干燥曲线的最适模型。     

密集烘烤后期风机转速对烟叶香气与评吸质量的影响

以烤烟品种‘G80'中部烟叶为试验材料,通过变频器控制密集烤房循环风机转速,研究了定色后期和干筋期循环风机转速对烤后烟叶香气和评吸质量的影响.结果表明:密集烘烤后期适当降低风机转速对烤后烟叶类胡萝卜素降解产物、苯丙氨酸类香气物质、西柏烷类香气物质、美拉德反应产物、新植二烯以及其他类香气物质含量均有不同程度的提高作用,对...     

烘烤过程中拉长变黄和定色时间对烤烟中性致香成分含量的影响

利用河南省郏县步进式烤房研究了变黄期与定色期拉长烘烤时间对烟叶中性致香成分含量的影响。结果表明：①拉长了变黄和定色时间的3个处理T2,T3,T4均提高了烟叶中性致香成分总量;②苯丙氨酸类、类胡萝卜素类、类西柏烷类、新植二烯类致香物质含量在42℃变黄拉长12 h处理(T2)最高;定色期54℃定色拉长12 h的处理(T3)较正常烘烤处理(T1)只提高了类胡萝卜素类及新植二烯类产物含量;在变黄期与定色期均拉长12 h处理(T4)的棕色化产物含量在4个处理中最高,且T4处理与正常烘烤处理T1相比,苯丙氨酸类、类胡萝卜素类、新植二烯类致香物质含量提高,类西柏烷类物质含量降低。     

纳米涂料在烤烟密集烘烤中的应用

【目的】探讨纳米涂料在烤烟密集烘烤过程中的节能提质效果。【方法】将纳米涂料喷涂于密集烤房装烟室内壁,研究其对烘烤时间、耗煤量、耗电量、热能利用率、烟叶等级结构和经济效益等的影响。【结果】纳米涂料处理可缩短烘烤时间16 h,烘烤每kg干烟叶节煤21.96%,节电12.5%,烤房热效率提高10.75%;上中等烟比例增加10.12%,烟农增收1976.25元/hm2。【结论】纳米涂料对密集烤房有明显的节能提质作用。     

密集烘烤过程中不同前处理烟叶生理生化变化研究

研究烟叶密集烘烤前进行的不同处理对烟叶在烘烤过程中主要生理生化变化规律的影响,试验设鲜烟叶烟梗划开(T1)、鲜烟叶背面烟梗剔除(T2)和常规烟叶烘烤(CK)3个不同处理,利用河南农业大学设计的电热式温湿自控密集烤烟箱对烟叶进行烘烤。结果表明:在烘烤过程中,各个处理中水分、叶绿素、类胡萝卜素和淀粉等含量及超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性均呈现不同程度的下降趋势,丙二醛含量、苯丙氨酸裂解酶活性呈上升趋势,脂氧合酶活性则先上升后下降,而淀粉酶活性呈现双峰曲线。T2处理烟叶中的水分、类胡萝卜素、丙二醛、淀粉酶活性等含量和脂氧合酶活性均高于T1处理,而其叶绿素含量、淀粉含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性均低于T1处理。T2处理的烟叶在外观质量、化学成分协调性和感官质量方面均优于T1处理。T2处理能够很好地调控烟叶中水分和各种酶活性的变化,使细胞氧化还原反应达到一种动态平衡,使叶绿素和淀粉充分降解,又能避免酶促棕色化反应的发生,能进一步改善烟叶品质和优化密集烤房增香工艺。     

密集烘烤中稳温时间对烤烟上部叶香气质量的影响

【目的】研究密集烘烤过中稳温时间对上部烟叶香气质量的影响,为提高烟叶香气质量及密集烘烤工艺的优化与完善提供理论依据。【方法】以烤烟上部叶为试验材料,在气流下降式烤房对比研究42℃和54℃两个关键温度点稳温时间对上部烟叶致香物质和化学成分含量及感官评吸质量的影响。【结果】适当延长稳温时间有助于石油醚提取物含量提高;当以42℃持续12h、54℃持续12h进行烘烤时,其致香物质总量、棕色化反应产物类、类西柏烷类、类胡萝卜素类致香物质和新植二烯含量最高,且明显提高巨豆三烯酮总量（19.970μg/g）;并且能够显著降低上部烟叶的烟碱和淀粉含量,使还原糖和总糖含量增加,糖碱比和氮碱比较适宜,其感官评吸得分最高。【结论】42℃和54℃均持续12h能明显改善上部烟叶化学成分的协调性,提高上部烟叶的香气质量和可用性。     

烤烟散叶插签烘烤过程中叶温的变化

【目的】研究烤烟散叶插签烘烤过程中叶温的变化情况,完善散叶烘烤工艺,以推动散叶密集烘烤的落实与推广。【方法】运用叶温测定仪与温湿度自控仪,测定烟叶在散叶插签烘烤过程中的叶温、干球温度、湿球温度和相对湿度,探讨烘烤过程中叶温变化的影响因素。【结果】散叶插签烘烤过程中叶温的变化分为4个阶段:预热阶段、叶温平稳阶段、缓慢升温阶段、快速升温阶段。在叶温变化的不同阶段主要影响因素不同,预热阶段的主要影响因素是干球温度;叶温平稳阶段的主要影响因素以干球温度为主,以湿球温度与相对湿度为辅;缓慢升温阶段的主要影响因素是湿度;快速升温阶段的主要影响因素是温度。【结论】散叶密集烘烤过程中叶温的变化代表了叶片的真实烘烤状态,对研究散叶烘烤过程中烟叶物质转化和烟叶质量形成有一定意义,有助于进一步完善散叶烘烤工艺。     

恒温与分段变温滚筒干燥对烤烟叶丝干燥效率及香味品质的影响

[目的]对比恒温与分段变温两种滚筒干燥方式对烤烟叶丝干燥效率与香味品质的影响,为烟叶原料的分段变温滚筒干燥工艺优化和推广应用提供科学依据.[方法]以烤烟中部烟叶C2F为原料,采用滚筒干燥试验装置,对比分析恒温与分段变温两种滚筒干燥方式对烤烟叶丝干燥效率、石油醚提取物和香味成分含量的影响.[结果]相对于恒温低温干燥(110℃),采用前段高温后段低温的分段变温滚筒干燥方式能有效缩短干燥时间,脱水速率提升5％～15％.两种干燥方式下,叶丝中香味成分总量及石油醚提取物、棕色化反应产物、类胡萝卜素降解产物含量均随干燥筒壁温度的升高而降低;相对于高温恒温干燥(120～140℃),分段变温干燥更有利于石油醚提取物的保留,香味成分总量最高可提高12％,其中以120/110℃分段变温滚筒干燥方式的烤烟叶丝香味成分总量及石油醚提取物、棕色化反应产物、类胡萝卜素降解产物含量最高.[结论]与恒温滚筒干燥方式相比,120/110℃分段变温滚筒干燥方式可有效兼顾烤烟叶丝的干燥效率与香味品质,可在烤烟实际干燥加工中推广应用.     

密集烘烤定色期升温速度对烤烟类胡萝卜素降解和颜色的影响

采用河南农业大学设计的电热式温湿自控密集烤烟箱,研究了密集烘烤定色期不同升温速度对烤烟类胡萝卜素降解组分、降解香气成分含量及颜色的影响.结果表明,类胡萝卜素含量随烘烤时间的推进逐渐降低,β-胡萝卜素、叶黄质、新黄质和紫黄质在定色期的降解幅度均为:慢速升温(1℃/2.0 h)>中速升温(1℃/1.5 h)>快速升温(1℃/1.0 h),慢速升温处理类胡萝卜素总量降幅达76.11%.烤后烟叶类胡萝卜素降解香气物质含量以慢速升温处理最高(39.73μg·g-1),其次为中速升温处理(35.07μg·g-1).烟叶各颜色参数在定色期开始后的18 h前后均有一个高峰,定色过程中亮度(L*)、红度值(a*)与烟叶类胡萝卜素及其各组分含量均呈负相关,其中a*与类胡萝卜素组分含量的相关性较好.可见,定色期以1℃/2.0 h升温利于烟叶类胡萝卜素的充分降解和外观质量及香气质量的改善.     

不同素质烟叶烘烤过程中主要含氮化合物与色素含量的关系

以烤烟品种K326为材料,采用相关分析法对烘烤过程中不同素质烟叶主要含氮化合物(烟碱、总氮、蛋白质)与色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)含量的变化进行研究。结果表明:嫩黄烟、返青烟、高温逼熟烟和贪青晚熟烟叶绿素大量转化分别在30~38℃、42~48℃,类胡萝卜素含量则均呈现小幅缓慢下降趋势;不同素质烟叶烟碱转化量最大的阶段分别为48~54℃、48~68℃、30~38℃、48~54℃,总氮转化量最大的阶段分别为48~54℃、30~38℃、42~48℃、38~42℃,蛋白质转化量最大的阶段分别为30~42℃、30~38℃、30~38℃、42~48℃。回归分析结果表明,嫩黄烟主要含氮化合物与色素含量的决定系数R2分别为0.622、0.545、0.845,返青烟的分别为0.608、0.721、0.974,高温逼熟烟的分别为0.931、0.883、0.966,贪青晚熟烟的分别为0.801、0.881、0.981。不同素质烟叶烘烤过程中主要含氮化合物与色素含量具有密切相关性。     

烘烤过程中烟叶苹果酸含量及相关代谢酶活性的变化

【目的】分析烘烤过程中烟叶苹果酸及相关代谢酶活性的变化, 为进一步探明烘烤过程中烟叶内在化学成分的变化及调控机制提供理论依据。【方法】以K326、云烟87和豫烟6号为试验材料,研究不同品种烤烟烟叶在烘烤前、烘烤过程中关键温度点（38,42,48,54 ℃）及烘烤结束后苹果酸、总有机酸含量及苹果酸脱氢酶(MDH)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)及琥珀酸脱氢酶(SDH)活性的变化,并对总有机酸、苹果酸含量与代谢酶活性的相关性进行分析。【结果】不同品种烤烟的MDH、PEPC和SDH酶活性变化均表现出一定的规律性。烘烤过程中,MDH活性先升高后降低,并在48 ℃达到最大值;PEPC活性呈先升高后下降再上升的走势变化,但整体呈上升趋势;38 ℃之后SDH活性持续下降,54 ℃降至最低;烘烤过程中,丙二酸含量呈上升趋势,且在54 ℃时达到最大值。K326、云烟87和豫烟6号的苹果酸和总有机酸含量在烘烤过程中均呈先升高后降低的趋势,且分别在54,48和42 ℃达到最大值。相关分析表明,不同品种烤烟MDH活性与苹果酸含量相关性不显著;K326和豫烟6号的PEPC活性与苹果酸、总有机酸含量呈正相关,云烟87的PEPC活性与苹果酸、总有机酸含量呈负相关,相关性均不显著;K326和豫烟6号的SDH活性与苹果酸含量呈显著性负相关,云烟87的SDH活性与苹果酸含量相关性不显著。【结论】不同品种烤烟间苹果酸含量差异较大。SDH对苹果酸积累的作用大于MDH和PEPC,相对较高的MDH和PEPC活性与相对较低的SDH活性均能够促进苹果酸的积累。