密集烤房与普通烤房对比分析

　　烤房是烘烤烤烟的专用设备，随着生产力的发展，烤房不断更新换代，自烤烟生产以来经历了明火烤房、自然通风式普通烤房、热风循环烤房、普改密烤房、密集烤房等形式，并分别在当时的经济社会条件下形成了与烤房形式相适应的烘烤工艺，烟叶的烘烤原理也随着研究的深入不断得到深化，烤烟的生产水平和烟叶质量不断得到提高。近年来，随着现代烟草农业的发展，我国密集烤房的普及率逐年提升。与普通烤房相比，密集烤房由于采用了风机、温湿度自动控制等烘烤设备，烟叶的烘烤质量得到明显提高，烘烤用工减少，烘烤成本显著降低（詹军等，2011）。密集烤房的推广应用适应了我国烟叶生产可持续发展的要求，而且代表了烘烤设备发展上的必然趋势。在此背景下，根据密集烤房的特点研究并规范密集烘烤工艺、改善密集烤房烤后烟叶的质量已经成为当前烤烟生产的最迫切任务。本文系统阐述了国内外密集烤房及其设备发展演变的历程，并就密集烤房与普通烤房对烘烤环境、烘烤过程中烟叶的变化及烤后烟叶品质的不同影响进行了对比分析，在此基础上分析了造成目前密集烘烤烟叶外观质量降低、光滑烟形成、香气降低的原因，以期为我国密集烘烤工艺的完善和密集烤房设备的发展提供参考。

　　1　国内外密集烤房的研究进展

　　1.1　国外密集烤房的研究进展

　　20世纪60年代，美国北卡罗莱纳州立大学的Johnson等（1960）开展了烤烟堆积烘烤的研究，开创了密集烤房研究的先河，他们先后设计出了适宜烤烟生产的设备，并提出了相应的密集烘烤工艺。之后这种烘烤方法逐渐被改进并广泛应用于烤烟生产中。1963年，Long（1963）成功研制了鲜烟叶田间采收机械以及烟叶夹持设备，解决了采收、编烟和装烟用工多的问题。1966年，Wilson（1966）出于节省编烟装炕等环节用工的考虑研制出了适宜于密集烤房的烟夹。同年，Hassler（1966）研制出了适于2层装烟的密集烤房梳式烟夹并提出了适于该设备的密集烘烤工艺，该烟夹不但大大减少了编烟装炕环节的用工量，而且使烤房的制造成本得到了大幅的降低。1972年，Wilsion（1972）为了解决密集烘烤过程中单一风速条件对烤后烟叶质量造成不良的影响，对密集烘烤的送风装置进行了改进，在变黄期用相对低速风，在干叶期和干筋期用相对高速风，从而使变黄期延长，干筋期缩短。这一改进不仅使烟叶物质充分转化，而且有效防止了烟叶的香气物质在干筋期散失过多。1974年，Taylor（1974）等对烟夹进行了改进，使烟夹不但具备从烟田将烟叶运输到烤房的功能，而且使得烟叶装卸更加方便，烤房内风速均匀，有利于烤烟专业化种植。同年，Long（1974）研制出一种田间成熟鲜烟叶采收机械并配备相应的大箱式装烟设备，使采烟、装烟、出炕等环节的机械化程度得到大幅度提升，有效减少了生产用工。1975年，Taylor（1975）等人研制出一种可移动的密集烤房，大大扩展了密集烤房的服务半径，减少了烟叶运输环节的用工。1976年，Johnson（1976）制造出一种大箱式装烟设备，该设备不仅可以烘烤完整烟叶，而且可以烘烤去梗烟叶；并且他还提出了适于该装烟设备的密集烘烤工艺。同年，Long（1976）对大箱式装烟设备进行了改进，使装烟更加便利，风速更加均匀，这种大箱式装烟设备的装烟方法是：将大箱平放到地面上，打开箱门，将烟叶装满后封闭装烟门，然后将大箱竖起来，此时烟叶正好顺着烤房内热风的流动方向排放，而且大箱下面的轮子可以保证其方便的被推进烤房。Azumano（1976）研制出一种温湿度自动控制系统用于密集烘烤，并全面展示了烤房的装烟、加热、排湿、自控等各个装置的工作原理，使密集烘烤的自动化水平提升到一个新的台阶。Suggs（1976）对烤烟采收、装烟设备进行了改进，使经机械采收后杂乱无序的烟叶直接装箱并用钢针固定，减少了烟叶装箱摆放等环节的用工。同年，Perry（1976）对烟夹进行了改进，改进的烟夹比以往的烟夹更加轻便、简单、节省材料、坚固耐用，而且更加便于装卸烟叶。1977年，Edwards等（1977）改进了大箱式装烟的固定方式，在大箱的装烟口处用方形框扣住烟框，然后用钢针固定，以避免烟叶烘烤过程中的倒伏、干燥不均匀等现象；该设备结构简单，拆装方便。同年，Jordan等人（1977）和Griffin等人（1977）先后对装烟设备进行了改造，使装烟更加简便快捷。1978年，Fowler（1978）研制出一种废气循环利用和太阳能预热空气的装置，该装置有效减少了烘烤耗能。1979年鲍威尔制造公司的Wilson（1979）制造出一种便于组合的密集烤房，该烤房的每一个烟箱都是装烟室的一部分，可以实现多组对接。该发明在密集烤房发展上具有重要意义，它改变了固定空间的模式，对省工、增效等发挥了重要作用。1980年，Horne（1980）为了减少人为操作对烘烤的不良影响，设计出自动控温控湿的密集烘烤装置，将烘烤工艺设定好之后便可实现烟叶烘烤的全自动化。之后美国密集烤房专家在热风循环系统、装烟设备、燃料利用、排湿系统、密集烘烤工艺等方面不断完善，逐步形成了适应美国经济状况、生产方式的*的商业化生产、运作的、现代化、机械化、智能化的密集烤房以及相应的配套设备与技术。

　　长期以来，美国、日本、巴西等烤烟生产*国家也相继进行了密集烤房及其相关设备的试验，并在装烟、温湿度自动化控制、烘烤工艺等方面取得了很多成果，使密集烘烤技术不断规范和普及。目前，我国正在进行大规模的现代烟草农业改革，改善烟草产业基础设施建设尤其是密集烤房的建设，可以借鉴国外的研究成果和*的管理经验，不断提高我国烟叶生产的现代化水平，提升烟叶质量。

　　1.2　国内密集烤房的研究进展

　　我国密集烤房的研究起步于20世纪70年代，当时的河南烟草甜菜工业科学研究所（1976a，1976b，1977）在国*行了密集烤房试验，并于1973-1974年成功定性设计出三种以煤为燃料、土木结构的密集烤房，并在福建、河南、广西和东北等地区进行了相关试验和小范围的推广。但由于烤房本身的缺陷及当时经济社会条件的限制最终未能大面积推广。之后的几十年间虽然有很多研究机构对密集烤房进行了大量的引进、消化和研究，但是密集烤房一直没有在烟叶烘烤环节起到主导地位。

　　20世纪90年代以来，随着我国经济社会的发展，烤烟的种植规模不断扩大，密集烤房的研究和应用进入了一个新的阶段。张仁义等（1994）设计制造了一种自动控制的密集烤房。1995-1996年，聂荣邦（1999，2000）相继研制出了新式微电热密集烤房和燃煤式密集烤房。1999年，宫长荣等（1999）研制出热泵型烟叶自控烘烤设备。乔万成等（1999）在同年研制出了土木结构的燃煤式密集型热风循环烤房。这一时期，密集烤房在东北等烤烟种植规模较大的地区得到了逐步的引进、消化和改造，并在生产上得到了逐步的推广；但是密集烤房在我国大部分烟区没有推广开来。可以说，在这个时期我国的烟叶烘烤主要是以普通烤房的标准化改造、烘烤工艺的改进为主要任务（宫长荣等，1997）。之后，科研人员结合密集烤房的烘烤原理及我国烤房与烟叶的生产现状对普通烤房进行了改造，相继研制出了热风循环烤房（李晓燕等，2007）和普改密烤房（蒋笃忠等，2008），这些成果对由普通烤房向密集烤房过渡起到了承上启下的重要作用。

　　21世纪以来，随着我国现代农业发展战略的实施，烤烟生产组织形式也发生了重大转变。我国在不断加强烟叶生产基础设施建设的同时，全面推进烟叶生产的规模化、集约化、专业化和信息化，密集烤房也得到了极大的发展。目前，我国密集烤房在加热设备、风机电机配置、温湿度自控、编烟机、装烟设备、散叶烘烤等多种形式的烤烟设备方面已经取得重大突破和创新，并在一些地区得到推广。

　　2　密集烤房与自然通风烤房烘烤的对比研究

　　自从密集烤房研制成功以来，密集烤房与普通烤房的比较一直是研究的热点，尤其在我国，普通烤房在近半个多世纪以来一直扮演着重要的角色，但是在目前密集烤房大面积推广的情况下，密集烤房烤后烟叶质量却不断受到工业公司的质疑。密集烤房与普通烤房的烘烤原理相似，但二者之间存在诸多差异。通过比较，分析二者的相同点，区分不同点，即可发现密集烘烤的基本原理，并在基本原理的指导下不断创新发展，改善密集烘烤工艺，提升烟叶质量。为了规范烤房的类型，我们将热风循环烤房、普改密烤房以及各种大中小型带有强制通风设施的烤房定义为密集烤房，而将自然通风的烤房定义为普通烤房。虽然相关的研究文献大部分来自基层烤房科技工作者，并且相关文献层次不齐，但是找出其中的规律性对于明确密集烤房与普通烤房的差异仍有积极的意义。

　　2.1　烘烤环境的比较

　　烟草科技工作者（王玉军等，1999；潘建斌等，2006；王亚辉等，2006）从温差、叶间隙风速和烘烤时间等方面对密集烘烤与普通烘烤做了相关的比较，结果表明，密集烘烤的垂直温差和平面温差小于普通烤房，可以实现全炕烟叶变化一致；密集烘烤的叶间隙风速大于普通烤房，排湿顺畅，能减少杂色烟叶比例；密集烘烤时间普遍比普通烘烤缩短。其中，普匡等（2008）研究表明，密集烤房大垂直温差为1.5℃，平面温差为0.2℃，而普通烤房大垂直温差为4℃，平面温差为1.2℃；密集烤房变黄期叶间隙风速为0.24m/s，定色期为0.19m/s，干筋期为0.11m/s，普通烤房分别为0.18、0.13和0.07m/s；密集烤房烘烤时间比普通烤房缩短22h，缩短12.09%。刘洪祥等（2003）认为在烘烤过程中增加CO2浓度可对鲜烟叶呼吸起到抑制作用，从而提高烟叶质量。韩锦锋等（1986）研究表明，在烘烤过程中补充一定量的CO2（其浓度在0.9%~1.35%范围内增加时），能加速烟叶失水变黄，提高酶活性，促进叶绿素降解，抑制棕色化反应，有利于提高烟叶烘烤质量，但是CO2含量过高会导致烟叶中毒，对烤后烟叶造成不利影响。目前关于两种烤房中气体环境组分的变化及其与烟叶品质的关系的报道还很少。

　　2.2　烘烤过程中烟叶的变化比较

　　马翠玲等（2007）等研究了3种烤房烘烤过程中烟叶水分的动态变化规律，结果表明，不同烤房、不同部位烟叶均表现出前期失水少而慢，中期失水多而快，后期失水少而快的特点。烟叶烘烤过程中失水快的是普通烤房，其次是气流上升式密集烤房，气流下降式密集烤房失水最慢。因此，在密集烘烤过程中要注意变黄期提前排湿的问题，以保证烟叶适度失水凋萎，防止烟叶变硬变黄，导致烤后烟叶组织结构紧密，光滑烟比例增大。樊军辉等（2010）研究了两种烤房烘烤过程中烟叶的形态变化，结果表明，在密集烤房烘烤过程中，烟叶形态变化呈现出在变黄期缓慢，定色期剧烈，后期又减缓的趋势；而在普通烤房烘烤过程中，烟叶形态变化相对平缓。陈翾（2007）研究了普通烤房与密集烤房对烘烤过程中烟叶主要碳水化合物的影响，结果表明，密集烤房温差小，整炕烟叶变黄干燥一致，有利于淀粉的降解以及总糖、还原糖的积累，并在一定程度上降低了烤后烟叶总氮、烟碱和蛋白质的含量。

　　2.3　烤后烟叶经济状况与质量

　　有很多研究（王方锋等，2007；肖艳松等，2009；成勍松等，2009；陈远平等，2011）表明，密集烤房的劳动力成本、能耗成本比普通烤房显著降低，并且烤后烟叶的中上等烟比例得到不同程度的提高，杂色烟叶和挂灰烟叶有效减少，但是光滑烟比例有所增加。光滑烟比例大，烟叶僵硬、组织结构紧密是目前密集烘烤烤后烟叶存在的一个主要问题。肖艳松等（2009）研究表明密集烤房烤后烟叶较普通烤房色泽强，青筋率和杂色率较低，成熟度较好，但是烤后烟叶的颜色较浅，多为柠檬黄，而普通烤房烤后烟叶的颜色多为桔黄色。颜色淡、油分减少是目前影响密集烤房烤后烟叶质量的又一个主要因素。

　　赵铭钦等（2006）研究表明，密集烤房烤后烟叶的叶片厚度和叶质重小于普通烤房，而填充值、平衡含水率、拉力和抗张强度等指标大于密集烤房。而樊军辉等（2010）研究认为密集烤房烤后烟叶各形态指标除上部烟叶纵向卷曲度外，烟叶纵向收缩率、横向收缩率、面积收缩率、厚度收缩率、横向卷曲度及中部烟叶纵向卷曲度均显著或极显著小于普通烤房，与普通烤房相比，密集烤房烤后烟叶单叶质量、叶质重与叶片厚度较大，而含梗率、平衡含水率与拉力较小。可见二者的研究结果有较大差异，这可能与烤烟品种、气候条件、烘烤工艺等因素有关，今后可以从烘烤工艺方面深入探索其对烤后烟叶的物理特性指标的影响，从而达到调控烟叶质量的目的。

　　聂荣邦等（1999）研究表明密集烤房烤后烟叶总糖含量高于普通烤房，而总氮、烟碱等的含量低于普通烤房，相应的糖碱比增大，氮碱比减小，这与陈翾等（2007）的研究结果一致。在科学的烘烤工艺条件下，密集烘烤对降低烤后烟叶淀粉含量具有重要意义。虽然降低淀粉含量对提高烤烟质量有利，但是过多积累总糖和还原糖、减少干物质的消耗对烤烟质量不一定有利，因为其容易引起糖碱比增大，致使烤后烟叶化学成分不协调。

　　韦凤杰等（2007）对比研究了小型密集烤房与普通烤房烤后烟叶的香气物质含量，结果表明，小型密集烤房烤后中下部烟叶的棕色化反应产物，如类西柏烷类、苯酸类和类胡萝卜素类香气物质含量明显高于普通烤房，而小型密集烤房对上部烟叶的香气物质积累效应不明显。可见在合理的工艺操作条件下，密集烘烤有助于提高烤后烟叶的香气物质含量，对于烟叶不同的部位要选择科学的烘烤工艺。

　　肖兴强等（2009）研究表明，密集烤房与普通烤房两种烤房烤后烟叶的感官质量差异不显著，普通烤房烤后烟叶总得分略高于密集烤房。尽管评价烟叶感官质量的几个关键指标如香气质、香气量等在不同烤房之间差异不显著，但是仍然反映了一个问题，即密集烘烤对烟叶的感官质量有不良影响。因此，感官质量的改善是密集烘烤工艺优化的重点，尤其是要改善密集烘烤烤后烟叶的香气量。

　　3　展望

　　3.1　两种烤房烤后烟叶外观差异的分析

　　密集烤房烤后烟叶比普通烤房色泽鲜亮，可能与在烘烤的定色期烟叶表面的附着水在强制性热风循环的作用下迅速排出从而减少了挥发油和树脂的自然消耗有关。由于密集烤房使用的风机风速过快，通风量过大，烤后烟叶光泽较鲜明，但叶背面呈白色，烟叶正反面色差大，总体趋向于柠檬黄色；而普通烤房风速过慢，通风量过少，烤后烟叶光泽暗，颜色偏深。密集烤房升温排湿快，常常由于变黄不充分，易出现颜色偏淡、柠檬黄烟叶偏多、青黄烟或片青筋现象；而普通烤房升温排湿慢，温度偏低，易出现烟叶变黄过度、叶片变薄、挂灰或糟片等现象。

　　3.2　光滑僵硬烟叶的形成原因分析

　　密集烤房装烟密度大，烤房温度升高时，烟叶内部水分加速外移，但叶片“互相重叠”，烟叶表面水分不能及时蒸发，阻扰内部水分向外扩散，随着后期的升温排湿，易在烟叶上留下“痕迹”。此外，密集烤房风速快，使烟叶水分的表面蒸发率大于内部扩散率，烟叶表面易出现干裂。内部水分来不及转移到烟叶表面，使烟叶表面迅速形成一层干燥薄膜，其渗透性极低，从而将大部分残留水分保留在烟叶内，使失水速率急剧下降，内部转化停滞。之后叶片内部干燥和收缩时就会脱离干燥膜而出现内裂孔隙，而烟叶表面出现凹凸不平。反映在烟叶内部，可能是一些与细胞壁等物质降解有关的酶（如果胶甲基酯酶、多聚半乳糖醛酸酶等）活性受到抑制，烟叶水分不适宜，使得细胞壁物质水解不全或很少，内含物质降解转化不充分，从而导致光滑烟的形成。

　　3.3　内含物质转化与香气质量形成差异的分析

　　目前密集烘烤仍然是根据烘烤过程中烟叶的颜色变化和干燥程度人为地调节烤房内的温湿度及风速。但在密集烘烤条件下，烟叶外观颜色和形态变化是否能够真正体现烟叶内在生理生化变化尚不明确；人们为了降低能耗、减少干物质损失而片面追求快速升温排湿、缩短烘烤时间，使得水分不能满足酶及生理生化反应的需要，导致烟叶内部物质（如淀粉、色素等大分子物质）转化降解不充分。而普通烤房虽然因其基本设施较差，升温排湿反应迟钝，但烟叶外观形态和内部物质的变化较为一致，细胞内的各种酶能长时间保持活性，使烟叶内叶绿素、类胡萝卜素、淀粉、蛋白质等物质充分降解，为烟叶提供更多的香气前体物质。此外，由于密集烤房通风量过大，风速快，特别是在干筋期温度高的情况下，很容易将烟叶形成的油分和一些香气物质排出烤房，最终导致烟叶香气质量下降。

密集烤房的装烟容量大，烘烤能力强；密集烘烤节能、省工优势明显；密集烘烤有利于提高整体烘烤质量；密集烤房有利于实现专业化烘烤，降低烘烤成本和烘烤风险。但是由于目前密集烘烤技术在我国尚不成熟，烤后烟叶僵硬、颜色淡、油分减少、香气物质减少等现象普遍存在。因此，今后应针对密集烘烤的特殊性，采取相应的烘烤措施，不断优化和完善密集烘烤工艺，并努力揭示密集烘烤过程中烟叶变化的特殊规律，促使烟叶外观形态变化与内含物质变化相协调，真正实现烟叶的烤黄、烤干、烤香。