CN112956722B

CN112956722B - 一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型

Info

Publication number: CN112956722B
Application number: CN202110142689.1A
Authority: CN
Inventors: 孙光伟; 陈振国; 李静浩; 宋朝鹏; 杨艳华; 刘小伟; 刘竞; 孙敬国; 李建平; 冯吉
Original assignee: Tobacco Research Institute of Hubei Province
Current assignee: Tobacco Research Institute of Hubei Province
Priority date: 2021-02-02
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2041-02-02
Also published as: CN112956722A

Abstract

本发明公开一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，包括：建立基于密集烤房温室环境与烟叶自身厚度、长、宽、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度、叶中部主脉宽度的烟叶失水速率模型；测定烤前鲜烟叶的厚度、长、宽、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度及叶中部主脉宽度，代入烟叶失水速率模型中，计算出烟叶烘烤各阶段失水速率；根据烟叶烘烤过程中各阶段适宜失水量除以各阶段失水速率来计算各阶段稳温时间。本发明通过量化烟叶的表征参数，解决现有人工方法受主观因素影响的问题。

Description

一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型

技术领域

本发明属于烤烟烘烤领域，具体涉及一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型。

背景技术

当前，《烤烟烘烤技术规程》对烟叶在烘烤各阶段的变化要求为：变黄期42℃结束要求烟叶黄片青筋，凋萎塌架、主脉发软；定色期50℃前要求黄片黄筋、小卷筒，54～55℃结束要求大卷筒，主脉干燥三分之一。目前烘烤过程中，烟叶变黄和干燥主要以人的眼和手为基础进行定性判断，需要烟农或专业技术人员不断观察判断烟叶颜色和形态变化，依据烘烤工艺综合决策后，再通过自控设备调整烤房的温、湿度，整个过程在烘烤人员主导下进行，自控设备只是一个由烘烤人员操作使用的控温、控湿工具。由于烘烤过程一直在人的主导下进行，烟草系统和烟农每年都要在烘烤环节投入大量的人力物力资源。更重要的是，人为因素造成的各种烘烤风险、弊端及问题持续发生，每年的烟叶生产也因此蒙受着一定损失。

烟叶在烘烤过程中所发生的复杂生理生化反应皆是以水作为反应载体，温度作为反应条件来进行，因此烟叶的烘烤过程即是通过调温控湿，使得烟叶变黄失水协调，从而达到“烤黄”、“烤干”、“烤香”的目的。为更好的调温控湿，公开号CN102283432A的中国专利于2011年12月21日公开了一种密集烤房烟叶烘烤时间精确控制的方法，该方法依据现有物料干燥原理及烟叶干燥特征，建立涉及烟叶含水量、装烟密度及装烟量、温湿度及干湿球差、风机风量、烘烤时间等因素的烟叶干燥函数模型，根据不同品种，按此干燥模型分别乘于烟叶部位和烘烤各阶段失水调整系数，从而实现不同部位、不同品种、不同阶段烟叶失水速度的计算。许威等人于2018年1月在农业工程上发表的《烟叶烘烤相对失水速率数学模型》文章中记载了，通过构建烟叶烘烤相对失水数学模型解决烟叶烘烤降速阶段烟叶失水速度难以计算的问题，其模型为采用面积收缩率、长度收缩率、宽度收缩率、厚度收缩率和呼吸消耗量5个因子的减少量乘积再乘以湿表面分率。

经检索发现，对于关键温度点不同稳温时间对烤后烟叶品质的影响也出现了一些研究成果，如段史江等人于2014年发表的《密集烘烤关键温度点不同稳温时间对烤后烟叶品质的影响》，马力等人于2011年发表的《密集烘烤关键温度点不同稳温时间对烟叶香气物质和评吸质量的影响》，汪伯军等人于2010年发表的《密集烘烤关键温度点稳温时间对烤后烟叶质量的影响》等，这些文献均对关键温度点不同稳温时间对烤后烟叶的影响进行了研究，但未公开如何解决关键温度点稳温时间受主观因素影响的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，其通过量化烟叶的表征参数，解决现有人工方法受主观因素影响的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，包括：

建立基于密集烤房温室环境与烟叶自身厚度、长、宽、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度、叶中部主脉宽度的烟叶失水速率模型；

测定烤前鲜烟叶的厚度、长、宽、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度及叶中部主脉宽度，代入烟叶失水速率模型中，计算出烟叶烘烤各阶段失水速率；

根据烟叶烘烤过程中各阶段适宜失水量除以各阶段失水速率来计算各阶段稳温时间。

上述技术方案首先建立了基于烟叶素质本身和密集烤房温室环境的失水速率模型，在根据烟叶在烘烤各阶段适宜失水量来计算稳温时间。该模型所用的鲜烟叶的厚度、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度、叶中部主脉宽度指标可以很好的反应烟叶自身的干燥特性，并且检测过程简单，具有较好的应用前景。

作为进一步的技术方案，鲜烟叶各指标的测定规则为：

叶片厚度，使用叶片厚度计测定在烟叶叶尖、叶中、叶基部主脉的两侧6个点叶片厚度，并计算平均值；

叶基部支脉宽度，使用数显卡尺，量取距离叶基部主脉2～3cm处的支脉宽度，计算平均值；

主脉宽度，将烟叶主脉分为叶尖、叶中、叶基三段，使用数显卡尺量取宽度，分别计算出叶尖、叶中部主脉宽度均值；

含水率，8mm打孔器分别在烟叶叶尖、叶中、叶基部主脉的两侧6个点位对称打孔，采用烘干天平实时测定；

叶长、叶宽，使用卷尺量取；

装烟密度，根据当前装烟量及烤房容积进行计算。

作为进一步的技术方案，构建烟叶失水速率模型为：

其中，W为烟叶理论失水速率，单位(％/h)；d为烟叶干燥部位尺寸，单位(m)；ρ为装烟密度，单位(kg/m³)；λ为空气热导率，单位(W/m*℃)；Vg为空气运动粘度，单位(m/s)；ρ_g为湿空气密度，单位(kg/m³)；g为重力加速度，单位(m/s²)；r_w为当前温湿度条件下水的汽化潜热，单位(kj/kg)；M为装烟量，单位(kg)；a、b分别为叶长、叶宽，单位(m)；v为排湿系数；T、T_w分别为设定干球温度、湿球温度，单位(℃)。

进一步地，构建烟叶失水速率模型为

其中，W为烟叶理论失水速率，单位(％/h)；α为对流换热系数，单位(kj/(m²*h*℃))；A为烟叶在烘烤过程中与烤房湿空气的换热面积，单位(m²/h)；T、T_w分别为当前烘烤阶段设定的干球温度、湿球温度，单位(℃)；r_w为当前温湿度条件下水的汽化潜热，单位(kj/kg)。该模型公式中各参数计算如下：

1)

d为干燥部位尺寸，单位m。

λ＝0.024+7.052×10^-5T

①努塞尔数

②RET准数＝0.1607ki²+1.6866ki-7.7827

③

2)换热面积A＝0.6345×ab+vb

3)水的汽化潜热r_w＝-2.935Tw+2501.3

4)装烟密度ρ＝装烟杆数*单杆重量/75.6，单位kg/m³。

将1)至4)的各参数计算公式带入构建的烟叶失水速率模型，得到展开的与密集烤房温室环境、烟叶自身厚度、长、宽、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度、叶中部主脉宽度等相关的计算模型。

作为进一步的技术方案，在烘烤各阶段，烟叶干燥部位尺寸d分别由叶片厚度、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度及叶中部主脉宽度中的一或多个计算得到。

作为进一步的技术方案，烘烤各阶段适宜失水量为：

W_n＝MR×R

其中，W_n为烘烤各阶段适宜失水量，(％)；MR为测得鲜烟叶含水率，单位(％)，R为烘烤各阶段适宜失水量占鲜烟叶含水率比例，单位(％)；

各阶段稳温时间t为：

作为进一步的技术方案，在对鲜烟叶进行指标测定时，取10～20片鲜烟叶量取叶长、叶宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度，将量取结果作为烟叶的指标数据，代入烟叶失水速率模型并计算出烟叶烘烤各阶段失水速率。

优选地，可选取15片鲜叶量取叶长、叶宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度，以提高测定准确性。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，通过烟叶长、宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度以及相应烘烤工艺即可计算烟叶失水速率，结合烘烤各阶段适宜失水量，以方便实现变黄期关键点稳温时间计算，可有效应用于烘烤工艺制定中。

具体实施方式

以下将对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

烟叶的采集和代表性烟叶样品的制备如下：

(1)烟叶采集：

分别采集湖北省种植的云烟87下、中、上三种部位烟叶，以及K326品种的下、中、上三种部位烟叶。

(2)烟叶样品制备：

烟叶成熟采收后，随机抽取15片，用于测定烟叶长、宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度。

(3)烟叶烘烤工艺制定：

通过预设烘烤温湿度与烟叶长、宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度来计算各温湿度下烟叶的失水速率，进而结合烘烤各阶段计算各阶段的稳温时间。

实施例

本实施例的一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，包括以下步骤：

1)建立基于密集烤房温室环境与烟叶自身厚度、长、宽、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度、叶中部主脉宽度的烟叶失水速率模型，并根据烘烤各阶段适宜失水量计算稳温时间：

W_n＝MR×R

其中，W为烟叶理论失水速率，单位(％/h)；d为烟叶干燥部位尺寸，单位(m)；ρ为装烟密度，单位(kg/m³)；λ为空气热导率，单位(W/m*℃)；Vg为空气运动粘度，单位(m/s)；ρ_g为湿空气密度，单位(kg/m³)；g为重力加速度，单位(m/s²)；r_w为当前温湿度条件下水的汽化潜热，单位(kj/kg)；M为装烟量，单位(kg)；a、b分别为叶长、叶宽，单位(m)；v为排湿系数；T、T_w分别为设定干球温度、湿球温度，单位(℃)；W_n为烘烤各阶段适宜失水量，(％)；MR为测得鲜烟叶含水率，单位(％)，R为烘烤各阶段适宜失水量占鲜烟叶含水率比例，单位(％)。

烘烤各阶段烟叶干燥部位尺寸、排湿系数如表1所示

表1烘烤各阶段参数选取

2)每组待判别烟叶取15片，使用卷尺、数显卡尺测定烟叶的长、宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度，并测定出含水率，然后取平均值作为每组样品的测量结果；

将烟叶预设烘烤温湿度与烟叶长、宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度代入计算模型中，计算不同温湿度下烟叶失水速率。

烤房内安装重力传感器实时检测烟叶失水率，由专业烘烤技师判断烟叶各温度点转火时机，各阶段失水率占比由100烤次数据总结所得，具体来说，烟叶在烘烤各阶段适宜失水量占其鲜烟叶含水率的比例如表2所示：

表2烘烤各阶段失水量占鲜烟叶含水率比率

项目

38℃

40℃

42℃

44℃

46℃

48℃

54℃

占比/％

7.43

11.37±3.58

14.05±1.08

8.28±3.94

7.39±1.86

7.03±2.07

14.64

烟叶烘烤过程中各阶段适宜失水量＝鲜烟叶含水率*各阶段失水量占鲜烟叶含水率比率。

3)根据烘烤各阶段适宜失水量计算稳温时间，具体的计算结果如下所示。

表3鲜烟叶指标

表4装烟情况

品种/部位	装烟量(kg)	装烟密度(kg/m<sup>3</sup>)
			K326/上部	4082.4	63
云烟87/中部	3758.4	58
			K326/中部	3564	55
云烟87/下部	3434	53

通过鲜烟叶的含水率以及步骤3)中表2所示比率计算出各阶段适宜失水量，如下所示：

表5变黄期、定色期各阶段适宜失水量

表6烤房湿空气物理参数(可查询工具书获知)

如表7所示，计算工艺的烘烤时长低于常规工艺，节约了烘烤成本。低温阶段，烟叶变化缓慢，稳温时长对烟叶的影响不敏感，因此该阶段本发明的计算模型相对于常规工艺对烟叶的稳温时长的优势较小，但随着温度升高，稳温时长对烟叶的影响更加敏感，这时本发明计算模型相对于常规工艺的稳温时长优势更加明显，稳温时长明显小于常规工艺，节约了烘烤成本。

表7烘烤工艺计算结果与常规烘烤工艺对比

表7中，本发明的计算模型和常规工艺在同一温度、湿度下烘烤，计算模型得到的稳温时间小于常规工艺的稳温时间，解决了人为判断稳温时间造成的稳温时长不准确、烤后烟叶质量受损的问题。

由表8所示，根据烟叶收购42级国标要求，计算工艺下与主观判断转火相比，烤后烟叶上等烟率、中等烟率提高，杂色烟率大幅下降。

表8计算工艺与常规工艺烤后经济性状

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims

1.一种烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，其特征在于，包括：

根据烟叶烘烤过程中各阶段适宜失水量除以各阶段失水速率来计算各阶段稳温时间；鲜烟叶各指标的测定规则为：

叶长、叶宽，使用卷尺量取；

装烟密度，根据当前装烟量及烤房容积进行计算；

构建烟叶失水速率模型为：

2.根据权利要求1所述烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，其特征在于，在烘烤各阶段，烟叶干燥部位尺寸d分别由叶片厚度、叶基部支脉宽度、叶尖部主脉宽度及叶中部主脉宽度中的一或多个计算得到。

3.根据权利要求1或2所述烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，其特征在于，烘烤各阶段适宜失水量为：

W_n＝MR×R

其中，W_n为烘烤各阶段适宜失水量，单位(％)；MR为测得鲜烟叶含水率，单位(％)，R为烘烤各阶段适宜失水量占鲜烟叶含水率比例，单位(％)；

各阶段稳温时间t为：

4.根据权利要求1所述烤烟烘烤工艺关键点稳温时间计算模型，其特征在于，在对鲜烟叶进行指标测定时，取10～20片鲜烟叶量取叶长、叶宽、厚度、支脉宽度、主脉宽度，将量取结果作为烟叶的指标数据，代入烟叶失水速率模型并计算出烟叶烘烤各阶段失水速率。