基于CFD的雪茄烟叶晾房流场分析与通风策略研究

【目的】解决雪茄烟叶晾制过程中因环境依赖导致的温湿度控制不稳定的问题。【方法】采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,分析了不同通风状态对晾房内部速度场的影响,并提出了优化的晾房通风策略。【结果】通风窗的启闭对晾房内速度场分布影响显著,常规通风状态无法同时满足速度大小和速度均匀性要求,优化后的通风状态4在维持较高风速均值的同时,实现了较低的速度标准偏差,显示出更佳的气流分布。【结论】为晾房内部环境控制提供了有效的通风设计策略,有助于提高雪茄烟叶的品质,降低人力成本,对烟草行业高质量发展具有积极影响。

初烤烟叶主脉与叶片的吸附等温线及其热力学性质研究

为探究初烤烟叶主脉与叶片在吸湿过程中所表现出的水分吸附特性,测定初烤烟叶主脉与叶片在环境温度20、25、30、35、40℃以及环境相对湿度50%、60%、70%、80%、90%下的吸湿情况,绘制初烤烟叶主脉与叶片的吸附等温线,采用5种常用的农产品吸附等温线模型对试验数据进行拟合,并在此基础上探究初烤烟叶主脉与叶片的热力学性质。结果表明,初烤烟叶主脉与叶片的吸附等温线属于Ⅲ型等温线,在环境相对湿度相同的条件下,初烤烟叶主脉与叶片的平衡含水率随环境温度的升高而降低。MHAE模型是描述初烤烟叶主脉与叶片吸附等温线的最佳模型,决定系数(R^(2))为0.99877~0.99905,平均相对百分率误差(MRE)为1.45515%~2.94968%。热力学性质研究结果表明,在平衡含水率发生变化时,初烤烟叶主脉与叶片的净等量吸附热(Q_(st))与微分吸附熵(ΔS)有相似的变化趋势,均随平衡含水率的升高而下降,且两者与温度之间都没有明显关系。在初烤烟叶主脉与叶片的水分吸附过程中,熵-焓补偿理论也同样存在并适用,并且水分吸附过程是自发的由焓所驱动的反应。综上,初烤烟叶主脉与叶片在水分吸附过程中的热力学性质较为相似,MHAE模型适合用来描述初烤烟叶主脉与叶片在温度20~40℃的吸附等温线。

基于高光谱成像技术的鲜烟叶叶位识别方法

为实现鲜烟叶叶位的快速无损识别,以不同着生部位烟叶为研究对象,应用高光谱成像技术,构建基于特征光谱的鲜烟叶叶位判别模型。首先,利用标准正态变换(SNV)、二阶导数(2ND)、SavitzkyGolay卷积平滑(SG)和多元散射校正(MSC)4种光谱预处理方法对烟叶原始高光谱数据进行处理,然后采用预处理后的全波段光谱数据和特征波段光谱数据,构建基于支持向量机(SVM)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和反向传播神经网络(BPNN)的鲜烟叶叶位识别模型。结果表明:采用SG滤波预处理和BPNN所构建的模型识别效果最好,训练集和预测集的预测准确率分别为91.15%和90.63%。此外,利用竞争性自适应重加权算法(CARS)所筛选的特征波长所建立的BPNN模型最优,训练集和预测集的预测准确率达到了93.23%和92.19%。表明利用高光谱成像技术判别鲜烟叶所属部位是可行的,可以实现鲜烟叶所属部位快速、无损检测。

基于AKIMA插值法的箱式烤房热流场温度与风速分析及烤房优化

为研究箱式烤房热流场,掌握烘烤各时期烤房环境状况,采用AKIMA插值法对箱体温度及风速梯度进行计算,再结合数据制作云图插入建模,使得烤房热流场可视化.热场分析结果显示:1)箱体不同位置的热流场差异较大:箱体下部>中部>上部;2)烘烤不同时期热流场差异较大,具体表现在干筋期叶间隙风速均保持较高水平,同时温度分布均匀,整体温差不超过6℃,而在变黄期、定色期叶间隙风速则相对较小,温度分布不均,整体温差达到8~10℃.根据以上结果,结合实际生产情况,提出箱式烘烤优化建议:1)采用变频风机,箱式烘烤过程中可采用前120 h高风速档位(8#循环风机45~50 Hz),120 h后低风速档位(8#循环风机35~40 Hz)的方法保证烟叶烤透率的同时保留原有的香气;2)在每个箱体下方安放与地面夹角依次增大的分风板,保证各个箱体的进风量.在不同烘烤阶段,箱式烤房及箱体不同位置的热流场分布不均,但整体差距会随着烘烤进程进入干筋期逐渐变小,根据研究结果合理调整烤房设备和箱式烘烤工艺,可改善箱式烘烤的烘烤质量.

不同新能源类型密集烤房烘烤效果研究

通过烘烤试验对比,从烤房建造成本、运行参数、烘烤能耗用工、控温精度、烤后烟叶外观质量、化学成分、经济效益等方面探索内置式生物质烤房、密闭式热泵烤房、光伏一体化烤房的烘烤效果,旨在筛选曲靖烟区最适宜的烤房类型,并为烟草行业的绿色可持续发展提供理论依据。结果表明,密闭式热泵烤房烘烤能耗和用工成本较低,控温精度、烤后烟叶质量、经济效益较好,是目前最适宜曲靖烟区的烤房类型;光伏一体化烤房建造成本高昂,且烘烤效果表现一般,目前推广难度较大,但可作为未来烤房的发展方向;内置式生物质烤房建设使用门槛较低,可在生物质颗粒供方市场成熟和电力配套设施不齐全的烟区加以应用。

延长变黄和定色末期时间对烤烟上部叶质量的影响

研究烘烤过程中延长变黄和定色时间对烤烟上部叶外观质量和内在品质的影响,从而为改善上部叶的经济性状和工业可用性提供理论依据。以烤烟上部叶为试验材料,采用气流下降式自动加煤密集烤房,分析对比42、54℃延长时间和皖南当地常规烘烤工艺对烤后烟叶经济性状和感官质量的影响。结果表明,在42℃延长20 h、54℃延长16 h能不同程度地改善云烟97上部叶的等级结构,增加上等烟的比率,同时能够降低云烟97上部叶的两糖(总糖、还原糖)含量;在42℃延长20 h能够明显提高单料烟的评吸得分(65.00);42、54℃的延长时间均能够改善上部烟叶化学成分的协调性,42℃延长烘烤20 h能够提高云烟97上部叶的工业可用性,54℃延长16 h能够明显改善云烟97上部叶的等级结构。

不同品种烤烟表面颜色量化与质体色素的关系研究

为了明确河南不同品种烤烟烟叶颜色特征值和质体色素含量的差异及其关系,以河南烟区11个品种烤烟C3F为材料,研究了不同品种烤烟烟叶颜色量化参数、质体色素的含量及其关系.研究结果表明：（1）河南烤烟颜色空间分布特征,明度L^＊范围是53~66,平均值为60,红度a^＊9~18,平均值是13,黄度b＊为38~51,平均值是44,饱和度C为40~53,平均值是46,色度角H为68~78,平均值是73;不同品种之间量化值差异存在显著性;（2）叶绿素a的含量为0.018~0.051 mg·g^-1,叶绿素b的含量是0.023~0.063 mg·g^-1,类胡萝卜素的含量是0.158~0.292 mg·g^-1;不同品种之间叶绿素含量差异不存在显著性,类胡萝卜素和质体色素含量差异存在一定显著性;（3）叶绿素a和叶绿素b与红度a＊之间显著负相关,类胡萝卜素与黄度b＊和饱和度C之间显著正相关;（4）叶绿素与烟叶颜色量化参数之间回归分析不存在显著性,而类胡萝卜素和质体色素含量与烟叶颜色量化参数之间回归分析存在显著性.

喷施有机酸对烟叶颜色特征值和类胡萝卜素及其降解产物的影响

通过田间试验,研究了烤烟生长旺长期和成熟期喷施有机酸对烤后烟叶特征值、类胡萝卜素及其降解产物的影响.试验共设5个有机酸处理,分别为处理1(CK,喷施清水),处理2(喷施柠檬酸),处理3(喷施柠檬酸+檬酸钠),处理4(喷施苹果酸),处理5(喷施苹果酸+苹果酸钠).结果表明:喷施有机酸可提高烟叶的蛋白质、总氮和烟碱含量,而总糖、还原糖、钾含量则有所减低,其中处理5烟叶总糖和还原糖含量要高于处理3;处理3和处理5烟叶颜色量化参数指标中的黄蓝轴色品指数饱和度、明度,类胡萝卜素及其降解产物和香味物质总量均高于其他处理.综合分析认为,当有机酸和有机酸盐一起喷施时,烤后烟叶特征值、类胡萝卜素及其降解产物和香味物质总量要高于单施有机酸处理.

不同烘烤工艺对5个烤烟品种感官质量的影响研究

在5个密集烤房内采用不同的烘烤工艺分别对5个烤烟品种进行烘烤,应用主成分分析法综合分析评价了不同处理烤后烟叶的感官质量。结果表明:不同烤烟品种在其自身烘烤工艺条件下其感官质量评吸结果不一定最好;K326、NC297、云烟97和NC102使用较长变黄期和稍短定色期的烘烤工艺能够提高其感官质量,NC71使用稍短的变黄期和定色期的烘烤工艺能够提高其感官质量。

密集烘烤变黄期和定色期关键温度点延长时间对上部烟叶质量的影响

为进一步提高密集烘烤上部烟叶质量,利用气流上升式模拟烤烟机,按照稀编密装原则,使用不同的烘烤工艺对云烟97上部叶进行烘烤,探究烘烤过程中变黄时间和定色时间对烤烟经济价值和质量的影响。结果表明,在烘烤过程中,烟叶分别在38℃和48℃达到变黄和失水要求后,再分别延长6 h,上中等烟比例达到73.79%,化学成分协调,香气质最优,其中性香气成分含量为867.884μg·g^(-1),酸性香气成分含量为60.222μg·g^(-1),碱性香气成分含量为7.969μg·g^(-1),此工艺下的烟叶经济性状最高,烟叶品质也最好。

镁和铜互作对烤烟常规成分和香味物质含量的影响

研究了烤烟叶面混合喷施不同质量分数的Mg SO4,Cu SO4溶液对烟叶常规化学成分和香味物质含量的影响,结果表明,当喷施质量分数0.2%Mg SO4和0.2%Cu SO4时,能够降低烟叶蛋白质和总氮含量,提高总糖和还原糖含量,且烤后烟叶中新植二烯含量和美拉德反应物含量在所有处理中最高,最能提高烤后烟叶香味物质总量。说明低质量分数镁和铜互作有利于烟叶常规化学成分的平衡和提高烤后烟叶香味物质总量。

密集烤房散叶装烟方式对烘烤效果的影响

研究了散叶装烟方式对烤烟烘烤效果的影响,明确了密集烤房适宜装烟方式。试验以烤烟品种K326为试材,对比分析了散叶插签(叶尖朝上、叶尖朝下)、靠背散叶装烟(叶尖朝上、叶尖朝下)与传统挂竿装烟对烘烤环境、烤后烟叶品质和经济效益的影响。结果表明:与挂竿烘烤相比,散叶装烟方式使烘烤环境更加均匀,增加了装烟量,减小了烟叶鲜干比,烘烤成本降低;靠背散叶装烟上中等烟率最高,但增加了活筋烟率;靠背散叶装烟烤后烟叶化学成分更协调且外观质量表现最优。因此,散叶装烟在一定程度上能改善烟叶烘烤效果,密集烤房以靠背叶尖朝上装烟方式最适宜。

不同烤烟品种对烘烤条件的响应差异分析

为探究不同烤烟品种烟叶对不同烘烤工艺的品质响应差异。以云烟97、K326、NC71、NC102和NC297品种的中部叶为供试材料,使用皖南烟区主栽品种云烟97和NC297烘烤工艺分别在2座烤房内进行烘烤,通过分析烤后烟叶的经济性状、化学成分和感官质量,判断不同烤烟品种对烘烤条件的响应差异。在T1处理工艺下,云烟97的均价最高(22.47元/kg),NC102和K326的淀粉和叶绿素降解较充分,评吸得分以K326最高(66.33分);T2处理工艺下,K326的均价最高(23.63元/kg),NC297的淀粉和叶绿素降解率均较高,其评吸得分也较高(65.17分)。因此,通过适当调整烘烤工艺可提高云烟97和K326的内在质量,并保持其经济性状稳定。

不同装烟方式对烤后烟叶中性香气物质的影响

为研究不同装烟方式对烤后烟叶中性致香物质的影响,对烟夹、散叶堆积与散叶插扦装烟方式进行对比试验。结果表明,不同装烟方式对烟叶中性致香物质的影响差异显著,与烟夹装烟方式相比,散叶装烟方式的中部叶类胡萝卜素、芳香族氨基酸、棕色化反应产物、类西柏烷类和新植二烯等裂解产物含量显著升高,上部叶的中性致香物质含量显著降低;中性致香物质含量赋权评价分值中部叶以散叶堆积处理(T2)最高(569.24),上部叶以烟夹处理(T1)最高(495.61)。从烤后烟叶中性致香物质含量的角度出发,云南曲靖烟区散叶堆积和烟夹装烟方式可分别增加中部、上部烤后烟叶香气物质含量,可作为后续研究、推广的主要装烟方式。

不同烘烤工艺对烤烟感官质量的影响

对烤烟品种云烟97的上、中、下3个部位的烟叶分别设计7个烘烤工艺条件处理,对烤后烟叶的感官质量进行了因子分析和综合评价。结果表明:香气质、香气量、杂气、劲头、浓度、甜度和余味7个指标对感官质量评价的影响较大,11个指标间的相关系数有67.27%达到显著水平。通过建立数学模型"综合得分=0.58587F1+0.26588F2",得出:下部叶在变黄末期42℃延长8 h、中部叶在主变黄期38℃延长12 h、上部叶在42℃延长20 h有利于提高烤后烟叶的感官质量。

采烤作业对烟叶烘烤损失率及用工投入产出比的影响

为明确烟叶采烤环节对烟叶烘烤损失率的影响,查找烘烤损失率成因,对采烤一体化专业化烘烤标准作业与烟农常规采烤作业的烟叶烘烤损失率和用工情况进行了研究。结果表明:成熟采收和分类编装烟对烘烤损失的影响最大,对烘烤损失率的影响分别占烘烤损失的41.59%和35.47%;采收、编装和烘烤3个环节全程按照规范专业化作业用工成本较烟农常规作业模式增加0.31元/kg,但降低烘烤损失3749.40元/hm^(2),专业化用工产出投入比为595.51%。

基追肥比例和追肥次数对烤烟化学成分及中性致香物质的影响

以中烟100为材料,研究了不同基追肥比例与追肥次数对烤烟常规化学成分及中性致香物质的影响。结果表明,基追肥比例和追肥次数对烟叶常规化学成分和中性致香物质都有不同程度的影响。随基追肥比例的减少,烤烟的蛋白质呈减少趋势,还原糖、总糖呈增加趋势;随追肥次数的增加,蛋白质、总氮、烟碱呈增加趋势,钾、氯、糖碱比、氮碱比呈减少趋势;类胡萝卜素降解产物随基追肥比例减小呈现出先增加后降低的趋势,追肥次数对其影响不明显;棕色化反应产物和苯丙氨酸类降解产物总量1次追肥处理大于2次追肥处理,类西柏烷类降解产物含量2次追肥大于1次追肥,随基追肥比例减小呈现先增加后降低的趋势;总中性致香物质含量随基追肥比例减小与追肥次数增加呈现出先增加后降低的趋势。从烟叶化学成分和中性致香物质方面分析,以基追肥比例80∶20和1次追肥表现最好。

喷施微量元素与糖对烟叶品质的影响

为探究不同微量元素叶面喷施对烟叶中常规化学成分和香味物质的影响,分别于团棵期、旺长期和成熟期(打顶当天)各喷施1次不同浓度的硫酸锌、硼酸和壳聚糖。结果表明:不同处理条件下,烤烟烟叶中常规化学成分的含量不同,不同处理间类胡萝卜素降解产物、新植二烯、香味物质总量(除去新植二烯)、芳香族氨基酸类物质总量、苯甲醛含量、苯乙醇含量等香味物质的含量大小均不同,综合考虑,喷施0.01%硫酸锌+0.05%硼酸+100 mg/L壳聚糖有利于优质烟叶的形成,能显著提高烟叶香气成分含量。

施用生物菌肥对烤烟香味物质成分的影响

[目的]为了研究生物菌肥对烤后烟叶的提质增效的效果。[方法]用不同浓度的生物菌肥进行叶面喷肥和土壤施肥。[结果]不同处理对烟叶内在化学成分的影响不同。与对照相比,微生物菌肥对烤烟的品质都有显著的差异,其中表现最好的为处理3叶面施肥,它对烟叶品质有所提高。[结论]叶面喷施微生物菌肥在烤烟品质上表现出较好的效果。

喷施硼肥和磷肥对烟株酶活性的影响

为了探究硼素和磷素对烤烟生长发育过程中生理特性的影响,在烤烟生长过程中喷施一定浓度的硼肥和磷肥,研究其对烤烟生长过程不同时期一些重要酶如过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、转化酶(INV)酶、硝酸还原酶(NR)酶和淀粉酶(WL)酶的活性的影响。结果表明,喷施磷肥和硼肥后烟株生长过程中酶活性变化趋势不受影响,当单独喷施磷肥时,可以提高成熟期SOD、CAT、PAL的活性;单独喷施硼肥可以提高植物生长前期CAT、INV和WL的活性;当硼肥和磷肥一起施用时,可以降低烤烟生长后期SOD和NR的活性,提高生长后期POD的活性。一起喷施硼肥和磷肥时,烟株生长过程中酶的活性适宜,既有益于烟株的生长发育又有益于烟叶的正常成熟采收。