烤烟栽培与调制第四节.ppt
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1、第四节 烤烟调制原理,烤烟调制也称作烘烤,是指将田间生长成熟的鲜烟叶采收后放置于特定的设备中通过人为地控制温度、湿度、通风等条件,使烟叶向着人们需要的方向转化并干燥,最终形成卷烟工业所需原料的全部过程。由此可见,调制最终体现了烟叶的使用价值和经济价值,是烤烟生产的关键环节。从某种意义上来说,调制具有保质、保产、保收益、甚至增质、增产、增收益的作用。,一、烟叶在烘烤过程中的基本变化,(一)烟叶颜色与含水量的变化 由含水量8090的鲜烟。经调制干燥后成为含水量1618的原烟。其内部和外观上都发生了一系列极其复杂和深刻的变化。就外观变化而言,有两个变化是最为直观和明显的。一是颜色的变化;绿色黄绿黄色
2、。如控制操作不当,还会出现不同程度的青黄色和褐色;二是形态的变化:膨胀凋萎干燥。烟叶颜色的变化代表了内部生理生化转化的程度,烟叶形态变化代表了失水的程度,并且可以推断烟叶内部的生理生化能否继续发展。,烤烟调制的基本原理就在于合理地控制烟叶的变色速度和干燥速度,使其互相配合,适应烟叶调制过程的进展。调制初期,主要是让烟叶在较多水分的情况下进行有机物质的转化和分解,因而,变色速度快,干燥速度尽量放慢,采用较低温度,较高的相对湿度,使叶片丧失一定的水分但仍保持其生命活动,烟叶的变化才能顺利进行。当叶片基本上全部变黄时,需要将颜色固定下来,就应迅速减慢或停止变色速度,加快干燥速度,采用提高温度,降低相
3、对湿度让叶片中的水分迅速蒸发排走,使黄色固定下来。在生产实践中,这样的过程就成为变黄期、定色期和干筋期。,(二)烟叶的呼吸作用 烟叶内含物的变化主要通过烟叶的呼吸作用进行,新采收的鲜烟叶,离开了烟株母体后,进行着饥饿代谢过程,呼吸作用继续进行。从呼吸作用这个角度上来说,烤烟在调制过程中的饥饿代谢过程可分为六个阶段。,1、第一阶段:烟叶刚采收之后,呼吸作用几乎和在烟株上一样,主要的呼吸底物是碳水化合物,CO2的释放量较大。2、第二阶段:继续以碳水化合物为底物进行呼吸作用,但强度减弱,CO2的释放量逐渐减少。3、第三阶段:CO2的释放量又略有回升,此时的呼吸底物除碳水化合物外,还有糖甙类物质和蛋白
4、质。,4、第四阶段:蛋白质成为主要呼吸底物。由于叶绿体中蛋白质的分解,叶绿素随之分解,类胡萝卜素等黄色素的含量相对增加,外观上叶色由绿变黄,到该阶段快结束时叶片基本完全变黄。5、第五阶段:CO2的释放量逐渐减少,碳水化合物和氮化物的分解转化完成,干物质的消耗基本结束,叶片变褐,叶组织细胞接近死亡。6、第六阶段:叶细胞原生质凝聚,生物膜结构半透性丧失,原生质结构被破坏,细胞死亡。,(三)烟叶主要化学成分的变化 烤烟调制过程中化学成分变化的总趋势是高分子的化合物转化为低分子底化合物,各组分之间的比例逐渐趋于协调。巴肯()等研究认为:烟叶在烘烤过程中,其体内化学成分含量的变化是十分显著的。淀粉含量大
5、幅度降低,以变黄阶段减少量最大,总糖含量由11.28增加到30.83;总氮、蛋白质、烟碱等含量都有所降低,羰基化合物含量明显增加;其他组分如纤维素、灰分、有机酸、树脂等都有所变化,但变化不大。,(四)烟叶主要生理生化变化1、色素的变化 烟叶在调制过程中颜色的变化是明显的,颜色变化的生化基础是叶绿素和类胡萝卜素等黄色色素的降解速度不同,各种色素所占比例不同。鲜烟叶内含有0.54.0的叶绿素,烘烤时叶绿素分解速度很快,经过4050h即可降到原来的1520。Mcclure和Gwynn(1973)研究表明:叶绿素在开始烘烤后67h内降解迅速进行。调制过程中,除叶绿素降解外,类胡萝卜素等黄色色素物质也会
6、发展降解,但是其降解速度远小于叶绿素的降解速度,因此类胡萝卜素等黄色色素占总色素的比例越来越大,因此就逐渐使烟叶呈现黄色。,2、碳水化合物的变化 宫长荣等(2002)研究认为,烟叶中淀粉酶活性在烘烤开始时较低,随着烘烤进程的推移逐渐升高,于36h前后达到一个高峰,随后有所下降;在72h时又开始升高,在烟叶水分含量和环境湿度较低时,淀粉降解基本停滞的情况下,淀粉酶仍保持较高的活性。烘烤过程中,烟叶淀粉和可溶性糖和还有糖含量的变化呈显著的负相关关系。环境温度、湿度和烟叶水分三个方面的因素影响淀粉降解。在环境湿度较高的阶段,烟叶内淀粉有着最大量和最大速度的降解,当相对湿度降到70以下时,淀粉含量趋于
7、稳定。,淀粉的降解和烟叶水分的散失并不同步,淀粉的快速和大幅度降解在烟叶变黄之前,尤其是烟叶凋萎时期,而烟叶水分的快速散失则是在此之后。这说明在烟叶变黄阶段烟叶水分并不是淀粉降解的限制因素,而在烘烤后期淀粉的降解缓慢、停滞则和烟叶水分变化密切相关,从而成为了淀粉降解的限制因素。,3、主要含氮化合物的变化 新鲜烟叶中蛋白质含量是比较高的,正常成熟的鲜烟叶中蛋白质含量为1215,烘烤过程中降解量为鲜烟叶含量的35左右。蛋白质的降解在烟叶开始烘烤时较慢,烘烤24h以后降解速度明显加快,定色后降解速度又逐渐下降,呈现“慢-快-慢”变化规律。烟叶中蛋白酶的活性在烘烤过程初期较低,随着烘烤进程的发展不断升
8、高,24h后达到第一个高峰值,此后稍有降低(李常军,2000)。在高温变黄条件下,蛋白酶在开始烘烤后快速上升,但失活较快;低温变黄能使蛋白酶在较长时间内维持活性状态;高湿条件下蛋白酶活性较高,低湿条件下蛋白酶活性相对较低。因此,高湿条件下烘烤,烟叶蛋白质分解多,最终含量就低。,烘烤环境条件对游离氨基酸的含量有较大影响。据研究,变黄温度高低对氨基酸含量的影响大于湿度大小的影响,低温变黄条件下氨基酸含量明显高于高温变黄,高湿条件下变黄氨基酸含量也高于低湿变黄;略低湿度下定色,总氨基酸和Amadori氨基酸都远高于高湿条件(见表926),若干筋阶段温度高,氨基酸含量明显降低。,表926 烘烤湿度条件
9、对蛋白质和氨基酸含量的影响(宫长荣等,2000),董志坚等(2000)研究表明,不溶性氮和烟碱含量均随烘烤进程的推移而递减,而且烘烤前期下降幅度大于后期,以低温慢烤叶内不溶性氮分解最多,含量最低,高温快烤分解最少,含量最高(见表927)。这可能是由于低温慢烤条件下烟叶变黄时间长,变黄程度相对较高,同时又经过缓慢的脱水定色,致使损失量增大。烟碱变化趋势与不溶性氮相似,而且损失量随变黄时间延长而增加。在高温高湿条件下变黄,总氮消耗量较少,高湿变黄下烤后烟叶总氮含量最低;定色阶段湿度高低对烟叶总氮含量影响不大;,表927 不同烘烤条件下烟叶中不溶性氮和烟碱含量的变化(董志坚等,2000),4、脂氧合
10、酶活性和脂肪酸含量的变化 脂氧合酶是叶绿素、类胡萝卜素和C18不饱脂肪酸降解的关键酶。李艳梅等(2001)研究表明,叶绿素、类胡萝卜素及不饱和脂肪酸含量变化与脂氧合酶活性动态呈高度正相关,烟叶脂氧合酶活性在烘烤024h期间缓慢上升,在2448h期间急剧上升并达到高峰,尔后开始下降,直到完全消失。低湿烘烤条件不利于脂氧合酶活性功能的延长,类胡萝卜素、C18不饱和脂肪酸降解不充分,不利于烟叶香味物质的形成。,烟叶中脂肪酸降解产物的积累主要发生在脂氧合酶活性较强的烘烤初期,特别是变黄阶段,变黄开始24h内积累量缓慢增加,24h后快速增加,48h达到高峰,而后下降。72h后趋于稳定。烘烤过程中,酚类物
11、质的变化也很剧烈,由于酚糖甙的热分解和酶促分解,总酚类物大大增加。在烘烤的烟叶中咖啡酸含量不超过0.05,莨菪亭及其葡萄糖甙的含量较绿叶中为多,其含量为干重的0.03。有人指出烟叶在烘烤期间,绿原酸在前一两天内增加,以后随着烟叶的褐变作用而减少,其增加的原因可能是由于L苯丙氨酸,L酪氨酸和葡萄糖的积累导致增加绿原酸的合成。Mohapara等人(1980)测定了烘烤当中烟叶的多酚类物质的变化,结果表明,在烘烤初期24h,多酚含量达到一个高峰后下降,干筋期又上升。,Schepartz等(1975)分析了烤烟调制过程中类脂物的变化,认为调制期间大部分类脂物发生了显著的变化,已烷萃取物、茄呢醇、烃蜡和
12、新植二烯增加,脂肪酸减少。几乎在所有的情况下,甾醇开始增加,继之减到一个最低量(见表928)。左天觉(1970)报道,高级脂肪酸特别是不饱和脂肪酸在调制的变黄期减少得多,而与此同时,短链的和较饱和的脂肪酸有所增加。,表928 类脂物质在调制过程中的变化趋势(Schepartz等,1975),二、烘烤条件与烟叶香气品质,(一)烘烤环境温、湿度与烟叶香气品质 烤烟烟叶特有的香气特征是通过调制过程产生和显露出来的。烟叶内3000多种化学成分中有许多都与烟气香气有关,在烟叶调制期间,伴随着淀粉、蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素、高级脂肪酸等大分子物质的降解,形成了香气前体物、美拉德反应产物、挥发性和非挥发性
13、致香物质,特别是中性香味物质产生或含量增加。因此,烟叶烘烤的环境条件影响香气品质的形成。,烟叶变黄阶段的物质转化主要是形成烟叶香气原始物质,小分子和大分子香气物质都大量增加。而且低温变黄和提高烟叶变黄程度,更有利于香气原始物质的积累。定色阶段末,温度达到50以后,烟叶开始出现特有的香气,但有残余青生味。而糖与氨基酸的缩合反应恰好在5055温度下激烈进行。所以,如果烟叶在变黄阶段形成了大量的糖和氨基酸类物质,在5055温度范围内又经历了较长时间,使香气物质的缩合反应得以充分进行,就能使烟叶内具有较多的香气物质。日本的一项研究(1986)认为,在烘烤温度达到60以后,烟叶香气变浓,青生味消失,但是
14、随着温度继续提高,香气量减少。当烟叶干片以后,以2/h的升温速度分别升到60、65、70干筋,调制后烟叶香气浓淡的顺序为606570。因此,变黄和干筋阶段温度条件对烟叶的香吃味具有决定性影响,主脉干燥的最高温度,也与烟叶香吃味的关系密切。,(二)烟叶脱水干燥与烟叶烟叶香气品质 由于烟叶水分含量影响叶内的代谢活动和物质转化,所以,烟叶的脱水速度决定了叶内代谢活动和物质转化的进程。据研究,烟叶脱水速度快慢与香吃味关系很大。如果在变黄阶段烟叶脱水过多,烤后香吃味平淡,并有强烈的苦涩味和青杂气;如果变黄阶段脱水适当,而定色阶段脱水速度过快,则干烟有辛辣味,刺激性强,烟气粗糙。反之,如果变黄或定色前期烟
15、叶脱水速度缓慢,则烤后烟叶香气淡,香气质不好;如果变黄阶段烟叶脱水迟慢,而到定色阶段急剧脱水,则烤干后烟叶辛辣味和刺激性增强;如果到定色前期一直脱水迟缓,烤后烟叶的辛辣味和刺激性虽小,但香气质变差,香味不突出。,通风与烟叶干燥关系密切。从通风的角度看,风速高时,烤后烟叶趋向于柠檬黄,香味淡,辛辣味重,烟气粗糙,刺激性大;风速低时,烤后烟叶颜色较暗,但香气和吃味浓郁。烤机内挂一层烟时,叶间隙风速以0.1m/s烟叶的香味较好;挂两层烟叶,风速以0.2m/s较好。无论哪个时期,风速大于0.3m/s,烟叶的香吃味都明显下降,风速越高,下降越严重,并且以定色末期和干筋阶段的影响最大。,(三)棕色化反应与
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