汪代斌，楊 曄，陳益銀，楊 超，李鈉鉀，鄭琳琳，王建安

（1.中國煙草總公司重慶市公司，重慶 400023；2.河北中煙工業(yè)有限責任公司，河北 石家莊 050051；3.河南農業(yè)大學 煙草學院，河南 鄭州 450002）

我國是世界上烤煙種植規(guī)模最大的國家，主要分布在從沿西南滄源縣到東北牡丹江市近5 000 km內的不均衡的帶狀區(qū)域內?？緹煹恼{制是決定其品質和效益的關鍵環(huán)節(jié)，也是最為耗費勞動用工的環(huán)節(jié)，涉及到從采收到烘烤多個不同的工序。受不同煙區(qū)因氣候、經濟和種植規(guī)模等因素差異較大的影響，各地在煙葉的烘烤管理上差異較為明顯。對于國外或部分煙區(qū)形成的先進的烘烤管理模式，由于煙草生產的特殊性，許多煙區(qū)復制引進的管理模式出現“空殼化”現象，未能發(fā)揮出最佳的推廣效果。煙葉的烘烤管理環(huán)節(jié)仍存在不平衡的矛盾和問題。近2年，隨著我國經濟的快速發(fā)展，人工成本所占煙葉生產費用的比例大幅增加，國家煙草專賣局為了煙草行業(yè)平穩(wěn)發(fā)展轉型，推進精益煙草生產[1]，鼓勵加強減工、降本和節(jié)能方面的研究。

1 烘烤環(huán)節(jié)的現狀

1.1 多樣的烘烤設備類型

目前密集烤房已經成為我國調制煙葉的主流場所。雖然國家在2009年出臺了418號密集烤房文件，規(guī)范了密集烤房的建造規(guī)格，但國內前期修建的密集烤房和后期的不同供應商家的設備性能存在差異[2]。近幾年大批的供熱設備老化，逐漸進入淘汰期，部分煙區(qū)缺乏必要的烤房維護，存在墻體房頂和門窗的密封漏洞等問題。現階段普遍以煤炭為燃料直接燃燒供熱烘烤煙葉，隨著國家對環(huán)保的重視，替代燃煤的各類清潔能源如空氣源熱泵、醇基液體燃料、生物質固體成型燃料和天然氣氣體燃料的供熱設備不斷成熟[3]，能夠代替人工添加燃料，并能實現烤房內溫濕度的精確控制，不同能源類型的設備在產區(qū)之間存在差異。目前在各產區(qū)出現了多種不同操作的密集烤房類型，加之人員操作技術存在偏差，區(qū)域內差異化的密集烤房調制煙葉容易導致其香型的風格弱化和光滑僵硬葉片的產生。

1.2 定性的成熟采收標準

適時采收煙葉是保證煙葉產質的基礎。不同采收成熟度的煙葉烘烤后對其質量存在不同的影響[4,5]。傳統(tǒng)采收煙葉根據葉片落黃程度、脈色變化、茸毛脫落程度和采收時斷面特征等定性的標準，依賴于主觀經驗性的判斷，部分煙葉采收時達不到最佳的成熟狀態(tài)。特別受品質特性、葉位高低、氣候狀況、土壤質地和栽培差異的影響，不少產區(qū)的種植戶在生產中存在跟風強采、盲目隨從和依靠農時判斷的采收等問題。

近幾年，為解決煙葉成熟采收憑靠經驗式判定存在的不足，張德龍等[6]進行了丙二醛和葉綠素含量的測定后采收的研究?；跓熑~產值的量化判定，任杰等提出了一種烤煙成熟度新方法。雖然上述的研究檢測的地點在實驗室內完成的，但為下一步我國煙葉定量的快速成熟判斷奠定了方向。

1.3 多種編煙和裝煙方式并存

不同裝煙方式對烘烤后煙葉品質和能耗有不同的影響。隨著我國經濟的發(fā)展，在沿用近百年的煙竿編煙技術的基礎上，近幾年出現了能夠降低勞動用工的編煙方式。梳式煙夾經過多次的改進得到推廣，得到大多煙區(qū)的認可，隨后出現配套的可移動掛式裝煙架，減工效果更加明顯。20世紀90年代從巴西引進散葉烘烤，在貴州的遵義和畢節(jié)得到大面積的推廣，經過實踐演繹出散葉插簽、散葉堆積和框筐式網格散葉烘烤等多種形式。

1.4 靈活配套的烘烤技術

溫、濕度和通風排濕等參數組成的烘烤工藝決定著煙葉在烘烤期間內部的生化反應，直接影響到烤后煙葉的質量[7]。20世紀末宮長榮在總結以往烘烤工藝的基礎上，提出了三段式烘烤工藝。隨后隨著密集烤房的推廣，不同產區(qū)結合自己的煙葉發(fā)育情況，紛紛研發(fā)相配套密集烘烤工藝。重慶市煙草提煉“三段式烘烤工藝”為“三段六步式”烘烤工藝[8]。中國農業(yè)科學院煙草研究所在生產中集成了“8點式精準密集烘烤工藝”。湖南優(yōu)化密集烘烤工藝，形成了以“中溫中濕變黃、慢速升溫定色、延時干葉增香、弱風干筋保香”為核心的工藝。針對散葉烘烤，謝已書等在貴州提出了“兩長一短、低濕慢烤”的烤煙烘烤工藝。崔國民在云南提出了提質增香煙葉烘烤工藝。賴榮洪等采用密集烤房一烤一方案，為江西煙區(qū)優(yōu)化密集烤房煙葉烘烤工藝提供參考。王建安等[9]根據格盤套裝針插式的特點提出了配套的烘烤工藝。

為減少損失和失誤，區(qū)域內的密集烘烤工藝需要不斷的完善和優(yōu)化，形成多種不同的地方烘烤工藝標準，整合到密集烤房配套的控制儀器中，為精確烘烤提供借鑒。

1.5 烘烤管理的組織形式

一直以來煙草公司在烘烤管理上秉承著“統(tǒng)一技術指導、煙農自主烘烤”的傳統(tǒng)模式。隨著密集烘烤的推進，出現了以服務為主的集約化烘烤管理團體或組織，其中專業(yè)化烘烤模式是一種主要的形式。私營股份制合作和種植-烘烤分離形式雖然經過嘗試，因多種原因均以失敗告終。目前專業(yè)化烘烤模式主要有大戶/農場主、煙農合作社、有償服務和散戶合作互助4種形式。對于煙葉質量的提升、減少用工和降低烘烤能耗方面具有明顯的促進作用。

為了進一步提升烘烤環(huán)節(jié)的管理，王豐等進行了“三統(tǒng)三分”式煙葉專業(yè)化烘烤服務模式研究，并探討了現代煙草農業(yè)的分工制度問題。山東濰坊堅持“班組實施、流程操作、工位作業(yè)”實施基于“1＋N”的煙葉采烤分一體化，明顯地提升了不同烘烤工序的精細化操作。

2 烘烤環(huán)節(jié)的發(fā)展方向

“兩降一提”即降低烘烤用工、降低烘烤費用和提高煙葉的質量，依然是未來烘烤管理模式的發(fā)展方向，但其核心是在大數據背景下的成熟度快速定量判斷、機械化采收、智能化烘烤和機器視覺分級。四者在相輔相促的過程中協(xié)同發(fā)展，詳細的圖解見圖1。

圖1 未來烘烤管理創(chuàng)新的方向Fig.1 The innovative direction of curing management in the future

2.1 簡易的快速量化的判斷設備

煙葉的成熟度通過一種手持輕巧的煙葉判斷機，種植戶通過掃描同時（或是）無損針刺煙葉組織的方式接觸到煙葉后能夠直接量化判斷出煙葉的成熟度。判斷的依據為能夠反映煙葉成熟的特征物質，如顏色、衰老的物質或是葉片揮發(fā)性的物質。這些物質事先通過標準化檢測取得數據，并形成快速量化判斷設備的內置判斷參數。該設備由感應區(qū)、顯示區(qū)和建議區(qū)組成，通過檢測到煙葉內部的一種或是幾種具有代表性的物質，內置芯片對比并分析已取得的內置判斷參數，快速在線顯示結果，并在建議區(qū)內顯示該批次煙葉最近最佳的成熟采收時間。

2.2 智能化密集烤房

在改變人工添加燃料為設備自動提供后，通過添加在自控儀上的煙葉在線監(jiān)測設備，能夠連續(xù)監(jiān)測烤房內煙葉顏色和狀態(tài)的變化，實時數據反饋到芯片后，芯片根據儲存的數據對比指示控溫系統(tǒng)下一步是否加大火力供熱升溫，或是控濕系統(tǒng)是否排濕?？緹熯^程實現智能自動控制。通過“互聯(lián)網+”技術，操作者可以在家里隨時在線查看密集烤房的烘烤進程。遇到需要處理的極特殊煙葉，管理者可以通過網絡了解烤房內煙葉的狀態(tài)，手動改變智能烘烤為自主烘烤模式。

2.3 智能機械流動分級設備

種植戶在煙葉回潮出炕后，平衡葉片達到一定含水量，然后把葉片成沓地送到全自動煙葉的進料口。機器按照程序把煙葉輸送到密封的分級室，其內設有傳送帶，圍繞圓形運動。機器內程序芯片控制n個機械抓手，固定在分級室內的墻壁上，每一個機械抓手上配置有辨別煙葉等級的檢測器，每n/43個為相同的檢測器負責一類煙葉的抓取，當敞開的葉片符合某個等級時，抓手抓住葉柄放到選定的等級出口流出分級室。傳送間隔性地設置5~6個震動段，用于震動皺縮和疊壓的葉片展開。當未展開的葉片在第一輪挑選后未挑中，傳送帶繼續(xù)圍繞圓形路徑前行，經過震動后展開的葉片再次到達機械達抓手時被挑選出。對于嚴重皺縮無法識別的煙葉，經過幾輪無法識別，第n/43組的機械抓手挑出交由人工處理。

3 烘烤環(huán)節(jié)下一步研究的重點

3.1 煙葉成熟代表成分的快速識別

視覺上能夠從煙葉的顏色變化判斷其成熟度高低，目前已經明確了不同部位欠熟、適熟和過熟鮮煙的3種顏色值指標范圍，經交互驗證回判正確率為96.3%，通過紅外光譜技術圖像處理的煙葉準確率為93.83%~97.53%，相對于農作物如達到100%的辣椒SVM模型精切分類，仍然需要在建模、顏色捕捉技術和圖像的處理方式上進一步研究。采用光譜量化煙葉的氮、磷、氯、鉀、纖維素和煙氣含量已經得到廣泛應用，煙葉在成熟過程中內部的組織和生理生化會發(fā)生有規(guī)律的變化，缺乏快速感應技術。應立足于田間試驗，選擇或研發(fā)合適的光譜儀、合適的光源、波段和采樣間隔，使之成為快速檢測煙葉成熟度一項重要參數。質外體如NH4+和氨氣補償點不同在煙葉成熟過程中含量有規(guī)律可尋，可以作為特征物質鑒別不同品種煙葉的成熟度。上述的多種處理手段在持續(xù)的研究后技術綜合集成，將會大幅度提高成熟度判斷的準確率。

3.2 機械化的采收和裝炕

當前我國同等級別的煙葉工商交接的價格遠高于國外的許多國家。隨著我國經濟的持續(xù)發(fā)展和人工費用的劇增，持續(xù)地導致原料煙的價格上漲。在烤煙型卷煙單盒價格限制99元以內的情況下，持續(xù)高昂的工商交接價格會影響卷煙企業(yè)的利潤空間。適合于我國國情的煙葉采-運-裝一體化的機械設備應及時落地推廣，大幅度降低人工的費用成本。煙夾和散葉裝煙相對于手工編竿掛桿雖然明顯地降低了勞動用工，但是在使用人工方式為主的操作上沒有發(fā)生“質”的變化。以箱式裝煙為代表的機械化裝煙是中國煙葉裝煙的最終模式，需要投入大量的持續(xù)研究。

3.3 智能化烘烤裝備的開發(fā)

無人值守并且烘烤成本低廉的自動化烘烤設備在我國的研究已經成熟，并進入到推廣階段。在黑暗條件下檢測煙葉顏色變化和失水狀況的傳感器嫁接到烤煙自動控制的主機上，與輸出的溫濕度控制部件形成對應，便能夠實現煙葉的智能化烘烤。隨著遠、近紅外技術在識別在煙葉烘烤過程中的應用，需要針對氣候、煙葉品種、煙葉部位和裝煙密度的差異，把在線的烤房內場景、葉片顏色和狀態(tài)進行光譜收集，對應不同地區(qū)的精準化的溫濕度執(zhí)行曲線，兩者對應的大數據最終能夠形成不同的地域煙葉的智能化烘烤工藝曲線，研究的重點是在線精準的檢測設備。

4 建議

4.1 大數據庫的建立

科技的創(chuàng)新帶來了大數據時代的到來，(在其背景下)給煙草管理帶來了新的機遇，同時也提出了許多更加艱巨的挑戰(zhàn)。智能設備的內部芯片需要大數據的整合，有了完整的數據，在科研人員建模的基礎上，可以開發(fā)出煙葉生產中的每一個細小環(huán)節(jié)的智能減工設備。相對于大農業(yè)的數據收集，煙草商業(yè)起步較晚且檢測方法較為落后，特別是從烘烤環(huán)節(jié)的快速檢測煙葉成熟的特征參數到全自動煙葉分級機探測儀器的研發(fā)。新的時期煙草公司有必要建立煙草農業(yè)的大數據平臺并配備專職人員，負責收集和開發(fā)當地煙草生產全方位的數據收集、探（檢）測、整理和歸類，為進一步配合大農業(yè)實現智能化煙葉生產提供儲備的技術和數據支撐。

4.2 科研管理的創(chuàng)新

科研服務于煙葉生產，煙葉生產指導科研研究的方向?，F代煙草農業(yè)經過十多年的發(fā)展，在基礎建設上取得了舉世的矚目，也積累了大批的技術人才，如云南和貴州已經形成了博士群體的技術和管理層。然而，隨著近幾年天氣的異常情況、工業(yè)卷煙配方的變化和種植規(guī)模的壓縮，區(qū)域內工商交接的煙葉質量有必要得到進一步的提升。提升的方向應該體現在“煙葉生產指導科研研究的方向”，針對當地煙葉生產中出現的問題，改變原來課題的申報制為招標制，發(fā)揮工業(yè)和商業(yè)博士群體的特長，根據本地區(qū)制約煙葉質量的因素，精確地設置科研研究的方向、內容和詳細的年度考核指標，公開地面向相關的研究單位進行科研招標，工商兩家按照自己的意愿實現煙葉質量的提升，進一步滿足卷煙配方的需求。