烟叶调制的物理学基础

烟叶调制的物理学基础烟叶调制是烟叶在人为提供温湿度条件下不断脱水干燥的物理过程与叶内生理生化变化过程的协调和统一，确保烟叶内部变化与外观变化均朝着人们期望的方向发展。尽管这个过程并非简单的干燥，但是毕竟有干燥的内涵，尤其是调制设备的设计，还必须以相应的物理学基础作支持。

第一节 烟叶干燥的基础理论

物质的干燥在自然界是普遍存在的现象。干燥即将水分从物料中排除出去，使其含水量降到有利贮藏或再加工的程度。鲜烟叶含水量为80%~90%,经调制加工后干烟叶再吸潮含水量一般为15%~17%。

一、湿烟叶的物理学特性

烟叶属于多种复杂的大分子有机物质组成的多微孔毛细管胶体物质，鲜烟叶是含有大量水分的湿物料，要通过加热不断将水分排除。鲜烟叶和在调制中水分尚未被彻底排除之前的烟叶，都属于某种状态的湿烟叶。

(一)湿烟叶的水分状态

研究人员根据水分结合形式和理化性质，把烟叶组织中水分分为束缚水和自由水两类。束缚水又称为结合水，它是靠近亲水胶体胶核，被胶核紧紧吸面不易自由活动的水，它处于分子力场的高压下难以蒸发和排除掉。严格地说，在生物胶体体系中，只有单分子层水，即厚度为一个分子的水层(水分的直径等于3X10-cm),是以分子键显能结合的，以后各层水随着到吸附表面距离的增加，结合能力减小。自由水又称游离水，是生物胶体体系中的第一相水，它存在于细胞原生质内和细胞间隙内。很明显，自由水距离胶核比远，被胶核吸附不紧密而能自由流动。自由水含量影响原生质的物理性质和生的活性，制约生理过程的代谢活动。自由水含量越多，原生质的浓度越小，生8

第一章烟叶调制的物理学基础

物胶体体系能保持溶胶状态，黏度小，代谢活动旺盛:反之，自由水含量减少、引起原生质含水量减少，原生质将由溶胶变为凝胶，黏性增大，生命活动大大减弱，如果原生质失水过多，就会引起生物胶体破坏，生命活动终止。

两种水分的划分是相对的，并没有严格的界限。比如,干燥后烟叶的回潮过程，靠微毛细管的引力表而吸附周围环境的水分，溶解一些简单的化学物质，使之成为胶体系统的一部分。

(二)湿烟叶的主要热物理特性

烟叶的热物理特性(参数)，主要是烟叶的比热容(c)、导热系数(a)和导温系数(a)，还有烟叶生化反应所放出和消耗的热量，以及另外一些状态参数和函数(压力、体积、温度、焓等)。

1.烟叶的比热容烟叶的比热容是指1kg烟叶在温度升高1℃时所需的热量，单位是J/(kg·℃)或kJ/(kg·℃)。烟叶的热量转换过程十分复杂，也有很多影响因素。烟叶比热容需要用实验测得。我们在考虑烟叶烘烤有关热能问题时，一般可以通过公式计算烟叶的比热容。

c=c+(1-w)+cW

=c=+(c*-c+)w (1-1)

式中c不同含水量烟叶比热容，kJ/(kg.℃);

C干-烟叶干筋后干烟叶比热容，kJ/ (kg.℃); c水--水的比热容，kJ/ (kg·℃); w-烟叶含水量(以小数表示)。

经实测结果，烟叶的比热容与烟叶含水量呈直线正相关，湿烟叶的比热容随烟叶含水量降低而逐渐变小，在1.831 2~3.975 4kJ/(kg.℃)，烟叶烘烤干筋后的比热容为1.83kJ/(kg.℃)。但是，由于不同类型和干燥状态烟叶所含水分的形态不同，在其汽化时所吸收的汽化热也会不同，因此某一干燥状态烟叶的比热容也不会是一个定数，利用式1-1所推算的烟叶比热容也只能是一近似数值。表 1-1列出了烤烟在不同调制阶段的比热容。

表1-1不同烘烤阶段烟叶比热容

烘烤温度/℃ 烘烤时间/h 烟叶含水量/% 烟叶比热容/[kJ/ (kg·℃)]

485432(鲜烟)423872603248336242923.975 4

3.41743.160 5

2.731 8

2.5387

74

9