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?——【·前言·】——?
旋转气缸在多个工业过程中被广泛使用，包括干燥、加热、加湿、混合、煅烧等。这是因为旋转气缸具有处理各种颗粒固体的灵活性，并且能够连续处理大量材料。在干燥操作领域，旋转干燥机被广泛用于处理食品，和农产品的脱水操作之一。
与流化干燥相比，旋转干燥具有更均匀的处理质量，因此在烟草初级加工中常被用作最受欢迎的烟叶脱水方式。而烟草的干燥过程，则需要高效率和良好的产品质量。其中一个关键因素就是保留烟叶中特有的风味成分。
这些特定的风味成分主要包括，类胡萝卜素降解产物和美拉德反应产物。在烟叶采摘后，在烟草初加工之前，需要经过腌制和陈酿等预处理步骤，这是烟草风味成分形成和积累的主要阶段。
而类胡萝卜素就会在这个阶段被降解，并产生具有花香味的化合物，如大马士革酮和巨柱三烯酮。另一方面，在这个阶段，烟草中的氨基酸和碳水化合物之间的美拉德反应，会产生具有烘焙和焦糖香味的化合物，如某些杂环和羰基化合物。
但在烟草初级加工过程中，烤烟作为热敏感材料，容易损失一些化学成分，包括一些特定的风味成分。这可能是由于某些成分的挥发、氧化以及一些大分子的断裂引起的，这会导致干燥烟草材料的质量下降。
?——【·MS分析·】——?
人们正在开发多级干燥方法，以提高干燥效率，改善干燥产品的物理和生化性能。在食品和农产品脱水期间，建议进行两阶段干燥，以最大限度地保留风味成分、营养素或功能性和活性成分。
并采用微波真空、热风干燥和冷冻干燥相结合的两阶段干燥浆果，目的是为了更好地保留产品的营养特性。结果表明，与传统对流干燥脱水相比，干燥产物具有更好的复水潜力和更高的抗氧化活性。
同时还研究了不同的两阶段干燥策略，用于灵芝脱水。结果表明，与单级干燥方法相比，先真空干燥后热泵干燥的子实体干燥，和切片热泵干燥后烘箱干燥的两阶段干燥方法，大大提高了整体干燥速率，并最大限度地提高了灵芝酸和水溶性多糖的保留率。
多级干燥对生物活性成分保留的影响，归因于干燥速度快和热处理强度低，这也有利于改善颜色和质构等物理性能。
但是，之前所说的烤烟两阶段干燥的报道很少。目前，烤烟轮转干燥仍为单级干燥工艺。具有蒸汽或油加热筒表面的间接旋转干燥机，主要用于烟草初级加工。切烟的干燥过程，发生在一些夹带较少的热空气，以及湿固体颗粒水分蒸发，产生的轻微过热蒸汽的气氛中。
加热的筒面和热空气都为烟草提供了脱水能量。然而，烟草脱水的主要卡路里，来自加热筒面的导热性。对于烟草的单级干燥，在整个脱水过程中，始终使用恒定的筒体温度和热风温度。
通过优化筒体温度等关键干燥操作参数，很难在特征风味成分的高保留率，和高效干燥工艺之间取得折衷。虽然在研究人员之前的工作中，已经通过分析两阶段，对流干燥过程中的传热，和传质提出了烤烟脱水的干燥策略。
烤烟脱水的实验是在旋转干燥机中进行的，这是一种批处理设备。图中显示了该干燥机的详细示意图。气缸由不锈钢制成，直径为0.6米，长度为0.5米。气缸内壁采用夹套结构，可以通过油浴加热来控制温度，温度范围为60-200°C。
四个升降器均匀分布在气缸的内表面上，通过螺栓固定。压缩空气经由质量计、空气加热器和位于其中一个气缸端的空气分配板，进入干燥器。空气的温度和流量分别通过质量计和空气加热器进行控制。
而气缸的旋转速度可以在较宽的范围内改变，可以在实验中保持恒定状态为9.0 rpm。烟草样品可以在干燥前后通过圆筒口添加和取出。在单级和两级干燥实验中，空气的温度和通过圆筒的速度设置为100°C和0.1 m/s都是一致的。
在单级干燥实验中，进行了不同筒体温度条件下的研究，包括100、130、140和150°C，如表中所示。而两级干燥实验结合了预干燥阶段，和最终干燥阶段的不同筒体温度，即130/100、140/100、150/100、130/110和140/110°C。
温度组合为140/100°C的两级干燥过程中，还改变了预干燥阶段结束时的中间含水率，分别设置为19%、17%和15%。在单级和两级干燥过程中，每隔40秒取样切好的烟草样品，并使用失重法测定样品的水分含量。
将干燥的样品研磨成粉末，然后取2克粉末与二氯甲烷一起放入60°C的蒸馏装置中进行2小时的同时蒸馏提取。使用旋转蒸发仪将提取的溶液冷凝至1毫升，使用气相色谱-质谱联用仪对浓缩溶液进行分析，以量化特征风味成分的含量。
分析过程中，以乙酸苯乙酯作为内标物。使用赛默飞世尔科技的Trace GC Ultra-ISQ GC-MS仪进行分析。样品通过HP-FFAP毛细管柱进行分离，进样器温度设置为270°C。初始柱温为60°C，然后以每分钟240°C的速率进行温度编程，最后保持30分钟。
20:1的分流模式下进行分析。载气以1毫升/分钟的速率流动。采用以下参数进行MS分析：电离能为70电子伏特，离子源和传输线温度分别为230°C和260°C。MS记录范围为40到400原子单位。
?——【·干燥速率曲线·】——?
不同温度组合和不同中间含水率下，进行的两阶段干燥切烟的干燥速率曲线。为了比较，单级干燥切烟的干燥速率曲线中呈现。在旋转干燥机中对切烟进行单级和两级干燥时，不存在恒定速率的干燥期。
初始瞬态期后，切烟的干燥速率达到最大值，然后经历第一下降速率期和第二下降速率期，单级干燥的第一临界水分含量约为16%，第二临界水分含量约为6%。在两阶段干燥过程中，第一和第二临界水分含量提前发生，分别为18%和13-11%。
当两阶段干燥的中间含水率从19%降低到15%时，第一临界含水率也呈上升趋势。在实际的烟草初级加工过程中，烤烟只需将初始水分含量降至最终水分的10-12%。
对于单级和两级干燥实验，研究人员计算了切烟的总干燥时间和平均干燥速率，以使水分含量降低到12%以下，结果见表2。与100°C的单级干燥相比，预干燥温度为130、140和150°C的两级干燥，最终干燥温度为100°C，总干燥时间分别减少了26%、32%和42%。
中间含水率对干燥时间和平均干燥速率也有显著影响。当中间水分含量从19%降低到15%时，所需干燥时间减少了21%，平均干燥速率从0.208 g H2/m-1提高到0.263 g H2/m-1。两阶段干燥过程中的较低水分含量，意味着在预干燥期间需要去除更多切烟中的水分。
不同预干燥温度和最终干燥温度，对切烟的平均干燥速率和干燥时间有不同的影响。与140/100°C两级干燥相比，提高预干燥温度到150°C可以缩短干燥时间10%，同时平均干燥速率也显著提高，从0.248 g H2/m-1增加到0.289 g H2/m-1。
将最终干燥温度提高到110°C时，与140/100°C两级干燥相比，切烟的平均干燥速率仅提高了4%。将130/100°C的干燥结果与140/100°C和130/110°C的结果进行比较时，可以看到类似的趋势。
这些结果表明，在当前的两阶段干燥方法中，预干燥温度对切烟的干燥效率影响更为显著。在第一临界含水率之前，干燥过程中水的汽化主要发生在干燥物料表面的边界层。这一阶段水分扩散的阻力，主要来自外部环境的传热传质条件。
两阶段干燥中，通过提高预干燥阶段的筒体温度，可以更有效地增加平均干燥速率。在优化单级或多级干燥工艺时，能耗一直是一个重要问题。低温和中温干燥，通常被推荐用于烟叶等热敏材料的干燥。然而，低温干燥通常能效非常低。
与低温的单级干燥相比，两级干燥通过提高预干燥温度缩短干燥时间，可以减少滚筒干燥过程中所需的热风和蒸汽的消耗，有利于提高干燥能效，两阶段干燥有可能通过不同干燥阶段之间的热回收来提高效率。
也正如上文所说，干切烟草中常见的美拉德反应化合物包括糠醇、糠醛、4-环戊烯-1，4-二酮、2-甲基四氢呋喃-3-酮、2-乙酰基和2-乙酰基吡咯。而切烟中，主要的类胡萝卜素降解产物则包括几种酮类、香叶基芳樟醇和二氢放线菊内酯。
从表中可以看出具体的类胡萝卜素降解产物，和美拉德反应化合物的含量。为此，研究人员也计算了单级和两级干燥切烟中，两种风味成分的总含量，单级干燥温度从6°C增加到55°C时，美拉德反应化合物的总含量从4.37 μg/g降低到100.150 μg/g。
研究人员发现美拉德反应化合物的损失主要发生在100-130°C的温度范围内，这可能与该温度阶段可能发生的挥发、氧化和裂解反应有关。
相较于130、140和150°C的单级干燥，采用130/100、140/100和150/100°C的两级干燥，可以分别使干烟中美拉德反应化合物的含量，提高19.9%、23.3%和16%。两段式干燥既可以提高干燥效率，又能保留较多的美拉德反应化合物，特别适用于140/100°C的干燥条件。
尽管筒体温度对类胡萝卜素降解产物含量的影响较小，但结果与之前相似。例如，130/100°C和140/100°C的两级干燥能够保留的，类胡萝卜素降解产物含量分别为5.94和5.91 μg/g，接近于100°C单级干燥水平。
然而，之前的研究也显示，通过采用前期高气温、后期低气温的两段干燥方式，可以显著降低切烟的最终温度。这样做能够降低烟草暴露在高温下的时间，有利于保留干燥过程中的风味成分。
但相比于预干燥温度的单级干燥，两段式干燥能够获得更高的切烟中美拉德反应化合物，和类胡萝卜素降解产物含量。研究人员进一步比较了，预干燥温度和最终干燥温度，对风味成分保留的影响，以130/100°C干燥烟草中的风味成分含量为基准进行比较。
最终干燥温度从10°C增加到110°C时，美拉德反应化合物和类胡萝卜素降解产物的保留率分别降低了14.5%和9.4%。
将预干燥温度从10°C增加到130°C，仅导致风味成分保留略微减少，与最终干燥温度的升高相比，将预干燥温度从8°C增加到140°C对两种风味成分的损失影响较小。
在两阶段干燥中，最终干燥温度对于风味成分的保留有更显著的影响，特别是对于热敏性材料。在初始瞬时干燥期，切烟温度相对较低。而在降速期，随着含水率的降低，烟叶温度会明显升高。
之前的研究明，干燥样品在高温下的暴露主要发生在这个干燥阶段。这也解释了为什么最终干燥温度对风味成分的保留有更大的影响。研究人员还比较了在140/100°C的两段干燥中，使用不同的中间水分含量对美拉德反应化合物，和类胡萝卜素降解产物的保留含量的影响。
在中间水分含量为19%时，美拉德反应化合物的保留最高，为6.089 μg/g。当中间水分含量从19%变为15%时，美拉德反应化合物的含量减少了14.7%。中间水分含量的影响与切烟暴露时间的延长有关。
中间水分含量为19%的干燥样品，在高预干燥温度下的干燥时间最短，导致美拉德反应化合物的损失最小，对于干切烟草中的类胡萝卜素降解产物，中间水分含量从19%变为15%仅导致保留率降低了4.4%。
中间含水率和筒体温度对两种风味成分的保留都有显著影响。当筒体温度升高或中间含水率降低时，切烟暴露在较高的干燥温度下，或预干燥阶段，都会经历较长的干燥时间，导致烟草中风味成分的保留率降低。
之前也指出，经过热处理的烟草会导致风味成分的损失，原因可能与某些成分的挥发、氧化以及某些大分子的可能破裂有关，随着中间水分含量的降低或筒体温度的升高，美拉德反应化合物的保留量，相较于类胡萝卜素降解产物的保留量，有更显著的下降。
后期采用低筒温进行最终干燥，可以在保留特征风味成分的同时实现高效干燥。当前的研究表明，两阶段脱水方法中，预干燥温度对切烟的干燥效率影响更大，而最终干燥温度对美拉德反应化合物，和类胡萝卜素降解产物的保留具有明显影响。
两阶段干燥过程中的中间含水率，对特征风味成分的干燥效率和保留有显著影响。较低的中间含水率可以提高整体干燥效率，但会导致烟草中美拉德反应化合物的损失更加明显。
?——【·总结·】——?
两阶段脱水，对回转干燥机烤烟特征风味的成分保留产生了显著影响。研究发现，采用两阶段脱水方法，即高筒温预干燥和低筒温最终干燥，在保持高效干燥的同时，能够较好地保留烟草的特征风味成分。
预干燥温度对于烟草的干燥效率起到关键作用，而最终干燥温度则对美拉德反应化合物，和类胡萝卜素降解产物的保留具有重要影响。较低的最终干燥温度，可以最大程度地保留美拉德反应化合物，以及类胡萝卜素降解产物，从而保持烟草的风味特性。
通过两阶段脱水方法，特别是在预干燥和最终干燥阶段，会采用适宜的温度和中间含水率，可以在高效干燥的同时，还能最大限度地保留烟草的特征风味成分。这对于烤烟生产过程中的风味品质控制，具有重要意义。
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