用于烟叶堆积发酵过程的在线气体分析装置和监测方法与流程

本发明属于气体检测技术领域，具体涉及用于烟叶堆积发酵过程的在线气体分析装置和监测方法。

背景技术：

近年来，由于国际控烟的影响和国内消费升级的提速，具有香气醇厚丰满、满足感强、有害成分含量低等特点的雪茄烟异军突起，为广大消费者所接受，具有良好的市场发展前景。而海南岛的纬度与古巴相差不大，气候环境对于生产雪茄烟来说较为适合，有着生产优质雪茄烟叶的巨大潜力，将是我国未来雪茄烟生产的重要产地之一。雪茄烟由茄衣、茄套和茄芯三部分组成，其中茄芯是雪茄烟的核心组分，决定了雪茄烟吸食过程中的香味风格和整体层次。

雪茄烟叶的颜色和香吃味主要在调制和发酵过程中确定的。烟叶发酵是在一定的温度和湿度条件下，使烟叶物理和化学特性发生深刻变化，香吃味得到明显改善，叶片颜色更加均匀一致，减少刺激性、青杂气和土杂气，增加烟叶弹性，增加烟叶燃烧性并降低吸湿能力。在工艺上制造雪茄烟之前，烟叶必须经过发酵和醇化，这样内在香味质量才能得以充分显现和发挥，使用价值才会有所提高。发酵的主要目的是使烟叶品质逐渐转变，以获得理想的烟叶颜色、吃味和燃烧性。

不同的发酵条件和发酵过程造成烟叶发酵程度不同，发酵后所获得的雪茄烟叶风格特征也迥异，调制后的新烟叶需经过3-5周的高温发酵和18-36个月的醇化过程。目前国内外发酵雪茄烟叶主要采用堆积发酵法，它是改善烟叶外观质量、内在品质及工业可用性的重要手段。堆积发酵具有工艺简单、操作简便、提高香气和吃味等优点，但是发酵过程受温湿度等各种内外部条件的影响较大，控制不好容易造成发酵缓慢或者出现烧堆等风险。目前雪茄烟叶的发酵过程主要通过监控烟堆温度并结合个人经验来把握，而有关适用于堆积发酵过程监控的烟堆内部气体监测手段却鲜有报道。

技术实现要素：

针对上述问题本发明提供了用于烟叶堆积发酵过程的在线气体分析装置和监测方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

用于烟叶堆积发酵过程的在线气体分析装置，包括密闭结构的真空箱，气体钢瓶、真空泵和若干个气体收集端，在所述真空箱顶部的外侧设置有负压表a，用于显示真空箱内部的负压情况；

所述气体测定仪放置在真空箱内部，且气体测定仪上设置有检测探头，自带电源和显示屏幕，用于实时测定并显示当前环境中不同气体的含量；

所述气体钢瓶通过管路与真空箱连通，用于储存高纯气体并为真空箱提供高纯气体，在所述气体钢瓶与真空箱连通的管路上设置有正压表和阀a，所述正压表用于实时显示瓶内气体压力，所述阀a用于控制所述气体钢瓶与所述真空箱之间管路的连通；

所述真空泵通过管路与真空箱连通，用于抽空真空箱内部气体，在所述真空泵与真空箱连通的管路上设置有负压表b和阀b，所述负压表b用于实时显示真空箱内真空情况，所述阀b用于控制所述真空泵与所述真空箱之间管路的连通；

所述气体收集端通过管路与真空箱连通，且所述气体收集端设置在烟叶堆垛内部，用于在线收集烟叶堆垛发酵所释放的气体。

进一步，所述真空箱由上盖和腔体上下两部分组成。

进一步，所述真空箱的上盖和腔体为同一种透明耐压材质。

进一步，在所述上盖内侧设置循环风扇，自带电源，用于加快真空箱内部的气体循环，使气体快速混匀达到平衡。

进一步，所述上盖呈半圆球形，其边缘与腔体的上边缘密切贴合，贴合处具有密封垫圈或者涂有密封油，贴合后内部可实现密闭环境，抽真空后内部可实现负压环境并能稳定保持。

进一步，所述气体收集端是由硬质多孔材料制成，用以阻止烟叶碎屑等杂质进入后续管路而堵塞管路；所述气体收集端是在烟叶堆垛形成过程中按设定位置预先放置好的；位置一般选择的是需要进行发酵过程监测的具有代表性的试验点，包括但不限于烟叶堆垛的上部、中部、下部位置；所述烟叶堆垛内部可放置若干个气体收集端。

进一步，所述真空泵包括但不限于隔膜泵、往复式真空泵、旋转式机械泵、射流式真空泵。

进一步，所述气体钢瓶内储存一种高纯气体，包括惰性气体，气体纯度不低于99％。

用于烟叶堆积发酵过程的在线气体分析方法，包括以下步骤：

步骤1，烟叶开始堆积前，根据需要，确定气体收集端在烟叶堆垛中放置的具体位置；

步骤2，烟叶进行堆积时，按照既定位置逐一放置气体收集端，并尽量放置于靠近叶柄或者烟叶边缘位置以避免造成烟叶损伤，所连通的管路延伸到烟叶堆垛外部；

步骤3，烟叶堆垛形成后，可将烟叶堆垛中临近部位的多个气体收集端延伸出的管路合并后共同连通至真空箱，或者后期测定气体含量时分别逐一单独连通至真空箱；

步骤4，堆积发酵开始后，按照后续步骤，定期在线抽取并测定烟叶堆垛中目标气体的含量；

步骤5，将气体测定仪置于室外洁净空气中开机预热平衡至稳定工作状态，随后将其并排放入真空箱的腔体内，每个屏幕应不被遮挡以便从真空箱外部查看数据，每个检测探头应良好暴露以便顺利检测；

步骤6，阀a、阀b、阀c最初处于关闭状态，开启循环风扇，合上上盖使真空箱达到密闭状态；

步骤7，根据需要，为真空箱在-0.5kg/cm²到-0.9kg/cm²范围内选取一个固定的试验负压值a；

步骤8，打开阀b，开启真空泵，当负压表a的显示值达到负压值a时，关闭阀b，关闭真空泵；

步骤9，缓慢打开阀a，为真空箱缓慢注入高纯气体，当负压表a的显示值接近或者回到0kg/cm²时关闭阀a，等待气体测定仪的显示值稳定；

步骤10，重复第8步、第9步操作直到气体测定仪显示的二氧化碳含量低于5ppm，重复1～3次即可达到效果；

步骤11，重复第8步操作，缓慢打开阀c抽取堆垛内气体，等待负压表a的显示值缓慢回到0kg/cm²时关闭阀c；

步骤12，等待气体测定仪的显示值稳定后，读取并记录相应气体的含量；

步骤13，定期记录发酵过程中烟叶堆垛各部位的氧气、氨气、二氧化碳、甲醛、水分成分的含量变化情况，可实现雪茄烟叶发酵过程的在线监控，通过对比研究变化规律可以更好地调控发酵过程；

步骤14，量取真空箱内部的剩余气相空间体积，利用负压值a和读取到的含量值，可计算出相应气体的真实含量。

进一步，所述气体包括但不限于一氧化碳、二氧化碳、甲醛、氨气、氧气、水分及氢气、乙炔等其他可燃气体。

本发明的目的在于利用该装置监控发酵过程中烟叶堆垛内部的氧气、氨气、二氧化碳、甲醛、水分等成分的含量变化情况，实现烟叶发酵过程的多方位监控，对比研究气相成分变化规律以更好地调控发酵过程，为实现烟叶的定向发酵和精准调控提供技术保障。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明的装置具有操作简便的特点，可在线测定烟叶堆垛内部多种气体含量，适用于烟叶堆积发酵过程监测。利用该装置监控发酵过程中烟叶堆垛内部的氧气、氨气、二氧化碳、甲醛、水分等成分的含量变化情况，可实现烟叶发酵过程的多方位监控，而非目前仅仅观察温度变化。对比研究气相成分变化规律，可以更好地调控发酵过程，为工业生产优质烟叶做准备，为实现雪茄烟叶的定向发酵和精准调控提供技术保障。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图；

1-真空箱、2-气体钢瓶、3-真空泵、4-气体收集端、5-负压表a、6-正压表、7-负压表b、8-阀a、9-阀b、10-阀c、11-上盖、12-腔体、13-循环风扇、14-气体测定仪、15-检测探头、16-烟叶堆垛。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于烟叶堆积发酵过程监测的在线气体分析装置应用及实施方案详细说明如下，但本发明的内容并不限于此。

实施例1

用于烟叶堆积发酵过程的在线气体分析装置，包括密闭结构的真空箱1，气体钢瓶2、真空泵3和若干个气体收集端4，在所述真空箱1顶部的外侧设置有负压表a5，用于显示真空箱1内部的负压情况；

若干个气体测定仪14放置在真空箱1内部，且气体测定仪14上设置有检测探头15，用于实时测定并显示当前环境中不同气体的含量；

所述气体钢瓶2通过管路与真空箱1连通，用于储存高纯气体并为真空箱1提供高纯气体，在所述气体钢瓶2与真空箱1连通的管路上依次设置有正压表6和阀a8，所述正压表6用于实时显示瓶内气体压力，所述阀a8用于控制所述气体钢瓶2与所述真空箱1之间管路的连通；

所述真空泵3通过管路与真空箱1连通，用于抽空真空箱1内部气体，在所述真空泵3与真空箱1连通的管路上依次设置有负压表b7和阀b8，所述负压表b7用于实时显示真空箱1内真空情况，所述阀b8用于控制所述真空泵3与所述真空箱1之间管路的连通；

所述气体收集端4通过管路与真空箱1连通，且所述气体收集端4设置在烟叶堆垛15内部，用于在线收集烟叶堆垛15发酵所释放的气体。

所述真空箱1由上盖11和腔体12上下两部分组成。

所述真空箱1的上盖11和腔体12为同一种透明耐压材质。

循环风扇12固定于上盖11内侧位置，用于加快真空箱1内部的气体循环，使气体快速混匀达到平衡。

所述上盖11呈半圆球形，其边缘与腔体12的上边缘密切贴合，贴合处具有密封垫圈或者涂有密封油，贴合后内部可实现密闭环境，抽真空后内部可实现负压环境并能稳定保持。

所述气体收集端4是由硬质多孔材料制成，用以阻止烟叶碎屑等杂质进入后续管路而堵塞管路；所述气体收集端4是在烟叶堆垛15形成过程中按设定位置预先放置好的；位置一般选择的是需要进行发酵过程监测的具有代表性的试验点，包括但不限于烟叶堆垛15的上部、中部、下部位置；所述烟叶堆垛15内部可放置若干个气体收集端4。

所述真空泵3包括但不限于隔膜泵、往复式真空泵、旋转式机械泵、射流式真空泵。

所述气体钢瓶2内储存一种高纯气体，包括惰性气体，气体纯度不低于99％。

实施例2

利用该装置在线监测海南儋州雪茄烟叶堆积发酵过程中堆垛内部氧气、氨气、二氧化碳、甲醛、水分的含量变化规律；

步骤1、制定试验方案，确定将3个气体收集端4分散放置于烟叶堆垛15的中部位置；

步骤2、堆积雪茄烟叶时，按照既定位置放好3个气体收集端4，并靠近叶柄位置，所连通的铜管延伸到烟叶堆垛15外部；

步骤3、烟叶堆垛15形成后，将3个气体收集端4延伸出的铜管合并连通至真空箱1；

步骤4、堆积发酵开始后，按照后续步骤，定期在线抽取并测定烟叶堆垛15中二氧化碳、氨气、氧气、水分的含量；

步骤5、将二氧化碳测定仪、氨气测定仪、氧气测定仪、水分测定仪置于室外洁净空气中开机预热平衡至稳定工作状态，随后并排放入真空箱1的腔体12内，屏幕不被遮挡，检测探头15良好暴露；

步骤6、阀a8、阀b8、阀c10处于关闭状态，开启循环风扇12，合上上盖11；

步骤7、按照预先制定的试验方案，为真空箱选取一固定的试验负压值-0.8kg/cm2；

步骤8、打开阀b8，开启真空泵3，当负压表a5的显示值达到-0.8kg/cm²时，关闭阀b8，关闭真空泵3；

步骤9、缓慢打开阀a8，为真空箱1缓慢注入高纯氮气纯度99.999％，当负压表a5的显示值回到0kg/cm²时关闭阀a8；

步骤10、重复第8步、第9步操作1次，等待气体测定仪14的显示值稳定，二氧化碳含量达到2ppm；

步骤11、重复第8步操作，缓慢打开阀c10抽取堆垛中部气体，等待负压表a5的显示值缓慢回到0kg/cm²时关闭阀c10；

步骤12、等待各气体测定仪14的显示值稳定后，读取并记录气体含量；

步骤13、按照上述步骤每隔6小时操作并记录一次堆垛中部的二氧化碳、氨气、氧气、水分含量，观察雪茄烟叶堆积发酵期间的内部气体变化规律，结合环境和烟叶温度数据，通过对比研究确定更为合理的发酵温湿度条件和翻堆周期；

步骤14、量取真空箱1内部的剩余气相空间体积为6.5l，利用试验负压值-0.8kg/cm²和读取到的气体含量值，可计算堆垛内相应气体的真实含量。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。