打葉復(fù)烤配方均勻性控制模式研究

楊 凱，陳 清，徐其敏，羅 君，王維妙，趙 權(quán)，許 偉，丁子原，曹樂意

1.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海市楊浦區(qū)長(zhǎng)陽路717號(hào) 200082

2.華環(huán)國(guó)際煙草有限公司，安徽省滁州市鳳陽縣門臺(tái)子工業(yè)園 233121

隨著煙草行業(yè)對(duì)卷煙產(chǎn)品控焦降焦力度的加大，卷煙煙氣指標(biāo)的允差范圍越來越小，對(duì)打葉復(fù)烤企業(yè)提供內(nèi)在化學(xué)成分更加均勻一致的片煙產(chǎn)品的需求顯得日益迫切。目前在打葉復(fù)烤中通常以控制好生產(chǎn)過程中的備料、鋪葉擺把以及貯葉等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的操作實(shí)現(xiàn)配方打葉的均勻性[1]。配方打葉各等級(jí)煙葉的混合一般采取兩種混合方式：一種是在配葉工序?qū)⒄胃鞯燃?jí)煙葉進(jìn)行有序組合；另一種是在配葉工序后的每一工序和中貯環(huán)節(jié)將組合后的葉片不斷地進(jìn)行摻混[2]。近年來，吳昊等[3]研究了獨(dú)立配方單元結(jié)合LED電子顯示屏配合使用提高投料的精準(zhǔn)度。肖明禮等[4]通過鋪葉臺(tái)的優(yōu)化管理與貯柜的有效利用相結(jié)合，使成品片煙煙堿含量變異系數(shù)降低至6.09%。帥志軍等[5]發(fā)明了煙草打葉復(fù)烤生產(chǎn)線的箱式配方工藝專利技術(shù)來提高成品片煙的均勻性。這些研究多是依據(jù)產(chǎn)區(qū)、等級(jí)、年份按一定比例進(jìn)行配方，通過改進(jìn)投料的控制精度來提升均勻性，但結(jié)果還是要依靠原料自身均勻程度，存在被動(dòng)性和調(diào)節(jié)能力的局限性。煙堿是煙葉的重要質(zhì)量指標(biāo)之一，不同部位的煙堿含量和糖含量又呈相關(guān)性[6]，其均勻性是卷煙感官質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)。因此，從化學(xué)成分的配比方面研究配方均勻性控制模式，即在現(xiàn)有打葉配方的基礎(chǔ)上，以固定數(shù)量的原煙為一個(gè)單元抽樣檢測(cè)煙堿含量，并按煙堿含量的高低進(jìn)行配比，將打葉復(fù)烤后的片煙煙堿含量變異系數(shù)控制在合理的范圍，從而實(shí)現(xiàn)打葉復(fù)烤后的片煙煙堿含量均勻性控制。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備與儀器

2009年福建C2F，C2L等級(jí)烤煙；2010年山東、湖南、江西、安徽4個(gè)產(chǎn)區(qū)C2F，C2L等級(jí)烤煙；2011年安徽、福建、河南、湖南、江西、遼寧、吉林和山東8個(gè)產(chǎn)區(qū)C2F，C2L等級(jí)烤煙。

Armor711在線近紅外光譜儀（德國(guó)Carl Zeiss公司）；AntarisⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀（美國(guó)Thermo Fisher公司）；AAS-305D連續(xù)流動(dòng)分析儀（美國(guó)API公司）；FED115熱風(fēng)循環(huán)烘箱（德國(guó)Binder公司）；CSM-I旋風(fēng)磨（60目網(wǎng)篩，北京一輕研究院研制）；DFS 197粉碎機(jī)（上海鼎廣機(jī)械設(shè)備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)方案

（1）化學(xué)成分調(diào)節(jié)模式控制：配方中的原煙按等級(jí)在動(dòng)態(tài)煙葉分選線分選時(shí)采用在線近紅外光譜儀檢測(cè)其煙堿含量，分選后各等級(jí)煙葉以300 kg為單元裝箱并與對(duì)應(yīng)檢測(cè)的煙堿含量相匹配。依據(jù)原煙煙堿含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差和各等級(jí)煙葉在配方中的比例，選擇調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的煙葉為調(diào)節(jié)器煙葉（調(diào)節(jié)能力=標(biāo)準(zhǔn)偏差×煙葉在配方中的比例）。打葉時(shí)各等級(jí)煙葉在鋪葉臺(tái)按配方比例投料，其中非調(diào)節(jié)器煙葉按分級(jí)的時(shí)間順序依次投料，調(diào)節(jié)器煙葉按與非調(diào)節(jié)器煙葉煙堿含量相反的順序投料，未使用貯柜。

（2）混合挑選模式控制：原煙按等級(jí)以每車為單元堆放。取樣時(shí)，從每車分上、中、下沿對(duì)角線三點(diǎn)取樣，每點(diǎn)隨機(jī)取3包，共9包，開包后從9包中選取有代表性的5包，再?gòu)拿堪羞x取1把有代表性的煙把，將所取的5把煙作為單車、單等級(jí)的綜合檢測(cè)樣，使用實(shí)驗(yàn)室近紅外光譜儀檢測(cè)其煙堿含量。分級(jí)時(shí)，按配方比例和原煙煙堿含量的高低進(jìn)行配比并在動(dòng)態(tài)煙葉分選線按照標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行投料分選（即在分選時(shí)完成配方配比），并以300 kg為單元裝箱。打葉時(shí)，將分選后的煙葉按分選的時(shí)間順序投料，未使用貯柜。

（3）組合模式控制：按1.2.1（2）要求堆放原煙、取樣檢測(cè)、配比分級(jí)，在動(dòng)態(tài)煙葉分選線分選時(shí)使用在線近紅外光譜儀檢測(cè)其煙堿含量，分選后以300 kg為單元裝箱并與對(duì)應(yīng)檢測(cè)的煙堿含量匹配。以煙葉煙堿含量0.2%作為間隔值將分選后煙葉分成若干個(gè)區(qū)間，將分選后各箱煙葉按其檢測(cè)值堆放入各自區(qū)間內(nèi)。打葉時(shí)，將分級(jí)后的煙葉在鋪葉臺(tái)按不同煙葉煙堿含量區(qū)間的比例進(jìn)行高低區(qū)間的配比投料，未使用貯柜。

1.2.2 煙堿含量檢測(cè)

入庫原料：按等級(jí)以每車為單元取樣，將所取樣品除梗后在40℃下干燥至含水率為9%～11%，后經(jīng)旋風(fēng)磨（網(wǎng)篩60目）制成所需粉末樣品，并將粉末樣品放置在20～25℃下平衡至少4 h，利用AntarisⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀按文獻(xiàn)［7］中的方法進(jìn)行煙葉煙堿含量檢測(cè)。

挑選后煙葉：使用Armor711在線近紅外光譜儀進(jìn)行在線實(shí)時(shí)煙葉煙堿含量檢測(cè)。

片煙成品：每等級(jí)以50箱為取樣檢測(cè)單元，各單元按每5箱取1個(gè)樣品合成綜合樣，利用AAS-305D連續(xù)流動(dòng)分析儀按文獻(xiàn)［8］中的方法進(jìn)行煙堿含量檢測(cè)。

AntarisⅡ傅里葉變換型近紅外光譜儀和Armor711在線近紅外光譜儀兩種儀器的煙葉煙堿含量預(yù)測(cè)值與AAS-305D流動(dòng)連續(xù)分析儀檢測(cè)值的平均相對(duì)偏差均在5%以內(nèi)。

1.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

式中：CV1—相應(yīng)工序來料煙葉煙堿含量變異系數(shù)，CV2—相應(yīng)工序產(chǎn)品煙葉煙堿含量變異系數(shù)。

式中：i，j—分級(jí)工序、打葉復(fù)烤工序。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)成分調(diào)節(jié)模式控制

選取2009年福建產(chǎn)區(qū)的配方原料為對(duì)象進(jìn)行化學(xué)成分調(diào)節(jié)模式控制試驗(yàn)，結(jié)果見表1。從表1可以看出：①2009年福建配方分為3個(gè)批次加工，片煙煙堿變異系數(shù)控制在2.87%～3.60%，3批次的平均片煙煙堿變異系數(shù)為3.15%，相比2008年的10.01%，下降了6.86百分點(diǎn)；②配方整體的煙堿變異系數(shù)下降度達(dá)到77.95%，相比2008年的65.66%，提高了12.29百分點(diǎn)。說明通過化學(xué)成分調(diào)節(jié)模式控制可以提高片煙煙堿的均勻性。

表1 2008，2009年福建產(chǎn)區(qū)的煙葉煙堿變異系數(shù) （%）

2.2 混合挑選模式控制

選取2010年安徽、江西、湖南和山東4個(gè)產(chǎn)區(qū)的配方原料為對(duì)象進(jìn)行混合挑選模式控制試驗(yàn)，結(jié)果見表2。從表2可以看出：①4個(gè)產(chǎn)區(qū)片煙煙堿變異系數(shù)在2.55%～4.88%，平均值為3.64%；相比2008年加工的同產(chǎn)區(qū)的片煙煙堿變異系數(shù)5.02%和4.64%分別下降了2.47百分點(diǎn)和1.49百分點(diǎn)，效果明顯。②2010年4個(gè)產(chǎn)區(qū)的平均煙堿變異系數(shù)下降度達(dá)到76.93%。山東、湖南兩產(chǎn)區(qū)的煙堿變異系數(shù)下降度均有不同程度提高。說明通過混合挑選模式控制可以提高片煙煙堿的均勻性。

2.3 組合模式控制

2.3.1 試驗(yàn)產(chǎn)區(qū)的煙葉煙堿變異系數(shù)

選取2011年安徽、福建、河南、湖南、吉林、江西、遼寧和山東8個(gè)產(chǎn)區(qū)的配方原料為對(duì)象進(jìn)行組合模式控制試驗(yàn)，結(jié)果見表3～表6。從表3可以看出：①8個(gè)產(chǎn)區(qū)的平均片煙煙堿變異系數(shù)為3.83%，較2010年對(duì)應(yīng)產(chǎn)區(qū)配方的4.18%有所提高；②8個(gè)產(chǎn)區(qū)的平均煙堿變異系數(shù)下降度平均值為83.57%，相比2010年對(duì)應(yīng)產(chǎn)區(qū)的平均煙堿變異系數(shù)下降度提高了4.48百分點(diǎn)。通過組合模式控制對(duì)提高片煙煙堿的均勻性效果明顯。

2.3.2 不同工序在降低煙葉煙堿變異系數(shù)中的作用

表4是8個(gè)產(chǎn)區(qū)各個(gè)加工批次煙葉煙堿的分析結(jié)果。從中可以看出：就各個(gè)工序而言，分級(jí)工序煙葉煙堿變異系數(shù)下降度平均值為54.01%，貢獻(xiàn)度平均值為62.35%；打葉復(fù)烤工序煙堿變異系數(shù)下降度平均值為32.82%，貢獻(xiàn)度平均值為37.65%。除江西和山東兩產(chǎn)區(qū)外其他產(chǎn)區(qū)各加工批次分級(jí)工序的煙堿變異系數(shù)下降度均不同程度高于打葉復(fù)烤工序，說明組合模式控制的效果在分級(jí)工序已實(shí)現(xiàn)。

表2 2009，2010年4個(gè)產(chǎn)區(qū)的煙葉煙堿變異系數(shù) （%）

表3 2010，2011年8個(gè)產(chǎn)區(qū)配方的煙葉煙堿變異系數(shù) （%）

表4 2011年不同批次各工序煙葉煙堿變異系數(shù)下降度（%）

對(duì)原煙煙堿變異系數(shù)、分級(jí)工序煙堿變異系數(shù)下降度、打葉復(fù)烤工序煙堿變異系數(shù)下降度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。從表5可以看出，分級(jí)工序和打葉工序煙堿變異系數(shù)下降度與原煙煙堿變異系數(shù)存在極顯著相關(guān)性，其中分級(jí)工序成正相關(guān)，打葉工序成負(fù)相關(guān)。說明原煙煙堿的變異系數(shù)越大，分級(jí)工序煙堿的變異系數(shù)下降度會(huì)越大，而打葉工序的下降度相對(duì)越小。

表5 原煙煙堿變異系數(shù)、分級(jí)、打葉復(fù)烤兩工序煙堿變異系數(shù)下降度相關(guān)性分析

將分級(jí)、打葉復(fù)烤工序?qū)熑~煙堿變異系數(shù)的下降貢獻(xiàn)度進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表6。從表6可以看出，就貢獻(xiàn)度而言，分級(jí)工序與打葉復(fù)烤工序總體存在極顯著關(guān)系，且分級(jí)工序明顯大于打葉復(fù)烤工序。說明對(duì)于組合模式，分級(jí)工序在整個(gè)配方均勻性控制過程中對(duì)降低煙葉煙堿的變異系數(shù)起到主要作用。

表6 分級(jí)、打葉復(fù)烤工序?qū)熑~煙堿變異系數(shù)的下降貢獻(xiàn)度的方差分析

3 結(jié)論與討論

化學(xué)成分調(diào)節(jié)模式、混合挑選控制模式和組合模式3種控制模式以煙葉化學(xué)成分作為參數(shù)參與配方，可以將成品片煙煙葉煙堿的變異系數(shù)控制在理想的范圍，確保了配方打葉復(fù)烤后產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性。3種模式以組合模式的控制能力最強(qiáng)，但操作相對(duì)復(fù)雜。對(duì)于3種控制模式，可根據(jù)原料煙堿的變異系數(shù)大小、實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的倉(cāng)庫庫容量、生產(chǎn)組織的方便性等因素綜合考慮，選擇適宜的控制模式。本研究是以煙葉煙堿作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來考察均勻性控制效果，根據(jù)質(zhì)量關(guān)注點(diǎn)的需要，也可以引入其他化學(xué)成分或幾個(gè)不同化學(xué)成分的組合來進(jìn)行打葉復(fù)烤加工時(shí)配方內(nèi)在化學(xué)成分質(zhì)量均勻性的控制。

［1］楊再斌，張其龍.打葉復(fù)烤配方加工新模式的探索[C]//中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專業(yè)委員會(huì)工藝學(xué)組2008年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.吉林延吉：中國(guó)煙草學(xué)會(huì)，2008.

［3］吳昊，袁振權(quán)，穆郡江，等.配方打葉智能化控制系統(tǒng)的運(yùn)用[J].現(xiàn)代裝飾理論，2011（2）：66-67.

［4］肖明禮，陳越立，尹智華，等.煙葉配方打葉均勻性的研究[J].現(xiàn)代食品科技，2011（6）：684-686.

［5］帥志軍，謝永強(qiáng)，王兆福，等.煙草打葉復(fù)烤生產(chǎn)線的箱式配方工藝：中國(guó)，201010214125[P].2012-01-11.

［6］于建軍，章新軍，畢慶文，等.烤煙煙葉理化特性對(duì)煙氣煙堿、CO、焦油量的影響[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2003（3）：5-8.

［7］張建平，謝雯燕，束茹欣，等.煙草化學(xué)成分的近紅外快速定量分析研究[J].煙草科技，1999（3）：37-38.

［8］YC/T 160—2002煙草及煙草制品 總植物堿的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法[S].