滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲物理特性研究

高輝，何邦華，朱勇，蔣舉興，錢啟福，方志坤，劉澤，邱昌桂

1 云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南省昆明市高新開發(fā)區(qū)海源北路1699號(hào) 650106；

2 云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南省昆明市五華區(qū)紅錦路367號(hào) 650231

制造技術(shù)

滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲物理特性研究

高輝1，何邦華2，朱勇2，蔣舉興2，錢啟福2，方志坤2，劉澤2，邱昌桂1

1 云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，云南省昆明市高新開發(fā)區(qū)海源北路1699號(hào) 650106；

2 云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南省昆明市五華區(qū)紅錦路367號(hào) 650231

為探索滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲與正常煙絲品質(zhì)差異的判定方法，考察了干頭干尾煙絲整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度等物理指標(biāo)的變化趨勢(shì)，并基于上述物理指標(biāo)對(duì)不同含水率的煙絲樣品進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，最后通過感官質(zhì)量評(píng)吸對(duì)聚類分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：①干頭干尾煙絲的整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度均與含水率存在明顯的相關(guān)性。②以含水率8.72%～9.46%為聚類分界點(diǎn)，不同含水率的煙絲樣品可分為兩類。③含水率≤8.72%的干頭干尾煙絲與正常水分煙絲的整體感官質(zhì)量存在顯著差異。綜合物理指標(biāo)分析及感官質(zhì)量驗(yàn)證結(jié)果，干頭干尾煙絲與正常煙絲品質(zhì)差異的含水率臨界點(diǎn)應(yīng)在9.00%左右。

干頭干尾煙絲；含水率；物理指標(biāo)；聚類分析；感官質(zhì)量

滾筒烘絲工序在生產(chǎn)開始和結(jié)束時(shí)由于煙絲量較少，而烘絲機(jī)滾筒熱容較大，造成大量的干頭干尾煙絲，這些煙絲在后序加工過程中造碎率較高，從而對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)、感官品質(zhì)和單箱耗葉等指標(biāo)產(chǎn)生較大影響[1]。2003版《卷煙工藝規(guī)范》中明確規(guī)定每批干頭干尾量不超過0.6%[2]。最大限度地減少葉絲干燥過程中的干頭干尾量，是企業(yè)提質(zhì)降耗的重要工作之一。近幾年，國內(nèi)煙草行業(yè)在降低葉絲干燥過程中的干頭干尾量方面進(jìn)行了大量研究[3-5]。但對(duì)滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲物理特性變化的研究鮮有報(bào)道。

本文通過對(duì)滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲整絲率、整絲率變化率、堆密度、表觀密度及感官質(zhì)量的變化情況進(jìn)行深入研究，界定干頭干尾煙絲品質(zhì)變化的含水率臨界點(diǎn)，為干頭干尾煙絲的分類處理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備與儀器

昆明卷煙廠“云煙”某規(guī)格卷煙滾筒烘絲配方模塊煙絲；正己烷（分析純）。

KLD-2Z型滾筒烘絲機(jī)（德國HAUNI公司）；FED-400可編程熱風(fēng)循環(huán)烘箱（德國BINDER公司）；AB204-S型電子天平（感量：0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）；KBF 540恒溫恒濕箱（德國BINDER公司）；YQ-2型煙絲振動(dòng)分選篩（鄭州煙草研究院）；YQ-32型碎絲機(jī)；臺(tái)式掃描電子顯微鏡（FEI Phenom公司）。

1.2 方法

1.2.1 干頭干尾煙絲取樣及制備

（1）“干頭”煙絲取樣

從滾筒烘絲設(shè)備進(jìn)入生產(chǎn)狀態(tài)流出煙絲開始取樣，每間隔10 s取樣1500 g，直至烘絲工序出料在線水分儀顯示穩(wěn)定（水分儀含水率顯示值為（12.5±0.5）%）。然后按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31-1996[6]規(guī)定的方法測(cè)定煙絲含水率，并從中篩選出不同含水率的樣品做好標(biāo)識(shí)待檢。

（2）“干尾”煙絲取樣

從滾筒烘絲設(shè)備進(jìn)入收尾狀態(tài)開始取樣，每間隔10 s取樣1500 g，直至滾筒烘絲設(shè)備生產(chǎn)結(jié)束。然后按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31-1996規(guī)定的方法測(cè)定煙絲含水率，并從中篩選出不同含水率的樣品做好標(biāo)識(shí)待檢。

（3）正常生產(chǎn)煙絲取樣

在滾筒烘絲設(shè)備進(jìn)入正常穩(wěn)定狀態(tài)開始取樣，每間隔60 s取樣500 g，共取樣5次，對(duì)樣品均勻混合后形成2.5 kg的樣本做好標(biāo)識(shí)待檢。

1.2.2 煙絲結(jié)構(gòu)測(cè)定

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 178-2003的方法對(duì)煙絲整絲率進(jìn)行測(cè)定[7]；按照2003版《卷煙工藝規(guī)范》中的方法對(duì)煙絲整絲率變化率進(jìn)行測(cè)定[2]。

1.2.3 煙絲堆密度測(cè)定

利用500 mL燒杯作為測(cè)量器具，分別對(duì)1.2.1中所取的不同含水率的煙絲樣品進(jìn)行堆密度測(cè)定。測(cè)量前將每份樣品混勻，盡量避免人為造碎，自然快速取放，不得掐壓，器具盛滿為止，不考慮物料下陷和添加，直接稱重，連續(xù)測(cè)量3 次，取平均值。

1.2.4 煙絲表觀密度測(cè)定

參照文獻(xiàn)[8]中的方法測(cè)定不同含水率煙絲樣品的表觀密度。

1.2.5 “干頭干尾”煙絲樣品感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

按照《卷煙工藝測(cè)試與分析大綱》制定的方法，采用同一卷煙材料制備感官質(zhì)量評(píng)價(jià)樣品[9]。由9名評(píng)吸人員組成評(píng)吸小組，采用三點(diǎn)檢驗(yàn)法和對(duì)比評(píng)吸法[10]對(duì)不同含水率的干頭干尾煙絲樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

以整絲率、整絲率變化率、堆密度和表觀密度為變量，使用Between-groups linkage對(duì)不同含水率的干頭干尾煙絲樣品進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 干頭干尾過程煙絲整絲率變化趨勢(shì)

干頭干尾過程煙絲整絲率隨含水率變化趨勢(shì)如圖1和圖2所示。

圖1 干頭階段煙絲整絲率變化趨勢(shì)Fig.1 Trend of whole cut rate of over-dried cut tobacco during starting stage

圖2 干尾階段煙絲整絲率變化趨勢(shì)Fig.2 Trend of whole cut rate of over-dried cut tobacco during finishing stage

煙絲整絲率是評(píng)價(jià)卷煙煙絲物理特性的重要指標(biāo)，直接反映制絲加工質(zhì)量的優(yōu)劣[11]，而且對(duì)卷煙的煙支重量、吸阻、端部落絲量等質(zhì)量指標(biāo)也有顯著影響[12-13]。2003版《卷煙工藝規(guī)范》中對(duì)干燥后煙絲的整絲率有明確要求（整絲率≥80%）[2]。從圖1和圖2可知，煙絲整絲率與含水率存在較強(qiáng)的相關(guān)性。在干頭階段，煙絲整絲率隨著含水率的增加呈增加趨勢(shì)，當(dāng)煙絲含水率約為10.00%時(shí)，整絲率基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，約為82.0%；干尾階段，隨著煙絲含水率的降低，整絲率呈下降趨勢(shì)，特別是當(dāng)煙絲含水率小于10.00%時(shí)，整絲率逐漸下降。

2.2 干頭干尾過程煙絲整絲率變化率變化趨勢(shì)

干頭干尾過程煙絲整絲率變化率隨含水率變化趨勢(shì)如圖3和圖4所示。

圖3 干頭階段煙絲整絲率變化率Fig.3 Changing ratio of whole cut rate of over-dried cut tobacco during starting stage

圖4 干尾階段煙絲整絲率變化率Fig.4 Changing ratio of whole cut rate of over-dried cut tobacco during finishing stage

整絲率變化率是反映煙絲耐加工性能的指標(biāo)，整絲率變化率越高，表明煙絲的抗破碎性越強(qiáng)[11]。此外，整絲率變化率是影響煙支空頭率的主要因素，在一定條件下，整絲率變化率每提高1%，可使煙支空頭率降低約0.2%[14]。從圖3和圖4可知，當(dāng)干頭煙絲、干尾煙絲含水率＜6.00%時(shí)，煙絲整絲率變化率較低且無明顯變化。當(dāng)含水率＞6.00%時(shí)，整絲率變化率隨含水率的升高而增加，當(dāng)含水率達(dá)到約12.00%之后，煙絲整絲率變化率整體趨于穩(wěn)定。含水率從8.00%到12.00%這個(gè)區(qū)間，整絲率變化率變化較為劇烈。

2.3 干頭干尾過程煙絲堆密度變化趨勢(shì)

干頭干尾階段煙絲堆密度變化情況如圖5和圖6所示。

圖5 干頭階段煙絲堆密度變化趨勢(shì)Fig.5 Bulk density trend of over-dried cut tobacco during starting stage

圖6 干尾階段煙絲堆密度變化趨勢(shì)Fig.6 Bulk density trend of over-dried cut tobacco during finishing stage

堆密度是反應(yīng)煙絲填充性能的指標(biāo)之一。對(duì)煙絲物料，其填充值實(shí)際上即為特定載荷條件下的堆密度倒數(shù)。從圖5和圖6可以看出，干頭階段，隨著煙絲含水率的增加，煙絲堆密度逐漸減小，當(dāng)煙絲含水率達(dá)到9.50%左右后，堆密度隨著煙絲含水率的繼續(xù)增加呈緩慢升高趨勢(shì)；干尾階段，隨著煙絲含水率的降低，堆密度逐漸減小，當(dāng)煙絲水分下降到9.50%左右后，堆密度隨著煙絲含水率的繼續(xù)降低呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

在料頭和料尾階段，由于煙絲含水率過低，受到外力作用極易破碎，導(dǎo)致碎絲率較高，煙絲間空隙率較小，因此堆密度測(cè)定值較大；隨著含水率增加，碎絲率降低，整絲率增加，煙絲間空隙率增大，堆密度逐漸減小，直到含水率達(dá)到9.50%左右，一直保持這個(gè)趨勢(shì)，在煙絲含水率從2.00%～9.50%這個(gè)區(qū)間，煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)堆密度的影響起主要作用；從2.1的分析結(jié)果可知，在正常烘絲過程中，干燥后煙絲含水率達(dá)到約10.00%時(shí)，整絲率趨于穩(wěn)定，此時(shí)，煙絲含水率對(duì)堆密度起主要作用，因此當(dāng)煙絲含水率≥10.00%時(shí)，堆密度隨著含水率的升高而增加，但增加較緩慢。

2.4 干頭干尾過程煙絲表觀密度變化趨勢(shì)

干頭干尾階段煙絲干基表觀密度（去除煙絲水分）變化情況如圖7和圖8所示。

圖7 干頭階段煙絲表觀密度變化趨勢(shì)Fig.7 Apparent density trend of over-dried cut tobacco during starting stage

圖8 干尾階段煙絲表觀密度變化趨勢(shì)Fig.8 Apparent density trend of over-dried cut tobacco during finishing stage

煙絲表觀密度是指單位體積煙絲的質(zhì)量。煙絲體積包括煙絲骨架體積和內(nèi)部孔隙體積。表觀密度是反應(yīng)煙絲膨脹效果的重要指標(biāo)。由圖7和圖8可以看出，在干頭階段，隨著煙絲含水率的增加，煙絲表觀密度逐漸減小，當(dāng)煙絲含水率增加到約10.00%時(shí)，表觀密度達(dá)到最小值并趨于穩(wěn)定；干尾階段，當(dāng)煙絲含水率下降到10.00%左右后，表觀密度隨著煙絲含水率的降低，表觀密度逐漸增大。

從上述分析可知，在滾筒烘絲過程的干頭和干尾階段，煙絲干基表觀密度與煙絲含水率存在一定的負(fù)相關(guān)。在干頭和干尾階段，滾筒容積率較小，烘絲強(qiáng)度相對(duì)較大，導(dǎo)致煙絲水分散失速率較快，且水分散失量較大，此時(shí)的煙絲微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，骨架受損，煙絲表面出現(xiàn)皺縮塌陷現(xiàn)象（圖9和圖10）。因此，該階段的煙絲骨架體積相對(duì)較小，表觀密度較大，且極易破碎。滾筒容積率穩(wěn)定的狀態(tài)下，即干燥后煙絲含水率為（12.5±0.5）%時(shí)，煙絲表觀密度最小，煙絲膨脹效果最佳[15]。

圖9 煙絲截面電鏡圖（1000×）Fig.9 Electron micrograph of tobacco section(1000×)

圖10 煙絲表面電鏡圖（500×）Fig.10 Electron micrograph of tobacco surface(500×)

2.5 聚類分析

以16個(gè)不同含水率煙絲樣品（包括正常水分煙絲和干頭干尾煙絲）的整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度為指標(biāo)進(jìn)行聚類分析結(jié)果見圖11，距離計(jì)算方法為平方Euclidean。

由圖11可知，不同含水率的煙絲樣品總體可分為兩大類，第1類含水率為9.46%～12.61%，第2類含水率為5.33%～8.72%，表明烘后煙絲綜合物理指標(biāo)的臨界點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的含水率應(yīng)在9.00%左右。

圖11 不同含水率煙絲物理指標(biāo)系統(tǒng)聚類圖Fig.11 Clustering dendrogramof physical properties of cut tobacco at different moisture rates

2.6 干頭干尾過程煙絲感官質(zhì)量分析

2.6.1 不同含水率干頭干尾煙絲樣品三點(diǎn)檢驗(yàn)

從不同含水率干頭煙絲樣品（含水率分別為11.52%、9.46%、8.36%和5.65%）與正常生產(chǎn)樣品（對(duì)照樣品，煙絲含水率為（12.5±0.5）%）的感官質(zhì)量三點(diǎn)法檢驗(yàn)結(jié)果（見表1）可以看出，對(duì)照樣品的感官質(zhì)量與含水率為8.36%和5.65%的干頭樣品存在顯著性差異。

表1 不同含水率干頭樣品感官質(zhì)量的三點(diǎn)法檢驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of sensory evaluation of over-dried cut tobacco at different moisture rates during starting stage by three point method

從不同含水率干尾煙絲樣品（含水率分別為11.64%、9.52%、8.72%和5.33%）與正常生產(chǎn)樣品（對(duì)照樣品，煙絲含水率為（12.5±0.5）%）感官質(zhì)量的三點(diǎn)檢驗(yàn)結(jié)果（見表2）可以看出，對(duì)照樣品的感官質(zhì)量與含水率為8.72%和5.33%干尾樣品存在顯著性差異。味等方面進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

表2 不同含水率干尾樣品感官質(zhì)量的三點(diǎn)法檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of sensory evaluation of over-dried cut tobacco at different moisture rates during finishing stage by three point method

不同含水率干頭煙絲樣品評(píng)吸結(jié)果見表3?？梢钥闯觯蕿?.36%的樣品在細(xì)膩程度、刺激性、干燥感和干凈程度等指標(biāo)上有所下降；含水率為5.65%的樣品在香氣質(zhì)、雜氣、細(xì)膩程度、刺激性、干燥感和干凈程度等指標(biāo)上有所下降。

干頭煙絲、干尾煙絲感官質(zhì)量的三點(diǎn)法檢驗(yàn)結(jié)果表明，正常水分煙絲樣品的感官質(zhì)量與含水率小于9.00%的煙絲樣品存在顯著性差異，與物理指標(biāo)的聚類分析結(jié)果相吻合。

2.6.2 不同含水率干頭干尾煙絲樣品對(duì)比評(píng)吸

對(duì)感官存在顯著差異的樣品，從香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、勁頭、濃度、細(xì)膩程度、刺激性、干燥感和余

表3 不同含水率干頭煙絲樣品感官質(zhì)量變化趨勢(shì)Tab.3 Sensory quality changes of over-dried cut tobacco at different moisture rates during starting stage

表4 不同含水率干尾煙絲樣品感官質(zhì)量變化趨勢(shì)Tab.4 Sensory quality changes of over-dried cut tobacco at different moisture rates during finishing stage

不同含水率干尾煙絲樣品評(píng)吸結(jié)果見表4?？梢钥闯?，含水率為8.72%的樣品在香氣量、刺激性、干燥感和干凈程度方面有所下降；含水率為5.33%的樣品在香氣質(zhì)、香氣量、細(xì)膩程度、刺激性、干燥感和干凈程度等方面均有所下降。

3 結(jié)論

（1）通過滾筒烘絲過程中干頭煙絲、干尾煙絲物理指標(biāo)的變化趨勢(shì)分析，干頭煙絲、干尾煙絲的整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度隨含水率的變化均呈現(xiàn)規(guī)律性變化趨勢(shì)。干頭煙絲、干尾煙絲物理指標(biāo)的聚類分析結(jié)果顯示，16個(gè)不同含水率的煙絲樣品總體可分為兩大類，第一類含水率為9.46%～12.61%，第二類含水率為5.33%～8.72%。

（2）三點(diǎn)法檢驗(yàn)結(jié)果顯示，含水率為5.33%～8.72%的干頭干尾煙絲與正常水分煙絲的整體感官質(zhì)量均存在顯著性差異。對(duì)比法檢驗(yàn)結(jié)果顯示，這些差異主要體現(xiàn)在煙氣的細(xì)膩程度、刺激性、干燥感及干凈程度等感官指標(biāo)上。綜合分析三點(diǎn)法、對(duì)比法檢驗(yàn)結(jié)果，干頭干尾煙絲與正常煙絲品質(zhì)差異的含水率臨界點(diǎn)應(yīng)在9.00%左右。

[1]李秀芳，王永華，趙春元，等．解決烘絲機(jī)干頭干尾的方法與實(shí)現(xiàn)[J]．煙草科技，2013（9）：27-29．

[2]國家煙草專賣局．卷煙工藝規(guī)范[M]．北京：中央文獻(xiàn)出版社，2003．

[3]杜峰，王月鵬．降低烘絲干頭干尾的新方法[J]．煙草科技，2004（11）：10-12．

[4]楊明權(quán)．改進(jìn)HAUNI烘絲機(jī)控制模式降低烘絲干頭干尾量[J]．煙草科技，2005（8）：6-9．

[5]杜峰，朱東華，景茂春，等． 空氣放大器在減少SH313型烘絲機(jī)干尾煙絲量中的應(yīng)用[J]．煙草科技，2012（5）：24-26．

[6]YC/T 31-1996 煙草及煙草制品 試樣的制備和水分測(cè)定烘箱法[S]．

[7]YC/T 178-2003 煙絲整絲率、碎絲率的測(cè)定方法[S]．

[8]丁偉，李斌，于川芳．煙絲在水平管氣力輸送過程中起動(dòng)速度研究[J]．煙草科技，2009（4）：9-13．

[9]國家煙草專賣局．卷煙工藝測(cè)試與分析大綱[M]．成都：四川大學(xué)出版社，2004．

[10]YC/T 138-1998，煙草及煙草制品感官評(píng)價(jià)方法[S]．

[11]于建軍．卷煙工藝學(xué)[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009．

[12]堵勁松，申曉鋒，李躍鋒，等．煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙物理指標(biāo)的影響[J]．煙草科技，2008（8）：8-l3．

[13]姚光明，喬學(xué)義，申玉軍，等．烤煙葉片在不同葉絲干燥工序中葉絲填充值和整絲率的變化[J]．河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（2）：69-73．

[14]姚光明，李曉，尹獻(xiàn)忠，等．煙絲整絲率變化率對(duì)卷煙卷接質(zhì)量的影響[J]．煙草科技，2004（11）：3-6．

[15]Zhu W K,Li B,Yu C F,et al..The evolution of moisture,temperature and density of cut tobacco and shrinkage characteristics during drum drying [C].Tobacco Science Research Conference(TSRC),Kentucky,USA,2011.

Study on physical property of over-dried cut tobacco during starting andfinishing stages of drying process

GAO Hui1，HE Banghua2，ZHU Yong2，JIANG Juxing2，QIAN Qifu2，F(xiàn)ANG Zhikun2，LIU Ze2，QIU Changgui1
1 Yunnan Reascend Tobacco Technology(Group)Co.,Ltd.,Kunming 650106,China;
2 Technology Centre,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Kunming 650231,China

Physical indexes such as whole cut rate,its changing ratio,bulk density and apparent density were investigated to determine industrial availability of over-dried cut tobaccos with different moisture contents.Cluster analysis was used to analyze data and sensory evaluation was also carried out to verify outcomes.Results showed that:① Whole cut rate,its changing ratio,bulk density,apparent density were highly correlated with moisture content.②Cut tobacco samples with different moisture contents could be clustered into two categories with cut-off point of 8.72%～9.46% moisture content.③Overall sensory quality of over-dried cut tobacco with moisture content lower than 8.72% was significantly different from normal cut tobacco.The quality-concerned critical moisture content for overdried cut tobacco was about 9.00% .

over-dried cut tobacco; moisture content; physical indicators; cluster analysis; sensory quality

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.05.006

TS452.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-5708（2014）05-0031-07

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心資助項(xiàng)目 “卷煙生產(chǎn)工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的建立”（合同號(hào)：HYHH2012GY02）和“多級(jí)加料技術(shù)在云煙系列品牌中的應(yīng)用研究”（ 合同號(hào)：HYHH2012CP05）

高輝（1986—），碩士，工程師，主要從事煙草工藝技術(shù)研究，Email:gaohui6699@163.com

劉澤（1982—），碩士，工程師，主要從事煙草工藝技術(shù)研究，Tel：0871-65869578，Email:lliuze82@126.com

2014-02-20