基于葉絲干燥速率特性的分組干燥研究

孫 覓，李春光*，宋偉民，丁美宙，齊 偉，戴建國(guó)，王海濱

1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州市隴海東路72號(hào) 450000

2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠，河南省漯河市人民東路518號(hào) 462000

目前，在制絲加工過(guò)程中，卷煙企業(yè)多采用同一工藝條件進(jìn)行全配方干燥處理，由于不同部位煙葉的組織結(jié)構(gòu)疏密程度不同，其干燥后葉絲含水率存在差異，這對(duì)卷煙內(nèi)在質(zhì)量影響較大［1-2］。為了解煙葉的干燥特性，科研工作者對(duì)干燥過(guò)程中葉絲脫水情況和不同干燥工藝對(duì)卷煙產(chǎn)品質(zhì)量影響開展了一些研究［3-7］。顧中鑄［8］研究了濕葉絲增溫減濕條件下的熱質(zhì)遷移規(guī)律，發(fā)現(xiàn)葉絲干燥過(guò)程分為恒速和降速兩個(gè)階段，控制合適的葉絲干燥脫水速度，可獲得較高的葉絲填充能力。張煒等［9］研究了兩段式滾筒烘絲機(jī)9種控制模式，發(fā)現(xiàn)不同控制模式對(duì)卷煙產(chǎn)品的物理質(zhì)量、感官質(zhì)量、葉絲常規(guī)化學(xué)成分、煙氣常規(guī)化學(xué)成分、煙氣香味成分均有較大影響。丁乃紅等［10］考察了SH6薄板烘絲、HXD氣流烘絲和KLD薄板烘絲3種干燥模式對(duì)葉絲感官質(zhì)量的影響，確定了不同模塊適宜的干燥方式，其中烤煙模塊用KLD薄板干燥后，葉絲感官綜合質(zhì)量最優(yōu)。針對(duì)不同等級(jí)煙葉干燥特性，煙草行業(yè)多采取薄板干燥和氣流干燥相結(jié)合的分組加工方式，滿足產(chǎn)品配方中不同等級(jí)煙片差異化的加工需求，該方式在分組設(shè)計(jì)時(shí)主要以感官質(zhì)量為依據(jù)，缺乏分組量化指標(biāo)支撐；同時(shí)，受現(xiàn)有工藝制造能力、設(shè)備可調(diào)控能力不足的限制，分組干燥加工方式對(duì)干燥后葉絲的物理指標(biāo)和內(nèi)在品質(zhì)影響較大［11-12］。為此，針對(duì)同一干燥條件下卷煙物理質(zhì)量、感官質(zhì)量無(wú)法兼顧和分組干燥設(shè)計(jì)時(shí)缺乏量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的不足，研究了葉絲干燥過(guò)程的解濕特性以及變溫干燥條件下對(duì)分組模塊質(zhì)量的影響，以干燥速率差異設(shè)計(jì)配方分組模塊，通過(guò)設(shè)置不同干燥條件來(lái)調(diào)控干燥過(guò)程的脫水量，旨在進(jìn)一步提高干燥后葉絲物理質(zhì)量和感官質(zhì)量，為卷煙葉組配方的模塊分組干燥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

“黃金葉（Y）”配方葉組中具有代表性的不同地區(qū)等級(jí)煙片（2009 美國(guó)CAF、2008 巴西B2O、2007 玉溪C3F、2009 臨滄B011、2008 畢節(jié)C033、2009 畢節(jié)B032、2008 三明B2F、2008 南平C2F、2008 云南X2F、2007 襄縣B021、2008 襄縣C3F、2009三門峽CX14、造紙法再造煙葉）。

FD115 烘箱、KBF115-pgm 恒溫恒濕箱（德國(guó)Binder 公司）；MT-C 布拉本德水分儀（德國(guó)Brabender 公司）；YQ-2 煙絲振動(dòng)分選篩（鄭州煙草研究院）；DD60A葉絲填充值檢測(cè)儀、TM710紅外水分探測(cè)儀（美國(guó)NDC 紅外技術(shù)公司）；AAⅢ連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國(guó)Bran Luebbe 公司）；QTM卷煙綜合測(cè)試臺(tái)（英國(guó)Molins 公司）；SM400 型20孔道吸煙機(jī)（英國(guó)Filtrona 公司）；HP6890 型氣相色譜儀（美國(guó)Agilent 公司）；EL-200S 型天平（感量:0.01 g，美國(guó)Setra 公司）；KLD-32Z 型兩段式滾筒烘絲機(jī)（德國(guó)Hauni公司）。

1.2 方法

選取“黃金葉（Y）”配方葉組中具有代表性的不同地區(qū)等級(jí)煙片，分別通過(guò)真空回潮和松散回潮工序處理到含水率為（20.0±1.0）%進(jìn)行切絲（切絲寬度1.0 mm）。取切后葉絲100 g 放入布拉本德水分儀烘箱內(nèi)，記錄葉絲在125 ℃下連續(xù)干燥過(guò)程中每間隔1 min的含水率變化情況，計(jì)算其干燥速率，并依據(jù)干燥速率將配方葉組初步分成不同配方模塊。

依據(jù)配方分組模塊結(jié)果，結(jié)合“黃金葉（Y）”干燥后葉絲含水率質(zhì)量指標(biāo)要求，設(shè)計(jì)不同的分段干燥筒壁溫度和滾筒轉(zhuǎn)速進(jìn)行干燥試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)葉絲干燥后含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)比評(píng)價(jià)，確定“黃金葉（Y）”分組模塊的分段干燥加工參數(shù)。對(duì)“黃金葉（Y）”中具有代表性的各等級(jí)煙片按照確定的加工參數(shù)進(jìn)行分段干燥，所得樣品按照文獻(xiàn)［13］中的方法采用9 分制進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，并與不分段干燥樣品的感官質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比，確定配方模塊的分組干燥加工參數(shù)。

依據(jù)確定的各配方模塊分組干燥加工參數(shù)，對(duì)配方模塊進(jìn)行分段干燥處理，按照文獻(xiàn)［14］中的方法進(jìn)行葉絲取樣，樣品按文獻(xiàn)［15］中的方法進(jìn)行葉絲含水率、填充值和葉絲結(jié)構(gòu)的測(cè)試，與“黃金葉（Y）”全配方不分組干燥的葉絲質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。

將“黃金葉（Y）”配方中各等級(jí)煙片依據(jù)確定的模塊配方進(jìn)行分組，采用分組干燥處理后進(jìn)混絲，并按照產(chǎn)品摻配、加香和卷制技術(shù)要求制作成卷煙，卷煙樣品在環(huán)境溫度22 ℃、相對(duì)濕度60%的條件下平衡48 h，由15 位專業(yè)評(píng)委按文獻(xiàn)［16］中的方法進(jìn)行評(píng)吸，與“黃金葉（Y）”全配方不分組干燥處理卷煙樣品進(jìn)行感官質(zhì)量對(duì)比評(píng)價(jià)。采用文獻(xiàn)［17］中的方法對(duì)分組干燥和不分組干燥的卷煙樣品進(jìn)行主流煙氣成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同等級(jí)煙片的干燥速率

125 ℃干燥時(shí)不同等級(jí)煙片含水率變化情況見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，干燥過(guò)程中葉絲含水率與干燥時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過(guò)對(duì)“黃金葉（Y）”配方中不同等級(jí)煙片在不同時(shí)間內(nèi)的脫水量進(jìn)行計(jì)算［18］，以式（1）進(jìn)行干燥速率的測(cè)算和線性回歸分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

式中:M—葉絲t 時(shí)刻干基含水率，%；M0—初始含水率，%；De—干燥速率，%·min-1；B—方程截距。

圖1 不同等級(jí)煙片葉絲干燥過(guò)程中的含水率變化

由圖1 可以看出，同一等級(jí)煙片，在0～2 min期間脫水速率最快，2 min 后脫水速率漸緩；不同等級(jí)煙片，在0～3 min 期間，各等級(jí)煙片含水率變化差異不大，在3～9 min 期間，上部煙片和下部煙片含水率明顯高于中部煙片；在整個(gè)干燥時(shí)間段內(nèi)，造紙法再造煙葉含水率明顯低于煙葉的含水率。由表1 可以看出，不同等級(jí)煙片的葉絲干燥速率存在差異，上部煙片和下部煙片高于中部煙片，進(jìn)口煙片干燥速率和中部煙片較接近，再造煙葉干燥速率明顯高于煙片。

在正常生產(chǎn)過(guò)程中，葉絲在滾筒內(nèi)停留時(shí)間一般為4～5 min。從圖1 可以看出，在此期間，進(jìn)口煙片和中部煙片含水率接近，上部煙片和下部煙片含水率接近；進(jìn)口煙片、中部煙片和上部煙片、下部煙片相比，煙絲含水率相差0.5%以上。因此，根據(jù)不同等級(jí)煙片干燥速率的差異，將“黃金葉（Y）”配方核心葉組分成A，B兩個(gè)模塊，A 模塊干燥速率值小于0.082 0 %/min，由中部煙片和進(jìn)口煙片組成；B模塊干燥速率值大于0.082 0 %/min，包括上部煙片、下部煙片和再造煙葉。同時(shí)，基于0～5 min干燥時(shí)間段內(nèi)煙片干燥脫水速度的差異，為提高干燥后葉絲的填充性，對(duì)分組后配方模塊采用前高后低的分組干燥方式。

表1 不同等級(jí)煙片干燥速率及回歸分析結(jié)果

2.2 分組干燥參數(shù)的優(yōu)化

干燥后含水率均設(shè)定為12.5%，對(duì)A，B 配方模塊進(jìn)行不同滾筒轉(zhuǎn)速和筒壁溫度梯度試驗(yàn)，其干燥出口含水率和標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可知，模塊A在試驗(yàn)3（筒壁溫度135/110 ℃、滾筒轉(zhuǎn)速11 r/min）條件下干燥后含水率與設(shè)定值一致，含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差最?。荒KB在試驗(yàn)6（筒壁溫度135/100 ℃、滾筒轉(zhuǎn)速10 r/min）條件下干燥后含水率與設(shè)定值一致，含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差最?。换诖?，確定了A，B配方模塊較合適的干燥技術(shù)參數(shù)。

表2 A，B配方模塊在不同干燥試驗(yàn)條件下的出口含水率①

2.3 不同干燥方式對(duì)單等級(jí)煙片感官質(zhì)量的影響

按照配方模塊分組參數(shù)優(yōu)化后確定的模塊干燥條件，對(duì)“黃金葉（Y）”葉組配方中核心等級(jí)煙片進(jìn)行干燥處理。共采用兩種干燥方式:

方式一：分段式烘絲機(jī)干燥前段和后段采用不同的技術(shù)參數(shù)（模塊A：筒壁溫度135/110 ℃；模塊B：筒壁溫度135/100 ℃）；方式二：分段式烘絲機(jī)干燥前段和后段采用相同的技術(shù)參數(shù)，即分段式烘絲機(jī)當(dāng)作一段式來(lái)使用（筒壁溫度125 ℃）。

干燥后樣品感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出:“黃金葉（Y）”葉組配方中核心等級(jí)煙片采用干燥方式一進(jìn)行干燥后，與方式二相比，樣品感官質(zhì)量有一定提升，其中上部煙片的香氣量、濃度和勁頭指標(biāo)有所增加，中部煙片的香氣質(zhì)、細(xì)膩程度和回甜指標(biāo)有所提升，雜氣減輕，下部煙片指標(biāo)變化趨勢(shì)不明顯。

表3 煙片采用不同方式干燥后樣品感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果①

2.4 不同干燥方式對(duì)葉絲物理質(zhì)量的影響

分別按照方式一和方式二對(duì)模塊A，B進(jìn)行干燥處理，所得葉絲物理質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4 可以看出:配方模塊采用干燥方式一處理后，與方式二相比，葉絲填充值平均提高0.19 cm3/g，葉絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.15%降低到0.11%，葉絲結(jié)構(gòu)無(wú)明顯差異。

2.5 不同干燥方式對(duì)卷煙樣品質(zhì)量指標(biāo)的影響

分別按照方式一和方式二對(duì)模塊A，B進(jìn)行干燥處理，所得卷煙樣品煙氣指標(biāo)和感官質(zhì)量對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表5 和表6。由表5 可以看出，在卷制質(zhì)量相同時(shí)，采用分組加工的干燥樣品焦油量和CO量比不分組樣品分別低0.4 和0.3 mg/支，煙氣煙堿量基本無(wú)變化。由表6 可以看出，與不分組樣品相比，分組干燥處理的樣品感官質(zhì)量平均提高了0.9分，主要表現(xiàn)為香氣提高，雜氣減少明顯，甜潤(rùn)舒適度增強(qiáng)。說(shuō)明采用分組干燥對(duì)卷煙內(nèi)在質(zhì)量改善較為明顯。

表4 煙片采用不同干燥方式處理后葉絲物理質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

表5 煙片采用不同干燥方式處理后所得卷煙樣品煙氣指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表6 煙片采用不同干燥方式處理后所得卷煙樣品感官質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果 （分）

3 結(jié)論

（1）由葉絲干燥曲線可知，不同等級(jí)部位的煙片，其干燥特性存在差異，上部煙片和下部煙片的干燥速率高于中部煙片，造紙法再造煙葉干燥速率與煙片差異較明顯，宜采用不同的筒壁溫度和干燥時(shí)間進(jìn)行處理。

（2）根據(jù)葉組配方中不同等級(jí)煙片干燥速率的差異，對(duì)“黃金葉（Y）”產(chǎn)品進(jìn)行了配方模塊分組加工，確定了配方模塊A，B 分別在筒壁溫度135/110 ℃、滾筒轉(zhuǎn)速11 r/min 和筒壁溫度135/100 ℃、滾筒轉(zhuǎn)速10 r/min 條件下進(jìn)行分組干燥；與不分組干燥相比，葉絲填充值平均提高了0.19 cm3/g，葉絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差由0.15%降低到0.11%，成品卷煙感官質(zhì)量提升了0.9 分，焦油和CO量分別降低0.4和0.3 mg/支。

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