不同制絲工藝環(huán)節(jié)煙絲尺寸分布的關聯(lián)性分析

江雪彬 胡開利 韓明 朱建新 邵寧 王婷 李曉 姚二民

摘要：【目的】研究制絲工藝上一環(huán)節(jié)煙絲分布對下一環(huán)節(jié)煙絲結構及卷煙物理質(zhì)量的影響，為煙絲結構的優(yōu)化及穩(wěn)定煙支卷制質(zhì)量提供參考依據(jù)?！痉椒ā繙y試經(jīng)截短機處理后的煙片所制煙絲的結構，采用灰色關聯(lián)法對切絲后、烘絲后、卷煙機料斗處、煙槍處等環(huán)節(jié)的煙絲結構關聯(lián)性及煙絲結構與卷煙物理質(zhì)量進行關聯(lián)性分析?！窘Y果】上一環(huán)節(jié)煙絲結構與下一環(huán)節(jié)煙絲結構具有較強的關聯(lián)性，各區(qū)間煙絲分布不僅影響下一環(huán)節(jié)自身所對應的區(qū)間，還影響下一區(qū)間的煙絲比例；切絲后3.35～8.00 mm尺寸煙絲與烘絲后2.80～3.35 mm尺寸煙絲、切絲后0.71～3.35 mm尺寸煙絲與烘絲后0.71～2.80 mm尺寸煙絲具有較強關聯(lián)性；烘絲后5.60～6.70 mm尺寸煙絲與料斗處1.40～2.80、3.35～5.60 mm尺寸煙絲關聯(lián)性強；料斗處4.75～6.70 mm尺寸煙絲與煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲關聯(lián)性較強；煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲與卷煙物理質(zhì)量各指標密切相關，其中與單支重、煙支吸阻、硬度、密度的最大關聯(lián)系數(shù)位于1.40～2.00 mm區(qū)間?！窘Y論】煙絲結構變化具有較強的傳遞性，可依據(jù)兩兩環(huán)節(jié)煙絲尺寸區(qū)間的關聯(lián)性，針對性的查找引起煙絲結構波動的影響因素；合理控制0.71～3.35 mm煙絲比例，可提高卷煙卷制質(zhì)量。

關鍵詞： 煙絲結構；區(qū)間分布；卷制物理質(zhì)量；灰色關聯(lián)分析

中圖分類號： S572.092 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）09-1576-06

Abstract：【Objective】The present study was conducted to study effects of upstream procedure of tobacco processing on cigarette structure， cigarette physical qualities at downstream procedure， in order to provide reference for improving cut tobacco structure and stabilizing cigarette quality. 【Method】Structure of cut tobacco was measure after being processed from tobacco flake. Grey correlation analysis was conducted to analyze correlation between tobacco structure after cutting， after drying， at hopper and at garniture， as well as correlation between cut tobacco structure and cigarette physical qualities. 【Result】There was strong association between cut tobacco structure at upstream procedure and at downstream procedure. Cut tobacco distribution at each interval distribution not only affected the corresponding distribution of next procedure but also distribution rate of cut tobacco in next size section. There was relatively strong correlation between 3.35-8.00 mm cut tobacco after cutting and 2.80-3.35 mm cut tobacco after drying， between 0.71-3.35 mm cut tobacco after cutting and 0.71-2.80 mm cut tobacco after drying. 5.60-6.70 mm cut tobacco after drying was closely correlated to 1.40-2.80 and 3.35-5.60 mm cut tobacco at hopper. There was relatively strong correlation between 4.75-6.70 mm cut tobacco at hopper and 0.71-3.35 mm cut tobacco at garniture. 0.71-3.35 mm cut tobacco at garniture was closely related to cigarette physical quality indexes， the maximum correlation coefficient with single cigarette weight， draw resistance， rigidity and density fell on to 1.40-2.00 mm section. 【Conclusion】Variation in cut tobacco structure has a strong transitivity. Based on correlation between cut tobacco size interval distribution of contiguous procedures， influence factors to cut tobacco structure can be found. Controlling proportion of 0.71-3.35 mm cut tobacco can increase cigarette quality.

Key words： cut tobacco structure； interval distribution； cigarette physical quality； grey correlation analysis

0 引言

【研究意義】煙絲結構包括長絲率（>3.35 mm煙絲率）、中絲率（2.50～3.35 mm煙絲率）、短絲率（1.00～ 2.50 mm煙絲率）和碎絲率（<1.00 mm煙絲率），國內(nèi)以整絲率（>2.50 mm煙絲率）和碎絲率（<1.00 mm煙絲率）來表示煙絲結構（陳良元等，1996）。煙絲結構是衡量煙絲質(zhì)量的一項重要指標，其在傳輸過程中的波動，最終體現(xiàn)到煙支的各項指標上。由于煙絲在整個輸送過程中具有連貫性，致使最初環(huán)節(jié)對最終環(huán)節(jié)具有連鎖性影響。煙絲結構組分的波動除了取決于原料的均勻性外，還與整個制絲過程的穩(wěn)定性有密切關系；較好的煙絲結構由于受諸多不穩(wěn)定因素的影響，輸送至卷煙機時煙絲結構可能會發(fā)生較大變化，從而影響煙支卷制質(zhì)量及其穩(wěn)定性（黃治等，2010；余娜等，2013）。因此，有必要追蹤煙絲結構在整個制絲過程中的波動，對穩(wěn)定煙支的卷制質(zhì)量具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，有關煙絲結構對卷煙物理指標的影響及二者的關系研究較多。姚光明等（2004）通過控制煙支單支重量和卷煙機車速，研究了煙絲物理指標、跑條煙絲物理指標、煙絲整絲率變化率對煙支空頭率的影響，結果表明，整絲率變化率是影響煙支空頭率的主要因素，煙絲結構、煙絲填充值等指標影響次之。堵勁松等（2008）采用灰色關聯(lián)方法分析了不同煙絲結構分布與卷煙物理指標的相關性，結果發(fā)現(xiàn)，煙絲結構分布的適宜長度為2.00～4.75 mm，可獲得較理想的卷煙物理指標及其穩(wěn)定性，應盡量減少小于1.40 mm的煙絲比例。申曉峰等（2009）采用灰色關聯(lián)方法分析了來料煙絲的結構與卷制后單支重量和煙支密度及其穩(wěn)定性的相關性，結果表明，不同長度煙絲對卷煙單支重量和煙支密度及其穩(wěn)定性的影響程度不同，2.80～4.75 mm煙絲的影響最大，而大于5.60 mm煙絲的影響較小。劉德強等（2010）研究煙絲結構對煙支卷制質(zhì)量的影響，結果表明，煙絲整絲率及煙絲長、中絲比例的變化對卷制后煙支的單重、單重標偏、吸阻、吸阻標偏、硬度、端部落絲量的影響較大，對圓周及其穩(wěn)定性的影響較小?！颈狙芯壳腥朦c】針對煙絲在整個制絲過程中結構波動的研究相對較少?！緮M解決的關鍵問題】采用灰色關聯(lián)法對切絲后、烘絲后、料斗處、煙槍處等環(huán)節(jié)的煙絲結構關聯(lián)性及煙絲結構與卷煙物理質(zhì)量進行關聯(lián)性分析，了解上一環(huán)節(jié)煙絲分布對下一環(huán)節(jié)煙絲結構及卷煙物理質(zhì)量的影響，以期為煙絲結構的優(yōu)化及穩(wěn)定煙支卷制質(zhì)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

黃金葉（硬紅旗渠）牌號卷煙煙絲由安陽卷煙廠提供。主要儀器設備：Retsch AS400篩分儀（德國Retsch公司，篩網(wǎng)孔徑為8.00、6.70、5.60、4.75、4.00、3.35、2.80、2.00、1.40和0.71 mm）；PL3001-SMettler電子天平（感量0.1 g，瑞士Mettle公司）；BINDER恒溫恒濕箱（香港路易企業(yè)有限公司）；JDX-A01型截短機（開封市金建煙草機械有限責任公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 煙絲取樣 取樣在機臺運行穩(wěn)定狀態(tài)下進行，煙絲結構取樣點分別為切絲后、烘絲后、卷煙機料斗處及煙槍處。制絲線供料流量為6500、5000和3500 kg/h時，煙片經(jīng)JDX-A01型截短機處理所得的煙絲分別為試驗樣品2、3、4；另取一組正常生產(chǎn)（流量6500 kg/h，煙片未經(jīng)截短機處理）的煙絲樣品，作為對照樣品1。

1. 2. 2 煙絲檢測 將待測樣品平衡48 h后，進行煙絲結構測試。煙絲結構可認為是一個連續(xù)的尺寸分布，若對其各區(qū)間分布與煙絲及卷煙各指標相關性進行單獨分析，則會忽略總體煙絲尺寸分布所產(chǎn)生的協(xié)同作用，因此須對各區(qū)間分布與煙絲及卷煙各指標進行整體性分析。用Retsch AS400旋轉(zhuǎn)篩分儀對煙絲樣品進行篩分，篩分條件：旋轉(zhuǎn)速率230 r/min，每隔1 min變換1次旋轉(zhuǎn)方向，每次篩分4 min。

1. 3 數(shù)據(jù)處理

灰色關聯(lián)法可通過考察各因素（子序列和母序列）間微觀或宏觀的幾何接近，以分析和確定各因素間的影響強弱程度（鄧聚龍，1985）。關聯(lián)系數(shù)是因素間關聯(lián)度的量度，其值愈大，反映子序列與母序列的相關性愈大。以下一環(huán)節(jié)分布區(qū)間內(nèi)煙絲質(zhì)量百分比為母序列，以上一環(huán)節(jié)分布區(qū)間內(nèi)煙絲質(zhì)量百分比為子序列，采用灰色關聯(lián)法，運用MATLAB 7.0對各環(huán)節(jié)煙絲指標及煙支物理質(zhì)量指標的關聯(lián)情況進行分析。

2 結果與分析

2. 1 煙絲結構及卷煙物理質(zhì)量檢測結果

用Retsch AS400篩分儀將煙絲按不同篩網(wǎng)孔徑篩分為10個區(qū)間，對切絲后、烘絲后、料斗處、煙槍處的各組試驗樣品煙絲結構進行測試，結果見表1～4；同時，測試4組試驗樣品卷煙物理質(zhì)量指標及其標準偏差，見表5。為了解制絲工藝上一環(huán)節(jié)的煙絲分布對下一環(huán)節(jié)煙絲分布的影響，需進行煙絲結構及卷煙物理質(zhì)量的關聯(lián)性分析。

2. 2 切絲后煙絲結構與烘絲后煙絲結構關聯(lián)性分析

將各組試驗樣品切絲后煙絲結構（表1）與烘絲后煙絲結構（表2）進行灰色關聯(lián)分析，以烘絲后煙絲結構為母序列、切絲后煙絲結構為子序列，計算二者的灰色關聯(lián)系數(shù)（表6）。由表6可知，切絲后3.35～8.00 mm尺寸煙絲與烘絲后2.80～3.35 mm尺寸煙絲具有較強關聯(lián)性，切絲后0.71～3.35 mm尺寸煙絲與烘絲后0.71～2.80 mm尺寸煙絲的關聯(lián)性也較強。切絲后各尺寸煙絲所占比與烘絲后其對應尺寸及下一尺寸煙絲所占比具有較強關聯(lián)性，說明各尺寸煙絲所占比除了影響下一環(huán)節(jié)所對應尺寸區(qū)間外，還影響下一尺寸的煙絲分布。煙絲經(jīng)烘絲工序處理后，長、中絲的比例相應降低，是由于長絲、中絲經(jīng)烘絲工序產(chǎn)生了造碎現(xiàn)象。

2. 3 烘絲后煙絲結構與料斗處煙絲結構關聯(lián)性分析

將各組試驗樣品烘絲后煙絲結構（表2）與料斗處煙絲結構（表3）進行灰色關聯(lián)分析，以料斗處煙絲結構為母序列、烘絲后煙絲結構為子序列，計算二者的灰色關聯(lián)系數(shù)（表7）。由表7可知，烘絲后2.80～4.75 mm尺寸煙絲與料斗處2.80～3.35 mm尺寸煙絲、烘絲后0.71～2.80 mm尺寸煙絲與料斗處0.71～1.40 mm尺寸煙絲具有較強關聯(lián)性；烘絲后5.60～6.70 mm尺寸煙絲與料斗處1.40～5.60 mm尺寸煙絲也具有一定關聯(lián)性，其中該尺寸對料斗處1.40～2.80和3.35～5.60 mm尺寸煙絲作用較大，表現(xiàn)為強作用。同時，烘絲后各尺寸煙絲所占比與料斗處其對應尺寸及下一尺寸煙絲所占比均具有較強關聯(lián)性。

2. 4 料斗處煙絲結構與煙槍處煙絲結構關聯(lián)性分析

將各組試驗樣品料斗處煙絲結構（表3）與煙槍處煙絲結構（表4）進行灰色關聯(lián)分析，以煙槍處煙絲結構為母序列、料斗處煙絲結構為子序列，計算二者的灰色關聯(lián)系數(shù)（表8）。由表8可知，料斗處4.75～6.70 mm尺寸煙絲與煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲具有較強關聯(lián)性；料斗處0.71～4.00 mm尺寸煙絲與煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲具有不同程度的關聯(lián)性。其中，0.71～1.40 mm尺寸煙絲主要來源于卷制前0.71～ 2.00 mm尺寸；1.40～2.00 mm尺寸煙絲主要來源于卷制前1.40～2.80和4.75～6.70 mm尺寸煙絲；2.00～2.80 mm尺寸煙絲主要來源于卷制前2.00～4.00和5.60～6.70 mm尺寸煙絲；2.80～3.35 mm尺寸煙絲主要來源于卷制前5.60～6.70 mm尺寸煙絲。同時，料斗處各尺寸煙絲所占比與煙槍處其對應尺寸及下一尺寸煙絲所占比均具有較強關聯(lián)性。

2. 5 煙槍處煙絲結構與卷煙物理質(zhì)量關聯(lián)性分析

將各組試驗樣品煙槍處煙絲結構（表4）與其卷制的成品煙支物理質(zhì)量指標及指標標準偏差（表5）進行灰色關聯(lián)分析，以成品煙支物理質(zhì)量指標及其標準偏差為母序列、煙槍處煙絲結構為子序列，計算二者的灰色關聯(lián)系數(shù)（表9）。由表9可知，煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲與各卷煙物理質(zhì)量指標均具有較強關聯(lián)性；關聯(lián)系數(shù)在煙絲為某一特定長度區(qū)間時達最大值，煙絲越接近該長度區(qū)間，關聯(lián)系數(shù)越大；對于單支重及煙支吸阻、硬度、密度，該區(qū)間均為1.40～2.00 mm。單支重標準偏差、煙支吸阻標準偏差及密度標準偏差與煙槍處0.71～2.00 mm尺寸煙絲具有較強關聯(lián)性。

3 討論

目前，國內(nèi)外用整絲率和碎絲率來表征煙絲結構的方法無法準確描述不同區(qū)間內(nèi)煙絲尺寸的連續(xù)分布及其變化情況，也無法描述煙絲結構分布的均勻性，但煙絲尺寸分布的均勻性同樣會對卷煙質(zhì)量產(chǎn)生重要影響（申曉峰等，2010）。前人的研究較多關注煙絲結構對卷煙物理質(zhì)量的影響（申曉峰等，2009；李善蓮等，2010；劉德強等，2010），而鮮見針對煙絲結構在整個制絲過程中波動變化的研究。黃治等（2010）對煙絲從貯絲到煙槍過程中煙絲結構變化的研究結果表明，煙絲結構變化具有較強的傳遞性，一個指標會對下一環(huán)節(jié)的多個指標造成顯著影響。但該研究僅對傳統(tǒng)意義上的煙絲結構（長絲率、中絲率、短絲率和碎絲率）指標進行分析，并未對總體煙絲尺寸分布所產(chǎn)生的作用進行全面考察，研究范圍也僅限于貯絲到煙槍。

本研究考察了連續(xù)的煙絲尺寸區(qū)間對后序煙絲尺寸分布產(chǎn)生的影響，追蹤了煙絲從切絲后到烘絲后、烘絲后到卷煙機料斗處、卷煙機料斗處到煙槍處的結構變化，結果表明，上一環(huán)節(jié)的煙絲結構與下一環(huán)節(jié)煙絲結構具有較強的關聯(lián)性，各尺寸煙絲所占比不僅影響下一環(huán)節(jié)其對應的尺寸區(qū)間，還影響下一尺寸的煙絲比例；其中烘絲后5.60～6.70 mm尺寸的煙絲對料斗處1.40～2.80、3.35～5.60 mm尺寸的煙絲具有強作用，料斗處4.75～6.70 mm尺寸的煙絲對煙槍處0.71～3.35 mm尺寸的煙絲具有強作用。本研究范圍貫穿整個制絲過程，找出了兩兩環(huán)節(jié)間關聯(lián)性較強的煙絲尺寸區(qū)間，為查找引起煙絲結構波動的不利因素提供一定的理論依據(jù)。此外，還分析了卷煙機煙槍處的煙絲結構與卷煙物理質(zhì)量的關聯(lián)性，結果發(fā)現(xiàn)煙槍處0.71～3.35 mm尺寸的煙絲與卷煙物理質(zhì)量各指標密切相關，與堵勁松等（2008）的研究結果相似。在實際生產(chǎn)中，合理控制0.71～3.35 mm煙絲比例，有助于提高卷煙卷制質(zhì)量。

本研究僅分析了不同制絲工藝環(huán)節(jié)煙絲尺寸分布的關聯(lián)性，對于各組分的合理比例及穩(wěn)定的卷煙物理質(zhì)量下最優(yōu)煙絲尺寸分布等方面還需進一步探究。

4 結論

煙絲結構變化具有較強的傳遞性，可依據(jù)兩兩環(huán)節(jié)煙絲尺寸區(qū)間的關聯(lián)性，針對性地查找引起煙絲結構波動的影響因素；合理控制0.71～3.35 mm煙絲比例，可提高卷煙卷制質(zhì)量。

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（責任編輯 羅 麗）