原料預(yù)混處理在造紙法再造煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

劉恩芬，李 波，武士杰，陳正春，龔永康，王茜茜，周國福

(1.云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司，云南 昆明 650106；2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231)

原料預(yù)混處理在造紙法再造煙葉生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

劉恩芬1，李 波1，武士杰1，陳正春1，龔永康1，王茜茜1，周國福2*

(1.云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司，云南 昆明 650106；2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231)

利用源于4個(gè)烤煙主栽區(qū)的煙梗、末棒及煙葉碎片等3類再造煙葉原料，通過生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，探討了3類再造原料化學(xué)成分的均勻性和預(yù)混處理對原料均勻化、產(chǎn)品批次間化學(xué)成分穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：烤煙生物學(xué)特性和氣候環(huán)境條件決定了煙梗、末棒及煙葉碎片3類原料的鉀、總氮、煙堿等化學(xué)成分含量差異性，其差異性達(dá)到極顯著水平(Plt;0.05)，并且空間變異度較大(12.70%～66.02%)。預(yù)混處理能顯著提高煙梗、末棒及煙葉碎片等3種原料的均勻性，各類原料的各項(xiàng)化學(xué)成分含量的變異系數(shù)都能穩(wěn)定在5%內(nèi)。預(yù)混處理對產(chǎn)品批次間的質(zhì)量穩(wěn)定具有較好作用，尤其是總氮、煙堿、鉀和氯的含量，在批次間的差異性未達(dá)到顯著水平(Plt;0.05)。

煙梗；末棒；煙葉碎片；再造煙葉；預(yù)混處理

0 引言

煙梗、末棒及煙葉碎片是再造煙葉的核心原料[1-4]，由于其來源地復(fù)雜多樣、烤煙成熟度參差不齊，加之各植煙區(qū)域土壤條件、生態(tài)環(huán)境條件和主栽品種的差異突出，導(dǎo)致煙梗、末棒及煙葉碎片的各類化學(xué)成分及含量的空間變異度高，這為再造煙葉生產(chǎn)依據(jù)配方投料環(huán)節(jié)帶來了不確定性、難以把控性，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性難以保證，增加了產(chǎn)品精準(zhǔn)投料的難度[5-8]。目前再造煙葉生產(chǎn)預(yù)處理環(huán)節(jié)大部分都只針對廢棄煙葉把煙進(jìn)行梗葉分離處理，沒有針對原料預(yù)混的均質(zhì)化處理，而原料及配方混配均勻性對造紙法煙草薄片物理質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量及其穩(wěn)定性具有決定性的作用[9-10]。為此，有必要開展原料預(yù)混對原料的均質(zhì)化和產(chǎn)品批次間質(zhì)量穩(wěn)定性的影響研究[11-12]。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料及關(guān)鍵設(shè)備

實(shí)驗(yàn)原料源于主要植煙區(qū)的煙梗、末棒和葉碎片3類卷煙廢棄物。設(shè)備采用秸稈揉絲機(jī)、組合物料混合柜等。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)置

取源于4個(gè)烤煙主栽區(qū)(A、B、C、D)的原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)預(yù)混工藝流程如圖1，實(shí)驗(yàn)共設(shè)置2個(gè)處理，處理1：將煙梗、末棒及煙葉碎片3類主要原料分別進(jìn)行預(yù)混處理，再按照產(chǎn)品配方進(jìn)行配比、生產(chǎn)。具體來說，梗原料預(yù)混是將4個(gè)不同來源的煙梗直接進(jìn)行搓揉粉碎、混合形成均勻的預(yù)生產(chǎn)原料；末棒預(yù)混是將4個(gè)不同來源的末棒直接進(jìn)行搓揉粉碎、混合形成均勻的預(yù)生產(chǎn)原料；碎片預(yù)混是將4個(gè)不同來源的碎片直接進(jìn)行搓揉粉碎、混合形成均勻的預(yù)生產(chǎn)原料(圖2)。處理2：煙梗、末棒及煙葉碎片3種原料不進(jìn)行預(yù)混處理，直接按照產(chǎn)品配方進(jìn)行生產(chǎn)(圖3)。每個(gè)處理都進(jìn)行4次重復(fù)，隨機(jī)抽樣進(jìn)行生產(chǎn)。

圖1預(yù)混工藝流程

圖2 處理1工藝

圖3 處理2工藝

1.3指標(biāo)檢測及數(shù)據(jù)分析方法

材料中總氮采用煙草及煙草制品總氮的連續(xù)流動法(YC/T 161─2002)測定，煙堿采用煙草及煙草制品總植物堿的連續(xù)流動(硫氰酸鉀)法(YC/T 468─2013)測定，總糖采用煙草及煙草制品水溶性糖的連續(xù)流動法(YC/T 159─2002)測定，鉀采用煙草及煙草制品鉀的火焰光度法(YC/T 173─2003)測定，氯采用煙草及煙草制品氯含量的連續(xù)流動法(YC/T 162─2011)測定，硝酸鹽采用煙草及煙草制品硝酸鹽的連續(xù)流動法(YC/T 296─2009)測定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel軟件進(jìn)行處理，SPSS 18.0軟件進(jìn)行處理的統(tǒng)計(jì)分析與作圖，利用單因素方差(one-way ANOVA)對各指標(biāo)差異進(jìn)行分析，方差分析F檢驗(yàn)達(dá)顯著水平(Plt;0.05)時(shí)，采用Duncan多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1原料差異性分析

通過對煙梗、末棒和煙葉碎片3類原料的成分進(jìn)行檢測分析，結(jié)果(表1)表明：煙梗、末棒和煙葉碎片3類原料的化學(xué)成分含量具有顯著差異。煙?？偟?、煙堿、總糖、鉀、氯和硝酸鹽的平均含量和變異系數(shù)分別為1.87%、11.08%，0.44%、14.43%，20.12%、12.70%，5.13%、5.23%，1.82%、24.85%和1.37%、39.27%；末棒總氮、煙堿、總糖、鉀、氯和硝酸鹽的含量和變異系數(shù)分別為2.45%、9.57%，1.94%、20.55%，14.18%、12.70%，2.57%、14.01%，0.71%、24.85%和0.51%、33.56%；煙葉碎片總氮、煙堿、總糖、鉀、氯和硝酸鹽的含量和變異系數(shù)分別為2.97%、11.37%，2.30%、19.64%，10.96%、29.65%，2.84%、19.41%，1.44%、33.20%和1.13%、44.46%。造成原料化學(xué)成分的差異主要原因：一方面是3類原料來源于烤煙的不同部位，其化學(xué)成分含量本身就存在顯著差異。其中，煙梗是煙葉葉柄，木質(zhì)化程度高，所以含鉀量和總糖量較高；煙葉碎片是煙葉片破碎的產(chǎn)物，木質(zhì)化程度不如葉柄，所以總氮和煙堿含量較高；末棒是煙葉的葉脈(經(jīng))及葉碎片、煙梗碎粒混合物，所以其化學(xué)指標(biāo)介于煙梗和煙葉碎片之間。另一方面是煙梗、煙末和煙葉碎片3種原料來自不同烤煙種植區(qū)，各區(qū)域的烤煙品種、生產(chǎn)管理措施及環(huán)境條件等因素不同，加劇了各原料間的差異性。

煙梗、末棒和碎片等再造煙葉原料的化學(xué)成分含量不僅在種類上存在較大差異，而且同一種原料內(nèi)部的化學(xué)成分也有顯著性差異(圖4)。同一原料內(nèi)部差異一方面是由烤煙產(chǎn)地小環(huán)境氣候條件、烤煙成熟度、烤煙品種及植煙土壤條件的差異所造成，比如煙葉的成熟度直接影響烤煙的總糖，土壤速效鉀含量直接影響煙葉中鉀的含量等；另一方面是由烤煙復(fù)烤過程及倉儲陳化過程中溫度、濕度、氧氣濃度等因素的變化造成，比如，在倉儲及煙葉加工過程中，溫度、濕度、氧氣濃度等各種條件變化，催化了氮素的消化、反硝化反應(yīng)。煙葉的陳化過程是煙葉致香物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定過程，在此過程中，煙葉中氮的形態(tài)也會發(fā)生變化，其轉(zhuǎn)化數(shù)量受煙葉部位的影響[13]。鉀含量的變異系數(shù)相對較小，在倉儲及加工過程中比較穩(wěn)定。抽樣檢測結(jié)果表明，3類原料的各種化學(xué)成分含量的變異系數(shù)都較大，其中，在總氮方面：煙梗最大變異系數(shù)達(dá)到14.42%，末棒最大變異系數(shù)達(dá)到13.10%，碎片最大變異系數(shù)達(dá)到12.78%；在煙堿方面：煙梗的最大變異系數(shù)為10.70%，末棒最大變異系數(shù)達(dá)到31.92%，碎片最大變異系數(shù)達(dá)到29.09%；在總糖方面：煙梗的最大變異系數(shù)為13.93%，末棒最大變異系數(shù)達(dá)到25.64%，碎片最大變異系數(shù)達(dá)到35.92%；在鉀方面：煙梗的最大變異系數(shù)為11.68%，末棒最大變異系數(shù)達(dá)到21.59%，碎片最大變異系數(shù)達(dá)到26.19%；在氯方面：煙梗的最大變異系數(shù)為35.91%，末棒最大變異系數(shù)達(dá)到33.87%，碎片最大變異系數(shù)達(dá)到66.54%；在硝酸鹽方面：煙梗的最大變異系數(shù)達(dá)到65.31%，末棒最大變異系數(shù)達(dá)到45.61%，碎片最大變異系數(shù)達(dá)到119.64%。綜上，硝酸鹽和氯含量的變異最大，這主要與它們烤煙不同部位的分配有關(guān)，硝酸鹽的含量可能還與烤煙的陳化過程、倉儲條件有關(guān)。

表1 各原料化學(xué)指標(biāo)含量分布

圖4 不同原料類別化學(xué)成分差異性

2.2預(yù)混處理對原料均勻性的影響

預(yù)混是通過物理攪拌、混合，讓成分不均勻的混合物成分均勻化的方法，混合物粒徑、攪拌方式、攪拌時(shí)間是影響預(yù)混效果的重要因素。本實(shí)驗(yàn)采用T2型秸稈搓揉粉碎機(jī)對預(yù)混原料進(jìn)行破碎處理，破碎粒徑≤30 mm；采用混合柜進(jìn)行原料的混合，原料在混合柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)上下左右各方向的運(yùn)動，能保證混合物的均勻化處理。從表2中可以看出，各種原料通過預(yù)混處理都能有效提高混合物的均勻性，變異系數(shù)均小于5%，相比較而言，預(yù)混處理在煙梗和煙葉碎片上的均化效果好于末棒。預(yù)混試驗(yàn)結(jié)果表明，煙梗類總氮變異系數(shù)降低10.31個(gè)百分點(diǎn)，煙堿變異系數(shù)降低11.14個(gè)百分點(diǎn)，總糖變異系數(shù)降低12.57個(gè)百分點(diǎn)，鉀變異系數(shù)降低12.32個(gè)百分點(diǎn)，氯變異系數(shù)降低22.34個(gè)百分點(diǎn)，硝酸鹽變異系數(shù)降低55.45個(gè)百分點(diǎn)；末棒類總氮變異系數(shù)降低9.38個(gè)百分點(diǎn)，煙堿變異系數(shù)降低22.34個(gè)百分點(diǎn)，總糖變異系數(shù)降低26.55個(gè)百分點(diǎn)，鉀變異系數(shù)降低15.91個(gè)百分點(diǎn)，氯變異系數(shù)降低27.71個(gè)百分點(diǎn)，硝酸鹽變異系數(shù)降低39. 09個(gè)百分點(diǎn)；碎片類總氮變異系數(shù)降低11.61個(gè)百分點(diǎn)，煙堿變異系數(shù)降低22.00個(gè)百分點(diǎn)，總糖變異系數(shù)降低33.44個(gè)百分點(diǎn)，鉀變異系數(shù)降低16.60個(gè)百分點(diǎn)，氯變異系數(shù)降低36.46個(gè)百分點(diǎn)，硝酸鹽變異系數(shù)降低54.97個(gè)百分點(diǎn)。

表2 各原料的預(yù)混效果 %

2.3預(yù)混處理對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

從原料倉庫中隨機(jī)4次抽取A、B、C和D原料，并按照產(chǎn)品配方進(jìn)行配比生產(chǎn)，一部分采用處理1工藝進(jìn)行生產(chǎn)，另一部分采用處理2工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)成品的化學(xué)成分檢測結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在無預(yù)混處理的產(chǎn)品中，總氮、煙堿、總糖、鉀、氯及硝酸鹽等各項(xiàng)指標(biāo)在4批次間都存在顯著差異性(Plt;0.05)；在預(yù)混處理的產(chǎn)品中，總氮、煙堿、總糖、鉀、氯及硝酸鹽等指標(biāo)中只有硝酸鹽和總糖兩個(gè)指標(biāo)在4個(gè)批次間有顯著性差異，其余4項(xiàng)指標(biāo)的差異性都未達(dá)到顯著性(Plt;0.05)；說明預(yù)混處理對產(chǎn)品批次間的質(zhì)量穩(wěn)定具有較好作用。

表3 預(yù)混處理對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論與討論

綜上所述，預(yù)混處理能顯著提高煙梗、末棒及煙葉碎片等3類原料的均勻性，經(jīng)預(yù)混處理后，各類原料的各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)變異系數(shù)都能穩(wěn)定在5%內(nèi)，預(yù)混處理可以降低產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的波動，對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定具有較好作用，尤其是總氮、煙堿、鉀和氯4項(xiàng)指標(biāo)，在批次間的差異性均未達(dá)到顯著水平(Plt;0.05)。不同產(chǎn)區(qū)原料、不同原料種類的內(nèi)在化學(xué)成分差異顯著，因此有必要掌握每批入庫原料各項(xiàng)內(nèi)在化學(xué)成分含量及變化范圍，通過預(yù)混處理的方法對不同產(chǎn)區(qū)、種類的原料進(jìn)行預(yù)混，為產(chǎn)品原料配方設(shè)計(jì)的配伍性、均勻性和穩(wěn)定性提供保障，同時(shí)為產(chǎn)品模塊化配方奠定基礎(chǔ)。原料預(yù)混處理適合于原料來源復(fù)雜、產(chǎn)品種類較多的企業(yè)，尤其是在訂單生產(chǎn)中發(fā)揮更重要作用。由于本次實(shí)驗(yàn)僅側(cè)重于預(yù)混與無預(yù)混處理產(chǎn)品的差異性分析，未考慮預(yù)混處理中的原料粒徑、布料速度和預(yù)混時(shí)間等預(yù)混參數(shù)，建議進(jìn)一步開展相關(guān)研究，確立最佳預(yù)混工藝。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

ResearchonApplicationofRawMaterialsPremixedProcessinginProductionofReconstitutedTobaccobyPaper-makingProcess

LIU En-fen1, LI Bo1, WU Shi-jie1, CHEN Zheng-chun1,GONG Yong-kang1, WANG Qian-qian1, ZHOU Guo-fu2*

(1. China Tobacco Yunnan Reconstituted Tobacco Limited Company, Kunming 650106, China;2. Technology Center, China Tobacco Yunnan Industrial Limited Company, Kunming 650231, China)

The tobacco stem, tobacco stick and tobacco scrap from 4 major tobacco production regions were used as the raw materials of paper-making reconstituted tobacco. The effects of raw materials premixed processing on the uniformity of chemical compositions in raw materials and the stability of chemical compositions in different batches of reconstituted tobacco products were researched through production experiments. The experimental results indicated that the biological characteristics of flue-cured tobacco and the climatic conditions decided the differences in chemical compositions among 3 types of raw materials; there were very significant differences in the content of potassium, total nitrogen and nicotine among tobacco stem, tobacco stick and tobacco scrap, and their spatial variability was relatively big (12.70%～66.02%). Raw materials premixed processing could dramatically improve the uniformity of raw materials. The variation coefficients of content of various chemical compositions in three types of raw materials were within 5%. Raw materials premixed processing could well assure the quality consistency of different batches of paper-making reconstituted tobacco products.

Tobacco stem; Tobacco stick; Tobacco scrap; Reconstituted tobacco； Premixed processing

S572

A

1001-8581(2017)12-0072-05

2017-08-14

云南中煙重點(diǎn)科技項(xiàng)目“再造煙葉生產(chǎn)廢水零排放關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”(2015GY01)。

劉恩芬(1969─)，女，工程師，主要從事分析檢測研究。*通訊作者：周國福。