全程實(shí)現(xiàn)打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工的研究進(jìn)展

王發(fā)勇，張春磊，喻紹新，李一輝，可文庚，吳貴軒，楊石鋼，謝永軍，雷 佳，陳建軍

(1.紅云紅河集團(tuán)紅河卷煙廠，云南彌勒 652300； 2.廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，廣東廣州 510310；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究室，廣東廣州 510642)

國(guó)家煙草局頒布2016版《卷煙工藝規(guī)范》中，新增打葉復(fù)烤章節(jié)[1]。這是國(guó)家煙草局首次將打葉復(fù)烤納入卷煙工藝規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化文件系統(tǒng)中，同時(shí)將打葉復(fù)烤的地位提升到新的位置。自替代掛桿復(fù)烤以來(lái)，打葉復(fù)烤就承擔(dān)了部分制絲工藝的任務(wù)，是卷煙工藝前移的重要實(shí)踐部分，為卷煙工藝的整個(gè)過(guò)程提高了效率，同時(shí)也創(chuàng)造了效益。21世紀(jì)初，煙草行業(yè)蓬勃發(fā)展，同時(shí)煙草行業(yè)對(duì)于原料的研究多集中于農(nóng)產(chǎn)品階段，包括品種、農(nóng)藝措施、生態(tài)區(qū)域劃分、田間煙葉烘烤等基于田間的原料研究。工業(yè)方面，制絲工藝與卷包工藝得到了快速的發(fā)展，而復(fù)烤工藝的發(fā)展卻相對(duì)滯后，相當(dāng)一段時(shí)間僅停留于撕葉、烤干與打包的低層次階段，這在一定程度上阻礙了卷煙水平的提高。原料供應(yīng)上水平不能單純地停留在品種選育、農(nóng)藝栽培與初烤原料等農(nóng)業(yè)階段，還應(yīng)延伸到打葉復(fù)烤的層面。

面對(duì)新增打葉復(fù)烤工藝中提出的“三化一?！?即模塊化、均質(zhì)化、純凈化與保香)，國(guó)家煙草局在2016年做出了重點(diǎn)控制成品煙堿和水分均勻性2項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，深入實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化復(fù)烤加工工作的要求[2]?？梢?jiàn)打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工已引起行業(yè)的足夠重視。鑒于此，筆者探討了全面實(shí)現(xiàn)均質(zhì)化加工工藝技術(shù)的可能路徑，旨在為煙草行業(yè)層面上挖掘復(fù)烤工藝技術(shù)的質(zhì)量潛勢(shì)。

1 均質(zhì)化復(fù)烤加工是實(shí)現(xiàn)煙葉原料質(zhì)量穩(wěn)定性的重要路徑

原料質(zhì)量穩(wěn)定性一直受到行業(yè)研究者的關(guān)注。陳江華等[3]以“國(guó)際型優(yōu)質(zhì)煙開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”為依托，在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)烤煙礦質(zhì)元素含量以及主要化學(xué)成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)含氮量最小值為1.10%，最大值為3.27%，品種、部位與地域之間的差異均達(dá)到極顯著水平；鉀含量最小值為0.65%，最大值為4.21%，品種、部位與地域之間的差異也均達(dá)到極顯著水平。陳偉等[4]選擇在同一品種、同一農(nóng)藝措施的栽培模式下，對(duì)不同生態(tài)區(qū)域的(7個(gè)省共12個(gè)縣)烤煙煙堿進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到不同生態(tài)區(qū)域間的煙堿含量存在廣泛變異、且差異極顯著的結(jié)果；同年不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)，相同部位與等級(jí)的煙堿含量均存在不同程度的變異，年際間亦然。李丹丹等[5]抽樣調(diào)查的結(jié)果也顯示，年際間烤煙的主要化學(xué)成分差異顯著。而閆新甫等[6]從工業(yè)企業(yè)調(diào)入的煙葉等級(jí)質(zhì)量的合格率角度進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)收購(gòu)調(diào)入的煙葉普遍存在混級(jí)現(xiàn)象，導(dǎo)致等級(jí)合格率較低(僅為 63.4%)。這些研究表明，無(wú)論是同一年份或不同年際間，不同品種、部位、生態(tài)區(qū)的煙葉主要化學(xué)成分(提取煙堿為代表)的差異是客觀存在的。除去品種的選擇、栽培技術(shù)的優(yōu)化等可控因素，不同生態(tài)條件(基因型與環(huán)境互作效應(yīng))為人力難以調(diào)控的領(lǐng)域。此外，原料質(zhì)量穩(wěn)定性還受到調(diào)入原料等級(jí)合格率的人為因素制約，因此保證煙葉主要化學(xué)成分的穩(wěn)定性存在極大難度。而田間原料的質(zhì)量不穩(wěn)定性給卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。因此，研究打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工技術(shù)有重要意義。

2 均質(zhì)化復(fù)烤加工對(duì)煙葉質(zhì)量的影響

2.1原料混配均質(zhì)化的影響近年來(lái)，國(guó)家煙草局提出“實(shí)施好均質(zhì)化加工工藝策劃，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)投料等級(jí)比例和煙葉均勻混配2個(gè)核心需求”，行業(yè)內(nèi)對(duì)原料混配均質(zhì)化開(kāi)展了新的探索與實(shí)踐。有研究認(rèn)為，根據(jù)煙葉質(zhì)量的相似性或近似性進(jìn)行原料配打，其前提在于對(duì)煙葉原料的化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè)與運(yùn)用，基于化學(xué)成分進(jìn)行配打才能減少片煙成品的質(zhì)量波動(dòng)[7-8]。肖明禮等[9]研究發(fā)現(xiàn)，按比例投料加貯柜混配模式有利于降低模塊煙葉的煙堿變異系數(shù)。楊凱等[10]抽取煙堿為因子，對(duì)化學(xué)成分調(diào)節(jié)模式、混合挑選模式以及兩者的組合模式對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)各控制模式下的煙堿變異系數(shù)都能得到較好的控制(平均值在4%以下)。云南煙葉復(fù)烤公司宣威復(fù)烤廠在原料配方混配時(shí)也進(jìn)行了同樣的探索[11]，并優(yōu)化了產(chǎn)品片煙煙堿變異系數(shù)。

隨著煙草行業(yè)的發(fā)展，中式卷煙技術(shù)已日趨成熟，充分重視卷煙工業(yè)中各環(huán)節(jié)并深度挖掘其潛力，才能保障企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略得到貫徹落實(shí)?！霸仙纤健痹谟诒Ｕ暇頍煹膬?nèi)在質(zhì)量，提升卷煙產(chǎn)品的燃吸品質(zhì)是卷煙產(chǎn)品風(fēng)靡于市場(chǎng)的根本保證。原料混配均質(zhì)化是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的必要手段，也是“原料上水平”的關(guān)鍵措施之一。國(guó)家煙草局充分重視并以實(shí)際制度政策推動(dòng)打葉復(fù)烤環(huán)節(jié)原料的均質(zhì)化加工，提出打葉復(fù)烤成品煙堿含量變異系數(shù)≤5%的標(biāo)準(zhǔn)，而原料混配是關(guān)鍵因素之一，復(fù)烤企業(yè)應(yīng)結(jié)合煙葉加工生態(tài)、品種、等級(jí)、純度等自身實(shí)際，積極探索最佳的原料混配方案，從打葉復(fù)烤工序前沿至嚴(yán)抓“均質(zhì)化”，保證原料的穩(wěn)定性。

2.2水分控制均質(zhì)化的作用原料復(fù)烤調(diào)制的作用在于將煙葉水分調(diào)制至適宜范圍，既利于煙葉的倉(cāng)儲(chǔ)安全，又利于煙葉自身的發(fā)酵醇化，去除煙葉中的不利因素，彰顯出優(yōu)質(zhì)因子，為卷煙提供良好的原料。復(fù)烤產(chǎn)品水分的均質(zhì)化是整個(gè)卷煙工藝中的重要環(huán)節(jié)之一。盡管倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中水分不均勻的煙葉間存在水分遷移現(xiàn)象，但烤后煙葉的吸濕性能大大減弱，水分遷移速度極為緩慢，加之包芯溫度的作用，微生物的活性存在強(qiáng)弱之分，所以同一時(shí)間內(nèi)煙葉發(fā)酵的速度與程度存在差異，這必將引起煙葉質(zhì)量穩(wěn)定性的波動(dòng)，從源頭上為卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性埋下禍根。更有甚者，超出安全儲(chǔ)存的水分范圍時(shí)將導(dǎo)致煙葉霉變或碳燒，給企業(yè)帶來(lái)一定程度的損失。

潤(rùn)葉過(guò)程是保證葉片結(jié)構(gòu)均勻性的前提。蒸汽潤(rùn)后煙葉水分含量的均勻性好，能有效避免水漬煙出現(xiàn)。復(fù)烤機(jī)加工過(guò)程中應(yīng)保證單位時(shí)間內(nèi)原料的流量穩(wěn)定，控制涼房水分均勻性，利用蒸汽回潮技術(shù)保障機(jī)尾水分的均勻性。

2.3化學(xué)成分均質(zhì)化與過(guò)程監(jiān)控的影響近紅外光譜技術(shù)具有實(shí)時(shí)、快速、無(wú)損檢測(cè)煙葉化學(xué)成分的優(yōu)勢(shì)，在打葉復(fù)烤中引入近紅外光譜檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)過(guò)程質(zhì)量檢測(cè)與控制。在積累大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)企業(yè)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)控信息的深度挖掘，從而為加工工藝的改進(jìn)提供依據(jù)[12]。

煙葉科研者們?cè)缫羊?yàn)證，煙葉色澤與煙葉內(nèi)在質(zhì)量、化學(xué)成分存在顯著關(guān)聯(lián)，且煙葉色澤是主要的等級(jí)劃分依據(jù)之一[13-15]。此外，煙葉部分內(nèi)在化學(xué)成分與耐加工性具有一定關(guān)聯(lián)。陳紅麗等[16]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)還原糖與鉀含量增加時(shí)，煙葉的耐加工性增強(qiáng)。王建民等[17]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)設(shè)備、參數(shù)設(shè)置一定時(shí)，可溶性糖含量低、總氮含量高的煙葉造碎較嚴(yán)重，而可溶性糖含量高、總氮含量低的煙葉梗帶葉率較高，造成葉片損失。這是由于配方模塊中煙葉的化學(xué)成分差異造成的。

杜文等[18]認(rèn)為，運(yùn)用近紅外分析儀進(jìn)行在線化學(xué)成分檢測(cè)，并制定加工工藝標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)考慮到實(shí)時(shí)模型效驗(yàn)殘差較高的因素，把波動(dòng)控制在較小范圍內(nèi)。王宏鋁等[19]運(yùn)用近紅外光譜實(shí)時(shí)檢測(cè)均質(zhì)化加工的效果，發(fā)現(xiàn)均質(zhì)化的成品煙堿變異系數(shù)、成品含水率及顏色變異系數(shù)降幅較大，三者的變異系數(shù)均控制在較小范圍內(nèi)。

由此可以得出：①煙葉的色澤、抗破碎性與其內(nèi)部化學(xué)成分含量密切相關(guān)，在打葉復(fù)烤和制絲卷制過(guò)程中選擇合理的工藝參數(shù)，以優(yōu)化其化學(xué)成分，盡可能減少造碎，增加可用性；②制訂片煙成品控制工藝指標(biāo)既要結(jié)合來(lái)料狀況，又要結(jié)合初烤煙葉與復(fù)烤后煙葉的檢測(cè)結(jié)果；③基于在線化學(xué)成分的配方混投是化學(xué)成分均質(zhì)化的前提；④加工過(guò)程監(jiān)測(cè)是保障片煙產(chǎn)品均質(zhì)化的重要手段。

2.4葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化對(duì)煙葉質(zhì)量的影響研究證明，煙絲結(jié)構(gòu)的差異是煙支卷制質(zhì)量不穩(wěn)定性的源頭。而控制煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)追溯到打葉復(fù)烤過(guò)程中葉片結(jié)構(gòu)[20-22]。劉志平等[23]通過(guò)復(fù)烤后煙葉結(jié)構(gòu)對(duì)煙絲尺寸影響的試驗(yàn)得出，當(dāng)復(fù)烤片煙大中片率(>12.7 mm的葉片)提高時(shí)，>3.2 mm的葉絲比例增加，但≤1.4 mm的葉絲降低。因此，提高打葉復(fù)烤大中片率是獲得較優(yōu)葉絲結(jié)構(gòu)的前提條件，而保障片煙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是關(guān)鍵之一。由此可見(jiàn)，打葉復(fù)烤葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化加工意義重大。

就打葉工序而言，葉片結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化加工取決于潤(rùn)葉后煙葉的含水率與溫度。不同等級(jí)、部位的煙葉耐加工強(qiáng)度存在差異，所以對(duì)應(yīng)的潤(rùn)后煙葉含水率與溫度應(yīng)作調(diào)整。例如，下部煙葉身份較薄、抗破碎性差，此時(shí)應(yīng)該提高潤(rùn)葉加工強(qiáng)度，以提高潤(rùn)葉后煙葉的含水率與溫度，增加其耐加工性。而中部煙韌性好、抗破碎性強(qiáng)，適當(dāng)?shù)臐?rùn)葉水分和溫度可滿足獲取良好葉片結(jié)構(gòu)的條件，無(wú)需加大潤(rùn)葉加工強(qiáng)度。同一等級(jí)、部位的條件下，在可調(diào)整的生產(chǎn)范圍內(nèi)，隨著潤(rùn)后煙葉溫度與水分的提高，可獲得較高的大中片率，而碎片與梗含葉相應(yīng)減少[24-25]。

此外，葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化加工還應(yīng)關(guān)注打葉流量、打葉風(fēng)分設(shè)備的高性能打刀、框欄形狀、尺寸、打輥轉(zhuǎn)速設(shè)置、各級(jí)風(fēng)分效率布置等方面的內(nèi)容[26-27]。

因此，葉片結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化應(yīng)關(guān)注潤(rùn)前來(lái)料煙葉物理特性；潤(rùn)后物料的溫度與水分是取得良好葉片結(jié)構(gòu)的前提條件；在額定負(fù)荷內(nèi)保障來(lái)料的穩(wěn)定性；篩選高性能的打刀，取得良好的梗葉分離效果；設(shè)置適宜的打輥轉(zhuǎn)速，避免造碎過(guò)大或超大片比例增加；優(yōu)化框欄開(kāi)口尺寸，保證中片比例；維持適當(dāng)?shù)娘L(fēng)分風(fēng)速，確保每級(jí)風(fēng)分器的出片量，避免合格葉片進(jìn)入下級(jí)打葉器再次加工而增加小片或碎片率。

卷煙工藝環(huán)環(huán)相扣，上下游工序緊密銜接。其中，復(fù)烤葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化加工為制絲乃至卷包穩(wěn)把質(zhì)量關(guān)，起到源頭控制的核心作用。

2.5裝箱結(jié)構(gòu)均質(zhì)化的影響平衡裝箱，需要加強(qiáng)對(duì)DVR值的關(guān)注力度。宜引用片煙密度偏差率檢測(cè)儀[28-31]進(jìn)行過(guò)程平衡裝箱檢測(cè)?？刂坪醚b箱密度，避免煙葉結(jié)團(tuán)結(jié)餅，一定程度上控制煙葉在醇化過(guò)程中的發(fā)酵速率、發(fā)酵程度，從而為卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性提供保障。通過(guò)在線檢測(cè)信息反饋，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整打包段布料方式、布料均勻性、主壓頭與復(fù)壓保壓時(shí)間等方面操作事項(xiàng)。

應(yīng)增加過(guò)程在線檢測(cè)監(jiān)控，探索不同品種、等級(jí)、部位、水分及配方模塊對(duì)應(yīng)的設(shè)置參數(shù)。值得注意的是，崗位人員應(yīng)關(guān)注煙箱密度的均勻性是由于設(shè)備布料不均，還是作業(yè)人員加減不均造成的。

3 展望與對(duì)策

模塊煙葉已成為支撐卷煙配方的重要部分，也是合理優(yōu)化煙葉原料使用的舉措之一。復(fù)烤加工作為卷煙工業(yè)的前移工序，模塊煙葉的均勻混配是一項(xiàng)重要職能。無(wú)論物料混配均質(zhì)化、化學(xué)成分均質(zhì)化、葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化、水分控制均質(zhì)化，還是裝箱密度均質(zhì)化，都要一一兼顧，在生產(chǎn)中突顯打葉復(fù)烤源頭質(zhì)量控制的作用。

(1)對(duì)于預(yù)處理段，單純依靠鋪葉臺(tái)人工混配難以實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)、等級(jí)煙葉混配均質(zhì)化。因此，應(yīng)作柜配模式嘗試：在鋪葉切斷后設(shè)置煙葉貯柜列，需要進(jìn)行混配的煙葉以不同等級(jí)、地區(qū)分別進(jìn)入不同列的貯柜中，出料時(shí)不同列的貯柜同時(shí)出料，在匯聚皮帶上實(shí)現(xiàn)混配，各過(guò)程保證物料流量的穩(wěn)定性，而后于打葉段加工再次實(shí)現(xiàn)混配均勻。或建立“高架庫(kù)”現(xiàn)代物流系統(tǒng)，煙葉于切斷機(jī)匯聚皮帶處檢測(cè)化學(xué)成分，后經(jīng)柔性裝箱進(jìn)行暫存，根據(jù)化學(xué)成分(以煙堿為因子)的高低混配，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理段的物料均勻混配。

(2)潤(rùn)葉后煙葉適宜的含水分率與溫度是獲得良好葉片結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，同時(shí)在柔性化“保香”為主題的加工工藝中，潤(rùn)后水分成為煙葉復(fù)烤機(jī)總溫度控制的制約點(diǎn)。為此，潤(rùn)葉水分與溫度的控制要尋求低水分與良好葉片結(jié)構(gòu)的最佳契合平衡點(diǎn)。關(guān)注打葉器的打輥長(zhǎng)度、打輥額定負(fù)荷設(shè)計(jì)、打輥轉(zhuǎn)速、打刀性能、刀距。如果選擇較大的框欄開(kāi)口尺寸，大片、超大片相應(yīng)增加，此時(shí)應(yīng)輔之于“立式篩分”技術(shù)，工藝設(shè)想為于片煙匯聚皮帶處設(shè)置“三級(jí)立式”振篩，一級(jí)位于最頂端，開(kāi)口尺寸大于25.4 cm，篩選出大片與超大片應(yīng)用分切技術(shù)加工為中片，二、三級(jí)的工藝任務(wù)在于篩出碎片。該工藝設(shè)想服務(wù)于葉片結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化。

(3)經(jīng)過(guò)梗葉分離的片煙，在開(kāi)機(jī)前即要進(jìn)行化學(xué)成分的均質(zhì)化混配，以免后移到復(fù)烤機(jī)尾而影響到打包工序所必須的水分與包芯溫度。路線設(shè)計(jì)為：在打葉線后、復(fù)烤機(jī)前設(shè)置不同貯葉柜或裝箱立庫(kù)，前端配置化學(xué)成分檢測(cè)儀(以煙堿為主要指標(biāo))，設(shè)定值在某一范圍內(nèi)，物料正常入柜進(jìn)行緩存喂料，當(dāng)來(lái)料偏移或超出設(shè)定值時(shí)，高出時(shí)進(jìn)入一柜，低出時(shí)進(jìn)入另一柜，然后高低進(jìn)行混配拌勻，再經(jīng)過(guò)化學(xué)成分檢測(cè)儀測(cè)定，如此削峰填谷，實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分均質(zhì)化的精確控制。中間需要電氣設(shè)備的有效支持。

(4)水分的均質(zhì)化加工，一為保證片煙的倉(cāng)儲(chǔ)安全，二為保證片煙在倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中醇化反應(yīng)的速率與程度相對(duì)穩(wěn)定一致。結(jié)合最大程度為原料“保香”的工藝，控制烤機(jī)總溫度是前提，同時(shí)要在滿足回潮均勻的條件，這意味著涼房煙葉水分必須處于“臨界含水率”才有助于水分均質(zhì)化。一般現(xiàn)有打葉復(fù)烤設(shè)備中，復(fù)烤機(jī)設(shè)置為4個(gè)干燥區(qū)與2個(gè)回潮區(qū)，在低溫慢烤的主導(dǎo)加工條件基礎(chǔ)上，再添加1個(gè)干燥區(qū)和1個(gè)回潮區(qū)，為加長(zhǎng)煙葉在干燥區(qū)的作用時(shí)間、相應(yīng)降低烤機(jī)溫度、提高干燥區(qū)的烤透率；此外，在潤(rùn)葉水分難以下調(diào)的情況下實(shí)現(xiàn)低溫慢烤，同時(shí)實(shí)現(xiàn)水分的均質(zhì)化加工。

(5)打包段要實(shí)現(xiàn)裝箱密度的均質(zhì)化，有效避免成品煙葉板結(jié)、壓油、霉變與碳燒等情況，有助于倉(cāng)儲(chǔ)醇化過(guò)程中理化反應(yīng)的速率與程度保持相對(duì)一致。裝箱密度均質(zhì)化甚至制約了制絲工段是否“易切”的問(wèn)題。因此，打包段應(yīng)圍繞來(lái)料地域、等級(jí)、品種、部位等主因素，優(yōu)化主壓下壓深度和時(shí)間、復(fù)壓時(shí)間、保壓深度。

打葉復(fù)烤工藝以“均質(zhì)化”“保香”加工為趨勢(shì)，對(duì)開(kāi)發(fā)均質(zhì)化煙葉新工藝、新技術(shù)有重要意義。

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