兩段式烘絲機(jī)控制模式對煙絲含水率的影響

陳 杰，陳春雷，徐永虎，黃傳喜

安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠，合肥市高新區(qū)永和路399 號 230601

薄板烘絲工序作為卷煙制絲環(huán)節(jié)的關(guān)鍵工序，主要工藝任務(wù)是去除煙絲中部分水分、提高煙絲填充性能和改善感官品質(zhì)，以滿足后段工序的要求［1］。目前安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠黃山精品線高端品牌的葉絲干燥工序選用的是從HAUNI 公司定制的KLD3-2Z 兩段式滾筒烘絲機(jī)，該機(jī)的熱風(fēng)為逆流式，具備有兩個(gè)獨(dú)立的干燥區(qū)域，并可實(shí)現(xiàn)通過固定熱風(fēng)溫度改變筒壁溫度、固定筒壁溫度改變熱風(fēng)溫度以及筒壁溫度前后段分區(qū)控制等加工控制模式。國內(nèi)煙草行業(yè)對薄板烘絲機(jī)開展了較多的研究和分析［2-6］，但是對于兩段式薄板烘絲機(jī)固定熱風(fēng)溫度改變筒壁溫度、固定筒壁溫度改變熱風(fēng)溫度以及筒壁溫度前后段分區(qū)控制對出口煙絲含水率控制水平的研究較少。因此，對兩段式烘絲機(jī)的控制媒介和分區(qū)控制形式開展研究，探索薄板烘絲工序過程穩(wěn)定控制的加工模式，旨在提升工序產(chǎn)品加工質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備和儀器

“黃山”金皖煙全配方煙絲。

KLD3-2Z型兩段式滾筒烘絲機(jī)（德國HAUNI 公司）；ZJ17 卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

1.2 方法

1.2.1 薄板烘絲模式調(diào)整方法

分別運(yùn)行兩段式薄板烘絲機(jī)固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式以及筒溫分區(qū)控制等不同控制模式，保證入口煙絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差低于0.05%，加工過程無煙絲增溫增濕工序，且煙絲流量、筒體轉(zhuǎn)速以及排潮系統(tǒng)參數(shù)保持固定，在出口含水率達(dá)到設(shè)定值12.9%并穩(wěn)定后，人工將出口含水率設(shè)定值調(diào)整至13.2%，調(diào)整后進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)控制，不進(jìn)行人工干預(yù)和設(shè)備參數(shù)修改。通過采集的中控?cái)?shù)據(jù)分析出口煙絲含水率的控制情況并分析記錄含水率波動(dòng)和相應(yīng)的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)偏差等各項(xiàng)指標(biāo)［7］。

1.2.2 感官質(zhì)量評價(jià)

參照《中式卷煙風(fēng)格感官評價(jià)方法》和《烤煙煙葉質(zhì)量風(fēng)格特色感官評價(jià)方法》［8-10］，由持有國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心頒發(fā)的卷煙感官評吸證書的專業(yè)評委對各分項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，取評委打分的平均值。判定感官質(zhì)量風(fēng)格各指標(biāo)變化幅度，標(biāo)度值設(shè)定0（無變化）、+（優(yōu)于對照樣）和-（劣于對照樣）三檔。

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

KLD3-2Z 兩段式烘絲機(jī)具備多種工藝設(shè)備參數(shù)和控制模式的調(diào)整方式，在保證烘絲機(jī)入口含水率基本一致的情況下選用“黃山”金皖煙煙絲分別設(shè)定不同加工條件進(jìn)行試驗(yàn)，依次開展不同梯度熱風(fēng)溫度（85、95、105 ℃對應(yīng)試驗(yàn)1、2、3），固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式（對應(yīng)試驗(yàn)4、1）以及筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式（對應(yīng)試驗(yàn)1、5、6）的對比試驗(yàn)，每組試驗(yàn)過程中均保持其他工藝設(shè)備參數(shù)不變。相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置見表1 和表2。

表1 固定熱風(fēng)溫度控制模式不同參數(shù)組合Tab.1 Different parameter combinations under constant hot air temperature control mode

表2 筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式不同參數(shù)組合Tab.2 Different parameter combinations under control modes of high-to-low，low-to-high and constant cylinder wall temperature

2 結(jié)果與討論

2.1 固定熱風(fēng)溫度控制模式不同工藝參數(shù)的影響

在兩段式烘絲機(jī)固定熱風(fēng)溫度和筒溫自控的控制模式下，設(shè)定不同梯度熱風(fēng)溫度和筒溫組合（編號1、2、3），熱風(fēng)溫度分別達(dá)到85、95 和105℃，對應(yīng)的1 區(qū)和2 區(qū)筒壁溫度分別為144.7、124.6℃和143.9、124.0℃以及142.0、122.0℃。表明熱風(fēng)溫度升高10℃，對應(yīng)的筒壁溫度下降約1℃，與試驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度（表1）相符合，熱風(fēng)溫度相對于筒溫更大的調(diào)節(jié)幅度反映出兩段式薄板烘絲機(jī)的脫水能力主要依賴于筒壁溫度，而熱風(fēng)溫度僅起到輔助作用。

不同工藝參數(shù)下試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果見表3。由表3 可以看出，與1 號樣相比，熱風(fēng)溫度95℃的2 號樣，其感官質(zhì)量表現(xiàn)出不同程度的差異，主要體現(xiàn)在香氣特性提升（香氣質(zhì)、豐滿度略有提升），煙氣特性降低（細(xì)膩程度略有降低），口感特性降低（雜氣、刺激性、干燥感、干凈程度略有降低）。與1 號樣相比，熱風(fēng)溫度105℃的3 號樣，樣品各方面感官指標(biāo)略有提升，主要體現(xiàn)在香氣特性提升（香氣量、豐滿度略有提升），煙氣特性提升（細(xì)膩程度略有提升），口感特性提升（雜氣、干燥感、甜度、回味略有提升）。

表3 固定熱風(fēng)溫度控制模式下不同工藝參數(shù)狀態(tài)試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果Tab.3 Sensory evaluation results of test samples at different technical parameters under constant hot air temperature mode

2.2 固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式與脫水速率的關(guān)聯(lián)性

圖1 為固定筒溫和固定熱風(fēng)溫度控制模式下，將烘絲機(jī)出口含水率設(shè)定值從12.9%調(diào)整到13.2%的過程中出口含水率隨時(shí)間變化的曲線。由圖1可以看出，將出口含水率設(shè)定值提高后，固定熱風(fēng)溫度控制模式（試驗(yàn)1）加工狀態(tài)下，出口含水率約在570 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。而在固定筒溫控制模式（試驗(yàn)4）加工狀態(tài)下，出口含水率約在710 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。相對于固定熱風(fēng)溫度控制模式（試驗(yàn)1），固定筒溫控制模式（試驗(yàn)4）加工狀態(tài)下出口含水率達(dá)到設(shè)定值的時(shí)間增加，且從調(diào)整到穩(wěn)定的總時(shí)間增加，但該過程中出口含水率的標(biāo)準(zhǔn)偏差值降低。這表明通過熱風(fēng)溫度進(jìn)行出口含水率調(diào)節(jié)控制模式的含水率控制響應(yīng)較為平穩(wěn)，控制穩(wěn)定性提升。

圖1 試驗(yàn)1 和4 出口含水率設(shè)定值從12.9%到13.2%時(shí)含水率變化趨勢圖Fig.1 Variation trends of moisture content in dried tobacco of tests No.1 and No.4 at the set moisture content range from 12.9%to 13.2%

從出口含水率設(shè)定值調(diào)整的過程數(shù)據(jù)中分析得知，在現(xiàn)有固定熱風(fēng)溫度控制模式下，當(dāng)出口含水率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，設(shè)備自控狀態(tài)下熱風(fēng)溫度基本不變化，可通過調(diào)整1 區(qū)和2 區(qū)筒溫進(jìn)而跟蹤調(diào)節(jié)出口煙絲含水率。而在固定筒溫控制模式下，當(dāng)出口含水率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可通過調(diào)整熱風(fēng)溫度跟蹤調(diào)節(jié)出口煙絲含水率。

為對比兩種控制模式對含水率控制水平的差異，對比煙絲出口含水率達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后的工藝參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見圖2。由圖2 可以看出，與試驗(yàn)1 相比，固定筒溫控制模式下（試驗(yàn)4）熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差增加，筒溫標(biāo)準(zhǔn)偏差降低，穩(wěn)定控制狀態(tài)下出口煙絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差下降，表明固定筒溫控制模式對于含水率控制水平有顯著提升作用。兩段式薄板烘絲機(jī)出口含水率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，筒壁溫度的跟蹤調(diào)節(jié)會(huì)給出口含水率的穩(wěn)定性帶來較大干擾，熱風(fēng)溫度的跟蹤調(diào)節(jié)產(chǎn)生的干擾較小，研究結(jié)果可為烘絲機(jī)加工過程參數(shù)控制以及提升出口煙絲含水率穩(wěn)定性水平提供參考。

圖2 出口含水率設(shè)定在12.9%時(shí)試驗(yàn)1 和4 穩(wěn)定狀態(tài)下各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差對比Fig.2 Comparison of standard deviations of parameters in steady states of tests No.1 and No.4 at set moisture content of 12.9%

表4 固定熱風(fēng)溫度和固定筒溫控制模式試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果Tab.4 Sensory evaluation results of test samples under constant hot air temperature and constant cylinder temperature mode

對兩組試驗(yàn)樣品進(jìn)行工序評價(jià)，感官評價(jià)結(jié)果如表4 所示。由表4 可知，與試驗(yàn)1 相比，固定筒溫控制模式（試驗(yàn)4）制得的樣品各方面感官指標(biāo)均略有提升，主要體現(xiàn)在香氣特性提升（香氣量、豐滿度略有提升），煙氣特性提升（成團(tuán)性和細(xì)膩程度略有提升），口感特性提升（雜氣、干燥感、甜度、回味略有提升），香氣保留較多，口感方面的柔、細(xì)、甜特性均表現(xiàn)較好，樣品總體感官質(zhì)量略有提升。

2.3 筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式對含水率穩(wěn)定性控制的影響

圖3 為3 種控制模式下將烘絲機(jī)出口含水率設(shè)定值從12.9%調(diào)整到13.2%的過程中1 區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風(fēng)溫度以及出口含水率隨時(shí)間變化的曲線圖。從圖3 中可以看出將出口含水率設(shè)定值提高后，筒溫前低后高（試驗(yàn)5）和筒溫前后一致控制模式（試驗(yàn)6）工藝參數(shù)以及出口含水率的變化趨勢較為接近，熱風(fēng)溫度基本穩(wěn)定，1 區(qū)和2 區(qū)筒溫下降；試驗(yàn)1、5和6的出口含水率分別約在570 s、460 s 和490 s 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，此時(shí)1 區(qū)和2 區(qū)筒溫也達(dá)到穩(wěn)定。

從出口含水率設(shè)定值調(diào)整過程數(shù)據(jù)分析得知，在固定熱風(fēng)溫度控制模式不變的情況下，隨著出口含水率設(shè)定值的增加，筒溫前高后低、前低后高和前后一致三種控制模式下兩區(qū)域筒壁溫度均降低，熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定，出口含水率的變化趨勢較一致。對三種控制模式下的出口含水率與1 區(qū)和2 區(qū)筒溫之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明出口含水率與1 區(qū)和2 區(qū)筒溫均負(fù)相關(guān)，1 區(qū)與2 區(qū)筒溫正相關(guān)。

對3 組試驗(yàn)樣品進(jìn)行感官評價(jià)，結(jié)果見表5。由表5 可以看出，與1 號樣相比，筒溫前低后高控制模式的5 號樣，其感官質(zhì)量表現(xiàn)出不同程度的差異，主要體現(xiàn)在香氣特性降低（香氣質(zhì)、豐滿度略有降低），煙氣特性提升（濃度略有提升），口感特性降低（刺激性、干燥感、干凈程度略有降低，回味略有提升），樣品總體感官質(zhì)量下降。與1 號樣相比，筒溫前后一致控制模式的6 號樣，其感官質(zhì)量表現(xiàn)出差異，主要體現(xiàn)在香氣特性降低（香氣量、豐滿度略有降低），煙氣特性提升（濃度、勁頭略有提升，細(xì)膩程度略有降低），口感特性降低（刺激性、干燥感略有降低，回味略有提升），樣品總體感官質(zhì)量下降?？傮w來看，5、6 號樣整體口感特性下降，主要體現(xiàn)在干燥感增加，刺激增大，口腔有殘留，香氣變薄。

圖3 試驗(yàn)1，5 和6 出口含水率從12.9%到13.2%時(shí)各參數(shù)變化趨勢圖Fig.3 Variation trends of parameters of tests No.1，No.5 and No.6 at moisture content range from 12.9%to 13.2%in dried tobacco

表5 筒溫前高后低、前低后高和前后一致控制模式試驗(yàn)樣的感官評價(jià)結(jié)果Tab.5 Sensory evaluation results of test samples under control modes of high-to-low，low-to-high and constant cylinder wall temperature

設(shè)備在自控狀態(tài)下筒溫前高后低、前低后高和前后一致三種控制模式對于出口含水率的增加，兩區(qū)域筒壁溫度均降低，熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定，出口含水率的變化趨勢較一致，筒溫前高后低分區(qū)控制模式的改變總體上導(dǎo)致了感官質(zhì)量下降。

3 結(jié)論

①兩段式薄板烘絲機(jī)的脫水能力主要依賴于筒壁溫度，在試驗(yàn)范圍內(nèi)熱風(fēng)溫度的提升有利于提升感官質(zhì)量。②相對于筒壁溫度的跟蹤調(diào)節(jié)方式，熱風(fēng)溫度的跟蹤調(diào)節(jié)對出口含水率穩(wěn)定性帶來的干擾相對較小，研究結(jié)果可為烘絲機(jī)加工過程參數(shù)控制以及提升出口煙絲含水率穩(wěn)定性水平提供參考。③隨著出口含水率設(shè)定值的增加，筒溫前高后低、前低后高和前后一致三種控制模式下兩區(qū)域筒壁溫度均降低，熱風(fēng)溫度保持穩(wěn)定，出口含水率的變化趨勢較一致，采用筒溫前高后低控制模式時(shí)卷煙感官質(zhì)量較好。