基于煙絲填充值提升的滾筒干燥工藝參數(shù)優(yōu)化

徐德龍　米強(qiáng)　付立偉　周顯生　劉杰　孫連江　岳珩　孔德望　劉偉

摘要：采用正交試驗(yàn)極差分析的方法研究了滾筒干燥工藝參數(shù)（筒壁溫度、切絲后含水率和HT（隧道式煙絲增溫增濕裝置）蒸汽壓力）對煙絲填充值、煙絲結(jié)構(gòu)和感官品質(zhì)的影響，并對3個滾筒干燥工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化.結(jié)果表明：對干燥后煙絲填充值影響的主次順序?yàn)镠T蒸汽壓力>切絲后含水率>筒壁溫度;對干燥后煙絲結(jié)構(gòu)影響的主次順序?yàn)镠T蒸汽壓力>筒壁溫度>切絲后含水率;對干燥后煙絲感官品質(zhì)影響的主次順序?yàn)榍薪z后含水率>筒壁溫度>HT蒸汽壓力;HT蒸汽壓力對煙絲填充值和整絲率的影響最大，對感官品質(zhì)的影響最小;增大煙絲填充值的最優(yōu)組合為切絲后含水率21.0%， HT蒸汽壓力0.40 MPa，筒壁溫度140 ℃，在該最優(yōu)組合下，煙絲填充值增大了0.21 cm3/g.

Abstract：The range analysis of orthogonal experiment method was used to study the effects of cylinder drying process parameters （drying temperature in cylinder，water content after cutting and HT （tunnel type tobacco temperature and humidification device） vapor pressure） on cut tobacco filling value，structure and sensory quality.And the three cylinder drying process parameters were optimized.The results showed that the importance ranking of key process parameters on filling value was established，which was HT vapor pressure > water content after cutting > drying temperature in cylinder.The individual degree of influence on structure of cut tobacco was ranked，which was HT vapor pressure > drying temperature in cylinder > water content after cutting.The influence degree that each factor works on sensory quality was sorted，which was water content after cutting > drying temperature in cylinder > HT vapor pressure.The effect of HT vapor pressure on filling value and structure of cut tobacco was the most significant，but on sensory quality was the least significant.In order to increase filling value and reduce the influence on sensory quality，the HT vapor pressure could be set on 0.40 MPa，the water content after cutting 21.0%，and the drying temperature in cylinder on 140 ℃.Under this optimal combination，the filling value of cut tobacco was increased by 0.21 cm3/g.

0 引言

滾筒干燥是卷煙生產(chǎn)加工過程中的重要工藝流程，其工藝參數(shù)是影響煙絲物理指標(biāo)和感官品質(zhì)的重要因素[1]，對提升卷煙品質(zhì)有重要作用.為了提升滾筒干燥過程中卷煙的各項(xiàng)物理指標(biāo)和感官品質(zhì)，行業(yè)內(nèi)開展了很多相關(guān)研究[2-13].段鹍等[11]采用方差分析和多重比較的方法對烘絲機(jī)筒壁溫度與煙絲填充值、煙絲彈性、整絲率、石油醚提取物等的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，煙絲填充值隨烘絲機(jī)筒壁溫度的升高呈增大的趨勢，而煙絲彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質(zhì)總量則隨烘絲機(jī)筒壁溫度的升高而減小.王巖等[12]分析了滾筒分段變溫干燥方式下葉絲含水率、物理特性及葉絲香味成分的變化規(guī)律，結(jié)果表明，與高溫恒溫干燥過程相比，采用第一階段高溫、第二階段低溫的變溫干燥方式有利于提高煙絲彈性和填充值.崔升[13]采用穩(wěn)健設(shè)計(jì)法研究了熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)速、筒壁溫度、負(fù)壓等對煙絲加工后葉絲含水率和溫度的影響，結(jié)果表明，隨著HT（隧道式煙絲增溫增濕裝置）蒸汽壓力或筒壁溫度的增加，煙絲填充值呈增大的趨勢.

目前，滾筒干燥的相關(guān)研究主要集中在烘絲過程中各關(guān)鍵參數(shù)對煙絲品質(zhì)的影響，但關(guān)于烘絲關(guān)鍵參數(shù)對煙絲品質(zhì)的影響程度并未排序，同時，實(shí)際生產(chǎn)過程中參數(shù)的調(diào)整順序也不明確.本研究擬選取煙絲填充值較小的“泰山”牌某規(guī)格卷煙的全配方煙葉，在滿足卷煙企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，并保證對煙絲結(jié)構(gòu)和感官品質(zhì)影響較小的前提下，優(yōu)化筒壁溫度、切絲后含水率和HT蒸汽壓力這3個滾筒干燥工藝參數(shù)，并對其進(jìn)行排序，以探索滾筒干燥工藝參數(shù)的最優(yōu)組合，增大煙絲填充值，進(jìn)而提高卷煙產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

“泰山”牌某規(guī)格卷煙的全配方煙葉，濟(jì)南卷煙廠產(chǎn);香精香料，頤中（青島）實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn).

1.2 主要儀器與設(shè)備

KLD-22Z型兩段式滾筒烘絲機(jī)（流量500 kg/h），德國HAUNI公司產(chǎn);JB285型電子天平，瑞士METTLER TOLEDO公司產(chǎn);DD60A型填充儀，德國BURGHART公司產(chǎn);FD115型干燥箱，德國BINDER公司產(chǎn);YQ-2型煙絲振動分選篩，鄭州煙草研究院產(chǎn).山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠500 kg/h生產(chǎn)線.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備 選取“泰山”牌某規(guī)格卷煙全配方煙葉共3個試樣，生產(chǎn)過程中松散回潮的熱風(fēng)溫度、出口水分、加料回潮的熱風(fēng)溫度和加料比例均保持一致，分別設(shè)置加料出口含水率為20.0%、21.5%和23.0%（根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，加料出口含水率比切絲后含水率高0.5%），通過加料機(jī)加水功能進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以保證切絲后含水率能達(dá)到正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求.每個試樣加料結(jié)束后平均分成3等份，共計(jì)9個小樣.

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L9（34）[14-15]考查切絲后含水率（A）、HT蒸汽壓力（B）、筒壁溫度（C）這3個因素對干燥后煙絲填充值、整絲率和碎絲率的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1和表2.烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度設(shè)置為100 ℃，出口水分設(shè)置為12.5%，熱風(fēng)風(fēng)速由控制系統(tǒng)根據(jù)烘絲機(jī)出口水分進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，各試驗(yàn)條件均保持不變.待烘絲流量和含水率穩(wěn)定后，在烘絲機(jī)出口風(fēng)選后進(jìn)行取樣，并在恒溫恒濕（（22±2） ℃，（60±5）%）環(huán)境中平衡48 h，按照文獻(xiàn)[16-17]的方法分別測定烘絲機(jī)出口風(fēng)選后樣品的煙絲填充值、整絲率和碎絲率.

1.3.3 感官評吸 以上試樣分別進(jìn)行摻配加香和卷制.由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心和濟(jì)南卷煙廠組織評煙委員，按照文獻(xiàn)[18]的要求，對各組卷煙樣品的感官品質(zhì)進(jìn)行對比評吸.

2 結(jié)果與分析

2.1 正交優(yōu)化對煙絲填充值的影響

煙絲填充值測試結(jié)果（折標(biāo)后）見表3.對表3中各試驗(yàn)方案進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表4.由表4可知，三因素對干燥后煙絲填充值影響的主次順序?yàn)锽>A>C，即HT蒸汽壓力對煙絲填充值的影響最顯著.根據(jù)k值可初步確定增大煙絲填充值的最優(yōu)組合為A2B3C2，即切絲后含水率為21.0%，HT蒸汽壓力為 0.40 MPa，筒壁溫度為140 ℃.HT蒸汽壓力與煙絲填充值的關(guān)系如圖1所示.由圖1可以看出，當(dāng)切絲后含水率相同時，隨著HT蒸汽壓力的增大，煙絲填充值整體上均呈變大的趨勢.

2.2 正交優(yōu)化對煙絲結(jié)構(gòu)的影響

煙絲結(jié)構(gòu)測試結(jié)果見表5.對表5中各試驗(yàn)方案進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表6.由表6可知，三因素對干燥后煙絲整絲率影響的主次順序?yàn)锽>C>A，但三因素對碎絲率的影響并不顯著.HT蒸汽壓力與整絲率的關(guān)系如圖2所示.由圖2可以看出，當(dāng)切絲后含水率為19.5%時，整絲率隨著HT蒸汽壓力的增大而增大;當(dāng)切絲后含水率為21.0%時，整絲率隨著HT蒸汽壓力的增大先增大后減小;當(dāng)切絲后含水率為22.5%時，HT蒸汽壓力對整絲率的影響并不明顯.這可能是因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)，HT蒸汽壓力越大，對煙絲的吸濕效果越好，進(jìn)入滾筒干燥過程中的煙絲造碎越少，但當(dāng)HT蒸汽壓力增大到超過煙絲骨架所能承受的強(qiáng)度時，煙絲的耐加工性會降低，整絲率開始減小.

2.3 正交優(yōu)化對煙絲感官品質(zhì)的影響

工藝參數(shù)與感官指標(biāo)正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果見表7.由表7可知，三因素對煙絲感官品質(zhì)的影響各不相同：對香氣影響的主次順序?yàn)锳>B=C;對諧調(diào)影響的主次順序?yàn)锽>A>C;對雜氣影響的主次順序?yàn)锳>C>B;對刺激性影響的主次順序?yàn)锳>C>B;對余味影響的主次順序?yàn)锽>A>C.綜上可知，三因素對煙絲感官品質(zhì)總體影響的主次順序?yàn)锳>C>B，即在一定試驗(yàn)范圍內(nèi)，HT蒸汽壓力對煙絲填充值和整絲率的影響最大，對感官品質(zhì)的影響最小.因此，在保證較大的煙絲填充值和較小的感官品質(zhì)影響前提下，可設(shè)定HT蒸汽壓力為0.40 MPa，切絲后含水率為21.0%，筒壁溫度為 140 ℃.

2.4 驗(yàn)證結(jié)果分析

將優(yōu)化后的滾筒干燥工藝參數(shù)在生產(chǎn)線上進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果見表8.由表8可知，參數(shù)優(yōu)化前后煙絲的整絲率、碎絲率和感官品質(zhì)得分基本保持一致，其中，煙絲填充值變化顯著（P=0.002<0.05），增大了0.21 cm3/g.統(tǒng)計(jì)該牌號的單箱消耗后發(fā)現(xiàn)，滾筒干燥工藝參數(shù)優(yōu)化后，2020年與2019年同期相比，單箱消耗降低了0.365 kg.

3 結(jié)論

本研究優(yōu)化了滾筒干燥工藝參數(shù)（筒壁溫度、HT蒸汽壓力和切絲后含水率），通過極差分析對上述3個關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行了排序：對干燥后煙絲填充值影響的主次順序?yàn)镠T蒸汽壓力>切絲后含水率>筒壁溫度;對干燥后煙絲結(jié)構(gòu)影響的主次順序?yàn)镠T蒸汽壓力>筒壁溫度>切絲后含水率;對干燥后煙絲感官品質(zhì)影響的主次順序?yàn)榍薪z后含水率>筒壁溫度>HT蒸汽壓力.在一定試驗(yàn)范圍內(nèi)，HT蒸汽壓力對煙絲填充值和整絲率的影響最大，對感官品質(zhì)的影響最小.增大煙絲填充值的最優(yōu)組合為切絲后含水率21.0%，HT蒸汽壓力0.40 MPa，筒壁溫度140 ℃，經(jīng)驗(yàn)證，滾筒干燥工藝參數(shù)優(yōu)化后的煙絲填充值增大了0.21 cm3/g.在實(shí)際生產(chǎn)中，煙絲填充值的改變可能會影響卷煙的物理和化學(xué)性質(zhì)，在今后的研究中，可進(jìn)一步明確制絲工序與卷接工序之間的相關(guān)性，為增加卷煙品質(zhì)穩(wěn)定性提供理論參考和技術(shù)支持.

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收稿日期：2020-04-22

基金項(xiàng)目：山東中煙科技項(xiàng)目（201801001）

作者簡介：徐德龍（1988—），男，河南省洛陽市人，山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠助理工程師，主要研究方向?yàn)橹平z工藝.

通信作者：劉杰（1970—），男，山東省濟(jì)南市人，山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠高級工程師，主要研究方向?yàn)榫頍煿に?