貯絲環(huán)境工藝參數(shù)的優(yōu)化

孫東亮,秦日倫,韓 勇,程顯智,米 強(qiáng)

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠,濟(jì)南市高新區(qū)新區(qū)科航路2006號(hào) 250104

煙絲含水率是影響卷煙卷接包工藝損耗及吸味質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1]。除僅生產(chǎn)單牌號(hào)規(guī)格的卷煙企業(yè)可以制定針對(duì)特定品牌規(guī)格的煙絲貯存環(huán)境外[2],一般情況下各廠不同類別、價(jià)位的煙絲都是以貯柜方式貯存在同一環(huán)境中。但由于不同價(jià)類的煙絲葉組配方、梗絲摻配比例、膨脹絲摻配比例等方面的固有差異[3],其吸濕、脫濕性能存在較大差異,造成煙絲貯存后的平衡含水率往往發(fā)生較大變化,不利于煙絲質(zhì)量的穩(wěn)定。特別是近年來(lái)隨著品牌合作加工的發(fā)展,輸出方與輸入方的煙絲貯存環(huán)境之間存在差異往往在所難免。因此,開(kāi)展環(huán)境條件參數(shù)的優(yōu)化研究,不但有利于穩(wěn)定煙絲平衡含水率,也有利于消解合作加工雙方煙絲貯存工藝標(biāo)準(zhǔn)間的沖突,提高合作加工的水平。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

A牌號(hào)煙絲(五價(jià)類烤煙)、B牌號(hào)煙絲(三價(jià)類烤煙)、C牌號(hào)煙絲(一價(jià)類烤煙)。

S W-M-60電子秤(南京聯(lián)宇計(jì)量有限公司),PR-3K調(diào)溫調(diào)濕箱(日本愛(ài)斯佩克公司),DHG-9623干燥箱(上海精宏設(shè)備公司),M P4000電子天平(感量:0.001g,上海第四天平儀器廠),400 mm×600 mm鋁盤(pán)(自制)。

1.2 方法

在A、B、C牌號(hào)制絲生產(chǎn)時(shí)的加香機(jī)出口各取煙絲20 kg,堆放在環(huán)境條件為(22±2)℃、(62±5)%RH的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室48 h以上,使其初始含水率平衡在(12.5±0.3)%范圍內(nèi),以消除實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中各牌號(hào)煙絲含水率之間的差異。以環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度為試驗(yàn)因素,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及能耗控制確定每因素的3水平分別為:24℃,26℃,28℃和52%,58%,64%,采用正交設(shè)計(jì)表L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[3]。將試驗(yàn)前后煙絲的含水率變化值△T作為試驗(yàn)的響應(yīng)指標(biāo)。

采用搖號(hào)法隨機(jī)選擇實(shí)際試驗(yàn)順序。依次按照試驗(yàn)順序,設(shè)置調(diào)溫調(diào)濕箱的溫度、相對(duì)濕度,并預(yù)平衡4 h以上,以保證調(diào)溫調(diào)濕箱內(nèi)環(huán)境條件完全達(dá)到設(shè)定條件。取各牌號(hào)煙絲各500 g,用烘箱法[4]測(cè)量每牌號(hào)煙絲的初始含水率T0。剩余樣品分別放入鋁盤(pán)內(nèi),同時(shí)置入預(yù)平衡后的調(diào)溫調(diào)濕箱8 h,以模擬煙絲貯存過(guò)程。從烘箱內(nèi)取出各牌號(hào)煙絲,用烘箱法[4]檢測(cè)貯存后各牌號(hào)煙絲的平衡含水率T。計(jì)算其含水率的變化值△T,△T=T-T0。

2 結(jié)果與討論

2.1 方差分析

煙絲貯存期間含水率變化正交試驗(yàn)結(jié)果以及直觀分析、方差分析見(jiàn)表1。表1方差分析結(jié)果表明,溫度、相對(duì)濕度的交互作用對(duì)各牌號(hào)煙絲含水率變化值的影響均不顯著。因此,將交互作用一并列入誤差項(xiàng),以更準(zhǔn)確地考察各環(huán)境因素對(duì)煙絲含水率變化的影響P值。重新計(jì)算的各因素P值見(jiàn)表2。

由表2可知,在試驗(yàn)范圍內(nèi),①相對(duì)濕度對(duì)各牌號(hào)煙絲的含水率變化均具有極顯著的影響;溫度對(duì)各牌號(hào)煙絲含水率變化的影響未達(dá)到顯著水平,均為弱顯著。②相對(duì)濕度對(duì)不同牌號(hào)煙絲含水率的影響大于溫度的影響。這是因?yàn)闊熃z雖然屬毛細(xì)管多孔性物質(zhì),內(nèi)表面很大,且含有親水膠體,具有良好的吸濕性[5]。但當(dāng)環(huán)境溫度不變而相對(duì)濕度出現(xiàn)變化時(shí),由于煙絲本身的蒸汽分壓保持不變,空氣蒸汽分壓的變化直接作用于煙絲表面,煙絲就會(huì)在內(nèi)外蒸汽分壓壓差的作用下吸濕或解濕,直至內(nèi)外蒸汽分壓達(dá)到平衡,其含水率自然會(huì)產(chǎn)生顯著變化;而當(dāng)環(huán)境溫度改變而相對(duì)濕度不變時(shí),此時(shí)空氣蒸汽分壓雖隨溫度的升降而增減,煙絲溫度也會(huì)同步升降。而煙絲的溫度升降會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部蒸汽分壓的增減。由于煙絲蒸汽分壓與空氣蒸汽分壓的變化方向一致,抵消部分蒸汽分壓差,因而煙絲含水率變化表現(xiàn)不夠顯著。③溫度、相對(duì)濕度兩因素對(duì)不同牌號(hào)的煙絲含水率影響程度的順序一致,均為A牌號(hào)煙絲>B牌號(hào)煙絲>C牌號(hào)煙絲。即煙絲含水率變化受環(huán)境因素影響的程度與煙絲牌號(hào)的價(jià)類成負(fù)相關(guān),煙絲牌號(hào)的價(jià)類越高,受環(huán)境因素影響越小;煙絲牌號(hào)價(jià)類越低,受環(huán)境因素的影響越明顯。這可以從其配方組成和煙葉原料的性質(zhì)來(lái)分析討論。煙葉的吸濕性與其可溶性糖含量及煙葉內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)[6]。質(zhì)量好的煙葉,組織結(jié)構(gòu)疏松,彈性好,可溶性糖含量較高,保潤(rùn)能力好,因此受環(huán)境條件變化的影響小;而質(zhì)量差的煙葉或煙梗,結(jié)構(gòu)緊密,可溶性糖含量少,纖維素含量高,吸濕能力雖強(qiáng),但保潤(rùn)性差,因此受環(huán)境條件的影響較大。A,B,C 3種不同價(jià)類的煙絲,由于其價(jià)類不同,其配方組份中的煙葉等級(jí)呈逐漸增高、梗絲摻配比例呈逐步減少的特點(diǎn),因而溫度、相對(duì)濕度對(duì)各牌號(hào)含水率影響程度為A牌號(hào)煙絲>B牌號(hào)煙絲>C牌號(hào)煙絲。

表1 正交試驗(yàn)方案以及方差分析結(jié)果

2.2 環(huán)境條件的優(yōu)化

煙絲貯存環(huán)境最優(yōu)條件的選擇,是以煙絲在貯存期間能保持其含水率指標(biāo)的穩(wěn)定為前提。因此,對(duì)單牌號(hào)煙絲而言,當(dāng)某一水平含水率均值的絕對(duì)值|k|最小時(shí),其對(duì)應(yīng)的因素水平就是最優(yōu)水平;在多牌號(hào)煙絲共存時(shí),如各牌號(hào)煙絲的優(yōu)化結(jié)果間存在沖突,則應(yīng)遵從“重點(diǎn)牌號(hào)優(yōu)先”和“少數(shù)服從多數(shù)”的平衡優(yōu)化原則。

從表1直觀分析結(jié)果可知,①相對(duì)濕度為58%時(shí),A,B,C牌號(hào)煙絲的|k2|均為最小值,因此將58%作為貯絲房濕度條件的最佳優(yōu)化結(jié)果;②溫度因素的直觀分析結(jié)果中,B,C兩牌號(hào)煙絲的|k2|最小,而A牌號(hào)煙絲的|k1|最小,優(yōu)化結(jié)果存在煙絲牌號(hào)間的沖突。按照平衡優(yōu)化的基本原則,考慮到A牌號(hào)價(jià)位較低,消費(fèi)者對(duì)其品質(zhì)的關(guān)注程度相對(duì)平和,因此選擇26℃作為貯絲房溫度的優(yōu)化結(jié)果。最終選擇的貯絲房環(huán)境溫濕度優(yōu)化方案為26℃,RH 58%。

2.3 優(yōu)化方案的驗(yàn)證

為驗(yàn)證貯絲房環(huán)境優(yōu)化方案(26℃,RH 58%)下各牌號(hào)煙絲的貯存效果,以(28℃,RH 64%)為對(duì)照方案,對(duì)實(shí)驗(yàn)室剩余3個(gè)牌號(hào)的煙絲進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。將每牌號(hào)煙絲在兩個(gè)貯存環(huán)境中分別貯存8 h。貯存后的煙絲平衡含水率按烘箱法[4]進(jìn)行重復(fù)檢驗(yàn)5次,結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,①在優(yōu)化后的貯存環(huán)境(26℃,RH 58%)下,各牌號(hào)煙絲含水率均控制在設(shè)計(jì)范圍(12.5%±0.5%)內(nèi),沒(méi)有不合格點(diǎn);而在對(duì)照貯存環(huán)境(28℃,RH 64%)下,各牌號(hào)煙絲含水率均存在不合格點(diǎn);②從平均值看,在優(yōu)化后的貯存環(huán)境下,3牌號(hào)煙絲含水率偏離設(shè)計(jì)中心(12.5%)均≤0.2%,其中B,C牌號(hào)煙絲含水率的偏離程度要小于A牌號(hào)煙絲;而在對(duì)照貯存環(huán)境下,各牌號(hào)煙絲含水率偏離產(chǎn)品設(shè)計(jì)值≥0.36%,其中B,C牌號(hào)煙絲含水率的均值高出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上限,嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)中心。因此,可以判定選定的貯存環(huán)境方案對(duì)各牌號(hào)煙絲含水率的控制效果優(yōu)于對(duì)照貯存環(huán)境方案。

對(duì)表3進(jìn)行雙因素方差分析[8],結(jié)果見(jiàn)表4。表4表明,①煙絲的平衡含水率差異與牌號(hào)因素相關(guān)顯著,與環(huán)境方案因素相關(guān)極顯著;煙絲平衡含水率差異受環(huán)境方案的影響大于品牌因素。②煙絲牌號(hào)和環(huán)境方案之間不存在交互作用。

表2 第Ⅲ列做誤差處理后方差分析結(jié)果(P值)

表3 貯存環(huán)境對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果

表4 貯存環(huán)境對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果的雙因素方差分析

3 結(jié)論與討論

(1)在試驗(yàn)范圍內(nèi),相對(duì)濕度是影響煙絲含水率的關(guān)鍵因素,達(dá)到極顯著水平,而溫度對(duì)煙絲的含水率影響不夠顯著,遠(yuǎn)小于環(huán)境濕度對(duì)煙絲含水率的影響;溫度、相對(duì)濕度之間的交互作用對(duì)煙絲含水率變化的影響不顯著;煙絲含水率變化受環(huán)境溫濕度影響程度與煙絲牌號(hào)的價(jià)類成負(fù)相關(guān),煙絲牌號(hào)的價(jià)類越高,受環(huán)境溫濕度的影響越小。

(2)優(yōu)化后的環(huán)境條件方案為溫度26℃,相對(duì)濕度58%,經(jīng)過(guò)對(duì)照試驗(yàn)表明該方案是可靠的。

(3)本試驗(yàn)以同一廠不同價(jià)類煙絲為研究對(duì)象,旨在提供一種貯絲房環(huán)境溫濕度工藝參數(shù)平衡優(yōu)化的方法,更好地實(shí)現(xiàn)煙絲質(zhì)量的穩(wěn)定。在對(duì)品牌聯(lián)合生產(chǎn)時(shí)企業(yè)間貯絲房標(biāo)準(zhǔn)的差異進(jìn)行研究時(shí),其試驗(yàn)對(duì)象為輸出方的煙絲和輸入方自有相近價(jià)類的煙絲牌號(hào),其溫度、濕度的水平設(shè)計(jì)可直接選用雙方規(guī)定的設(shè)計(jì)值,從而使試驗(yàn)變?yōu)?因素2水平試驗(yàn),其正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以采用更簡(jiǎn)潔的L4(23),甚至直接采用雙因素方差分析法,從而簡(jiǎn)化試驗(yàn),提高試驗(yàn)效能。

[1] 孫雯,李雪梅,曾曉鷹,等.煙絲含水率對(duì)卷煙燃吸品質(zhì)、煙氣水分及粒相物揮發(fā)性成分的影響[J].煙草科技,2009(11):33-39.

[2] 王春風(fēng),張溫澤,王彬彬,等.貯絲房溫濕度的優(yōu)化[J].煙草科技,2009(2):21-24.

[3] 資文華,王慧,番紹軍,等.干冰膨脹煙絲加工過(guò)程參數(shù)優(yōu)化研究[J].煙草科技,2008(1):8-11,18.

[4] GB/T 22838.8-2009卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定第8部分:含水率[S].

[5] 王建民,韓明,張相輝,等.烤煙化學(xué)指標(biāo)和平衡含水率間的關(guān)系[J].煙草科技,2011(2):43-46.

[6] 馬林,張相輝,劉強(qiáng),等.煙絲中糖組分含量對(duì)平衡含水率的影響[J].中國(guó)煙草學(xué)報(bào),2010,16(6):10-13.

[7] 孫東亮,米強(qiáng),胡建軍.卷煙卷制質(zhì)量的穩(wěn)定性研究[J].煙草科技,2007(4):9-12.

[8] 孫東亮,王坤明,陳孟起,等.卷煙品牌許可生產(chǎn)質(zhì)量的差異源分析[J].煙草科技,2009(9):5-10.