基于不同投料模式的打葉復烤投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化控制研究

宋照凱，李彥周，張長安

（1. 黑龍江煙草工業(yè)有限責任公司原料管理部，黑龍江哈爾濱 150001；2.天昌國際煙草有限責任公司 技術(shù)中心，河南 許昌 450002）

打葉復烤作為煙草行業(yè)原料供應(yīng)的上游環(huán)節(jié)，其功能不再僅僅是梗葉分離、復烤干燥，而是要延伸至原料特性研究、模塊化配方、參數(shù)化控制、信息化生產(chǎn)、智能化制造、均質(zhì)化加工等技術(shù)的研究和應(yīng)用。打葉復烤環(huán)節(jié)作為影響卷煙產(chǎn)品品質(zhì)均勻性的重要因素之一，其產(chǎn)品的均勻性是指片煙產(chǎn)品品質(zhì)的一致性、穩(wěn)定性，應(yīng)包括外觀、內(nèi)在、化學特性等所有煙葉品質(zhì)要素的一致性、穩(wěn)定性，越來越被卷煙工業(yè)企業(yè)關(guān)注[1-3]。卷煙工業(yè)大品牌戰(zhàn)略的加速推進對煙葉原料的均勻穩(wěn)定提出了更高的要求，打葉復烤均質(zhì)化成為行業(yè)重點品牌持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在需求，對卷煙產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性具有重要影響[4]。當前，復烤企業(yè)多采用模塊配方打葉模式，以人工鋪葉投料對多等級、小批量煙葉進行混配加工，自動化水平低，工藝控制能力較弱，配方精準度和均質(zhì)化水平亟待提升。以自動化精準配方投料為研究對象，考查不同投料模式對原料均質(zhì)化（煙堿CV 值和感官品質(zhì)） 的影響，通過對當前投料模式下提升均質(zhì)化控制能力進行探索研究，并對原料煙堿數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的平庫預(yù)混投料模式、投料環(huán)節(jié)精細化控制能力提供有力支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備和儀器

材料：2021 年許昌C3F。

設(shè)備：1 條設(shè)計產(chǎn)能為6 000 kg/h 的打葉復烤生產(chǎn)線，自動化精準配方投料設(shè)備及定制煙筐（詳見專利CN211003636U 和CN211983752U）[5]。

儀器：Nicolet Summit 型傅里葉變換近紅外光譜儀，美國賽默飛世爾科技（Thermo Scientific） 公司產(chǎn)品；FED240 型電熱烘箱，德國Binder 公司產(chǎn)品；CSM-III 型旋風磨（帶40 目網(wǎng)篩），上海度柯自動化科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 取樣方法

在皮帶匯總處，每隔2 h 橫截面取樣1 次，每次3 kg，共取3 d，一共36 個樣品。

1.2.2 化學成分近紅外檢測方法

將煙葉樣品剔除煙梗，經(jīng)切絲、混勻后采用四分法獲取檢測樣品，將檢測樣品置于40 ℃烘箱中，干燥至含水率為6%~10%；將煙葉樣品放入旋風磨中研磨，過分樣篩后制成煙末樣品，置于20~25 ℃環(huán)境下平衡約4 h，取約16 g 煙樣, 裝入石英杯中，用280 g 的“圖章”形壓樣器壓平杯中樣品后, 放到光譜儀器臺上掃描[6]。近紅外儀器檢測參數(shù)如下：波數(shù)分辨率8 cm-1，間隔4 cm-1，掃描次數(shù)72 次，波數(shù)范圍4 000~10 000 cm-1，測定煙葉中煙堿、總糖含量。

1.2.3 感官品質(zhì)評價方法

按1.2.1 方法取樣3 kg，手工去梗、切絲，混合均勻后采用四分法選取感官評吸所需煙絲，然后制作成標準煙，置于溫度22 ℃，濕度60%恒溫恒濕箱中平衡48 h，由7 名專業(yè)評吸人員進行感官品質(zhì)評價。

1.2.4 感官品質(zhì)的量化評價方法

采用天昌公司《原煙質(zhì)量評價規(guī)程》中的量化評價方法，品質(zhì)特征各指標得分按照表1 指標權(quán)重計算品質(zhì)的特征得分。

表1 品質(zhì)特征指標權(quán)重（Yi）

式中：P——感官品質(zhì)特征得分；

Xi——第i個感官品質(zhì)指標得分；

Yi——第i個感官品質(zhì)指標權(quán)重值。

品質(zhì)特征指標權(quán)重（Yi） 見表1。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 17.0 進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工鋪葉投料模式對投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化的影響

根據(jù)原煙來料煙堿高、中、低3 個梯度設(shè)置人工鋪葉16 個臺位的比例，在投料皮帶匯總處形成完整的原煙配方，待生產(chǎn)運行0.5 h 后各參數(shù)穩(wěn)定，在皮帶匯總處每2 h 橫截面取樣1 次，進行實驗室制絲、卷制、感官質(zhì)量評價及煙堿含量的測定。

人工投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量見表2，原煙感官品質(zhì)及煙堿含量均勻性描述統(tǒng)計見表3。

表2 人工投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量

表3 原煙感官品質(zhì)及煙堿含量均勻性描述統(tǒng)計

感官品質(zhì)指標是配方模塊形成過程中的最終檢驗、判斷和配方調(diào)整的依據(jù)，是判斷模塊配方是否達到混配目標或工業(yè)企業(yè)需求目標的最重要指標之一[7]。由表2 和表3 可知，人工鋪葉臺投料模式下，不同時間段樣品感官品質(zhì)具有一定的波動性，其中感官品質(zhì)指標CV 值波動性最大的是余味，余味CV值8.74%，波動性最小是干燥感。從感官指標CV 值來看，人工鋪葉臺投料對感官品質(zhì)指標影響較大，煙堿CV 值14.92，也反映出人工鋪葉臺投料模式下配方精準性的欠缺。主要原因可能是人工投料的隨機性和隨意性造成配方最小周期的配方比例誤差，尤其是工人夜班后精力不集中，人工誤差引起原煙配方比例不精確，缺乏可控性，直接影響感官品質(zhì)的穩(wěn)定性。

2.2 自動化精準投料對投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化的影響

為了保證正常生產(chǎn)流量，按照來料煙堿高、中、低設(shè)置合適的投料比例，輸入6 臺自動投料機的運行系統(tǒng)， 系統(tǒng)運行0.5 h 后生產(chǎn)流量穩(wěn)定取樣、實驗室制樣、評吸及煙堿含量測定。

自動精準投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量見表4，原煙感官品質(zhì)及煙堿均勻性描述統(tǒng)計見表5。

表4 自動精準投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量

表5 原煙感官品質(zhì)及煙堿均勻性描述統(tǒng)計

由表4 和表5 可知，襄縣C3F 在來料前按煙堿高、中、低3 個梯度形成自動化精準配方投料均質(zhì)化配比方案，經(jīng)過自動化精準投料后不同時間段樣品感官品質(zhì)有所區(qū)別，由表5 可知，采用自動精準投料模式下，煙堿CV 值11.77，原煙感官品質(zhì)各指標變異系數(shù)均小于4%，各指標穩(wěn)定性較好，也反映了自動化精準投料模式運行下，投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化效果較好。

2.3 人工鋪葉投料與自動化精準投料兩種模式下投料環(huán)節(jié)原料均質(zhì)化的比較

2 種模式下品質(zhì)特征權(quán)重總分見表6，配方模塊感官品質(zhì)均勻性描述統(tǒng)計見表7，2 種模式下成對樣本檢驗見表8。

表6 2 種模式下品質(zhì)特征權(quán)重總分

表7 配方模塊感官品質(zhì)均勻性描述統(tǒng)計

表8 2 種模式下成對樣本檢驗

為了更好地體現(xiàn)對投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化的影響，按照方法1.2.4 計算原煙品質(zhì)特征得分，由表7 可知，人工鋪葉臺投料模塊配方品質(zhì)特征得分CV 值4.39，自動化精準投料模塊配方品質(zhì)特征得分CV 值2.72。采用SPSS17.0[8]對2 組數(shù)據(jù)進行配對樣本T檢驗處理，2 種模式下模塊配方感官品質(zhì)具有顯著性差異。人工鋪葉投料模式下投料環(huán)節(jié)煙堿CV 值14.92，自動化精準配方投料模式下投料環(huán)節(jié)煙堿CV 值11.77，煙堿CV 值下降了21.11%。綜上所述，自動化精準投料模式投料環(huán)節(jié)配方模塊均質(zhì)化效果明顯優(yōu)于人工鋪葉臺投料。

2.4 “雙循環(huán)”投料模式對模塊配方均質(zhì)化的影響研究

為了更進一步提升配方模塊投料環(huán)節(jié)的均質(zhì)化效果，在自動化精準投料模式研究的基礎(chǔ)上，提出了“雙循環(huán)”投料模式，即人工鋪葉投料+自動精準投料，其技術(shù)原理為：“循環(huán)一”是人工鋪葉臺把單等級煙葉按配方比例形成全配方的模式，“循環(huán)二”是“循環(huán)一”形成的全配方模塊運用自動化精準投料再次混配的模式，進一步提升模塊配方投料的精準性、均勻性。為了明確“雙循環(huán)”投料模式下對模塊配方的均質(zhì)化的影響，采用常規(guī)人工鋪葉投料+自動化精準投料模式進行投料，其中鋪葉臺16 工位，自動化精準投料臺位6 臺，按1.2.1 和1.2.2方法規(guī)定取樣、磨粉、煙堿含量測定。

“雙循環(huán)”模式樣品煙堿含量見表9，3 種模式配方模塊煙堿變異系數(shù)對比見表10。

表9 “雙循環(huán)”模式樣品煙堿含量

表10 3 種模式配方模塊煙堿變異系數(shù)對比

由表10 可知，“雙循環(huán)”模式投料時，配方模塊煙葉煙堿變異系數(shù)由常規(guī)模式的14.92%下降到8.95%，變異系數(shù)下降幅度為40.01%。相較于自動化精準投料時，煙堿變異系數(shù)11.77%下降到8.95%，變異系數(shù)下降幅度為23.96%說明配方模塊經(jīng)過“雙循環(huán)”模式投料，投料環(huán)節(jié)煙葉煙堿相較于常規(guī)模式、自動化精準投料模式投料更加趨于一致，有效滿足卷煙品牌發(fā)展和產(chǎn)品創(chuàng)新對打葉復烤片煙的均勻性和穩(wěn)定性的原料需求。

3 結(jié)論

原煙打葉復烤加工過程中原煙來料的煙堿變異系數(shù)通常是從24%~30%下降到成品的2%~5%，下降最顯著的是配方投料工序，貢獻率為40%~50%。由于投料環(huán)節(jié)是為后工序提供原料，鋪葉后物料斷面的配方完整性是影響整體配方均質(zhì)化水平的主要因素，此投料環(huán)節(jié)對均質(zhì)化貢獻度也是有一定的限度，后續(xù)加工過程中一潤、二潤、葉梗分離、儲葉柜、復烤加工等工序的均質(zhì)化調(diào)控，從而達到批內(nèi)、批間加工過程中的煙堿、感官品質(zhì)的過程穩(wěn)定性。

通過對打葉復烤投料環(huán)節(jié)不同投料模式對配方模塊均質(zhì)化的影響研究，“雙循環(huán)”投料模式煙堿CV 值相較于人工鋪葉投料下降40.01%，相較于自動化精準投料下降了23.96%，“雙循環(huán)”投料模式配方模塊感官評吸品質(zhì)的均勻與穩(wěn)定，提高了煙葉間的混合均勻度，消除了煙葉原料間的品質(zhì)差異，保證配方模塊的穩(wěn)定性和一致性，提升成品品質(zhì)，為卷煙品牌創(chuàng)新發(fā)展提供有力的原料保障。