卷煙生產(chǎn)車間混合氣調(diào)及低溫殺蟲技術(shù)研究

張楚安，牛燕麗，王樂軍，劉德強(qiáng)，王 媛，張 龑，劉 勇，尹 鵬，李祥發(fā)

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，武漢 430000；2.武漢東昌倉貯技術(shù)有限公司，武漢 430074）

卷煙生產(chǎn)車間裝有溫濕度和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，夏季溫度控制在（24±2）℃，冬季溫度控制在（22±2）℃，全年相對濕度控制在60%±5%［1］，為煙蟲創(chuàng)造了良好的生存條件［2］。煙草甲（Lasioderma serricorne）是生產(chǎn)車間常見的害蟲，有喜鉆蛀和在黑暗寂靜環(huán)境下活動(dòng)的習(xí)性［3］。在卷煙生產(chǎn)過程中，煙絲煙塵會在設(shè)備內(nèi)部累積，容易滋生煙草甲。當(dāng)部分設(shè)備處于輪休待檢或大修閑置狀態(tài)時(shí)，隱蔽安靜的環(huán)境更加適合煙草甲生產(chǎn)繁殖［4］。

目前卷煙生產(chǎn)車間的煙草甲防治手段主要以物理清潔和化學(xué)防治為主。由于設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物理清潔無法有效拆卸和徹底清潔，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且存在設(shè)備損害風(fēng)險(xiǎn)［5］。由于生產(chǎn)車間粉塵較大，化學(xué)防治所施用的藥劑很快會被塵埃所覆蓋，難以持續(xù)發(fā)揮出效能，且反復(fù)大量使用化學(xué)藥劑會導(dǎo)致害蟲形成更強(qiáng)抗藥性，防治效果逐年下降［6］，同時(shí)化學(xué)藥劑防治還存在較大的安全管控和環(huán)保問題。充氮?dú)庹{(diào)殺蟲技術(shù)雖然可以有效解決以上問題，但目前該技術(shù)主要應(yīng)用于倉庫密封煙垛，且殺蟲所需時(shí)間較長，充氮后需保持1%～2%的氧氣濃度25～40 d 才能達(dá)到100%殺蟲效果［7-9］。煙草甲采用氣門呼吸，開啟氣門呼吸的條件有2 種，即體內(nèi)氧氣濃度過低和體內(nèi)二氧化碳濃度過高［10］。在充氮降氧后再充入二氧化碳，能夠使煙草甲快速開啟氣門并刺激呼吸，使其快速吸入低氧氣體窒息，以達(dá)到快速殺蟲的目的［11，12］。

低溫對煙草甲有很好的防治效果，研究結(jié)果表明，各蟲態(tài)煙草甲耐低溫的順序從高到低依次是幼蟲、成蟲、卵。-20 ℃處理，各蟲態(tài)煙草甲死亡率都為100%；-10 ℃低溫條件下，處理1 h 以上，煙草甲卵和成蟲全部死亡，處理72 h 以上，煙草甲幼蟲全部死亡；5 ℃處理72 h 以上，煙草甲卵不再孵化，5 ℃處理20 d 不能使煙草甲幼蟲和成蟲完全致死，但影響幼蟲化蛹和成蟲產(chǎn)卵。各溫度處理中煙草甲幼蟲最終羽化率為0，成蟲單雌產(chǎn)卵量為0。0、5 ℃卵最高孵化率均為41.67%。對照中幼蟲最終羽化率為77%，卵最終孵化率為52%。因此，溫度低于-20 ℃及以下時(shí)，能夠快速（30～60 min）殺滅煙草甲各個(gè)蟲態(tài)；溫度為-15～5 ℃，通過延長處理時(shí)間，能夠有效殺滅煙草甲各個(gè)蟲態(tài)［13］。

成品煙絲在暫存過程中，受外界環(huán)境溫濕度、氧氣和煙蟲等因素影響，一方面存在理化性質(zhì)變化導(dǎo)致煙絲質(zhì)量指標(biāo)超出產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面存在煙絲生蟲導(dǎo)致污染浪費(fèi)產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。煙絲充氮儲存方式理論上能達(dá)到減小、避免上述風(fēng)險(xiǎn)及有利于煙絲長期儲存的目的，因此，擬進(jìn)行庫存成品煙絲長期充氮儲存試驗(yàn)，檢測分析煙絲充氮儲存過程中產(chǎn)品質(zhì)量變化的情況，驗(yàn)證煙絲充氮儲存是否對煙絲產(chǎn)生負(fù)面影響及煙絲充氮長期儲存的方式是否適用。

干冰清洗技術(shù)以顆粒狀的干冰作為清洗介質(zhì)，通過壓縮空氣將干冰微粒高速噴向被清洗物表面，使被清洗物表面的污垢冷凍至脆化并爆裂。通常，干冰顆粒溫度低至-50 ℃以下，利用這一成熟技術(shù)和營造的低溫條件，本研究采用干冰清洗機(jī)針對卷煙生產(chǎn)車間蟲源隱患點(diǎn)進(jìn)行處理，驗(yàn)證低溫防蟲的效果。

本研究在卷煙生產(chǎn)設(shè)備閑置期同時(shí)采用充氮?dú)庹{(diào)、混合氣調(diào)（N2、CO2）及低溫殺蟲3 種殺蟲技術(shù)，對防蟲效果進(jìn)行對比試驗(yàn)與效果評價(jià)，旨在為卷煙生產(chǎn)車間閑置設(shè)備的煙蟲防治提供合適、高效的防蟲技術(shù)，解決卷煙生產(chǎn)車間閑置設(shè)備防蟲難題。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)閑置設(shè)備選取的是武漢卷煙廠卷接包車間的2 個(gè)卷接機(jī)臺。

試驗(yàn)用蟲為煙草甲成蟲和幼蟲，由武漢東昌倉貯技術(shù)有限公司提供。

試驗(yàn)設(shè)備有移動(dòng)式制氮機(jī)（雙工制氮SG-20A型）、干冰清洗機(jī)（凱馳干冰清洗機(jī)IB 7/40 型）。

1.2 方法

1.2.1 混合氣調(diào)殺蟲效果研究

1）實(shí)驗(yàn)室條件下混合氣調(diào)殺蟲效果驗(yàn)證。挑選實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)煙草甲成蟲及蟲卵，分別置于密封袋內(nèi)，向密封袋內(nèi)分別充入不同濃度氮?dú)饧岸趸細(xì)怏w，維持3、6、9、12、15、18 d，處理完畢取出蟲樣培養(yǎng)1 個(gè)月，觀察蟲樣死亡情況。

2）車間現(xiàn)場混合氣調(diào)殺蟲效果驗(yàn)證。

①設(shè)備密封。a.部分?jǐn)嚅_密封：斷開環(huán)境除塵、送絲管道與機(jī)臺連接處，斷開主線盒內(nèi)部線路與機(jī)臺的連接處，斷開線盒旁除塵管道與機(jī)臺的連接處、斷開卷包機(jī)與卸盤機(jī)連接橋架連接處等，使用發(fā)泡膠和防火泥對機(jī)臺無法拆卸的電器線盒進(jìn)行封堵。b.完全斷開密封：在部分?jǐn)嚅_密封處理基礎(chǔ)上，將機(jī)臺電器線盒完全斷開進(jìn)行密封處理。c.設(shè)備雙層密封：根據(jù)設(shè)備的大小制作內(nèi)襯帳幕，如圖1 所示，內(nèi)層帳幕按照設(shè)備的形狀制作，帳幕尺寸在設(shè)備尺寸的基礎(chǔ)上，長寬各增加20 cm，高增加50 cm，帳幕盡量貼合設(shè)備；根據(jù)機(jī)臺尺寸搭建外層帳幕框架，框架由鋁合金骨架拼接而成，連接采用鎖扣固定，組裝完成后框架整體穩(wěn)固；外層帳幕覆蓋在框架外，長寬各增加40 cm，高增加100 cm?，F(xiàn)場整體布局及效果如圖2 所示。

圖1 帳幕密封示意

圖2 現(xiàn)場布局及效果

②氣調(diào)作業(yè)。充氮?dú)庹{(diào)操作流程：a.將制氮機(jī)進(jìn)出風(fēng)口與密封帳幕進(jìn)出封口使用軟管連接，打開充氮?dú)夤艿篱y門。b.將負(fù)壓抽風(fēng)管與外層帳幕連接，開啟負(fù)壓，維持雙層帳幕之間負(fù)壓新風(fēng)，確保周邊環(huán)境安全。c.開啟制氮機(jī)進(jìn)行內(nèi)層薄膜帳幕充氮?dú)?，采用循環(huán)脫氧方式，降低內(nèi)層密封帳幕內(nèi)氧氣濃度。d.重復(fù)方式b、c，使用手持式氧氣檢測儀對密封帳幕內(nèi)氧氣濃度進(jìn)行檢測，使內(nèi)層薄膜內(nèi)氧氣濃度降至2%。

混合氣調(diào)（N2、CO2）操作流程：a 至d 與充氮?dú)庹{(diào)操作流程相同。e.將10 kg 干冰放入內(nèi)層帳幕，等待干冰自然汽化。

③蟲樣制作與檢查。分別挑選20 頭煙草甲成蟲和幼蟲，置于盛有小麥胚芽、面粉和成品煙絲的玻璃培養(yǎng)瓶內(nèi)。用紗網(wǎng)封口，保持瓶內(nèi)、外的空氣流通和溫濕度一致。一共制作8 瓶蟲樣，充氮?dú)庹{(diào)試驗(yàn)組的內(nèi)層帳幕放置4 個(gè)，混合氣調(diào)試驗(yàn)組內(nèi)層帳幕放置4 個(gè)，分別在氧氣濃度穩(wěn)定降至2%后的5、10、15、20 d 取出1 瓶蟲樣，記錄煙草甲成蟲與幼蟲的死亡情況。

1.2.2 充氮?dú)⑾x對煙絲品質(zhì)的影響研究 成品煙絲按外運(yùn)膨絲方式裝箱，裝箱后密封充氮并長期儲存。將試驗(yàn)煙絲按外運(yùn)膨絲方式裝箱、碼垛、垛內(nèi)密封充氮存放60 d。按上述試驗(yàn)，驗(yàn)證供試煙絲生蟲情況及煙絲物理結(jié)構(gòu)、填充值、含水率、化學(xué)指標(biāo)，檢測煙支物理、化學(xué)指標(biāo)及煙支含水率，并組織感官質(zhì)量評吸，綜合判定產(chǎn)品質(zhì)量及試驗(yàn)結(jié)果。

1.2.3 低溫殺蟲效果研究

1）不同處理時(shí)長低溫殺蟲效果。采用金屬盒裝煙草甲蟲樣，利用干冰清洗機(jī)對蟲樣進(jìn)行直接處理，分別處理5、10、30 min，觀察蟲樣死亡情況。

2）卷煙生產(chǎn)車間低溫殺蟲效果。采用干冰清洗機(jī)針對卷包車間VE 底座腹腔、裝盤機(jī)底座腹腔、除麻除塊電機(jī)與振篩旁板夾縫、提升機(jī)爬釘縫隙等，每周處理1 次，針對各蟲源隱患點(diǎn)采用誘捕器加掛及現(xiàn)場蟲源隱患排查，檢測低溫殺蟲效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合氣調(diào)殺蟲效果

2.1.1 實(shí)驗(yàn)室條件下混合氣調(diào)殺蟲效果 從表2 可以看出，單一充氮?dú)⑾x處理，在氧氣濃度2%以下時(shí)，處理12 d 可完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵；在氧氣濃度為2%～5%時(shí)，處理18 d 仍無法完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵。在添加少量（5%）二氧化碳的情況下，在氧氣濃度2%以下時(shí)，處理3 d 即可完全殺滅煙草甲成蟲（蟲卵需9 d）；在氧氣濃度為2%～5%時(shí)，處理9 d 可完全殺滅煙草甲成蟲（蟲卵需18 d）。在添加較高濃度（10%～15%）二氧化碳的情況下，在氧氣濃度2%以下時(shí)，處理6 d 可完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵；在氧氣濃度為2%～5%時(shí)，處理12 d 可完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵。

2.1.2 車間現(xiàn)場混合氣調(diào)殺蟲效果

1）卷包車間溫濕度變化。由圖3 可以看出，試驗(yàn)期間，卷包車間的室內(nèi)溫度維持在25～27 ℃，室內(nèi)相對濕度維持在55%～65%。此環(huán)境條件適宜煙草甲成蟲和幼蟲的生長繁殖。

2）不同密封方式帳幕內(nèi)氧氣濃度維持情況。由圖4 可以看出，采用部分?jǐn)嚅_的密封方式，垛內(nèi)氧氣濃度無法降低至目標(biāo)值2%以下，具有較大殺蟲失敗風(fēng)險(xiǎn)；采用完全斷開方式，垛內(nèi)氧氣濃度可以較好地維持在2%以下。因此，建議卷煙生產(chǎn)車間充氮?dú)⑾x時(shí)，需要將設(shè)備進(jìn)行完全斷開，以保證更好的密封條件，確保殺蟲質(zhì)量。

圖4 不同密封方式垛內(nèi)氧氣濃度變化

3）帳幕內(nèi)氣體濃度變化。由圖5 可知，整個(gè)試驗(yàn)期間，2 個(gè)試驗(yàn)組的內(nèi)外層帳幕之間氧氣濃度均為21%，說明內(nèi)層帳幕氣密性良好，沒有明顯的氣體泄露。充氮?dú)庹{(diào)試驗(yàn)組和混合氣調(diào)試驗(yàn)組的內(nèi)層帳幕氧氣濃度均在2 d 后降至2%以下，且后續(xù)充氮?dú)庹{(diào)試驗(yàn)組沒有進(jìn)行充氮，氧氣濃度維持在1.5%～1.6%；混合氣調(diào)試驗(yàn)組沒有進(jìn)行充氮，但加入干冰后，二氧化碳濃度在4 d 內(nèi)逐漸上升，最高升至17.2%，隨后逐漸降低，最終降至8.0%，氧氣濃度同步表現(xiàn)為先降低至1.0%，再緩慢升至1.2%。說明干冰氣化后的二氧化碳可以使帳幕內(nèi)氧氣濃度進(jìn)一步降低。

圖5 內(nèi)層帳幕氣體濃度變化

4）殺蟲效果對比。由表3 可知，充氮?dú)庹{(diào)試驗(yàn)組的成蟲在10～15 d 全部死亡，幼蟲在15～20 d 全部死亡；混合氣調(diào)試驗(yàn)組的成蟲和幼蟲均在5～10 d 全部死亡。說明混合氣調(diào)（N2、CO2）的殺蟲效果優(yōu)于充氮?dú)庹{(diào)。

2.2 充氮?dú)⑾x對煙絲品質(zhì)的影響研究

2.2.1 物理性質(zhì)分析

1）煙絲質(zhì)量指標(biāo)分析。由表4 可知，煙絲經(jīng)過60 d 充氮后，煙絲質(zhì)量各指標(biāo)（長絲率、短絲率、整絲率、碎絲率、填充值）均無明顯影響，煙絲含水率有略微降低（表層較中心煙絲水分低），但屬于正常煙絲水分。

2）煙支物理指標(biāo)分析。由表5 可知，煙支各物理指標(biāo)（質(zhì)量、總通風(fēng)率、硬度、開放吸阻、圓周）無明顯變化，均在正常指標(biāo)范圍內(nèi)，煙支狀態(tài)正常。

3）煙支含水率。由表6 可知，試驗(yàn)前后煙支含水率無明顯變化，屬于正常范圍以內(nèi)。

2.2.2 化學(xué)成分分析

1）常規(guī)化學(xué)成分分析。由表7 可知，充氮前后煙絲常規(guī)化學(xué)成分無明顯變化。隨儲存時(shí)間的延長，總糖含量略微降低，但較對照樣品好；總煙堿量有所上升，較對照上升多；氯、鉀含量無明顯變化。

2）煙氣分析。通過對主流煙氣檢測和評價(jià)（表8）可以看出，試驗(yàn)煙絲煙氣無明顯變化。煙氣煙堿量稍降低，焦油量稍上升，一氧化碳含量稍上升，依據(jù)GB 5606.5，判定主流煙氣結(jié)果合格。

2.2.3 評吸結(jié)果分析 對試驗(yàn)煙絲充氮儲存2 個(gè)月后卷制的煙支感官質(zhì)量變化情況進(jìn)行差異性評價(jià)，采用三點(diǎn)評吸法，對比評價(jià)煙絲充氮后煙支與未充氮煙支感官質(zhì)量（同一批煙絲）。由評吸情況（表9）可以看出，15 名評吸員中，12 人評價(jià)樣品間無差異，3 人評價(jià)有差異；在有差異的樣本中，評價(jià)充氮后煙支質(zhì)量變好的1 人，變差的1 人，無差異的1 人。

2.3 低溫殺蟲效果研究

2.3.1 不同處理時(shí)長低溫殺蟲效果 由表10 可知，采用干冰清洗機(jī)處理蟲樣，處理時(shí)間較短（1 min）的情況下，由于蟲樣內(nèi)部溫度仍較高，無法達(dá)到殺滅效果；采用處理時(shí)長較長（≥5 min），可使蟲樣內(nèi)溫度降低至-38 ℃以下，能夠?qū)崿F(xiàn)對煙草甲成蟲和幼蟲的殺滅效果。

表1 不同濃度充氮及充氮+二氧化碳?xì)⑾x處理

表3 兩種氣調(diào)技術(shù)的殺蟲效果對比

表4 煙絲質(zhì)量指標(biāo)檢測情況

表5 煙支物理指標(biāo)檢測情況

表6 煙支含水率檢測情況（單位：%）

表7 常規(guī)化學(xué)成分檢測

表9 評吸結(jié)果

表10 不同處理時(shí)長蟲樣死亡情況

2.3.2 卷煙生產(chǎn)車間低溫殺蟲效果 由表11 可知，對照組蟲源隱患點(diǎn)均出現(xiàn)不同程度蟲情反復(fù)現(xiàn)象；針對A 線提升機(jī)、A 線除麻機(jī)采用持續(xù)性低溫處理，未出現(xiàn)蟲情反復(fù)情況；針對卷包機(jī)105 VE 底座、105裝盤機(jī)底座采用持續(xù)性低溫處理，仍然出現(xiàn)蟲情反復(fù)現(xiàn)象。

表11 低溫處理蟲情檢查結(jié)果

3 小結(jié)與討論

通過混合氣調(diào)殺蟲研究，卷煙生產(chǎn)設(shè)備在溫度為25～27 ℃、相對濕度為55%～65%的環(huán)境條件下，充氮?dú)庹{(diào)需要20 d 才能殺死煙草甲成蟲和幼蟲，混合氣調(diào)（N2、CO2）只需要10 d 即可完全殺死煙草甲成蟲和幼蟲。本研究得出綜合結(jié)論如下。

1）針對卷煙生產(chǎn)車間開展充氮?dú)⑾x，宜將設(shè)備進(jìn)行完全斷開密封，確保充氮?dú)⑾x氣密性及殺蟲效果。

2）開展充氮?dú)⑾x，宜將氧氣濃度維持在2%以下，方可確保針對煙蟲具有徹底的殺滅效果。

3）在時(shí)間不充裕的情況下，為縮短充氮?dú)⑾x時(shí)長，宜在垛內(nèi)投入適當(dāng)比例（10%以上）二氧化碳，可將充氮?dú)⑾x周期縮短至10 d 以內(nèi)。

4）煙絲通過60 d充氮處理，煙絲物理、化學(xué)、評吸均無較明顯影響，充氮?dú)⑾x對煙絲品質(zhì)無明顯影響。

有研究表明，1%氧氣濃度對煙草甲的殺蟲效果明顯優(yōu)于1.5%［14，15］，但本研究中，帳幕內(nèi)氧氣濃度降至1.5%后，制氮設(shè)備很難在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)降低氧氣濃度，針對制氮效率更高、可將帳幕內(nèi)氧氣濃度降低至1%以下的制氮設(shè)備，或采用二氧化碳進(jìn)一步降低氧氣濃度至1%及以下，仍需開展一定的研究工作。

10%～20%的二氧化碳濃度可以刺激煙草甲開啟氣門，使其呼吸速率加倍，對氧氣的需求更大。更高濃度的二氧化碳會對昆蟲產(chǎn)生麻痹作用，這可能更有利于殺蟲，也可能是昆蟲的自我保護(hù)機(jī)制［16］，有待進(jìn)一步研究。同時(shí)，高濃度的二氧化碳生產(chǎn)成本和調(diào)控難度均會增加［17］。因此，混合氣調(diào)（N2、CO2）殺蟲技術(shù)可以滿足卷煙生產(chǎn)車間閑置設(shè)備的殺蟲需求，是一項(xiàng)綠色、高效、低成本的殺蟲技術(shù)。

低溫殺蟲研究表明，采用低溫處理，能夠?qū)崿F(xiàn)對部分蟲源隱患點(diǎn)防蟲治理效果；卷接機(jī)VE 底座、裝盤機(jī)底座腹腔可能因孔洞較多，干冰氣體無法完全充斥整個(gè)腹腔，導(dǎo)致不能完全實(shí)現(xiàn)對空腔內(nèi)的整體降溫效果，因此導(dǎo)致低溫殺蟲效果不佳。針對卷煙生產(chǎn)車間能夠采用干冰清洗機(jī)進(jìn)行直接降溫處理的蟲源隱患點(diǎn)，每周落實(shí)1 個(gè)頻次干冰反復(fù)低溫殺蟲作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫防蟲目的。