打葉復烤配方均勻性控制模式研究

楊 凱，陳 清，徐其敏，羅 君，王維妙，趙 權，許 偉，丁子原，曹樂意

1.上海煙草集團有限責任公司技術中心，上海市楊浦區長陽路717號 200082

2.華環國際煙草有限公司，安徽省滁州市鳳陽縣門臺子工業園 233121

隨著煙草行業對卷煙產品控焦降焦力度的加大，卷煙煙氣指標的允差范圍越來越小，對打葉復烤企業提供內在化學成分更加均勻一致的片煙產品的需求顯得日益迫切。目前在打葉復烤中通常以控制好生產過程中的備料、鋪葉擺把以及貯葉等關鍵環節的操作實現配方打葉的均勻性[1]。配方打葉各等級煙葉的混合一般采取兩種混合方式：一種是在配葉工序將整批次各等級煙葉進行有序組合；另一種是在配葉工序后的每一工序和中貯環節將組合后的葉片不斷地進行摻混[2]。近年來，吳昊等[3]研究了獨立配方單元結合LED電子顯示屏配合使用提高投料的精準度。肖明禮等[4]通過鋪葉臺的優化管理與貯柜的有效利用相結合，使成品片煙煙堿含量變異系數降低至6.09%。帥志軍等[5]發明了煙草打葉復烤生產線的箱式配方工藝專利技術來提高成品片煙的均勻性。這些研究多是依據產區、等級、年份按一定比例進行配方，通過改進投料的控制精度來提升均勻性，但結果還是要依靠原料自身均勻程度，存在被動性和調節能力的局限性。煙堿是煙葉的重要質量指標之一，不同部位的煙堿含量和糖含量又呈相關性[6]，其均勻性是卷煙感官質量穩定的基礎。因此，從化學成分的配比方面研究配方均勻性控制模式，即在現有打葉配方的基礎上，以固定數量的原煙為一個單元抽樣檢測煙堿含量，并按煙堿含量的高低進行配比，將打葉復烤后的片煙煙堿含量變異系數控制在合理的范圍，從而實現打葉復烤后的片煙煙堿含量均勻性控制。

1 材料與方法

1.1 材料、設備與儀器

2009年福建C2F，C2L等級烤煙；2010年山東、湖南、江西、安徽4個產區C2F，C2L等級烤煙；2011年安徽、福建、河南、湖南、江西、遼寧、吉林和山東8個產區C2F，C2L等級烤煙。

Armor711在線近紅外光譜儀（德國Carl Zeiss公司）；AntarisⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀（美國Thermo Fisher公司）；AAS-305D連續流動分析儀（美國API公司）；FED115熱風循環烘箱（德國Binder公司）；CSM-I旋風磨（60目網篩，北京一輕研究院研制）；DFS 197粉碎機（上海鼎廣機械設備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗方案

（1）化學成分調節模式控制：配方中的原煙按等級在動態煙葉分選線分選時采用在線近紅外光譜儀檢測其煙堿含量，分選后各等級煙葉以300 kg為單元裝箱并與對應檢測的煙堿含量相匹配。依據原煙煙堿含量的標準偏差和各等級煙葉在配方中的比例，選擇調節能力強的煙葉為調節器煙葉（調節能力=標準偏差×煙葉在配方中的比例）。打葉時各等級煙葉在鋪葉臺按配方比例投料，其中非調節器煙葉按分級的時間順序依次投料，調節器煙葉按與非調節器煙葉煙堿含量相反的順序投料，未使用貯柜。

（2）混合挑選模式控制：原煙按等級以每車為單元堆放。取樣時，從每車分上、中、下沿對角線三點取樣，每點隨機取3包，共9包，開包后從9包中選取有代表性的5包，再從每包中選取1把有代表性的煙把，將所取的5把煙作為單車、單等級的綜合檢測樣，使用實驗室近紅外光譜儀檢測其煙堿含量。分級時，按配方比例和原煙煙堿含量的高低進行配比并在動態煙葉分選線按照標準樣品進行投料分選（即在分選時完成配方配比），并以300 kg為單元裝箱。打葉時，將分選后的煙葉按分選的時間順序投料，未使用貯柜。

（3）組合模式控制：按1.2.1（2）要求堆放原煙、取樣檢測、配比分級，在動態煙葉分選線分選時使用在線近紅外光譜儀檢測其煙堿含量，分選后以300 kg為單元裝箱并與對應檢測的煙堿含量匹配。以煙葉煙堿含量0.2%作為間隔值將分選后煙葉分成若干個區間，將分選后各箱煙葉按其檢測值堆放入各自區間內。打葉時，將分級后的煙葉在鋪葉臺按不同煙葉煙堿含量區間的比例進行高低區間的配比投料，未使用貯柜。

1.2.2 煙堿含量檢測

入庫原料：按等級以每車為單元取樣，將所取樣品除梗后在40℃下干燥至含水率為9%～11%，后經旋風磨（網篩60目）制成所需粉末樣品，并將粉末樣品放置在20～25℃下平衡至少4 h，利用AntarisⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀按文獻［7］中的方法進行煙葉煙堿含量檢測。

挑選后煙葉：使用Armor711在線近紅外光譜儀進行在線實時煙葉煙堿含量檢測。

片煙成品：每等級以50箱為取樣檢測單元，各單元按每5箱取1個樣品合成綜合樣，利用AAS-305D連續流動分析儀按文獻［8］中的方法進行煙堿含量檢測。

AntarisⅡ傅里葉變換型近紅外光譜儀和Armor711在線近紅外光譜儀兩種儀器的煙葉煙堿含量預測值與AAS-305D流動連續分析儀檢測值的平均相對偏差均在5%以內。

1.2.3 評價指標

式中：CV1—相應工序來料煙葉煙堿含量變異系數，CV2—相應工序產品煙葉煙堿含量變異系數。

式中：i，j—分級工序、打葉復烤工序。

2 結果與分析

2.1 化學成分調節模式控制

選取2009年福建產區的配方原料為對象進行化學成分調節模式控制試驗，結果見表1。從表1可以看出：①2009年福建配方分為3個批次加工，片煙煙堿變異系數控制在2.87%～3.60%，3批次的平均片煙煙堿變異系數為3.15%，相比2008年的10.01%，下降了6.86百分點；②配方整體的煙堿變異系數下降度達到77.95%，相比2008年的65.66%，提高了12.29百分點。說明通過化學成分調節模式控制可以提高片煙煙堿的均勻性。

表1 2008，2009年福建產區的煙葉煙堿變異系數 （%）

2.2 混合挑選模式控制

選取2010年安徽、江西、湖南和山東4個產區的配方原料為對象進行混合挑選模式控制試驗，結果見表2。從表2可以看出：①4個產區片煙煙堿變異系數在2.55%～4.88%，平均值為3.64%；相比2008年加工的同產區的片煙煙堿變異系數5.02%和4.64%分別下降了2.47百分點和1.49百分點，效果明顯。②2010年4個產區的平均煙堿變異系數下降度達到76.93%。山東、湖南兩產區的煙堿變異系數下降度均有不同程度提高。說明通過混合挑選模式控制可以提高片煙煙堿的均勻性。

2.3 組合模式控制

2.3.1 試驗產區的煙葉煙堿變異系數

選取2011年安徽、福建、河南、湖南、吉林、江西、遼寧和山東8個產區的配方原料為對象進行組合模式控制試驗，結果見表3～表6。從表3可以看出：①8個產區的平均片煙煙堿變異系數為3.83%，較2010年對應產區配方的4.18%有所提高；②8個產區的平均煙堿變異系數下降度平均值為83.57%，相比2010年對應產區的平均煙堿變異系數下降度提高了4.48百分點。通過組合模式控制對提高片煙煙堿的均勻性效果明顯。

2.3.2 不同工序在降低煙葉煙堿變異系數中的作用

表4是8個產區各個加工批次煙葉煙堿的分析結果。從中可以看出：就各個工序而言，分級工序煙葉煙堿變異系數下降度平均值為54.01%，貢獻度平均值為62.35%；打葉復烤工序煙堿變異系數下降度平均值為32.82%，貢獻度平均值為37.65%。除江西和山東兩產區外其他產區各加工批次分級工序的煙堿變異系數下降度均不同程度高于打葉復烤工序，說明組合模式控制的效果在分級工序已實現。

表2 2009，2010年4個產區的煙葉煙堿變異系數 （%）

表3 2010，2011年8個產區配方的煙葉煙堿變異系數 （%）

表4 2011年不同批次各工序煙葉煙堿變異系數下降度（%）

對原煙煙堿變異系數、分級工序煙堿變異系數下降度、打葉復烤工序煙堿變異系數下降度進行相關性分析，結果見表5。從表5可以看出，分級工序和打葉工序煙堿變異系數下降度與原煙煙堿變異系數存在極顯著相關性，其中分級工序成正相關，打葉工序成負相關。說明原煙煙堿的變異系數越大，分級工序煙堿的變異系數下降度會越大，而打葉工序的下降度相對越小。

表5 原煙煙堿變異系數、分級、打葉復烤兩工序煙堿變異系數下降度相關性分析

將分級、打葉復烤工序對煙葉煙堿變異系數的下降貢獻度進行方差分析，結果見表6。從表6可以看出，就貢獻度而言，分級工序與打葉復烤工序總體存在極顯著關系，且分級工序明顯大于打葉復烤工序。說明對于組合模式，分級工序在整個配方均勻性控制過程中對降低煙葉煙堿的變異系數起到主要作用。

表6 分級、打葉復烤工序對煙葉煙堿變異系數的下降貢獻度的方差分析

3 結論與討論

化學成分調節模式、混合挑選控制模式和組合模式3種控制模式以煙葉化學成分作為參數參與配方，可以將成品片煙煙葉煙堿的變異系數控制在理想的范圍，確保了配方打葉復烤后產品質量的均勻性。3種模式以組合模式的控制能力最強，但操作相對復雜。對于3種控制模式，可根據原料煙堿的變異系數大小、實際生產時的倉庫庫容量、生產組織的方便性等因素綜合考慮，選擇適宜的控制模式。本研究是以煙葉煙堿作為評價指標來考察均勻性控制效果，根據質量關注點的需要，也可以引入其他化學成分或幾個不同化學成分的組合來進行打葉復烤加工時配方內在化學成分質量均勻性的控制。

［1］楊再斌，張其龍.打葉復烤配方加工新模式的探索[C]//中國煙草學會工業專業委員會工藝學組2008年學術研討會論文集.吉林延吉：中國煙草學會，2008.

［3］吳昊，袁振權，穆郡江，等.配方打葉智能化控制系統的運用[J].現代裝飾理論，2011（2）：66-67.

［4］肖明禮，陳越立，尹智華，等.煙葉配方打葉均勻性的研究[J].現代食品科技，2011（6）：684-686.

［5］帥志軍，謝永強，王兆福，等.煙草打葉復烤生產線的箱式配方工藝：中國，201010214125[P].2012-01-11.

［6］于建軍，章新軍，畢慶文，等.烤煙煙葉理化特性對煙氣煙堿、CO、焦油量的影響[J].中國煙草科學，2003（3）：5-8.

［7］張建平，謝雯燕，束茹欣，等.煙草化學成分的近紅外快速定量分析研究[J].煙草科技，1999（3）：37-38.

［8］YC/T 160—2002煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動法[S].