提高CO2膨脹煙絲內在質量的技術研究

崔 偉李洪濤王海濱蔣光偉楊曉東

（1.山東中煙工業有限責任公司技術中心，山東 青島 266101；2.山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500）

提高CO2膨脹煙絲內在質量的技術研究

崔 偉1李洪濤1王海濱2蔣光偉1楊曉東1

（1.山東中煙工業有限責任公司技術中心，山東 青島 266101；2.山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500）

為了提高CO2膨脹煙絲的內在質量，采用正交試驗設計法分析膨脹熱端工藝（氣體溫度、氣體風速、蒸汽流量）對膨脹煙絲內在質量的影響；根據熱端優化結果，分析來料煙絲水分、浸漬時間對膨脹煙絲內在質量影響。結果表明：在試驗范圍內，來料煙絲水分22.0%、浸漬時間80s、工藝氣體溫度240℃時，膨脹煙絲內在質量最佳，應用到配方中，感官質量明顯提高。因此，較低的工藝氣體溫度，較低的來料煙絲水分、較短的浸漬時間對膨脹煙絲的內在質量是有利的。

CO2膨脹煙絲；膨脹率；蒸汽流量；煙氣；降焦

CO2膨脹煙絲的膨脹率較高，加入到卷煙產品后對增加煙支的填充率、降低焦油都有一定的作用，還可以拓寬煙葉的使用范圍，這些特點已基本得到中國同行的認同［1］。但CO2膨脹煙絲經過多年應用，發現其降焦減害作用沒有充分發揮，在配方中攙兌比例達不到一定的比值，降焦效果不明顯；攙兌比例上去后，對卷煙吸味有不利影響。分析認為，影響膨脹煙絲使用量的主要原因是，膨脹煙絲在膨脹過程中致香成分損失較大，吸味平淡，香氣量嚴重不足，內在質量差，限制了其在卷煙中的使用范圍和比例，以至膨脹煙絲不能在降焦減害工作中充分發揮作用，膨脹煙絲的經濟效益不能得到充分體現［2］。

因此，本試驗擬采用正交試驗的方法，對CO2膨脹熱端的工藝氣體溫度、工藝氣體風速、蒸汽流量進行優化，降低膨脹工藝氣體溫度，對膨脹煙絲的內在質量進行評價。根據熱端優化結果，對來料煙絲浸漬水分、時間進行試驗，確定較佳的浸漬參數，達到保證煙絲膨脹率的適當提高、減少膨脹煙絲香氣損失、提高膨脹煙絲內在質量的目的［3］。

1 材料與方法

1.1 材料

膨脹煙絲：A類，青州卷煙廠；

配方葉絲、梗絲、香料：泰山（軟八喜），青州卷煙廠。

1.2 試驗設備

填充儀：DD60A，德國Borwalt公司；

煙絲振動分選篩：YQ－2，鄭州煙草研究院；

干燥箱：FD115，德國Binder公司；

電子天平：AB104－N，上海第二天平儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 熱端試驗設計 采用正交試驗方法，把高溫膨脹過程中的工藝氣體溫度、氣流風速和蒸汽流量3個工藝參數作為試驗因素，按照3因子3水平選取正交表L9（34）進行試驗［4］。將膨脹煙絲樣品應用到泰山（軟八喜）配方中，并進行內在質量評價。根據預試驗結果，建立因素水平表（如表1所示），用Minitab軟件進行數據分析，包括方差分析、主效應分析等［5］。

表1 試驗因素與水平Table 1 Experimental factors and levels

1.3.2 來料煙絲水分、浸漬時間試驗 根據1.3.1熱端參數試驗結果，對不同的來料煙絲水分、浸漬時間進行試驗，將膨脹煙絲樣品應用到泰山（軟八喜）配方中，卷制樣品對內在質量進行評價，確定適宜的參數。

1.3.3 評價方法

（1）感官質量評價：依據文獻［6］，以記分和定量描述的形式對試驗樣品進行評價。

（2）填充值、含水率及煙絲結構測定：試驗正常后，在二次回潮出口取樣，按文獻［7～9］的要求進行測定。

（3）卷煙樣品的主流煙氣成分：按文獻［10～12］的方法進行測定。

1.3.4 工藝參數優化前后內在質量對比測試 為驗證和評價熱端工藝參數、來料煙絲水分、浸漬時間優化前后膨脹煙絲內在加工質量，用優化后的參數生產膨脹煙絲，應用到產品中，對比分析感官質量、主流煙氣指標。

2 結果與分析

2.1 熱端參數優化試驗結果

試驗組合及試驗測試結果見表2。

2.1.1 熱端工藝參數對膨脹煙絲內在質量的影響 由表2可知，工藝氣體溫度的變化對感官質量的影響較大，其次是蒸汽流量，工藝氣體風速的變化對感官質量的影響較小。

為了分析各因素對感官質量指標的顯著差別，對數據進行方差分析，見表3。

由表3可知，在顯著性水平0.05上，工藝氣體溫度是顯著的，工藝氣體風速是不顯著的；在顯著性水平0.1上，蒸汽流量是顯著的。因此，工藝氣體溫度對膨脹煙絲內在質量影響最為顯著，其次為蒸汽流量，而工藝氣體風速對膨脹煙絲內在質量影響不明顯。

由于感官質量得分為望大值，隨著工藝氣體溫度的降低，感官質量有提高的趨勢，工藝氣體溫度為240℃時，感官質量最佳；隨著蒸汽流量的增大，感官質量也有所提高，但影響較小，蒸汽流量為680kg/h時，感官質量較佳，最佳試驗方案應為A1B2C3。

表2 正交試驗設計與結果Table 2 The results and analysis of orthogonal experiment design

表3 因素對感官質量指標的方差分析表Table 3 Variance analysis of factors to sensory quality indexes

2.1.2 熱端工藝參數對膨脹煙絲物理指標的影響 對于膨脹煙絲填充值指標，從表3中極差R的數據來看，工藝氣體溫度的變化對其影響較大，其次是工藝氣體風速，蒸汽流量影響較小。隨著工藝氣體溫度的降低和風速的增大，填充值呈下降趨勢，由于填充值為望大指標，最佳試驗組合應為A3B1C3。

對于膨脹煙絲整絲率指標，從表3中極差R的數據來看，工藝氣體溫度的變化對其影響較大，其次是工藝氣體風速，蒸汽流量影響較小。隨著工藝氣體溫度的降低，整絲率呈上升趨勢；隨工藝氣體風速增大，整絲率呈下降趨勢，由于整絲率為望大指標，最佳試驗組合應為A1B1C3。

2.1.3 最優熱端參數的確定 依據上述分析，較低的工藝氣體溫度，對膨脹煙絲內在質量提高最為明顯，綜合考慮膨脹煙絲填充值、整絲率指標，確定最優的熱端參數：工藝氣體溫度240℃、工藝氣體風速32m/s、蒸汽流量680kg/h。

2.2 來料煙絲水分、浸漬時間對膨脹煙絲內在質量的影響

2.2.1 來料煙絲水分對內在質量的影響 來料煙絲水分對膨脹煙絲內在質量的影響見表4。由表4可知，較低的來料水分對膨脹煙絲感官質量是有利的，在試驗范圍內，來料煙絲水分在22.0%時，膨脹煙絲的內在質量最好。而較高的來料煙絲水分對膨脹后煙絲填充值、整絲率是有利的。

2.2.2 浸漬時間對內在質量的影響 浸漬時間對膨脹煙絲內在質量的影響見表5。由表5可知，隨著浸漬時間的增加，膨脹煙絲的感官質量呈下降趨勢，在試驗范圍內，浸漬時間為80s時，膨脹煙絲的內在質量最好。

2.2.3 最優參數的確定 依據上述分析，較低的來料水分和浸漬時間對膨脹煙絲感官質量是有利的，綜合考慮膨脹煙絲填充值、整絲率指標，確定來料水分為22.0%、浸漬時間為80s。

2.3 參數優化后的生產驗證

按照確定的優化參數，來料水分為22.0%、浸漬時間為80s、工藝氣體溫度240℃、工藝氣體風速32m/s、蒸汽流量680kg/h，其它工藝條件按照正常生產要求執行，生產A類膨脹煙絲，并攙兌到泰山（軟八喜）（內摻20%）配方中，與正常生產產品進行內在質量對比評價。

由表6～8可知，參數優化后，膨脹煙絲填充值降低只有0.24cm3/g，整絲率提高了2.9%，應用到泰山（軟八喜）配方中，評吸結果表明樣品比正品的香氣質好、香氣量充足，煙氣細膩、柔和，感觀質量得分提高了1.6分，內在質量提高較為明顯；煙氣分析結果顯示，參數優化后，主流煙氣焦油、煙堿、CO量的變化不明顯。

表4 來料煙絲水分試驗結果Table 4 Experiment results of incoming cut tobacco moisture

表5 浸漬時間試驗結果Table 5 Experiment results of dipping time

表6 生產驗證結果Table 6 Verification results of Production

表7 感官質量對比Table 7 Contrast of sensory quality

表8 煙氣分析結果Table 8 Analysis results of smoke

因此，在試驗范圍內，來料煙絲水分為22.0%、浸漬時間為80s、工藝氣體溫度為240℃、蒸汽流量為680kg/h時，膨脹煙絲內在質量最佳，應用到配方中，可改善卷煙香氣質、提高煙氣香氣量，使煙氣更細膩、柔和，感官質量明顯提高。

3 結論

通過對CO2膨脹線工藝參數進行優化，從主要工藝參數的變化對膨脹煙絲內在質量及膨脹效果的分析可以看出，工藝氣體溫度是影響膨脹煙絲內在質量的顯著因素，降低工藝氣體溫度，可以提高膨脹煙絲內在質量；蒸汽流量對內在質量也有一定影響，較大的蒸汽流量對內在質量是有利的；而較低的來料煙絲水分、較短的浸漬時間對膨脹煙絲的內在質量是有利的。

由于240℃低溫膨脹條件下的膨脹煙絲內在質量較好，被成功應用到了高檔牌號泰山（樂章）的改造中，取得了較好效果，擴大了膨脹煙絲在高檔品牌的應用，提高了膨脹煙絲使用價值，充分發揮了膨脹煙絲在降焦減害方面的作用。

1 張志剛.570kg/h CO2葉絲膨脹線工藝技術系統研究［J］.中國煙草科學，2004（1）：14～17.

2 倪克平.提高二氧化碳膨脹煙絲加工質量及可用性研究［D］.鄭州：河南農業大學，2008.

3 資文華，王粗，番紹軍，等.干冰膨脹煙絲加工過程參數優化研究［J］.煙草科技，2008（1）：8～11.

4 李云雁.試驗設計與數據處理［M］.北京：化學工業出版社，2005：124～153.

5 上海質量管理科學研究院.六西格瑪實施技巧［M］.北京：中國標準出版社，2007：213～220.

6 全國煙草標準化技術委員會.GB 5606.4——2005卷煙 第4部分：感官技術要求［S］.北京：中國標準出版社，2005.

7 全國煙草標準化技術委員會.YC/T 31——1996煙草及煙草制品水分的測定－烘箱法［S］.北京：中國標準出版社，1996.

8 全國煙草標準化技術委員會.YC/T 178——2003煙絲整絲率、碎絲率的測定方法［S］.北京：中國標準出版社，2003.

9 秦錢浩.卷煙工藝測試與分析大綱［M］.成都：四川大學出版社，2004：9～28.

10 全國煙草標準化技術委員會.GB/T 19609——2004卷煙 用常用分析用吸煙機測定總粒相物和焦油［S］.北京：中國標準出版社，2004.

11 全國煙草標準化技術委員會.YC/T 30——1996卷煙 煙氣氣相中一氧化碳的測定－非散射紅外法［S］.北京：中國標準出版社，1996.

12 全國煙草標準化技術委員會.YC/T 156——2001卷煙 總粒相中煙堿的測定－氣相色譜法［S］.北京：中國標準出版社，2001.

Technology research on improving sensory quality of expanded tobacco by carbon dioxide

CUI Wei1LI Hong－tao1WANGHai－bin2JIANG Guang－wei1YANG Xiao－dong1

（1.Technology Center of China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd，Qingdao，Shandong266101，China；2.Qingzhou Cigarette Factory of China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd，Qingzhou，Shandong262500，China）

In order to improve sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide，by using orthogonal design，the effects of process gas temperature，process gas velocity and steam flow on sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide were studied；based on the optimization results，the effects were studied of incoming cut tobacco moisture and impregnation time on sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide.The results suggested that，within the experimental range，incoming cut tobacco moisture 22.0%，impregnation time 80sand process gas temperature 240℃，the sensory quality was best.After applying to blend，the sensory quality was improved significantly.Consequently，the lower process gas temperature was favorable to improving expanded cut tobacco by Carbon Dioxide，the lower incoming cut tobacco moisture and the short impregnation time were favorable to improving expanded cut tobacco by Carbon Dioxide.

expanded cut tobacco by Carbon Dioxide；expansion rate；steam flow；smoke；reducing tar

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.05.057

崔偉（1976－），女，山東中煙工業有限責任公司工程師。E－mail：cuiwei3471＠126.com

2012－06－30