滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲物理特性研究

高輝，何邦華，朱勇，蔣舉興，錢啟福，方志坤，劉澤，邱昌桂

1 云南瑞升煙草技術（集團）有限公司，云南省昆明市高新開發區海源北路1699號 650106；

2 云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南省昆明市五華區紅錦路367號 650231

制造技術

滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲物理特性研究

高輝1，何邦華2，朱勇2，蔣舉興2，錢啟福2，方志坤2，劉澤2，邱昌桂1

1 云南瑞升煙草技術（集團）有限公司，云南省昆明市高新開發區海源北路1699號 650106；

2 云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南省昆明市五華區紅錦路367號 650231

為探索滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲與正常煙絲品質差異的判定方法，考察了干頭干尾煙絲整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度等物理指標的變化趨勢，并基于上述物理指標對不同含水率的煙絲樣品進行系統聚類分析，最后通過感官質量評吸對聚類分析結果進行驗證。結果表明：①干頭干尾煙絲的整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度均與含水率存在明顯的相關性。②以含水率8.72%～9.46%為聚類分界點，不同含水率的煙絲樣品可分為兩類。③含水率≤8.72%的干頭干尾煙絲與正常水分煙絲的整體感官質量存在顯著差異。綜合物理指標分析及感官質量驗證結果，干頭干尾煙絲與正常煙絲品質差異的含水率臨界點應在9.00%左右。

干頭干尾煙絲；含水率；物理指標；聚類分析；感官質量

滾筒烘絲工序在生產開始和結束時由于煙絲量較少，而烘絲機滾筒熱容較大，造成大量的干頭干尾煙絲，這些煙絲在后序加工過程中造碎率較高，從而對煙絲結構、感官品質和單箱耗葉等指標產生較大影響[1]。2003版《卷煙工藝規范》中明確規定每批干頭干尾量不超過0.6%[2]。最大限度地減少葉絲干燥過程中的干頭干尾量，是企業提質降耗的重要工作之一。近幾年，國內煙草行業在降低葉絲干燥過程中的干頭干尾量方面進行了大量研究[3-5]。但對滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲物理特性變化的研究鮮有報道。

本文通過對滾筒烘絲過程干頭干尾煙絲整絲率、整絲率變化率、堆密度、表觀密度及感官質量的變化情況進行深入研究，界定干頭干尾煙絲品質變化的含水率臨界點，為干頭干尾煙絲的分類處理提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、設備與儀器

昆明卷煙廠“云煙”某規格卷煙滾筒烘絲配方模塊煙絲；正己烷（分析純）。

KLD-2Z型滾筒烘絲機（德國HAUNI公司）；FED-400可編程熱風循環烘箱（德國BINDER公司）；AB204-S型電子天平（感量：0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）；KBF 540恒溫恒濕箱（德國BINDER公司）；YQ-2型煙絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）；YQ-32型碎絲機；臺式掃描電子顯微鏡（FEI Phenom公司）。

1.2 方法

1.2.1 干頭干尾煙絲取樣及制備

（1）“干頭”煙絲取樣

從滾筒烘絲設備進入生產狀態流出煙絲開始取樣，每間隔10 s取樣1500 g，直至烘絲工序出料在線水分儀顯示穩定（水分儀含水率顯示值為（12.5±0.5）%）。然后按行業標準YC/T 31-1996[6]規定的方法測定煙絲含水率，并從中篩選出不同含水率的樣品做好標識待檢。

（2）“干尾”煙絲取樣

從滾筒烘絲設備進入收尾狀態開始取樣，每間隔10 s取樣1500 g，直至滾筒烘絲設備生產結束。然后按行業標準YC/T 31-1996規定的方法測定煙絲含水率，并從中篩選出不同含水率的樣品做好標識待檢。

（3）正常生產煙絲取樣

在滾筒烘絲設備進入正常穩定狀態開始取樣，每間隔60 s取樣500 g，共取樣5次，對樣品均勻混合后形成2.5 kg的樣本做好標識待檢。

1.2.2 煙絲結構測定

按照行業標準YC/T 178-2003的方法對煙絲整絲率進行測定[7]；按照2003版《卷煙工藝規范》中的方法對煙絲整絲率變化率進行測定[2]。

1.2.3 煙絲堆密度測定

利用500 mL燒杯作為測量器具，分別對1.2.1中所取的不同含水率的煙絲樣品進行堆密度測定。測量前將每份樣品混勻，盡量避免人為造碎，自然快速取放，不得掐壓，器具盛滿為止，不考慮物料下陷和添加，直接稱重，連續測量3 次，取平均值。

1.2.4 煙絲表觀密度測定

參照文獻[8]中的方法測定不同含水率煙絲樣品的表觀密度。

1.2.5 “干頭干尾”煙絲樣品感官質量評價

按照《卷煙工藝測試與分析大綱》制定的方法，采用同一卷煙材料制備感官質量評價樣品[9]。由9名評吸人員組成評吸小組，采用三點檢驗法和對比評吸法[10]對不同含水率的干頭干尾煙絲樣品進行評價。

1.2.6 數據分析

以整絲率、整絲率變化率、堆密度和表觀密度為變量，使用Between-groups linkage對不同含水率的干頭干尾煙絲樣品進行系統聚類分析。

2 結果與討論

2.1 干頭干尾過程煙絲整絲率變化趨勢

干頭干尾過程煙絲整絲率隨含水率變化趨勢如圖1和圖2所示。

圖1 干頭階段煙絲整絲率變化趨勢Fig.1 Trend of whole cut rate of over-dried cut tobacco during starting stage

圖2 干尾階段煙絲整絲率變化趨勢Fig.2 Trend of whole cut rate of over-dried cut tobacco during finishing stage

煙絲整絲率是評價卷煙煙絲物理特性的重要指標，直接反映制絲加工質量的優劣[11]，而且對卷煙的煙支重量、吸阻、端部落絲量等質量指標也有顯著影響[12-13]。2003版《卷煙工藝規范》中對干燥后煙絲的整絲率有明確要求（整絲率≥80%）[2]。從圖1和圖2可知，煙絲整絲率與含水率存在較強的相關性。在干頭階段，煙絲整絲率隨著含水率的增加呈增加趨勢，當煙絲含水率約為10.00%時，整絲率基本達到穩定狀態，約為82.0%；干尾階段，隨著煙絲含水率的降低，整絲率呈下降趨勢，特別是當煙絲含水率小于10.00%時，整絲率逐漸下降。

2.2 干頭干尾過程煙絲整絲率變化率變化趨勢

干頭干尾過程煙絲整絲率變化率隨含水率變化趨勢如圖3和圖4所示。

圖3 干頭階段煙絲整絲率變化率Fig.3 Changing ratio of whole cut rate of over-dried cut tobacco during starting stage

圖4 干尾階段煙絲整絲率變化率Fig.4 Changing ratio of whole cut rate of over-dried cut tobacco during finishing stage

整絲率變化率是反映煙絲耐加工性能的指標，整絲率變化率越高，表明煙絲的抗破碎性越強[11]。此外，整絲率變化率是影響煙支空頭率的主要因素，在一定條件下，整絲率變化率每提高1%，可使煙支空頭率降低約0.2%[14]。從圖3和圖4可知，當干頭煙絲、干尾煙絲含水率＜6.00%時，煙絲整絲率變化率較低且無明顯變化。當含水率＞6.00%時，整絲率變化率隨含水率的升高而增加，當含水率達到約12.00%之后，煙絲整絲率變化率整體趨于穩定。含水率從8.00%到12.00%這個區間，整絲率變化率變化較為劇烈。

2.3 干頭干尾過程煙絲堆密度變化趨勢

干頭干尾階段煙絲堆密度變化情況如圖5和圖6所示。

圖5 干頭階段煙絲堆密度變化趨勢Fig.5 Bulk density trend of over-dried cut tobacco during starting stage

圖6 干尾階段煙絲堆密度變化趨勢Fig.6 Bulk density trend of over-dried cut tobacco during finishing stage

堆密度是反應煙絲填充性能的指標之一。對煙絲物料，其填充值實際上即為特定載荷條件下的堆密度倒數。從圖5和圖6可以看出，干頭階段，隨著煙絲含水率的增加，煙絲堆密度逐漸減小，當煙絲含水率達到9.50%左右后，堆密度隨著煙絲含水率的繼續增加呈緩慢升高趨勢；干尾階段，隨著煙絲含水率的降低，堆密度逐漸減小，當煙絲水分下降到9.50%左右后，堆密度隨著煙絲含水率的繼續降低呈現升高趨勢。

在料頭和料尾階段，由于煙絲含水率過低，受到外力作用極易破碎，導致碎絲率較高，煙絲間空隙率較小，因此堆密度測定值較大；隨著含水率增加，碎絲率降低，整絲率增加，煙絲間空隙率增大，堆密度逐漸減小，直到含水率達到9.50%左右，一直保持這個趨勢，在煙絲含水率從2.00%～9.50%這個區間，煙絲結構對堆密度的影響起主要作用；從2.1的分析結果可知，在正常烘絲過程中，干燥后煙絲含水率達到約10.00%時，整絲率趨于穩定，此時，煙絲含水率對堆密度起主要作用，因此當煙絲含水率≥10.00%時，堆密度隨著含水率的升高而增加，但增加較緩慢。

2.4 干頭干尾過程煙絲表觀密度變化趨勢

干頭干尾階段煙絲干基表觀密度（去除煙絲水分）變化情況如圖7和圖8所示。

圖7 干頭階段煙絲表觀密度變化趨勢Fig.7 Apparent density trend of over-dried cut tobacco during starting stage

圖8 干尾階段煙絲表觀密度變化趨勢Fig.8 Apparent density trend of over-dried cut tobacco during finishing stage

煙絲表觀密度是指單位體積煙絲的質量。煙絲體積包括煙絲骨架體積和內部孔隙體積。表觀密度是反應煙絲膨脹效果的重要指標。由圖7和圖8可以看出，在干頭階段，隨著煙絲含水率的增加，煙絲表觀密度逐漸減小，當煙絲含水率增加到約10.00%時，表觀密度達到最小值并趨于穩定；干尾階段，當煙絲含水率下降到10.00%左右后，表觀密度隨著煙絲含水率的降低，表觀密度逐漸增大。

從上述分析可知，在滾筒烘絲過程的干頭和干尾階段，煙絲干基表觀密度與煙絲含水率存在一定的負相關。在干頭和干尾階段，滾筒容積率較小，烘絲強度相對較大，導致煙絲水分散失速率較快，且水分散失量較大，此時的煙絲微觀結構發生劇烈變化，骨架受損，煙絲表面出現皺縮塌陷現象（圖9和圖10）。因此，該階段的煙絲骨架體積相對較小，表觀密度較大，且極易破碎。滾筒容積率穩定的狀態下，即干燥后煙絲含水率為（12.5±0.5）%時，煙絲表觀密度最小，煙絲膨脹效果最佳[15]。

圖9 煙絲截面電鏡圖（1000×）Fig.9 Electron micrograph of tobacco section(1000×)

圖10 煙絲表面電鏡圖（500×）Fig.10 Electron micrograph of tobacco surface(500×)

2.5 聚類分析

以16個不同含水率煙絲樣品（包括正常水分煙絲和干頭干尾煙絲）的整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度為指標進行聚類分析結果見圖11，距離計算方法為平方Euclidean。

由圖11可知，不同含水率的煙絲樣品總體可分為兩大類，第1類含水率為9.46%～12.61%，第2類含水率為5.33%～8.72%，表明烘后煙絲綜合物理指標的臨界點所對應的含水率應在9.00%左右。

圖11 不同含水率煙絲物理指標系統聚類圖Fig.11 Clustering dendrogramof physical properties of cut tobacco at different moisture rates

2.6 干頭干尾過程煙絲感官質量分析

2.6.1 不同含水率干頭干尾煙絲樣品三點檢驗

從不同含水率干頭煙絲樣品（含水率分別為11.52%、9.46%、8.36%和5.65%）與正常生產樣品（對照樣品，煙絲含水率為（12.5±0.5）%）的感官質量三點法檢驗結果（見表1）可以看出，對照樣品的感官質量與含水率為8.36%和5.65%的干頭樣品存在顯著性差異。

表1 不同含水率干頭樣品感官質量的三點法檢驗結果Tab.1 Test results of sensory evaluation of over-dried cut tobacco at different moisture rates during starting stage by three point method

從不同含水率干尾煙絲樣品（含水率分別為11.64%、9.52%、8.72%和5.33%）與正常生產樣品（對照樣品，煙絲含水率為（12.5±0.5）%）感官質量的三點檢驗結果（見表2）可以看出，對照樣品的感官質量與含水率為8.72%和5.33%干尾樣品存在顯著性差異。味等方面進行感官評價。

表2 不同含水率干尾樣品感官質量的三點法檢驗結果Tab.2 Test results of sensory evaluation of over-dried cut tobacco at different moisture rates during finishing stage by three point method

不同含水率干頭煙絲樣品評吸結果見表3。可以看出，含水率為8.36%的樣品在細膩程度、刺激性、干燥感和干凈程度等指標上有所下降；含水率為5.65%的樣品在香氣質、雜氣、細膩程度、刺激性、干燥感和干凈程度等指標上有所下降。

干頭煙絲、干尾煙絲感官質量的三點法檢驗結果表明，正常水分煙絲樣品的感官質量與含水率小于9.00%的煙絲樣品存在顯著性差異，與物理指標的聚類分析結果相吻合。

2.6.2 不同含水率干頭干尾煙絲樣品對比評吸

對感官存在顯著差異的樣品，從香氣質、香氣量、雜氣、勁頭、濃度、細膩程度、刺激性、干燥感和余

表3 不同含水率干頭煙絲樣品感官質量變化趨勢Tab.3 Sensory quality changes of over-dried cut tobacco at different moisture rates during starting stage

表4 不同含水率干尾煙絲樣品感官質量變化趨勢Tab.4 Sensory quality changes of over-dried cut tobacco at different moisture rates during finishing stage

不同含水率干尾煙絲樣品評吸結果見表4。可以看出，含水率為8.72%的樣品在香氣量、刺激性、干燥感和干凈程度方面有所下降；含水率為5.33%的樣品在香氣質、香氣量、細膩程度、刺激性、干燥感和干凈程度等方面均有所下降。

3 結論

（1）通過滾筒烘絲過程中干頭煙絲、干尾煙絲物理指標的變化趨勢分析，干頭煙絲、干尾煙絲的整絲率、整絲率變化率、堆密度及表觀密度隨含水率的變化均呈現規律性變化趨勢。干頭煙絲、干尾煙絲物理指標的聚類分析結果顯示，16個不同含水率的煙絲樣品總體可分為兩大類，第一類含水率為9.46%～12.61%，第二類含水率為5.33%～8.72%。

（2）三點法檢驗結果顯示，含水率為5.33%～8.72%的干頭干尾煙絲與正常水分煙絲的整體感官質量均存在顯著性差異。對比法檢驗結果顯示，這些差異主要體現在煙氣的細膩程度、刺激性、干燥感及干凈程度等感官指標上。綜合分析三點法、對比法檢驗結果，干頭干尾煙絲與正常煙絲品質差異的含水率臨界點應在9.00%左右。

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Study on physical property of over-dried cut tobacco during starting andfinishing stages of drying process

GAO Hui1，HE Banghua2，ZHU Yong2，JIANG Juxing2，QIAN Qifu2，FANG Zhikun2，LIU Ze2，QIU Changgui1
1 Yunnan Reascend Tobacco Technology(Group)Co.,Ltd.,Kunming 650106,China;
2 Technology Centre,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Kunming 650231,China

Physical indexes such as whole cut rate,its changing ratio,bulk density and apparent density were investigated to determine industrial availability of over-dried cut tobaccos with different moisture contents.Cluster analysis was used to analyze data and sensory evaluation was also carried out to verify outcomes.Results showed that:① Whole cut rate,its changing ratio,bulk density,apparent density were highly correlated with moisture content.②Cut tobacco samples with different moisture contents could be clustered into two categories with cut-off point of 8.72%～9.46% moisture content.③Overall sensory quality of over-dried cut tobacco with moisture content lower than 8.72% was significantly different from normal cut tobacco.The quality-concerned critical moisture content for overdried cut tobacco was about 9.00% .

over-dried cut tobacco; moisture content; physical indicators; cluster analysis; sensory quality

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.05.006

TS452.3 文獻標志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）05-0031-07

云南中煙工業有限責任公司技術中心資助項目 “卷煙生產工藝質量評價體系的建立”（合同號：HYHH2012GY02）和“多級加料技術在云煙系列品牌中的應用研究”（ 合同號：HYHH2012CP05）

高輝（1986—），碩士，工程師，主要從事煙草工藝技術研究，Email:gaohui6699@163.com

劉澤（1982—），碩士，工程師，主要從事煙草工藝技術研究，Tel：0871-65869578，Email:lliuze82@126.com

2014-02-20