微波膨脹煙梗二次切絲工藝參數研究

鄒泉，廖曉祥*，趙云川，盧永宏，陳冉，武凱，張仕濤，胡宏俊，趙劍，李新

1.云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100

2.紅塔煙草(集團)有限責任公司，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100

微波膨脹煙梗二次切絲工藝參數研究

鄒泉1，廖曉祥*1，趙云川1，盧永宏2，陳冉1，武凱1，張仕濤2，胡宏俊1，趙劍1，李新1

1.云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100

2.紅塔煙草(集團)有限責任公司，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100

為研究微波膨脹煙梗二次切絲工藝參數對微波膨脹梗絲品質的影響，采用均勻實驗設計法分析了不同切片厚度、切絲寬度組合對微波膨脹梗絲填充值、梗絲耐加工性、感官質量的影響，在此基礎上建立了切絲參數組合對梗絲品質影響的回歸方程，并進行了外部驗證。結果表明：①整絲率、填充值與切片厚度、切絲寬度極顯著正相關；碎絲率與切片厚度、切絲寬度極顯著負相關；②切片厚度相同時，感官質量隨切絲寬度的增加而降低；切絲寬度相同時，隨切片厚度的增加，感官質量得分先增加后降低；③切片厚度范圍0.75～0.85 mm、切絲寬度范圍0.30～0.35 mm時，微波膨脹梗絲的綜合品質最優。

微波膨脹梗絲；切片厚度；切絲寬度；均勻性；填充值；整絲率；碎絲率；感官質量

Keywords:Microwave expanded cut stem；Sliced thickness；Cutting width；Uniformity；Filling value；Percentage of long strands；Percentage of broken strands；Sensory quality

煙梗作為卷煙原料的組成部分是影響卷煙內在品質的重要因素。傳統膨脹梗絲由于燃吸時香氣平淡，青雜氣、木質氣較重，刺激性較大［1-3］，因此在卷煙中的應用有限。而經微波處理后，煙梗原有的孔隙結構得到有效膨脹，形成大量多孔組織結構且排列均勻有致，空腔間隙增多增大，從而使微波膨脹梗絲具有較高的填充力，同時又可促進卷煙的燃燒，改善煙梗的抽吸品質［4-10］。于建軍等［7］發現，微波處理可讓梗絲快速達到生產工藝所需要的含水率，從而增加填充值。何炬等［8］發現，微波膨脹對改善梗絲吸味品質、增加煙香、提高填充能力、增加成絲率以及協調葉組配方等有明顯效果。目前，微波膨脹煙梗技術主要有制梗粒和制梗絲兩種形式。微波膨脹梗粒由于與葉絲的形態存在較大差異，密度小、端部落絲量大［9］，與葉絲摻配后在卷接前的輸送和卷制過程中易與葉絲分層分離，分布均勻性較差，在產品中的應用效果有限。微波膨脹煙梗制梗絲時，由于微波梗絲膨脹率、彈性、韌性高，密度、硬度低，物料間交錯限制定位效果差［11-14］，如按傳統制梗絲工藝處理［15-19］，切出的梗絲成大片狀，無法保證其與葉絲摻配時的均勻性，將導致卷煙感官質量波動較大，因此需要進行二次切絲，即先切片再切絲。其中切片厚度和切絲寬度是影響梗絲特性的兩項重要指標，而關于切絲參數的研究尚未見文獻報道。因此，選擇這兩項參數進行研究，旨在制得與葉絲性狀接近、尺寸均勻、結構合理、感官品質較優的梗絲成品。

1 材料與方法

1.1 材料及設備

傳統梗絲、微波膨脹梗絲（2010年玉溪K326中部長梗），某牌號純葉絲（玉溪卷煙廠提供）；UT12型烘箱（德國Heraeus公司）；KNF240型恒溫恒濕箱（德國Binder公司）；XP404S電子分析天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司）；YQ-2煙絲振動分選篩、YQ-32碎絲機（鄭州煙草研究院）；CH888精密恒溫恒濕箱（澳大利亞Thermoline公司）；RH-YC152煙絲填充值測定儀（廣州潤湖儀器有限公司）；AV5170煙支重量分選儀（中國電子科技集團公司第四十一研究所）；KTC80E切絲機、Protos70卷接機組（德國Hauni公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

使用單等級原料（2010年玉溪K326中部長梗）1 000 kg，采用微波膨脹梗絲工藝［20-21］，具體流程為煙梗原料經微波膨脹后得微波膨脹梗條，然后經陳化定型、洗梗、貯梗、梗條切片、梗片切絲、梗絲加料、微波干燥及梗絲加香工序制得微波膨脹梗絲樣品，過程中不施加料液與表香。由于膨脹梗在切絲時存在壓縮現象、同時梗絲切得太薄反而會降低填充性能，因此切片厚度和切絲寬度均選擇在0.30～0.90 mm之間。按照U7（74）均勻實驗方案（表1）進行切絲參數條件的設計，制備微波膨脹梗絲樣品，將梗絲置于溫度22℃、相對濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡至含水率為（12.5±0.2）%。

表1 切片、切絲寬度均勻實驗方案U7（74）（mm）

以微波膨脹梗絲樣品的整絲率、碎絲率、填充值及感官質量為響應值（因變量）Y，切絲參數組合（X1、X2）為自變量X，分別建立各響應值與切絲參數間的回歸方程。同時在0.30～0.90 mm范圍內，切片厚度、切絲寬度分別以0.05 mm為梯度，根據建立的感官質量與切絲參數的回歸方程，優選出感官得分排序前10位的切絲參數組合并制備得微波膨脹梗絲樣品，并依據含水率測定結果，折算出標準含水率（12.0%）下的物料摻配質量，分別按13%的比例摻配至純葉絲中并混合均勻，得梗絲摻配樣品。然后將梗絲樣品及梗絲摻配樣品依次在Protos70機臺卷制得梗絲的卷制樣品，置入溫度22℃、相對濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h，梗絲樣品及梗絲摻配樣品分別按（620±5）mg/支、（900±5）mg/支分選。

1.2.2測試及評價方法

梗絲填充性能：采用填充值測定儀按照文獻［22］中的方法進行樣品填充值的測定，每組參數組合取樣5次。

梗絲物料耐加工性能：分別取不同切絲參數組合下的梗絲樣本各1 000 g，置于溫度22℃、相對濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h，按文獻［23-24］中的方法測量梗絲的填充值、整絲率、碎絲率。

感官質量：參考GB 5606.4—2005［25］中的方法，對微波膨脹梗絲卷制樣品及13%梗絲摻配比例下的配方絲卷制樣品進行感官評吸，并進行評分與描述。

1.2.3 數據處理方法

采用SPSS數據處理軟件對實測數據進行描述統計、逐步回歸分析［26-29］、相關分析及因素貢獻度分析［30-32］。

2 結果與討論

2.1 切絲參數對梗絲物理性質的影響

2.1.1 切片厚度、切絲寬度對梗絲整絲率的影響

表2 不同切絲參數組合下微波膨脹梗絲的填充值及物理結構測試結果

不同切絲參數組合下微波膨脹梗絲的填充值及物理結構測試結果見表2。

依據表2中的數據，通過向后逐步回歸分析法建立微波膨脹梗絲整絲率的回歸方程可得：

式中：Y1為整絲率，X1為切片厚度，X2為切絲寬度。

方程的相關系數R=0.929，P=0.000，自變量與因變量之間極顯著相關，說明所建方程有效。自變量相關性分析結果表明，整絲率與X1、X2間的回歸標準化系數B值分別為0.835 5、0.796 8，表明整絲率與X1、X2均呈正相關。因素貢獻度分析結果表明，兩自變量X1、X2對整絲率的貢獻率值分別為V1=1.05，V2=0.95，說明兩者對整絲率的貢獻度差異不明顯，切片厚度對整絲率的貢獻度稍高。

將試驗范圍內（0.30～0.90 mm）的切絲參數代入所建回歸方程，建立切片厚度、切絲寬度（以0.10 mm為梯度）對梗絲整絲率的影響趨勢圖（圖1）。可以看出，在切片厚度相同時，整絲率隨切絲寬度的增加而增加；在切絲寬度相同時，整絲率隨切片厚度的增加而增加。且圖線不存在交叉重疊，表明試驗范圍內，X1、X2間無交互作用。

2.1.2 切片厚度、切絲寬度對梗絲碎絲率的影響

圖1 切絲參數對梗絲整絲率的影響

依據表2中的數據，通過向后逐步回歸分析法建立微波膨脹梗絲碎絲率Y2的回歸方程：Y2= 8.786-13.621X1X2。方程的相關系數R=0.927，P= 0.001，自變量與因變量間極顯著相關，說明所建方程有效。自變量相關性分析結果表明，碎絲率Y2與X1、X2間的回歸標準化系數B值分別為-0.812 3、-0.872 8，即碎絲率與X1、X2均負相關。由因素貢獻度分析結果可知，自變量X1、X2對碎絲率的貢獻率值分別為V1=0.93，V2=1.07，表明切絲寬度對碎絲率的貢獻度稍高。

在試驗范圍內（0.3～0.9 mm），切片厚度、切絲寬度對碎絲率的影響情況見圖2，其中碎絲率最低值為零。由圖2可知，在切片厚度相同時，碎絲率隨切絲寬度的增加而降低；切絲寬度相同時，碎絲率隨切片厚度的增加而降低。且圖線不存在交叉重疊，表明對于碎絲率而言，在試驗范圍內，X1、X2間無交互作用。

圖2 切絲參數對梗絲碎絲率的影響

2.1.3 切片厚度、切絲寬度對梗絲填充值的影響

依據表2中的測試數據，通過向后逐步回歸分析法建立微波膨脹梗絲填充值Y3的回歸方程可得：Y3=4.956+5.830X1X2。方程的相關系數R=0.899，P=0.001，自變量與因變量之間極顯著相關，說明所建方程有效。自變量相關性分析結果表明，填充值與X1、X2間的回歸標準化系數B值分別為0.771 9、0.779 7，即填充值與X1、X2間均呈正相關。由因素貢獻度分析結果可知，兩自變量X1、X2對填充值的貢獻率值分別為V1=0.99，V2=1.01，表明自變量X1、X2對填充值的貢獻度相當。

在試驗范圍內（0.30～0.90 mm），切片厚度、切絲寬度對梗絲填充值的影響情況見圖3。可以看出，在切片厚度相同時，填充值隨切絲寬度的增加而增加；切絲寬度相同時，填充值隨切片厚度的增加而增加。且圖線不存在交叉重疊，表明對于填充值而言，在試驗范圍內，X1、X2間無交互作用。

圖3 切絲參數對梗絲填充值的影響

2.2 切絲參數對微波膨脹梗絲感官質量的影響

表3為不同切絲參數組合下微波膨脹梗絲的感官質量評價結果。依據表3中的測試數據，通過向后逐步回歸分析法建立微波膨脹梗絲感官質量Y4的回歸方程：Y4=67.754+52.857X1-29.047X12-29.769X1X2+10.597X22。方程的相關系數R=0.986，P=0.027，自變量與因變量之間顯著相關，說明所建方程有效。自變量相關性分析結果表明，感官得分與X1、X2間的回歸標準化系數B值分別為0.578 2、-0.533 6，即感官質量與X1呈正相關、與X2呈負相關。因素貢獻度分析結果表明，自變量X1、X2對感官得分的貢獻率值分別為V1=1.02，V2=0.98，表明X1對感官得分的貢獻度高于X2。

表3 不同切絲參數組合下微波膨脹梗絲的感官質量評價結果（分）

在試驗范圍內（0.30～0.90 mm），切片厚度、切絲寬度對梗絲感官質量的影響情況見圖4。由圖4可以看出，圖線存在交叉重疊，表明對于感官質量而言，在試驗范圍內，X1、X2間存在交互作用。在切片厚度相同時，感官質量得分隨切絲寬度的增加而降低，切絲寬度在0.30 mm時得分最高；在切絲寬度相同時，感官質量得分隨切片厚度先增加后降低，當切片厚度為0.70 mm時得分最高。

圖4 切絲參數對感官質量的影響

2.3 切絲參數對微波膨脹梗絲質量影響模型的預測與驗證

為進一步優化切絲參數，減少試驗次數，使用上述各回歸方程分別對微波膨脹梗絲的質量特性進行預測。表4為微波膨脹梗絲感官質量得分排序前10位的切絲參數組合。可以看出切絲寬度在0.30～0.35 mm，切片厚度在0.65～0.90 mm時制得的梗絲樣品感官質量較優。

進一步分析表4中數據還可發現，在兼顧切片厚度、切絲寬度調節范圍及配方絲感官評價結果的基礎上，當切片厚度在0.70～0.85 mm時，不僅可以滿足將微波膨脹煙梗制成絲狀的目標，同時還可獲得較高的整絲率、填充值，較好的感官質量，較低的碎絲率。

將優選的10組試驗切絲參數下制備的微波膨脹梗絲樣品按13%比例摻配到某牌號純葉絲中，混配均勻后進行感官評價以得到其在成品卷煙中的應用效果，感官得分結果見表4。其中，第10組參數組合下得到的樣品在燃吸時易爆口導致開花煙，因此不予采用。

對表4中綜合得分較高的排序1、5、7的參數組合進行試驗驗證，分別對應試驗1、2、3（表5）。微波膨脹梗絲樣品的質量特性實測值與預測值對比結果見表5。可以看出，3組試驗參數下梗絲樣品的質量特性實測值與預測值的趨勢一致，其中以試驗2獲得的微波膨脹梗絲的填充值最大、整絲率最高、碎絲率最低，預測模型有效。

表4 優選切絲參數組合下的質量特性結果

表5 各質量特性的預測值與實測值對比結果

3 結論

①整絲率和填充值與切片厚度、切絲寬度呈極顯著正相關關系；碎絲率與切片厚度、切絲寬度呈極顯著負相關關系；②當切片厚度相同時，感官質量得分隨切絲厚度的增加而降低，當切絲寬度相同時，感官質量得分隨切片厚度先增加后降低；③不同切絲參數組合下，微波膨脹梗絲卷制樣品及其13%摻配比例下的配方絲樣品的感官質量變化趨勢存在差異；④在實際生產過程中，兼顧微波膨脹梗絲的物理結構特性、感官質量特性及其在配方絲中的應用特性，以切片厚度范圍為0.75～0.85 mm、切絲寬度為0.30～0.35 mm參數組合得到的微波膨脹梗絲綜合質量最優。

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責任編輯 周雅寧

Effects of Technical Parameters of Twice Cutting on Quality of Microwave Expanded Cut Stem

ZOU Quan1,LIAO Xiaoxiang*1,ZHAO Yunchuan1,LU Yonghong2,CHEN Ran1,WU Kai1, ZHANG Shitao2,HU Hongjun1,ZHAO Jian1,and LI Xin1
1.Technology Center,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Yuxi 653100,Yunnan,China
2.Hongta Tobacco（Group）Co.,Ltd.,Yuxi 653100,Yunnan,China

In order to investigate the influences of technical parameters of twice cutting on the quality of microwave expanded cut stem,uniform experimental design was adopted to study the effects of different combinations of sliced thickness and cutting width on the filling value,processing endurance and sensory quality of microwave expanded cut stem.Based on that,a regression equation for cutting parameter combination and cut stem quality was developed and verified via external validations.The results showed that:1）The percentage of long strands and filling value extremely significantly positively correlated, while the percentage of broken strands extremely significantly negatively correlated to sliced thickness and cutting width.2）At the same sliced thickness,the sensory quality decreased with the increase of cutting width;at the same cutting width,the sensory quality scores increased first then decreased with the increase of sliced thickness.3）The best integrated quality of microwave expanded cut stem achieved when sliced thickness ranged from 0.75 to 0.85 mm and cutting width from 0.30 to 0.35.

TS452.3

A

1002-0861（2015）11-0059-06

10.16135/j.issn1002-0861.20151111

2014-11-21

2015-08-13

云南中煙工業有限責任公司項目“微波膨脹新型梗絲的應用研究”（2013GY01）；紅塔煙草（集團）有限責任公司自立科研項目“新型膨脹煙梗工藝、設備技術研究及應用”（K-103.26）

鄒泉（1971—），學士，高級工程師，主要從事卷煙工藝方面的研究工作。E-mail:zq@hongta.com；*

廖曉祥，E-mail:zijinwangzhe@hongta.com

鄒泉，廖曉祥，趙云川，等.微波膨脹煙梗二次切絲工藝參數研究［J］.煙草科技，2015，48（11）：59-64.

ZOU Quan，LIAO Xiaoxiang，ZHAO Yunchuan，et al.Effects of technical parameters of twice cutting on quality of microwave expanded cut stem［J］.Tobacco Science&Technology，2015，48（11）：59-64.