微波膨脹梗絲在卷煙中的摻配均勻性評價

鄒 泉,趙云川,廖曉祥,陳 冉,武 凱,盧永宏,凌 琳,喬曉輝,柴俊紅,馬 娟

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

微波膨脹梗絲在卷煙中的摻配均勻性評價

鄒 泉,趙云川,廖曉祥*,陳 冉,武 凱,盧永宏,凌 琳,喬曉輝,柴俊紅,馬 娟

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

為研究經過二次切絲工藝制備的近似煙絲形態的微波膨脹梗絲在煙絲中的摻配效果,掌握微波膨脹梗絲在產品中的應用特性,參照氣流干燥梗絲工藝摻配流程,以微波膨脹梗絲的摻配樣品為研究對象,采用3種均勻度測定方法(特征值與混合均勻度法、主流煙氣移動極差法及煙支密度標準偏差法)對微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性進行了評價,并與氣流干燥梗絲摻配樣品進行了對比.結果表明:①通過滾筒摻配、往復式布料方式可有效保證微波膨脹梗絲在產品應用中摻配均勻性的要求,13%、23%、33%比例下實驗樣品的混合均勻度均高于96%;②同摻配比例下,兩種梗絲摻配樣品的煙支密度無顯著差異,說明微波膨脹梗絲在煙絲中的摻配均勻性與氣流干燥梗絲相當;③與氣流干燥梗絲相比,微波膨脹梗絲摻配樣品主流煙氣中焦油、一氧化碳的波動均有降低趨勢,煙堿波動與氣流干燥梗絲相當,說明微波膨脹梗絲在煙絲中的混合均勻度比氣流干燥梗絲更優.

卷煙;微波膨脹梗絲;氣流干燥梗絲;摻配均勻性;產品應用;摻配比例

近年來興起的微波膨脹煙梗技術主要有制梗粒和制梗絲兩種形式,但微波膨脹梗粒與煙絲的混合均勻性差、煙支端部落絲嚴重,卷煙配伍性差,從而影響其在卷煙中的應用效果[1-4].為解決這一問題,常用的方法是通過改變切絲工藝使梗絲形態盡量與煙絲接近.如劉峘[5]等提出,通過減少過長煙絲、篩除煙絲中的碎末,采取壓梗切絲等方法使梗絲的物理性狀接近于煙絲,從而有效提高梗絲在卷煙中的混合均勻程度.劉棟等[4]通過對微波膨脹煙梗切絲工藝進行研究,得到了經過二次切絲工藝制備出的近似煙絲形態的梗絲產品并得以工業化生產.而微波膨脹梗絲在煙支中的均勻分布是保證產品應用的前提,是影響產品質量的重要因素[6-10].煙草物料的混合效果越好,產品的物理和感官質量的穩定性也越好[5,11].因此對微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性進行評價十分有必要.目前,關于工業化生產的微波膨脹梗絲在卷煙中的混合均勻性研究還未見報道.Hedge[12-13]最早提出了依據混合物中某組分性質差異檢測其含量,從而表征其混合均勻程度的方法.王毅等[14]也指出,煙草物料混合實際上是通過物理組分混合從而達到各種化學成分的均勻一致,最終實現糖堿比的協調.糖、堿在煙草原料中變異系數較大,因此可以用來表征物料的混合均勻程度.文獻[15]中提供了一種用特征值即煙草化學成分中糖堿比與鉀含量的乘積來反映煙草的混合均勻程度的方法[15].戴永生等[16]采用了煙支密度評價方法對煙支內煙絲的均勻性進行了評價.葉宏音等[17]提出了采用主流煙氣指標的穩定性對煙絲的混合均勻性進行評價.這些方法各有優缺點,因此為更客觀反映微波膨脹梗絲在卷煙中的混合均勻程度,擬從物理密度、煙草化學、煙氣化學3個方面對微波膨脹梗絲在煙支中的均勻性程度進行了綜合評價,以得到微波膨脹梗絲在卷煙中的應用特性,為微波膨脹梗絲在產品中的應用提供指導.

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及設備

氣流干燥梗絲、微波膨脹梗絲、某牌號純葉絲(玉溪卷煙廠提供);濾棒(144 mm/24.1 mm、3 300 CU/3 430 Pa,玉溪卷煙廠提供);木漿卷煙紙(定量:32 g/m2、寬度:26.2 mm、長度:4 500 m,紅塔藍鷹紙業有限公司提供);接裝紙(定量:38.5 g/m2、寬度:64 mm、長度:2 500 m,玉溪水松紙廠提供).乙醇、石油醚、二氯甲烷、異丙醇、乙酸乙酯等均為分析純.CH888精密恒溫恒濕箱(澳大利亞Thermoline公司);XP404S電子分析天平(感量:0.000 1 g,瑞士Mettler-Toledo公司);WS21全自動卷煙重量分選儀(北京歐美利華科技有限公司);SBL-AV6519煙支水分與密度分布測量儀(中國電子科技集團公司第四十一研究所);PROTOS 70卷接機組(德國Hauni公司);YQ-2煙絲振動分選篩(鄭州煙草研究院);微波膨脹梗絲試驗線(自建).

1.2 方法

1.2.1 樣品制備

氣流干燥梗絲及微波膨脹梗絲工藝流程見圖1、圖2.

圖1 氣流干燥制梗絲工藝流程

圖2 微波制梗絲工藝流程

采用烘箱法[18]測定氣流干燥梗絲、微波膨脹梗絲、葉絲的含水率.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.采用滾筒摻配方式,將梗絲在線按比例摻配進入配方煙絲通道,在加香滾筒內混合后進入貯柜,進柜方式為往復式布料,然后出柜風送至PROTOS 70機臺卷制,取風送后的配方煙絲樣品各5 kg留樣做混合均勻度評價.實驗過程中,按照改變梗絲摻配比例的原則設計制備樣品,將配方煙絲(僅由葉絲和梗絲組成)C1～C3、P1～P3卷制后得CJ1～CJ3、PJ1～PJ3,樣品信息見表1.將卷制樣品置入恒溫恒濕箱中于22℃、相對濕度60%條件下平衡48 h,按(900±5)mg/支分選后備用.

表1 樣品編號及樣品中梗絲摻配比例

1.2.2 分析方法

(1)混合均勻度分析.取配方煙絲樣品C1、C2、C3、P1、P2、P3各10份,每份100 g,依據YC/T 426-2012[15]標準,檢測樣品的總糖、煙堿、含鉀量,按公式(1)、(2)計算特征值PV及混合均勻度H,比較兩種梗絲摻配樣品的混合均勻度差異.

式中:PV-樣品的特性值,%;TS-樣品中總糖的含量(質量分數),%;TA-樣品中煙堿的含量,%;K-樣品中含鉀量,%.

式中:H-混合均勻度,%;n-樣品的個數;xi-第i個樣品的特性值個樣品特性值的平均值,%.

(2)結構分布測定及端部落絲量分析.取氣流干燥梗絲、微波膨脹梗絲的配方絲樣品各10份,每份100 g,按《卷煙工藝規范》[19]及YC/T 178-2003標準[20]要求測量梗絲的結構.同時取平衡后的 CJ1、PJ1、CJ2、PJ2、CJ3、PJ3樣品各 400支,分別均分為20組后按YC/T 151.2-2001[21]標準測定端部落絲量.

(3)煙支密度標準偏差分析.取平衡后的CJ1、PJ1、CJ2、PJ2、CJ3、PJ3樣品各400支,分別均分為20組后測定煙支密度并計算煙支密度標準偏差的平均值,使用方差分析對樣品的煙支密度標準偏差進行差異分析.

(4)主流煙氣移動極差分析.移動極差法是指通過計算兩個或多個連續樣本值中最大值與最小值之差(通常是連續兩點之差),從而獲得樣本數據離散程度的方法.以CJ1、PJ1為研究對象測定其主流煙氣[22-25],取15組樣品的平行測定結果計算主流煙氣的移動極差[17],并使用方差分析對兩樣品各項主流煙氣檢測結果的移動極差進行差異分析,判斷其穩定性是否存在差異,從而對微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性進行評價,進一步驗證quot;特征值與混合均勻度法quot;的均勻性.

2 結果與討論

2.1 混合均勻度分析

2.1.1 特征值與混合均勻度

表2為6個配方絲樣品的混合均勻度統計結果.從配方絲特征值的標準偏差分析結果可知,微波膨脹梗絲摻配樣品在13%、23%和33%3種摻配比例條件下的特征值標準偏差均小于氣流干燥梗絲摻配樣品,即quot;摻配微波膨脹梗絲quot;的樣品混合均勻度均略高于quot;摻配氣流干燥梗絲quot;的樣品.

表2 樣品混合均勻度 (%)

2.1.2 梗絲結構分布

對比分析微波膨脹梗絲與氣流干燥梗絲的結構分布可知(表3),兩種梗絲的結構存在顯著差異.與氣流干燥梗絲相比,微波膨脹梗絲的尺寸較小,主要分布在1.00～2.50 mm區間(61.4%)和2.50～3.35 mm區間(33.2%),這可能是導致微波膨脹梗絲在樣品中的混合均勻度優于氣流干燥梗絲的主要原因.另一方面,可能由于微波膨脹梗絲在形狀上與煙絲更為接近,而氣流干燥梗絲為絲片狀結構.

表3 各尺寸區間的梗絲所占比例

2.1.3 樣品端部落絲量

表4中的端部落絲量為20組樣品測定結果的均值.分別對20組平行樣品的端部落絲量進行方差分析,結果表明:端部落絲量在13%、23%、33%摻配比例下的P值分別為0.264、0.229、0.161,均gt;0.05,說明摻配兩種梗絲卷制樣品的端部落絲量無顯著差異.

表4 兩種摻配比例下的端部落絲量

2.2 煙支密度標準偏差法分析

將采用quot;煙支密度標準偏差法quot;和quot;特征值與混合均勻度法quot;的測定結果進行比對,進一步評價微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性.表5為兩種梗絲不同摻配比例下(13%、23%、33%)卷制煙支密度的標準偏差.使用方差分析法比較兩種梗絲不同摻配比例下卷制煙支密度標準偏差的差異可知,兩種梗絲不同摻配比例下(13%、23%、33%)卷制樣品的密度標準偏差P值分別為0.598、0.932、0.913,均gt;0.05,表明樣品在煙支密度指標上無顯著差異,微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性與氣流干燥梗絲相當,與quot;特征值與混合均勻度法quot;評價結果基本一致.摻配均勻性能滿足微波膨脹梗絲在產品中應用的要求.同時,隨摻配比例增加,煙支密度標準偏差有降低趨勢.

表5 煙支密度標準偏差(n=20)

2.3 主流煙氣移動極差法分析

樣品CJ1、PJ1的主流煙氣移動極差數據見表6.使用方差分析法比較CJ1、PJ1樣品主流煙氣移動極差的差異(包括焦油、煙堿、一氧化碳),結果見表7.由表7可知,焦油量和一氧化碳的P值均gt;0.05,表明摻配兩種梗絲的樣品焦油、一氧化碳釋放量的穩定性無顯著差異.煙堿量P值lt;0.05,摻配兩種梗絲的樣品煙堿穩定性有顯著差異,與氣流干燥梗絲相比,摻配微波膨脹梗絲的樣品煙堿穩定性有顯著性提高.

對比氣流干燥梗絲摻配樣品及微波膨脹梗絲摻配樣品的焦油、煙堿、一氧化碳釋放量的標準偏差可以發現:前者的焦油、一氧化碳釋放量標準偏差均明顯高于后者,煙堿釋放量的標準偏差相當,說明微波膨脹梗絲摻配樣品的焦油波動、一氧化碳波動均有降低趨勢,樣品主流煙氣的穩定性更好,也即微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性與氣流干燥梗絲相當或更優,這與前面兩種方法的評價結果一致.

表6 煙支主流煙氣移動極差統計結果

表7 主流煙氣移動極差方差分析

3 結論

(1)在13%、23%、33%3種摻配比例條件下,quot;摻配微波膨脹梗絲quot;的樣品混合均勻度均高于96%,均略高于quot;摻配氣流干燥梗絲quot;的樣品.兩種梗絲摻配樣品的煙支密度標準偏差無顯著差異,且微波膨脹梗絲摻配樣品的主流煙氣成分釋放量的穩定性更好,說明微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性與氣流干燥梗絲相當或更優.

(2)與氣流干燥梗絲相比,微波膨脹梗絲的尺寸較小,主要分布在1.00～2.50 mm區間(61.4%)和2.50～3.35 mm區間(33.2%),這可能是導致微波膨脹梗絲在樣品中的混合均勻度優于氣流干燥梗絲的重要原因.

(3)3種摻配均勻性評價方法一致表明:微波膨脹梗絲在煙支中的摻配均勻性與氣流干燥梗絲相當或更優,能滿足微波膨脹梗絲在產品中應用的要求.

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責任編輯 周雅寧

Evaluation of Blending Uniformity of Microwave Expanded Cut Stems in Cigarette

ZOU Quan,ZHAO Yunchuan,LIAO Xiaoxiang*,CHEN Ran,WU Kai,LU Yonghong,LING Lin,QIAO Xiaohui,CHAI Junhong,and MA Juan
Technology Center,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Yuxi 653100,Yunnan,China

In order to study the blending effect of microwave expanded cut stems(which were prepared by secondary cutting and similar to cut tobacco in shape)in cut tobacco and grasp their application characteristics in tobacco products,the blending uniformity in cigarette was comprehensively evaluated with three methods,characteristic value and blending uniformity method,mainstream cigarette smoke moving range method,cigarette density standard deviation method,by referring to the blending process of pneumatically dried cut stem.The blending uniformity of microwave expanded cut stem was compared with that of pneumatically dried cut stem.The results showed that:1)Blending in cylinder and reciprocating spreading effectively promoted the blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette,and the blending uniformity of experimental samples was all higher than 96%at the blending ratios of 13%,23%and 33%.2)At the same blending ratio,there was no significant density difference between cigarettes blended with microwave expanded cut stems or pneumatically dried cut stems,it indicated that the blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette was comparable to that of pneumatically dried cut stems.3)The fluctuation ranges of tar and CO deliveries in the mainstream smoke of cigarettes blended with microwave expanded cut stems were narrower than those with pneumatically dried cut stems,while their nicotine delivery fluctuation ranges were similar,it indicated that the blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette was better than that of pneumatically dried cut stems.

Cigarette;Microwave expanded cut stem;Pneumatically dried cut stem;Blending uniformity;Product application;Blending ratio

TS452

A

1002-0861(2015)10-0067-06

10.16135/j.issn1002-0861.20151012

2015-04-17

2015-07-10

云南中煙工業有限責任公司項目quot;微波膨脹新型梗絲的應用研究quot;(2013GY01);紅塔煙草(集團)有限責任公司自立科研項目quot;新型膨脹煙梗工藝、設備技術研究及應用quot;(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,趙云川,廖曉祥,等.微波膨脹梗絲在卷煙中的摻配均勻性評價[J].煙草科技,2015,48(10):67-72.ZOU Quan,ZHAO Yunchuan,LIAO Xiaoxiang,et al.Evaluation of blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette[J].Tobacco Scienceamp;Technology,2015,48(10):67-72.