煙草在制品解吸濕特性研究

劉博 李洪濤 徐風(fēng)倉 劉懷波

摘要：為探索煙草在制品在不同環(huán)境條件下的解吸濕特性，通過單因素試驗方法考察了葉片、葉絲、混合絲、梗絲及薄片在不同環(huán)境溫濕度條件下平衡含水率的變化規(guī)律，擬合出解吸濕特性曲線。結(jié)果表明，隨著相對濕度的上升，不同煙草在制品解吸濕平衡含水率呈升高趨勢，其中梗絲的吸濕性最好，薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，解濕過程平衡含水率略大于吸濕過程平衡含水率;在環(huán)境溫濕度相對較低的條件下，梗絲經(jīng)過風(fēng)送后含水率下降幅度明顯大于葉絲;在環(huán)境溫濕度條件基本相同的條件下，距表面5 cm深度葉片含水率比10 cm深度葉片含水率低，且隨著貯存時間的延長，相差有增大的趨勢。總之，環(huán)境溫濕度對不同煙草在制品對解吸濕特性總體影響趨勢相似，經(jīng)過風(fēng)送和貯存環(huán)節(jié)后，不同在制品含水率有不同程度的降低。

關(guān)鍵詞：煙草在制品;解濕;吸濕;含水率

中圖分類號：S572? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）23-0105-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.025? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

煙草是多孔性固體，它的組織結(jié)構(gòu)存在大量毛細(xì)管和多孔體，并且含有果膠、蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)和水溶性糖、有機(jī)鹽等親水性物質(zhì)，具有極其敏感的吸濕性能[1]，它與煙葉的貯存、加工以及最終卷煙感官品質(zhì)各個環(huán)節(jié)均有著密切的關(guān)系。國內(nèi)外學(xué)者對卷煙吸濕特性進(jìn)行了相關(guān)研究[2-4]，而且對不同煙草組分吸濕特性進(jìn)行了分析[5-8]，但是針對煙草在制品如煙葉、葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲、混合絲等在生產(chǎn)過程中經(jīng)過回潮、干燥、輸送、貯存等環(huán)節(jié)的解吸濕特性未見相關(guān)研究。本試驗通過對不同類別的煙草在制品含水率解吸濕特性進(jìn)行研究，找出其在不同環(huán)境溫濕度的平衡含水率以及不同風(fēng)送和貯存狀態(tài)下的解吸濕特性，擬合分析出解吸濕特性曲線，確定其在不同輸送和貯存工序下適合的環(huán)境溫濕度控制條件，旨在減少環(huán)境溫濕度和季節(jié)變化對煙草在制品含水率的影響，從而保證各煙草在制品含水率的穩(wěn)定性。

1? 材料與方法

1.1? 材料與儀器

煙草在制品（葉片、葉絲、混合絲、梗絲、高檔膨脹絲、廣東薄片等）;取樣袋;樣品盒;PB153-S型電子天平（感量0.001 g，瑞士METTLER TOLEDO公司）;FED-240烘箱（德國BINDER公司）;KBF240恒溫恒濕箱（德國BINDER公司）。

1.2? 方法

1.2.1? 不同在制品解吸濕特性試驗? 試驗環(huán)境溫濕度的選擇要綜合考慮在制品的特性和卷煙生產(chǎn)環(huán)境溫濕度的要求，各種在制品環(huán)境溫濕度的試驗方案如下，溫度設(shè)定：25 ℃，濕度設(shè)定：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%。選擇一種在制品，按照其溫濕度設(shè)定要求，首先選擇溫度，濕度設(shè)定從最高到最低，然后從最低到最高，測量并記錄其在不同濕度條件下的平衡含水率，平衡時間72 h。

按照同樣方法進(jìn)行其他在制品的試驗。

1.2.2? 不同風(fēng)送狀態(tài)解吸濕特性研究? 風(fēng)送設(shè)備選擇要考慮到風(fēng)送對成品煙絲含水率影響較大的工序和設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程特點和環(huán)境溫濕度的影響，選擇烘梗絲風(fēng)選機(jī)、葉絲就地風(fēng)選機(jī)和混合絲風(fēng)送喂料機(jī)。選擇一種在制品，在其風(fēng)送設(shè)備前后取樣進(jìn)行含水率測定，同時記錄試驗時環(huán)境溫濕度條件、風(fēng)送風(fēng)速以及物料流量和物料溫度。

按照同樣方法進(jìn)行其他在制品的試驗。

1.2.3? 不同貯存狀態(tài)解吸濕特性研究? 貯存設(shè)備選擇要考慮到貯存工序?qū)υ谥破泛统善窡熃z含水率影響較大的工序和設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程特點和環(huán)境溫濕度影響，選擇貯葉柜和煙絲立庫。由于在實際生產(chǎn)中，環(huán)境溫濕度和時間變化對煙草在制品表面含水率的影響較大，因此需要測定不同厚度物料在不同時間下的含水率變化。物料厚度選擇5、10 cm，時間選擇4、8、12、24、48 h。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同環(huán)境溫濕度狀態(tài)下煙草在制品解吸濕特性

煙草在制品在不同的環(huán)境溫濕度條件下具有不同的平衡含水率，煙草平衡含水率是指煙草暴露在一定溫度和相對濕度的環(huán)境下，最終會達(dá)到的相對恒定的含水率，即吸濕和解吸速率相等，此時煙草所具有的含水率稱為平衡含水率。為確定不同溫濕度環(huán)境下煙草在制品平衡含水率的規(guī)律，通過模擬不同的環(huán)境溫濕度條件，進(jìn)行煙草在制品含水率平衡試驗。試驗溫度設(shè)定為25 ℃，相對濕度設(shè)定為40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%共9個梯度。

從圖1至圖6可以看出，環(huán)境溫度在25 ℃的條件下，隨著相對濕度的上升，不同在制品解吸濕平衡含水率呈升高趨勢，且在同一溫濕度條件下，不同在制品解濕平衡含水率略高于吸濕平衡含水率。

從圖7和圖8可以看出，在同一溫濕度環(huán)境條件下，不同在制品的平衡含水率具有一定差異，甲類梗絲平衡含水率最高，廣東薄片平衡含水率最低，兩者平均值相差5.84個百分點，表明在所有試驗的在制品中梗絲吸濕性最好，造紙法薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，平衡含水率差異并不明顯，膨脹絲吸濕性稍低于葉片、葉絲及混合絲。

從平衡含水率的變化趨勢來看，隨著相對濕度的升高平衡含水率加速上升，并且不同在制品之間平衡含水率差值逐漸擴(kuò)大。以梗絲和造紙法薄片為例，在溫度25 ℃、相對濕度40%的環(huán)境條件下，梗絲平衡含水率為9.28%，造紙法薄片為6.98%，二者差值為2.30個百分點;在溫度25 ℃、相對濕度80%的環(huán)境條件下，梗絲平衡含水率為30.75%，造紙法薄片為20.28%，二者差值為10.47個百分點。

對各種在制品解吸濕過程數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，結(jié)果見表1和表2。從表1和表2可以看出，對煙草在制品解吸濕過程平衡含水率建立二次多項式擬合模型，相對濕度和平衡含水率相關(guān)性表現(xiàn)為極顯著。對于每種煙草在制品，在40%～80%的相對范圍之內(nèi)，可求出任意與之對應(yīng)的平衡含水率。反之，設(shè)定每種煙草在制品需要的平衡含水率，可確定與之對應(yīng)的環(huán)境相對濕度。

2.2? 不同風(fēng)送狀態(tài)下煙草在制品解吸濕特性

環(huán)境溫濕度對煙草在制品在風(fēng)送過程中含水率的變化有較大的影響，根據(jù)制絲生產(chǎn)環(huán)境溫濕度分布和工藝流程特點，選擇烘梗絲風(fēng)選機(jī)、葉絲就地風(fēng)選機(jī)和混合絲風(fēng)送喂料機(jī)作為試驗研究對象，對煙草在制品在風(fēng)送設(shè)備前后的含水率變化進(jìn)行試驗測定。

從表3可以看出，在環(huán)境溫度基本相同的條件下，隨著環(huán)境相對濕度的不同，不同的煙草在制品經(jīng)過風(fēng)送設(shè)備時含水率的變化相差較大。混合絲由于試驗時環(huán)境相對濕度為56.8%，風(fēng)送前含水率接近其在此相對濕度下的平衡含水率，因此經(jīng)過煙絲風(fēng)送后含水率變化不大，僅下降0.05個百分點。葉絲和梗絲由于環(huán)境相對濕度較低，分別為34.8%和33.6%，因此經(jīng)過風(fēng)送后含水率下降較大，其中葉絲下降0.18個百分點，梗絲下降0.41個百分點，但梗絲下降幅度大于葉絲，說明梗絲的保濕性能小于葉絲，在環(huán)境溫濕度變化時其含水率容易發(fā)生變化。

2.3? 不同貯存狀態(tài)下煙草在制品解吸濕特性

環(huán)境溫濕度對煙草在制品在貯存過程中含水率的變化有較大的影響，貯存設(shè)備選擇要考慮到貯存工序?qū)煵菰谥破泛统善窡熃z含水率影響較大的工序和設(shè)備，根據(jù)制絲生產(chǎn)環(huán)境溫濕度分布和工藝流程特點，選擇貯葉柜和煙絲立庫作為試驗研究對象。在實際生產(chǎn)中，環(huán)境溫濕度和時間變化對煙草在制品表面含水率的影響較大，因此需要測定不同厚度物料在不同時間下含水率的變化。

從圖9和圖10可以看出，在一定的溫濕度環(huán)境條件下，不同的煙草在制品經(jīng)過貯存設(shè)備時含水率逐漸接近于其在此環(huán)境溫濕度條件下的平衡含水率，并且含水率的變化有所不同。

環(huán)境溫濕度對貯存物料含水率的影響是從表面逐漸深入到內(nèi)部，因此取不同厚度物料進(jìn)行含水率檢測其變化有所不同，從圖9、圖10可以看出葉片和混合絲含水率隨著貯存時間的延長有降低的趨勢，距表面5 cm深度葉片比10 cm深度葉片含水率低，且隨著貯存時間的延長，差距有增大的趨勢。

3? 小結(jié)與討論

煙草在制品的含水率隨周圍空氣相對濕度的高低而變化。空氣相對濕度高，煙草的含水率就大，空氣相對濕度低，煙草的含水率就低。因為煙草是一種膠質(zhì)毛細(xì)管多孔物質(zhì)，其組織結(jié)構(gòu)由毛細(xì)管和多孔體構(gòu)成，含有蛋白質(zhì)、果膠等膠體物質(zhì)和水溶性糖、有機(jī)酸鹽類等親水性晶體物質(zhì)，煙葉表現(xiàn)出非常敏感的吸濕和解濕特性[9]。所以，煙草在制品中梗絲的吸濕性最好，廣東薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，平衡含水率差異不明顯，膨脹絲吸濕性稍低于葉片、葉絲及混合絲。

煙草在制品的含水率和相對濕度的關(guān)系通常以等溫吸濕性表示，即煙草在制品在一定溫度條件下與各種不同的相對濕度的相應(yīng)平衡含水率數(shù)值。因為煙草在制品與周圍空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)時，吸濕速率就變得極其緩慢，所以計算平衡含水率數(shù)值必須經(jīng)過足夠的時間后才能進(jìn)行，然后將得出的結(jié)果繪成一條曲線，這條曲線就稱為等溫吸濕線。煙草在制品的含水率隨空氣相對濕度變化而變化，但這種變化不是按一定比例的。試驗結(jié)果表明，當(dāng)相對濕度在10%以下時，煙草在制品的平衡含水率變動很顯著;10%～50%時，變化幅度較小;50%以上尤其在80%～100%時，變化則很大。

煙支中的成品煙絲通常由葉絲及摻配物（如梗絲、膨脹煙絲等）根據(jù)配方比例混配而成，這些組分的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)特性均有一定的差異，因此吸濕特性也呈現(xiàn)不同的特性[10]。而煙草的安全含水率是實現(xiàn)物料貯存、風(fēng)送的一項重要指標(biāo)，在卷煙加工過程中，對各階段各組分的含水率有很嚴(yán)格的要求，因此對成品煙絲中各組分的解吸濕特性進(jìn)行研究，可以為各組分各加工階段（回潮、干燥、風(fēng)送、貯存等）目標(biāo)含水率設(shè)計提供理論依據(jù)。

隨著相對濕度的上升，不同煙草在制品解吸濕平衡含水率呈升高趨勢，其中梗絲的吸濕性最好，薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，解濕過程平衡含水率略大于吸濕過程平衡含水率。環(huán)境溫濕度對不同煙草在制品解吸濕特性的影響總體趨勢相似，且經(jīng)過風(fēng)送和貯存環(huán)節(jié)后，不同在制品含水率有不同程度的降低。

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