基于灰色關聯法的短支煙加工工序間煙絲尺寸分布研究

王天怡，范 磊，史一軒，姚二民*，李 曉，楚 晗

(1.鄭州輕工業(yè)學院食品與生物工程學院，河南 鄭州 450000；2.河南中煙工業(yè)有限責任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000)

【研究意義】煙絲結構對卷煙品質的影響至關重要，煙絲在整個加工輸送環(huán)節(jié)中具有連貫影響性，前面的加工過程會對后面的加工過程產生影響，致使煙絲尺寸的分布發(fā)生波動，它的波動會影響整個卷煙生產過程的穩(wěn)定性，而且不同規(guī)格的卷煙煙絲結構波動情況有所不同。【前人研究進展】目前，國內外的部分研究多針對煙絲結構對卷煙物理指標的影響[1-6]，申曉峰[7]等通過灰色關聯分析法對來料煙絲的結構對成品煙支單重和煙支密度及其穩(wěn)定性的影響進行研究表明，煙絲結構的不同分布對煙支密度、穩(wěn)定性和煙支單支重量的影響大不相同；堵勁松[8]等分析了用多種配方連續(xù)多次卷制的煙絲結構區(qū)間分布與卷煙物理質量指標之間的關系發(fā)現，煙絲尺寸與卷煙物理質量指標之間的關聯性存在一定的極點，位于極點兩側的煙絲結構的變化對卷煙物理質量指標的影響變化相反，當煙絲結構控制在一定尺寸范圍可以得到比較理想的卷煙物理質量。現有文獻對各個工序之間煙絲結構的關聯研究較少，而類似研究也只是針對常規(guī)卷煙，中短支卷煙方面沒有研究。【本研究切入點】因此，本研究對卷煙加工線上切絲后到煙絲條卷制前的重要工序(切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機料斗處)的煙絲進行關聯分析，并與常規(guī)卷煙進行對比分析，具體全面地分析短支卷煙加工工序間煙絲結構的波動情況，明確短支卷煙的工藝需求。【擬解決的關鍵問題】對調整短支卷煙制絲工序煙絲結構提出合理性依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

品牌的全配方煙絲由許昌卷煙廠提供。主要儀器：Y2SJO型多功能檢測振篩(徐州市鐵建機械制造有限公司，篩網孔徑為：10.00、7.00、5.00、4.00、3.35、2.50、1.00 mm)； PL3001-SMettler電子天平(感量0.1 g，瑞士SMettler公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙絲樣品取樣 卷煙加工線穩(wěn)定生產后，分別在切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機料斗處對煙絲用取樣盤隨機取樣4000 g，單次取樣時間間隔20 min，每批次取樣4次。每次所取樣品混合均勻，采用四分法將其縮至1000 g，裝入密封袋中，貼好標簽待用。

1.2.2 煙絲結構檢測 將待測樣品平衡48 h后，進行煙絲結構測試。用Y2SJO型多功能檢測振篩對制絲線上煙絲樣品按不同篩網孔徑篩分為8個區(qū)間，每個樣品煙絲篩分3次，每次篩分樣品煙絲質量約1000 g。篩分條件：振動頻率40.00 Hz，每間隔1 min變更1次旋轉方向，每次篩分3 min。

1.2.3 數據處理 灰色關聯法是基于各因素發(fā)展趨勢的相似性或差異性來衡量各因素間關聯程度的一種方法，它按照一定規(guī)則確立隨時間變化的母序列，把各個評估對象隨時間的變化作為子序列，運用公式

2 結果與分析

2.1 切絲后煙絲結構與烘絲后煙絲結構的分析

將切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機料斗處的各組煙絲樣品按照1.2中的方法進行篩分測定獲得8層不同尺寸的煙絲分布，每個加工工序的煙絲結構即為每層煙絲重量占總樣品重量的比例。

以烘絲后煙絲結構為母序列、以切絲后煙絲結構為子序列，計算二者之間的灰色關聯度(表1)，按照微關聯，弱關聯，較強關聯和強關聯的作用強度對關聯度進行聚類分析(圖1)，并在表1標注。

根據表1可發(fā)現，烘絲后3.35～4.0 mm尺寸的煙絲與切絲后3.35～10.0 mm尺寸的煙絲均有正的較強的關聯性，其中與切絲后7.0～10.0 mm的煙絲關聯性最強，關聯度為0.7665，說明切絲后7.0 mm以上的長絲經過烘絲后變短，大比例減小為3.35～4.0 mm尺寸煙絲；烘絲后2.5～3.35 mm尺寸的煙絲與切絲后5.0～7.0 mm尺寸的煙絲有強關聯性，關聯度為0.6495；烘絲后1.0～2.5 mm尺寸的煙絲與切絲后1.0～7.0 mm尺寸的煙絲關聯性均較強，且都呈正關聯性，其中與切絲后2.5～3.35 和4～5 mm尺寸的煙絲有強關聯性；烘絲后小于1.0 mm尺寸的煙絲與切絲后1.0～2.5 和3.35～4.0 mm尺寸的煙絲關聯性較強，呈負關聯，增加切絲后的整絲率可以降低烘絲后的碎絲率。切絲后各尺寸的煙絲不僅與烘絲后所對應尺寸的煙絲具有較強關聯性，而且還與烘絲后對應尺寸的下一尺寸的煙絲分布關系密切，適當增加切絲后的長絲率可以提高烘絲后的整絲率。

表1 切絲后煙絲結構與烘絲后煙絲結構的分析Table 1 Analysis of the tobacco structure between shredded tobacco structure and drying tobacco structure

注：(1)、(2)、(3)、(4)分別對應為微關聯、弱關聯、較強關聯和強關聯。下同。

Note: (1), (2), (3) and (4) correspond to micro, weak, strong and strong associations. The same as below.

圖1 切絲后煙絲結構與烘絲后煙絲結構的關聯度聚類結果Fig.1 Clustering results of correlation between shredded tobacco structure and drying tobacco structure

由圖1的整體聚類結果可看出，切絲后煙絲層與烘絲后煙絲層有不同程度的關聯性，呈強關聯的煙絲層有9個，關聯度分布在0.65～0.8之間；呈較強關聯的煙絲層最多，有27個，關聯度分布在0.5～0.6之間；呈弱關聯的煙絲層有17個，關聯度集中分布在0.35～0.5之間；呈微關聯的煙絲層有11個，關聯度多在0.3以下。

2.2 烘絲后煙絲結構與加香后煙絲結構的分析

以加香后煙絲結構為母序列、以烘絲后煙絲結構為子序列，計算二者之間的灰色關聯度(表2)，并進行聚類分析(圖2)。

根據表2可發(fā)現，加香后3.35～4.0 mm尺寸的煙絲僅與烘絲后同尺寸煙絲有強的正關聯性，關聯度為0.5021；加香后2.5～3.35 mm尺寸的煙絲與烘絲后4.0～7.0 mm尺寸的煙絲有強關聯性，關聯度分別為0.5742、0.4975，說明加香后2.5～3.35 mm尺寸的煙絲主要來源是烘絲后長度為4.0～7.0 mm的煙絲；加香后1.0～2.5 mm尺寸的煙絲與烘絲后3.35～4.0 和5.0～7.0 mm尺寸的煙絲關聯性較強，且為正關聯，即烘絲后的長絲越多，加香后的短絲越多；加香后小于1.0 mm的煙絲與烘絲后2.5～3.35 mm的煙絲關聯性較強，但呈負關聯，說明烘絲后整絲的增加，可以對加香后的造碎情況有改善。烘絲后各尺寸的煙絲大多與加香后所對應尺寸的煙絲或對應尺寸的下一尺寸煙絲有較強關聯性，烘絲后煙絲的中長絲對加香后煙絲的中短絲影響較大，因此，適當調整烘絲后中長絲分布比例，可以對加香后煙絲的整絲率上升和碎絲率下降有所改善。

表2 烘絲后煙絲結構與加香后煙絲結構的分析結果Table 2 Analysis of the tobacco structure between drying tobacco structure and flavoring tobacco structure

由圖2的整體聚類結果可知，烘絲后煙絲層與加香后煙絲層大部分呈弱關聯和微關聯。呈強關聯作用的有4個，關聯度在0.5以上；呈較強關聯的煙絲層有10個，關聯度分布在0.35～0.45之間；呈弱關聯的煙絲層有29個，關聯度分布在0.3～0.35之間；呈微關聯的煙絲層有21個，關聯度分布于0.255以下。

2.3 加香后煙絲結構與卷煙機料斗處煙絲結構的分析

以卷煙機料斗處煙絲結構為母序列、以加香后煙絲結構為子序列，計算二者之間的灰色關聯度(表3)，并進行聚類分析(圖3)。

卷煙機料斗處5.0～10.0 mm尺寸的煙絲與加香后7.0～10.0 mm尺寸的煙絲有較強的正關聯性；卷煙機料斗處3.35～4.0 mm尺寸的煙絲與加香后3.35～5.0 和7.0～10.0 mm尺寸的煙絲有較強關聯性；卷煙機料斗處2.5～3.35 mm尺寸的煙絲與加香后2.5～7.0 mm尺寸的煙絲都有較強關聯性，其中，與加香后同尺寸(2.5～3.35 mm)煙絲關聯性最強，關聯度為0.8006，說明加香后的中絲對卷煙機料斗處的中絲影響較大，且呈正關聯作用；卷煙機料斗處1.0～2.5 mm尺寸的煙絲與加香后同尺寸的煙絲有正的較強關聯性。加香后各尺寸的煙絲多與卷煙機料斗處其對應尺寸的煙絲具有較強關聯性，加香后中長絲比例對卷煙機料斗處的中長絲比例的影響大部分是較強的，要改善煙支卷制前煙絲尺寸分布的比例，可以對加香后的中長絲比例進行適當調整。

圖2 烘絲后煙絲結構與加香后煙絲結構的關聯度聚類結果Fig.2 Clustering results of correlation between drying tobacco structure and flavoring tobacco structure

加香后煙絲結構層與卷煙機料斗處煙絲結構層都有不同程度的關聯性，呈強關聯的煙絲層有2個，關聯度在0.8以上；呈較強關聯的煙絲層有20個，關聯度在0.6～0.7之間；呈弱關聯的煙絲層有20個，關聯度分布在0.4～0.5之間；呈微關聯的煙絲層有22個，關聯度在0.4以下。

2.4 不同規(guī)格卷煙的煙絲尺寸對比

為明確短支卷煙在加工工序間煙絲結構的變化，按照1.2的取樣和測定方法，對同一制絲生產線上的常規(guī)卷煙的煙絲結構進行測定，并將兩種規(guī)格的卷煙在加工工序間呈強關聯作用的煙絲尺寸進行對比(表4)。由表4可知，短支卷煙和常規(guī)卷煙在加工工序間關聯性強的煙絲結構層有很大不同。在切絲后和烘絲后兩加工工序間，短支卷煙是切絲后4.0～7.0、2.5～3.35 mm與烘絲后1.0～4.0 mm呈強關聯，常規(guī)卷煙是切絲后5.0～7.0 mm與烘絲后3.35～4.0 mm呈強關聯；在烘絲后和加香后兩加工工序間，短支卷煙在烘絲后1.0～3.35、4.0～7.0 mm與加香后2.5～4.0 mm呈強關聯，常規(guī)卷煙在烘絲后2.5～3.35 mm與加香后2.5～3.35 mm呈強關聯；在加香后和卷煙機料斗處兩工序間，短支卷煙在加香后2.5～3.35 mm與卷煙機料斗處2.5～3.35 mm呈強關聯，常規(guī)卷煙在加香后1.0～3.35 mm與卷煙機料斗處1.0～3.35 mm呈強關聯。常規(guī)卷煙在加工過程中，關聯性強的煙絲層由長絲逐漸向中絲轉移，關聯的煙絲層區(qū)間范圍較大，而短支卷煙在加工過程中，關聯性強的煙絲結構由中長煙絲逐漸轉移為中絲，關聯區(qū)間逐漸減小，可能是由于短支卷煙煙支長度短，卷制時所需的煙絲結構多為中絲，才能達到較好的卷制質量。

表3 加香后煙絲結構與卷煙機料斗處煙絲結構的分析結果Table 3 Analysis of tobacco structure between flavoring tobacco structure and tobacco structure at cigarette hopper

表4 不同規(guī)格卷煙加工工序間呈強關聯的煙絲尺寸Table 4 Tobacco size strongly correlated between different specifications of cigarette processing

圖3 加香后煙絲結構與卷煙機料斗處煙絲結構的關聯度聚類結果Fig.3 Clustering results of correlation between flavoring tobacco structure and tobacco structure at cigarette hopper

3 結 論

本研究運用灰色關聯法和聚類分析對短支卷煙生產線上不同工序(切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機料斗處)之間煙絲結構進行分析并與常規(guī)卷煙進行對比。

(1) 短支卷煙切絲后4.0～7.0、2.5～3.35 mm的煙絲與烘絲后1.0～4.0 mm的煙絲有較強關聯性，烘絲后1.0～3.35、4.0～7.0 mm的煙絲與加香后2.5～4.0 mm的煙絲有較強關聯性，調整切絲后與烘絲后中長絲分布比例，可以改善加香后整絲率；加香后2.5～3.35 mm的煙絲與卷煙機料斗處2.5～3.35 mm的煙絲有強關聯性，加香后的中長絲對卷制前的中長絲影響顯著。

(2) 對比常規(guī)卷煙和短支卷煙的煙絲結構變化，常規(guī)卷煙關聯性強的煙絲層由長絲逐漸向中絲轉移，關聯的煙絲層范圍較大，而短支卷煙關聯性強的煙絲層由中長煙絲逐漸轉移為中絲，關聯區(qū)間逐漸減小。不同規(guī)格的卷煙在各工序間關聯的煙絲層不同，針對不同規(guī)格的卷煙，煙絲結構的調整有不同的方向。

(3) 本研究的范圍貫穿短支卷煙整個制絲生產線以及卷煙卷制前的工序，可以通過相鄰工序之間不同尺寸煙絲的關聯性，針對性的查找對煙絲卷制前某一具體煙絲結構產生重要影響的前面工序的具體煙絲尺寸分布，為優(yōu)化短支卷煙煙絲結構，提高短支煙的卷制質量提供全面的理論依據。