基于調控煙葉葉片結構的工藝優化與應用

王鵬澤 黨霞 位輝琴

摘要：針對當前工業企業對煙葉葉片結構需求的變化，設計在打葉風分匯總后增加葉片篩分復打設備，并對設備工藝參數進行優化，從而實現葉片結構降低大片率、提高中片率及優化葉形的目的。以中煙100為材料，采用L9（34）正交試驗設計，研究了框欄形狀、篩選輥轉速和打輥轉速3個因素對煙葉葉片結構的影響。結果表明，打葉風分后應用葉片篩分復打工藝能顯著改善葉片結構比例，調控煙葉片形結構的最優參數為六邊形框欄、80 r/min的篩選輥轉速、650 r/min打輥轉速。采用最優工藝參數葉片大片所占比例降低了10.70個百分點，中片所占比例提升了8.57個百分點，最佳煙葉片形比例提升了12.64個百分點。同時，煙片片形趨于方圓，提高了片煙原料制絲后的利用率。

關鍵詞：煙葉;打葉復烤;葉片結構;篩分復打

中圖分類號： S572 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）10-0134-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.10.032 ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Aiming at the demand change of tobacco industrial enterprises for tobacco leaf stalk shaped structure， after the increase of blade screen rebeating equipments behind the belt of threshing and pneumatic separation， as well as the optimization of technological parameters of the equipment， the purpose of reducing the large and increasing the medium shape of tobacco leaf structure and improving the leaf shape is realized. Taking Zhongyan 100 as the material and using the orthogonal experiment design of L9（34）， the influence of three factors on the tobacco blade structure， such as frame column shape， screening roll speed and roll speed， is studied. The results show that the application of tobacco leaf screening and rebeating process can significantly improve the proportion of tobacco leaf structure after threshing and pneumatic separation. The optimal parameters for regulating tobacco leaf shape structure are hexagonal frame bar， screening roll speed of 80 r/min and roll speed of 650 r/min. By using the optimal technological parameters， the large shape of tobacco leaf decreases by 10.70 percentage points， the medium shape of tobacco leaf increases by 8.57 percentage points， and the best proportion of tobacco leaf shape increases by 12.64 percentage points. At the same time， the leaf shape tends to be circumferential， which improves the utilization rate for the silk of tobacco blade raw material.

Key words： tobacco leaf; threshing and redrying; tobacco blade structure; screening and rebeating

片煙結構是指煙葉打葉復烤后的片型結構 ?，主要包括大片、中片、小片、碎片等，片煙結構是穩定制絲品質的基礎，直接決定切后煙絲的成絲長度[4-6]。近年來，隨著中短支和細支煙需求量快速提升，車間的制絲設備也相應地進行了改進，同時工業企業對復烤加工理念的轉變，使得降低大片率、提高中片率、控制煙葉造碎成為卷煙企業對打葉質量的新要求[7-10]。以往煙葉在打葉復烤過程中，工業客戶青睞于提高大中片率，而如今要降低大片率，提高中片率，就會在打葉加工過程中施加更多的機械外力，這導致煙葉造碎增多，出片率降低。

片煙結構指標是評價打葉復烤加工技術水平的硬性指標。蔡聯合等[11]縮減打葉環節一打的框欄尺寸（7.0～8.9 cm），復烤后煙葉的出片率和大片率出現小幅降低，造碎有所增加，但均在可控范圍內。李曉等[12]從控制超大片率、保證大中片率的設計思路出發，調整了一級打葉器上框欄開孔尺寸（110 mm× 78 mm）來改善打葉后的葉片結構，得出將打葉機1、2、6、7排框欄孔徑改為110 mm×（72±1） mm，3、4、5排打葉框欄的孔徑改為110 mm×（80±1） mm。改造后大中片率提升了0.7個百分點，50 mm×50 mm以上超大片率減少了4.6個百分點。本試驗在打葉風分匯總后增加葉片篩分復打設備并對設備的工藝參數進行優化，以便更有效地處理大片煙葉，以期實現打葉復烤煙片結構及片型的可調、可控。

1 ?材料與方法

1.1 ?篩分復打工藝流程

目前，調整葉片結構的方法多是對打葉器打刀、框欄進行改進，或調整打葉機的工藝參數，這就造成在打葉過程中造碎的增加，影響了出片率。經檢測，大葉片的力學特性要優于中小片，復打后造碎小。本研究設計運用耙釘式篩分機先將大片篩分出來（中小片從耙釘式篩分機輥軸間隙落到傳送皮帶上，大片從耙釘式篩分機輥軸上傳送到打葉器），有針對性地將大片送入打葉機進行復打，復打后的片煙再均勻地回摻送入貯葉柜，達到“降大提中，控制造碎”的工藝要求，改善葉片的片形結構。圖1為篩分復打工藝流程。

打葉風分后收集皮帶的a與b分別表示將片煙不進行篩分復打處理和進行篩分復打處理;實線部分表示常規打葉復烤工藝流程，虛線部分表示篩分復打工藝流程。

1.2 ?篩分復打設備

篩分復打設備安裝在打葉風分匯總皮帶處（圖2），主要由耙釘式篩分機、傳送皮帶、小型臥打機等組成，其中耙釘式篩分機由篩分機、底帶輸送機等組成（圖3）。篩分機的篩選輥采用釘輥形式，釘輥減速機變頻控制，耙釘與輥軸間隙為5 mm，輥軸上相鄰2個耙釘的間距為35 mm。底帶輸送機為普通帶式輸送機，主要起到收集、輸送合格葉片的作用。小型臥打機配備的框欄有菱形、六邊形和圓形框欄。不同規格的框欄充分保證了煙葉篩分復打后片形結構的效果。

1.3 ?材料

試驗所用原料為豫中（許昌市、洛陽市、平頂山市）地區2017年所產煙葉，品種為中煙100，等級C3F。

1.4 ?方法

1.4.1 ?參數優化試驗設計 ? ?試驗按L9（34）正交試驗進行設計（表1）。在框欄形狀A（A1為兩平行間距均為50.8 mm的菱形，A2為50.8 mm的六邊形，A3為直徑為50.8 mm的圓形），篩分機篩選輥轉速B（B1、B2、B3分別為60、80、100 r/min），打輥轉速C（C1、C2、C3分別為600、650、700 r/min）3因素3水平下進行正交試驗（無交互作用）。

1.4.2 ?取樣及測定方法 ? 每組試驗待機器穩定運行40 min后取樣，取樣間隔60 min，檢測樣品片煙大小及其面積分布，每組試驗連續檢測5次，每次取3個樣品。葉片結構檢測設備：質量控制振動篩，所用篩網為克雷斯塔篩網，檢測指標有（>25.4×25.4 mm2）大片、（12.7×12.7 mm2～25.4×25.4 mm2）中片、（6.35×6.35 mm2～12.7×12.7 mm2）小片、（2.36×2.36 mm2～6.35×6.35 mm2）碎片、（<2.36×2.36 mm2）碎末。葉形葉面積檢測設備：AM350葉面積分析儀。主要分析篩分復打工藝對片煙尺寸分布和片煙形態特征的影響。片煙形態特征包括矩形度、圓形度、體態系數指標。

矩形度：矩形度用來表征一片煙葉接近矩形的程度，具體公式α=S0/S，其中S0為片煙投影面積，S為葉片最小外接矩形面積，α取值范圍為0～1，α越接近1煙葉越接近矩形。

圓形度：圓形度用來表征一片煙葉接近圓形的程度，具體公式β=（4π×S0）/L2，其中S0為片煙投影面積，L為煙葉周長，β取值范圍為0～1，β越接近1煙葉越接近圓形。

體態系數：體態系數用來表征一片煙葉細長的程度，具體公式γ=A/B，其中A為最小外接矩形寬，B為最小外接矩形長，γ值取值范圍為0～1，γ越接近1煙葉越接近正方形。

根據《打葉煙葉質量檢驗》[13]和《煙葉片煙大小及其分布的測定葉面積法》[14]檢測復打后的葉片結構及形態特征指標，并進行對比分析。

1.5 ?統計方法

運用Excel 2013軟件進行數據統計，Origin7.5軟件進行圖表制作，采用SPSS 22.0軟件對數據進行差異顯著性檢驗。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同處理煙葉葉片結構分布

對不同處理煙葉葉片結構進行檢測，結果（表2）表明，框欄形狀A、篩分機篩選輥轉速B、打輥轉速C 3個因素對煙葉葉片結構分布變化有一定的影響。采用篩分復打工藝處理后葉片“降大提中”的效果明顯。與對照相比，葉片的中片比例都達到了40.00%以上，小片、碎片各試驗處理變化幅度較小，其中試驗7和試驗9碎末比例較大，其余各試驗處理碎末比例都在1.00%以下。按最新版《卷煙工藝規范》對打葉復烤葉片大、中片比例要求來分析，滿足大片<40.00%，大中片≥80%的有試驗2、4、5、7，片葉結構調控效果明顯。

研究表明，片煙尺寸的最佳范圍是100～1225 mm2，包括葉片結構中全部的中等葉片及小范圍的大葉片，這個范圍內葉片切成煙絲的成絲強度和填充效果最佳[15，16]。試驗結果（表3）表明，采用篩分復打工藝煙葉最佳片形比例為63.21%～70.90%，遠高于對照組59.63%。因此，需要對正交試驗結果進一步進行極差分析。

2.2 ?不同工藝參數的篩選分析

最佳煙葉片形比例占比越大參數越優。由表4得出，框欄形狀條件下KA2>KA1>KA3，所以KA2為因素A的優水平。篩選輥轉速條件下，KB2>KB3>KB1，所以KB2為因素B的最優水平。同理KC2為因素C的最優水平，即六邊形框欄、篩選輥轉速為80 r/min、打輥轉速為650 r/min是調控煙葉片形結構的最優參數。正交試驗各組間最佳煙葉片形比例的極差值為框欄形狀（RA）>篩選輥轉速（RB）>打輥轉速（RC）。因此，改變框欄類型對煙葉結構變化影響最大，而改變打輥轉速變化量為650 r/min時對葉片結構變化影響相對較小。

2.3 ?正交試驗結果的方差分析

方差分析結果（表5）表明，框欄形狀和篩選輥轉速對最佳煙葉片形比例有顯著影響，打輥轉速對最佳煙葉片形比例沒有顯著影響，結合不同工藝參數的篩分分析，最優工藝參數組合為A2B2C2，即采用六邊形框欄、80 r/min的篩選輥轉速、650 r/min打輥轉速為調控煙葉片形結構的最優參數。

2.4 ?最優工藝參數條件下各工位葉片結構分析

在最優工藝參數條件下，對篩分復打煙葉各個工位葉片結構指標進行多重比較（表6），其中在大片煙葉中，以篩分機篩出片煙的大片煙葉所占比例最大，達到69.34%，極顯著高于其他各工位，篩分機未篩出的大片比例最低，為36.64%，極顯著低于篩分機篩出片煙的大片和對照組所占比例，而篩分機未篩出的中片比例最大，達到44.29%，極顯著高于其他各工位，說明篩分機的篩分效果較好，能有效地篩分出大片。篩分機篩出片煙與復打出口片煙結果比較發現，大片、中片和小片所占比例都達到了極顯著水平，即大片所占比例下降，中片和小片所占比例上升，說明復打后葉片結構改善明顯。篩分復打總片煙與對照組相比，各指標都有極顯著差異。即采用最優工藝參數，煙葉大片所占比例降低了10.70個百分點，中片提升了8.57個百分點，最佳煙葉片形比例提升了12.64個百分點，表明優化工藝參數后的篩分復打效果良好。

2.5 最優工藝參數條件下各工位煙葉形態特征分析

煙葉的葉片形態特征與煙絲長度密切相關，指標矩形度（α）、圓形度（β）、體態系數（γ）值越接近1，葉片形態特征越規整，切絲后成絲比例越高。經耙釘篩分機未篩出的片煙的矩形度（α）為0.74，圓形度（β）為0.65，體態系數（γ）為0.68，都優于篩分機篩出片煙的形態特征指標，復打出口片煙的矩形度（α）比復打前高了0.12，圓形度（β）和體態系數（γ）都高0.13，篩分復打總片煙的形態與對照組相比更加規則、方圓，形態特征優化效果明顯（表7）。這有利于減少制絲過程中長條煙絲的比例，優化煙絲結構，減少碎煙絲比例，提高細支煙的卷制質量。

3 ?小結

①通過正交試驗對篩分復打工藝參數進行優化和多重比較，得出采用六邊形框欄、80 r/min的篩選輥轉速、650 r/min打輥轉速為調控煙葉片形結構的最優參數。

②篩分復打工藝能有效調控葉片結構，特別是“降大提中”效果顯著。采用最優工藝參數葉片大片所占比例降低了10.70個百分點，中片所占比例提升了8.57個百分點，最佳煙葉片形（100～1 225 mm2）比例提升了12.64個百分點。

③采用篩分復打工藝能明顯改善葉片的形態特征。葉片的矩形度、圓形度和體態系數等形態特征指標均有所提升。葉片的葉形更加規則、方圓，可有效優化煙絲結構，保障中短支和細支煙煙絲的卷制效率和質量，提高了片煙原料利用率。

4 ?討論

原先工業企業在煙葉復烤加工后片煙結構的大片率較高，而大葉片切成的煙絲過長，不易松散，容易結團，并且煙絲中含有部分細煙梗，不符合中短支和細支卷煙卷接包過程的工藝要求，在煙絲卷制過程中容易扎破或撐破卷煙紙，從而造成原材料的浪費，影響卷接包工序的加工效率。雖然采用篩分復打工藝可有效降低大片率，提高中片率，改善葉片的形態結構，利于后續的制絲工藝，但在配方打葉過程中未考慮不同特質煙葉加工特性的差異，模塊組配不盡合理也會影響打葉后煙葉的片形結構，同時不同葉片結構的片煙切絲長度和寬度對卷煙卷制質量的影響程度不同，這些問題都有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 王 ?強.打葉復烤影響出片率的因素分析[J].科技展望，2015，25（16）：143.

[2] 盧幼祥，周良明，邵名偉，等.大中片率與打葉經濟指標、葉中含梗率的關系研究[J].安徽農學通報，2017，23（15）：130-131.

[3] 徐大勇，李新鋒，范明登，等.復烤溫度對片煙收縮率及大小分布的影響[J].煙草科技，2013（3）：12-16.

[4] 曾 ?靜，徐大勇，李躍鋒，等.片煙葉面積分布[J].煙草科技，2010 （10）：12-15.

[5] 申曉鋒，李華杰，李善蓮，等.煙絲結構表征方法研究[J].中國煙草學報，2010，16（2）： 20-25.

[6] 王 ?滿.烤煙打葉復烤片煙結構穩定性評價[D].鄭州：河南農業大學，2011.

[7] 王國斌.畢節市不同產地煙葉打葉復烤產品結構研究[D].長沙：湖南農業大學，2013.

[8] 余 ?娜，申曉鋒，徐大勇，等.基于分形理論的煙絲尺寸分布表征方法[J].煙草科技，2012（4）：5-8.

[9] 任志春.打葉復烤煙葉分切加工設備設計與應用[J].山東工業技術，2018（5）：42.

[10] 白萬明，潘 ?峰， 楊全忠，等.復烤加料加香工藝的設計與應用[J]. 中國煙草學報，2017，23（4）：23-31.

[11] 蔡聯合，鄒克興，孫建生，等.打葉框欄尺寸對烤煙打葉過程中葉片結構及出片率的影響[J].湖南農業科學，2017（8）：78-80.

[12] 李 ?曉，張亞明，謝永軍，等.煙葉復烤線打葉框欄的技術改進[J]. 鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2011，26（1）：26-29.

[13] YC/T147―2010，打葉煙葉質量檢驗[S].

[14] YC/T449―2012，煙葉片煙大小及其分布的測定葉面積法[S].

[15] 安銀立，衛盼盼，馬建勛，等.不同地區烤前片煙結構各項指標變化規律研究[J].湖南農業科學，2013（17）：32-34.

[16] 羅登山，曾 ?靜，劉 ?棟，等. 葉片結構對卷煙質量影響的研究進展[J].鄭州輕工業學院學報（自然科學版），2010，25（2）：13-17.