正交試驗法優化茶再造煙葉片基制備工藝

熊 珍，張夢源，王小升，陳宇超，馬 潤，王志鵬，蔣云龍，李忠任

（中煙施偉策（云南）再造煙葉有限公司，云南 玉溪 653100）

茶渣的合理化利用，成為茶行業及相關行業關注的熱點問題［1-3］。茶渣價格低廉，但含有茶多酚、茶多糖、茶氨酸、咖啡堿、氨基酸、微生物和礦物質等大量有用成分，在農牧業、工業、食品、醫藥和環保等領域具有廣闊的應用前景［4-6］。茶葉應用到卷煙中，可以改善卷煙的抽吸品質，降低或消除卷煙煙氣中的有毒有害成分；茶葉中的有機酸、氨基酸能溶解煙草中的糖類物質，豐富卷煙香氣成分［7-9］。再造煙葉產品為適應市場需求不斷創新［10，11］，本研究以茶渣為原料，探索茶再造煙葉生產工藝，對拓展再造煙葉風格特征，提高茶渣的綜合利用率，提升茶葉產業鏈的可持續性具有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶原料由云南省某茶企業提供，木漿來自加福林產品（亞洲）有限公司，羅望子多糖由中煙施偉策（云南）再造煙葉有限公司提供。

1.2 儀器與設備

TYM-8L 型細胞級超微粉碎機（濟南天宇專用設備有限公司）；Jan-25 型打漿機（美國PTI 公司）；FDA 動態紙頁成型器BP251，紙頁烘干器（Tehpap FRANCE）；F81502 型抗張強度測試儀（FRANKPTI）；ZJ-100 型打漿度測定儀，ZH-4 型厚度測定儀，ZDYQ-100 型定量圓形取樣器（長春紙張試驗機有限責任公司）；RH-TQ100-B 型透氣度測定儀（廣州潤湖儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 制備工藝流程 制備工藝流程如圖1 所示。

圖1 茶再造煙葉片基制備工藝流程

1.3.2 單因素條件選擇 將茶渣干燥粉碎后研磨成粉，按照茶再造煙葉片基制備工藝進行制備，將木漿和已研磨成粉的茶渣混合均勻，依據混合液絕干重量添加2%的羅望子多糖，再按照造紙法再造煙葉片基的制備工藝進行制備。按照設定的單因素試驗進行考察，設定茶渣粒徑為100、200、300、400、500目；木漿打漿度為50、55、65、75、80°SR；木漿添加比例為10%、15%、20%、25%、30%，制備得到茶再造煙葉片基后，測定其厚度、抗張強度和透氣度3 項物理指標。

1.3.3 正交優化試驗設計 試驗中對樣品性能的影響因素較多，針對片基抗張強度和透氣度的變化會導致定量和厚度等指標的變化，因素之間又存在交互關系，同時結合煙草粉體造紙工藝前期研究，試驗采用三因素四水平正交試驗設計的方式進行考察，L9（34）試驗因素與水平見表1。

表1 正交試驗因素水平設計

1.3.4 物理指標檢測方法 茶再造煙葉片基在溫度20 ℃±2 ℃、濕度60%±2%下平衡48 h，分別按GB∕T 12914—2008《紙和紙板抗張強度的測定》［12］、GB∕T 458—2002《紙和紙板透氣度的測定（肖伯爾法）》［13］和GB∕T 451.3—2002《紙和紙板厚度的測定》［14］測定其抗張強度、透氣度和厚度。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 茶渣粒徑對茶再造煙葉片基物理指標的影響 選定打漿度為55°SR，木漿添加比例為20%，將茶渣研磨成不同粒徑樣品，研究茶渣粒徑對茶再造煙葉片基厚度、抗張強度、透氣度的影響，其結果如圖2 所示。通過對比分析發現，低目數條件下粉體成型工藝制備得到的茶再造煙葉片基厚度較高，隨著茶渣粒徑的增加，厚度逐步降低，透氣度也隨之降低，但茶渣粒徑為300 目時，抗張強度最強且趨于平衡。因此，初選茶渣粒徑為300 目。

2.1.2 打漿度對茶再造煙葉片基物理指標的影響 確定茶渣粒徑為300 目后，設定木漿添加比例為20%，考察打漿度對茶再造煙葉片基厚度、抗張強度、透氣度的影響，其結果如圖3 所示。由圖3 可知，隨著打漿度從45 °SR 提升至85 °SR，茶再造煙葉片基的透氣度從309.9 CU 降低至201.2 CU，這可能是由于隨著打漿度的提升，細小纖維含量提升，茶再造煙葉片基的致密度提升，導致其透氣度大幅降低。茶再造煙葉片基的透氣度影響其涂布載量，因此，需適度控制茶再造煙葉片基的透氣度，所以初選打漿度為65°SR。

2.1.3 木漿添加比例對茶再造煙葉片基物理指標的影響 在確定茶渣粒徑為300 目，打漿度為65 °SR的前提下，考察木漿添加比例對茶再造煙葉片基厚度、抗張強度、透氣度的影響，其結果如圖4 所示。由圖4 可知，在不同木漿添加比例的茶再造煙葉片基樣品中，縱向抗張強度的最小值為848.49 N∕m，透氣度為142.1 CU，這與粉體抄造工藝有一定關聯性。隨著木漿添加比例的增加，茶再造煙葉片基表面的空隙逐漸增加，片基內部纖維結構變得疏松，有利于液體從片基的表面空隙滲透，該結果與文獻報道一致［15］。打漿度、茶粉體和定量一定的情況下，10%的木漿添加比例的抗張強度比15%的木漿添加比例處理高，可能是因為木漿量少，纖維間的結合能力較弱，導致抗張強度低［16，17］，所以初選木漿添加比例為25%。

圖4 木漿添加比例對茶再造煙葉片基物理指標的影響

2.2 正交試驗結果分析

根據單因素試驗，初選茶渣粒徑、打漿度、木漿添加比例各個參數后進行正交優化試驗。確定主要影響因素后，按照“1.3.3”節方法進行三因素四水平L9（34）正交試驗，試驗設計見表1，試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

由表2 可知，對茶再造煙葉片基厚度的影響程度大小依次為茶渣粒徑、木漿添加比例、打漿度，這是由于在抄片過程中，茶渣粒徑越大，其留著率可能越高；茶渣粒徑越小，抄片過程中流失越多，導致厚度的主要影響因素為茶渣粒徑大小。對茶再造煙葉片基抗張強度的影響程度大小依次為木漿添加比例、打漿度、茶渣粒徑，結果與單因素試驗考察結果一致。對茶再造煙葉片基透氣度的影響程度大小依次為茶渣粒徑、木漿添加比例、打漿度，隨著木漿添加比例的增加，片基表面的空隙逐漸增加，片基內部纖維結構變得疏松，小粒徑茶粉進入空隙的幾率就越高，導致透氣度降低?？紤]茶再造煙葉片基后續需再進行涂布工藝，需著重考慮其厚度和透氣度兩個指標因素，通過綜合平衡各因素對厚度和透氣度指標的影響，最終選定的最優方案為A1B1C1，即茶渣粒徑200 目，打漿度55°SR，木漿添加比例15%。

3 結論

本研究通過正交試驗優化茶再造煙葉片基制備工藝，確定最佳制備工藝條件。結果表明，①影響茶再造煙葉片基物理指標（厚度、抗張強度、透氣度）的因素主次順序是茶渣粒徑、木漿添加比例、打漿度；②制備茶再造煙葉片基的最佳方法為茶渣粒徑200目，打漿度55°SR，木漿添加比例15%。此試驗方案能得到可滿足后續加工的茶再造煙葉片基，為后續茶再造煙葉的開發提供理論和數據參考。