制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草含水率的影響及應用研究

摘要：為揭示環境溫濕度對制絲過程加工質量的影響規律，系統開展了制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草含水率的影響及應用研究。結果表明，制絲室內環境溫度明顯高于室外環境溫度，且兩者具有較強的正相關性；越靠近室外，室內環境溫濕度對室外環境溫濕度影響越明顯。在該制絲車間條件下，制絲環境濕度對松散回潮與加料工序間煙草含水率具有較強的負相關性，相關系數為-0.705 3；制絲環境溫度對加料與葉絲干燥工序間煙草含水率具有較強的正相關性，相關系數為0.831 4；制絲環境溫濕度對葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙草含水率的影響基本可以忽略。基于制絲環境溫濕度變化因素對制絲工藝技術標準進行合理優化設計，能有效提升制絲過程加工質量的穩定性，將對提升卷煙加工質量及產品質量穩定性具有重要的現實意義。

關鍵詞：制絲車間；環境溫濕度；關鍵工序；煙草流轉過程；煙草含水率

中圖分類號：TS452" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）08-0175-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.08.028 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Influence and application research of ambient temperature and humidity in primary processing on tobacco moisture content between key processes

TANG Jun， ZHOU Bing， YI Bin， LI Chao， LIN Wen-qiang， CAI Bo， TANG Li， TAN Guo-zhi， HE Bang-hua

（Technology Center， China Tobacco Yunnan Industrial Co.， Ltd.， Kunming" 650231， China）

Abstract：In order to reveal the influence of ambient temperature and humidity on the processing quality， the influence and application of ambient temperature and humidity in primary processing on tobacco moisture content between key processes were systematically studied. The results showed that the indoor ambient temperature of primary processing was significantly higher than the outdoor ambient temperature， and there was a strong positive correlation between them； the closer to the outside， the outdoor ambient temperature and humidity were more affected by the indoor ambient temperature and humidity. Under the conditions of the primary processing， the ambient humidity had a strong negative correlation with the tobacco moisture content between loosening and conditioning process and tobacco casing process， and the correlation coefficient was -0.705 3； the ambient temperature had a strong positive correlation with the tobacco moisture content between tobacco casing process and drying process of cut tobacco， and the correlation coefficient was 0.831 4； the influence of ambient temperature and humidity on the tobacco moisture content between drying process and cooling process of cut tobacco could be ignored. Based on the variation factors of ambient temperature and humidity of the primary processing， the reasonable optimization design of the technical standard of the primary processing could effectively improve the stability of processing quality， which would have important practical significance in improving the stability of cigarette processing quality and product quality.

Key words： primary processing workshop of cigarette； ambient temperature and humidity； key process； tobacco circulation process； tobacco moisture content

在卷煙加工過程中，煙草含水率是衡量卷煙加工質量的重要指標之一，其控制的好壞將直接影響到最終產品質量。煙草屬于多孔介質，受周圍環境溫濕度的影響較大，具有良好的吸濕和解濕特性。制絲是卷煙加工工藝的核心組成部分，主要涉及松散回潮、潤葉加料、葉絲干燥等關鍵工序及關鍵工序間煙草物料流轉環節，具有生產線長、工序多等特點，目前國內煙草企業制絲車間除貯葉、貯絲等個別環節外，基本不具備恒溫恒濕條件。因此，制絲車間環境溫濕度勢必會受季節性及晝夜性的影響，造成制絲關鍵工序內煙草含水率及關鍵工序間煙草流轉過程煙草含水率的波動，進而會影響卷煙加工質量及產品質量的穩定性。

近年來，國內煙草企業在環境溫濕度對卷煙加工過程質量影響方面已開展了一些研究。在打葉復烤環節上，劉威等［1］開展了復烤車間環境溫濕度監測及應用研究，結果表明，復烤車間內外溫度存在線性關系，車間環境溫濕度對潤葉工序過程質量有明顯影響。在煙葉醇化環節上，陳頤等［2］研究了貴州不同倉貯環境對醇化過程片煙蛋白質及氨基酸含量的影響，結果表明，倉貯環境對片煙醇化過程中蛋白質和氨基酸含量有較大影響，進而會影響片煙醇化質量。在制絲環節上，楊鈁等［3］提出環境溫濕度對煙草制絲加工質量的影響主要表現在與煙絲質量有關的松散回潮工序、加料工序、烘絲工序和梗絲處理工序4個關鍵點。張云飛等［4］基于紅河卷煙廠制絲過程數據研究了環境溫濕度對制絲水分控制的影響，結果表明，室外溫濕度對制絲過程水分控制有顯著影響，且室外溫濕度的影響存在交互效應。常明彬等［5］分析了環境溫濕度對過程物料含水率散失的影響，并用多元回歸分析方法建立松散回潮加水量預測模型。邱小梅［6］分析了卷煙制絲過程不同工序間物料流轉含水率的變化規律，并采用多元回歸方法建立了制絲過程物料流轉水分變化與環境濕空氣化學勢和關鍵工藝參數的數學回歸模型，模型絕對誤差總體小于0.5%。在卷制環節上，馬淑平等［7］分析了溫濕度控制對卷煙卷制質量的影響，并提出了不同品質和檔次的煙草對應不同的車間環境溫濕度條件。馮銀龍等［8］研究了環境溫濕度對卷煙硬度和重量指標的影響，結果表明，在環境溫度一定的條件下，卷煙重量隨環境相對濕度的增加而增加，卷煙硬度隨環境相對濕度的增加而減小。以上研究表明，環境溫濕度變化是影響卷煙加工過程質量波動的重要因素。目前的研究主要集中在室外對室內環境溫濕度的影響、環境溫濕度對單個加工工序加工質量的影響等研究上，缺乏全面系統分析不同加工工序環境溫濕度之間的差異及其對生產全線加工質量的影響，特別缺乏考慮環境溫濕度變化下指導生產實際提升卷煙加工質量穩定性的應用研究。

鑒于此，本研究以某卷煙企業代表性品牌制絲生產線為研究對象，研究制絲關鍵工序環境溫濕度隨室外環境和時間的變化規律，重點研究制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草物料流轉過程中煙草含水率的影響規律，并基于制絲環境溫濕度變化修訂制絲工藝技術標準進行應用研究，旨在為合理指導生產實際、穩定提升卷煙過程加工質量提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 數據采集

1）室外和制絲環境溫濕度數據采集。在室外和制絲車間室內關鍵工序松散回潮、加料、切絲、葉絲干燥等位置共安裝了18個溫濕度自動檢測裝置，具體檢測位置情況如圖1所示。其中，溫濕度自動檢測位置A0001和C001位于室外；溫度和濕度的檢測精度分別為0.1 ℃和0.1%。

對室外和制絲車間室內關鍵工序位置環境溫濕度數據進行了采集，采集時間為2018年6月至2020年12月，采集頻次為1次/10 min。

2）制絲關鍵工序出入口煙草含水率數據采集。基于卷煙企業制造執行系統（Manufacturing execution systems，MES），按時間和批次采集制絲過程中松散回潮、加料、葉絲干燥和葉絲冷卻工序入口和出口煙草含水率數據，采集時間為2018年6月至2020年12月，采集頻次為10次/min。

1.2 數據處理與分析

1）環境溫濕度數據分析。采用數理統計法對室外和制絲環境溫濕度數據進行處理與分析。

2）關鍵工序間煙草含水率差值計算。依據制絲關鍵工序出入口煙草含水率數據，計算出相鄰關鍵工序間煙草含水率的差值，即：松散回潮與加料工序間煙草含水率差值（Δ1）=加料工序入口煙葉含水率－松散回潮工序出口煙葉含水率；加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值（Δ2）=葉絲干燥工序入口煙絲含水率－加料工序出口煙葉含水率；葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙草含水率差值（Δ3）=葉絲冷卻工序入口煙絲含水率－葉絲干燥工序出口含水率。

3）制絲環境溫濕度數據與關鍵工序間煙草含水率差值整合及分析。按批次和時間段將制絲環境溫濕度數據與關鍵工序間煙草含水率差值進行一一對應，并采用相關性及線性回歸法分析制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草含水率的影響規律。

2 室外和制絲環境溫濕度變化規律分析

2.1 室外和制絲關鍵工序環境溫濕度隨時間變化分析

采用2018年6月至2019年6月采集的室外和制絲關鍵工序環境溫濕度數據，以環境溫度和環境濕度為縱坐標，以時間為橫坐標，繪制環境溫度和濕度隨時間的變化曲線，如圖2所示，并對室外和制絲關鍵工序環境溫濕度數據進行統計分析，具體見表1。其中，環境溫度和環境濕度為月份內數據的均值。

由圖2可知，2018年6月至2019年6月，室外環境溫濕度和制絲關鍵工序環境溫濕度隨時間變化均存在較大波動；室外環境溫度隨時間變化曲線與制絲松散回潮、加料、葉絲干燥和葉絲冷卻工序環境溫度隨時間變化曲線一致性較好，即環境溫度變化均呈先升高后降低再升高的趨勢；室外環境濕度隨時間變化曲線與制絲加料工序環境濕度隨時間變化曲線一致性較好，而與其他關鍵工序環境濕度隨時間變化曲線一致性較差。這說明年度室外環境溫濕度和制絲關鍵工序環境溫濕度均波動較大；制絲關鍵工序環境溫度與室外環境溫度具有較強的相關性；制絲大部分關鍵工序環境濕度與室外環境濕度無明顯的相關性，可能與制絲關鍵工序空間位置分布及引入飽和蒸氣等因素有關。

由表1可知，室外環境溫度均值、最小值和最大值均明顯低于制絲關鍵工序環境溫度，且室外環境溫度變異系數明顯大于制絲關鍵工序環境溫度；制絲關鍵工序中松散回潮環境溫度均值和最小值均稍低于其他關鍵工序環境溫度，且松散回潮工序環境溫度變異系數明顯大于其他關鍵工序環境溫度。室外環境濕度最小值明顯低于制絲關鍵工序環境濕度，而最大值明顯高于制絲關鍵工序環境濕度，且變異系數明顯大于制絲關鍵工序環境濕度；制絲關鍵工序中松散回潮和加料工序環境濕度變異系數明顯大于其他關鍵工序環境濕度。這說明制絲車間室內具有一定的溫室效應，室內溫度要高于室外溫度，且室內溫度波動相對較小。結合制絲關鍵工序位置分布發現，越靠近室外，關鍵工序環境溫濕度受室外環境溫濕度影響越大，即制絲關鍵工序受室外環境溫濕度影響表現為松散回潮≥加料≥葉絲干燥≥葉絲冷卻。

2.2 制絲關鍵工序與室外環境溫濕度間相關性分析

采用2018年6月至2019年6月采集的室外和制絲關鍵工序環境溫濕度數據，按月份對制絲關鍵工序與室外環境溫濕度之間進行Pearson相關性分析，結果見表2。

由表2可知，室外環境溫度與松散回潮、加料、葉絲干燥及葉絲冷卻環境溫度間的相關系數均大于0.8，其均具有較強的正相關性，其中與松散回潮環境溫度相關性最強，其次是加料，然后是葉絲冷卻，最后是葉絲干燥；室外環境濕度與加料環境濕度間的相關系數大于0.7，具有較強的正相關性，而與松散回潮、葉絲干燥和葉絲冷卻環境濕度間的相關系數均小于0.31，其相關性均較弱。這說明室外環境溫濕度對制絲各關鍵工序環境溫濕度影響存在明顯差異。因此，在研究制絲環境溫濕度對制絲加工過程質量的影響時，不能簡單依據室外環境溫濕度變化或制絲車間單點位置的環境溫濕度變化，應根據制絲生產全線不同工序環境溫濕度變化。

3 制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草含水率的影響

3.1 對松散回潮與加料工序間煙草含水率的影響

采用2018年6月至2019年6月采集的制絲環境溫濕度數據和制絲關鍵工序出入口煙草含水率數據，并計算出松散回潮與加料工序間煙草含水率差值。按時間順序，以加工批次為橫坐標，分別以制絲環境溫度、制絲環境濕度及松散回潮與加料工序間煙葉含水率差值為縱坐標，繪制出相應的變化曲線，如圖3所示。對松散回潮與加料工序間煙葉含水率差值分別與制絲環境溫度和環境濕度進行Pearson相關性分析，結果見表3。其中，制絲環境溫度和濕度分別為松散回潮與加料工序環境溫度和濕度的均值。

結合圖3和表3可知，松散回潮與加料工序間煙葉含水率差值與制絲環境濕度間的相關系數為" -0.705 3，其具有較強的負相關性，說明制絲環境濕度越高，兩工序間煙草含水率差值越小，保濕效果越好。松散回潮與加料工序煙葉間含水率差值與制絲環境溫度間的相關系數僅為0.178 4，兩者相關性較弱。進一步將兩工序間煙草含水率差值與制絲環境濕度進行線性回歸分析，得到線性回歸方程見式（1）。

[Δ1=2.893-0.037×環境溫度] " （1）

由式（1）可知，制絲環境濕度上升1%，松散回潮與加料工序間煙草含水率差值降低0.037%，即煙草含水率少散失0.037%。結合表1中數據松散回潮和加料環境濕度最大波動約15%考慮，則兩工序間煙草含水率差值最大波動可達到0.55%，顯然會影響后續加工工序煙草含水率穩定性控制。

3.2 對加料與葉絲干燥工序間煙草含水率的影響

采用2018年6月至2019年6月采集的制絲環境溫濕度數據和制絲關鍵工序出入口煙草含水率數據，并計算出加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值。按時間順序，以加工批次為橫坐標，分別以制絲環境溫度、制絲環境濕度及加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值為縱坐標，繪制出相應的變化曲線，如圖4所示。對加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值分別與制絲環境溫度和環境濕度進行Pearson相關性分析，結果見表4。其中，制絲環境溫度和濕度分別為加料與葉絲干燥工序環境溫度和濕度的均值。

結合圖4和表4可知，加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值與制絲環境溫度間的相關系數為0.831 4，其具有較強的正相關性，說明制絲環境溫度越高，兩工序間煙草含水率差值越大，干燥效果越強；加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值與制絲環境濕度間的相關系數僅為-0.104 9，兩者相關性較弱。進一步將兩工序間煙草含水率差值與制絲環境溫度進行線性回歸分析，得到線性回歸方程見式（2）。

[Δ2=0.057×環境溫度-0.951] " （2）

由式（2）可知，制絲環境溫度上升1 ℃，加料與葉絲干燥工序間煙草含水率差值增加0.057%，即煙草含水率多散失0.057%。結合表1中數據加料和葉絲干燥工序環境溫度最大波動約6 ℃考慮，則兩工序間煙草含水率差值最大波動可達到0.34%，同樣會影響后續加工工序煙草含水率穩定性控制。

3.3 對葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙草含水率的影響

采用2018年6月至2019年6月采集的制絲環境溫濕度數據和制絲關鍵工序出入口煙草含水率數據，并計算出葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙草含水率差值。按時間順序，以加工批次為橫坐標，分別以制絲環境溫度、制絲環境濕度及葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙草含水率差值為縱坐標，繪制出相應的變化曲線，如圖5所示。其中，制絲環境溫度和濕度分別為葉絲干燥與葉絲冷卻工序環境溫度和濕度的均值。

由圖5可知，不同環境溫濕度條件下（環境溫度的波動范圍為21.4～30.5 ℃，環境濕度波動范圍為31.5%～62.4%），葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙絲含水率差值基本穩定在0.50%。說明制絲環境溫濕度變化對兩工序間煙絲含水率的影響可以忽略。

4 應用研究

4.1 基于制絲環境溫濕度因素的制絲工藝技術標準修訂方案

基于上述制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草含水率的影響規律，2020年1—12月，依據制絲關鍵工序環境溫濕度數據變化，以葉絲冷卻工序出口含水率穩定控制為目標，按月份對某代表性品牌制絲工藝技術標準進行修訂，具體方案見表5。其中，由于松散回潮和加料工序是制絲生產全線調整煙草含水率的關鍵環節，制絲工藝技術標準修訂內容主要為松散回潮和加料工序的關鍵參數和指標。

4.2 制絲過程加工質量穩定性提升效果

對比分析了考慮制絲環境溫濕度因素修訂制絲工藝技術標準應用前后的加料和葉絲冷卻工序出料含水率指標穩定性，結果見表6。其中，應用前和應用后分別采用的是2018年6月至2019年6月和2020年1月至2020年12月采集的數據。

由表6可知，考慮制絲環境溫濕度變化因素，通過修訂制絲工藝技術標準應用后，加料和葉絲冷卻工序出料含水率指標批內和批間穩定性均得到了明顯提升，其中，批間穩定性分別提升了77.34%和37.74%。說明考慮制絲環境溫濕度變化因素，并合理指導制絲工藝技術標準的修訂，能明顯提升制絲加工質量的穩定性。

5 結論

1）一年中制絲環境溫濕度變化較大，對制絲過程加工質量的影響不容忽視。室外環境溫度與制絲室內環境溫度具有較強的正相關性；制絲室內環境溫度明顯高于室外環境溫度，且室內環境溫度波動相對較小。另外，越靠近室外，室內環境溫濕度對室外環境溫濕度影響越明顯。

2）制絲環境溫濕度對關鍵工序間煙草物料流轉過程中煙草含水率有重要影響。在該制絲車間條件下，制絲環境濕度對松散回潮與加料工序間煙草含水率具有較強的負相關性，相關系數為-0.705 3，并建立了線性回歸方程；制絲環境溫度對加料與葉絲干燥工序間煙草含水率具有較強的正相關性，其相關系數為0.831 4，并建立了線性回歸方程；制絲環境溫濕度對葉絲干燥與葉絲冷卻工序間煙草含水率的影響可以忽略。

3）引入制絲環境溫濕度因素，通過合理指導制絲工藝技術標準中的松散回潮和加料工序關鍵參數和指標優化設計進行實際應用，能有效提升制絲過程加工質量的穩定性，進而對提升卷煙加工質量及產品質量穩定性具有重要的現實意義。

參考文獻：

［1］ 劉 威，萬明宇，馬建勛，等. 復烤企業環境溫濕度監測及應用研究［J］. 安徽農學通報，2020，26（22）： 137-138，194.

［2］ 陳 頤，楊佳玫，王玉平，等. 貴州不同倉貯環境對醇化片煙蛋白質及氨基酸含量的影響［J］. 中國煙草科學，2016，37（6）： 82-89.

［3］ 楊 鈁，李 曉，譚科軍. 環境溫濕度對煙草制絲加工質量的影響［J］. 現代經濟信息，2016（5）： 340.

［4］ 張云飛，袁 鵬，董 云，等. 環境溫濕度對制絲水分控制的影響——基于紅河卷煙廠制絲過程數據［J］. 統計學與應用，2015，" " 4（2）： 34-46.

［5］ 常明彬，李 曉. 基于環境溫濕度條件的松散回潮加水量預測模型研究［J］. 海峽科學，2016（2）： 17-20.

［6］ 邱小梅. 環境溫濕度對煙草制絲加工過程的影響研究［J］. 福建質量管理，2015（Z2）： 62-64.

［7］ 馬淑平，崔俊英. 溫濕度控制對卷煙卷制質量的影響分析［J］. 科技風，2015（12）： 44.

［8］ 馮銀龍，慕平利，盧金領. 環境溫濕度對卷煙硬度、重量的影響［J］. 北京農業，2011（3）： 173-174.

收稿日期：2022-02-14

基金項目：云南省重大科技專項計劃項目（202002AD080001）

作者簡介：唐 軍（1984-），男，廣西桂林人，高級工程師，博士，主要從事卷煙工藝研究，（電話）0871-65869586（電子信箱）juntang2013@163.com；通信作者，何邦華（1976-），男，云南昆明人，高級工程師，主要從事卷煙工藝研究，（電話）0871-65869578（電子信箱）hehua76@126.com。