祁 林，王仕宏，高 輝，劉 澤，李思源，楊 露，高 記，唐習(xí)書*

(1.紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231;2.云南同創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，云南 昆明 650106;3.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231)

煙梗是煙葉的重要組成部分，通過梗葉分離后，可制得占煙葉總重25%～30%的煙梗，煙梗也是卷煙生產(chǎn)中的重要原料之一[1-3]。由煙梗制成的梗絲是卷煙配方煙絲的重要組成部分。煙梗的合理利用對(duì)降低卷煙成本、控制焦油量、改善卷煙的填充值和燃燒性能都具有非常重要的意義[3]。打葉復(fù)烤后的煙梗按尺寸或結(jié)構(gòu)可分為長(zhǎng)梗(長(zhǎng)度>20 mm)、短梗(長(zhǎng)度<6 mm)和碎梗(直徑<2.5 mm)[4]。在制梗絲過程中，煙梗尺寸對(duì)制得梗絲的成絲效果和物理質(zhì)量具有較大的影響[5]。2016版《卷煙工藝規(guī)范》明確規(guī)定了制梗絲的煙梗質(zhì)量要求，即煙梗結(jié)構(gòu)分布均勻，無梗拐、短梗和碎梗[4]。隨著新版《卷煙工藝規(guī)范》對(duì)制梗絲煙梗尺寸的重新界定和量化，煙草行業(yè)對(duì)制梗絲的精細(xì)化加工水平要求也在不斷提高。部分卷煙工業(yè)企業(yè)也在響應(yīng)新版《卷煙工藝規(guī)范》的要求，擬計(jì)劃對(duì)梗葉分離后的煙梗按照相應(yīng)的尺寸區(qū)間進(jìn)行篩分，并進(jìn)行差異化加工和分類使用[6]。此外，在浸梗工藝優(yōu)化研究方面，國內(nèi)已有部分文獻(xiàn)報(bào)道[7-10]，而針對(duì)不同尺寸煙梗的浸梗效果研究尚未見報(bào)道。浸梗是制梗絲過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要工藝任務(wù)是增加煙梗的含水率，提高煙梗的耐加工性。為此，本研究對(duì)復(fù)烤醇化后不同尺寸的煙梗進(jìn)行了浸梗試驗(yàn)，旨在探索不同尺寸煙梗在浸梗過程中的含水率變化趨勢(shì)及達(dá)到相同含水率所需浸梗時(shí)間的變化趨勢(shì)，為篩分后不同尺寸區(qū)間煙梗的浸梗時(shí)間優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，提高煙梗的浸梗效果和制梗絲的精細(xì)化加工水平。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2015年云南紅河烤煙紅大中部煙梗，復(fù)烤后已醇化2年，由紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司會(huì)澤卷煙廠提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的選取 隨機(jī)選取某一批次醇化后煙梗樣品約2 kg，將煙梗鋪展在實(shí)驗(yàn)室操作臺(tái)上，通過目測(cè)和實(shí)際測(cè)量，從中挑選出6個(gè)不同尺寸的試驗(yàn)煙梗(外觀無損，在直徑和長(zhǎng)度2個(gè)維度上均具有一定的梯度)，所挑選煙梗的尺寸基本可以涵蓋該批次煙梗尺寸分布的范圍，6個(gè)不同尺寸的煙梗直徑、長(zhǎng)度和質(zhì)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)煙梗的直徑、長(zhǎng)度和質(zhì)量

注：直徑數(shù)據(jù)為煙梗兩端及中部3個(gè)位置測(cè)定值的平均值。

1.2.2 浸梗試驗(yàn) 為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，浸梗試驗(yàn)在具有恒溫恒濕條件的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)操作，每次浸梗試驗(yàn)只選取一個(gè)煙梗進(jìn)行，步驟如下：將加有適量自來水的恒溫水浴鍋溫度設(shè)置為60 ℃(與實(shí)際生產(chǎn)中的洗?；蚪Ｋ疁叵嗤?，待水溫達(dá)到設(shè)定值后，將煙梗放入水浴鍋中浸泡，每5 min用鑷子取出煙梗，迅速用吸水紙吸取煙梗表面的水分，放置在電子天平上稱量并記下重量，稱完重量后再將煙梗立即放入水浴鍋中，以此循環(huán)，每個(gè)煙梗樣品浸梗1 h。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 (1)浸梗時(shí)間為t時(shí)的煙梗含水率WCt計(jì)算公式如下：

式中：mt為浸梗時(shí)間t時(shí)的煙梗質(zhì)量(g)；m0為浸梗前煙梗的質(zhì)量(g)；WC0為浸梗前煙梗的含水率(%)。按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31─1996[11]規(guī)定的方法測(cè)定浸梗前煙梗的含水率，約為9.52%。

(2)利用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)不同浸梗時(shí)間煙梗含水率的變化趨勢(shì)進(jìn)行作圖和回歸方程擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同尺寸煙梗浸梗過程中含水率的變化趨勢(shì)分析

不同尺寸煙梗在不同浸梗時(shí)間點(diǎn)的質(zhì)量記錄結(jié)果如表2所示。再根據(jù)浸梗前煙梗的質(zhì)量(m0)和含水率(WC0)，計(jì)算不同尺寸煙梗在不同浸梗時(shí)間點(diǎn)的含水率(WCt)。

表2不同浸梗時(shí)間的煙梗質(zhì)量g

浸梗時(shí)間/minTS1TS2TS3TS4TS5TS600.09750.23450.45780.76011.16341.666850.15870.37720.72831.17311.70752.3242100.18890.43450.81791.31881.94272.6292150.20460.47250.88861.44112.11782.8663200.22140.50870.95971.54772.27753.0767250.23270.53030.99581.62702.39303.2257300.24330.55881.05821.71712.49403.3543350.25050.57261.09891.77832.61163.5151400.26440.60641.14671.85292.71323.6625450.26950.61891.16731.88132.77863.7695500.27730.63711.20131.95292.86353.8797550.28850.65011.21611.97632.93163.9973600.29220.65951.25162.06403.00634.1291

由表3可知，隨著浸梗時(shí)間的延長(zhǎng)，煙梗含水率逐漸增加，浸梗時(shí)間達(dá)到1 h后，6個(gè)煙梗樣品的含水率均未達(dá)到平衡狀態(tài)，只是單位時(shí)間內(nèi)煙梗含水率的增加幅度明顯減小。同時(shí)可以看出，在相同的浸梗時(shí)間內(nèi)，隨著煙梗尺寸的增大(TS1TS6)，煙梗含水率呈逐漸降低的變化趨勢(shì)。說明煙梗尺寸對(duì)其吸收水分的速率具有一定的影響。

為進(jìn)一步分析不同浸梗時(shí)間煙梗含水率的變化趨勢(shì)，利用表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖和回歸方程擬合，結(jié)果如圖1所示。可以看出，無論煙梗尺寸如何，在浸梗過程中，其含水率與浸梗時(shí)間之間的關(guān)系均符合對(duì)數(shù)函數(shù)曲線，且回歸方程的擬合度均較高(R2>0.99)。

2.2 不同體積煙梗浸梗時(shí)間的判定分析

根據(jù)上述對(duì)數(shù)曲線方程，可以分別計(jì)算TS1～TS6煙梗含水率達(dá)到某一含水率時(shí)所需的浸梗時(shí)間，按照2016版《卷煙工藝規(guī)范》對(duì)浸梗后煙梗含水率的要求(28%～38%)，分別計(jì)算TS1～TS6煙梗含水率達(dá)到28%和38%時(shí)所需的浸梗時(shí)間，結(jié)果如表4所示。

圖1 不同浸梗時(shí)間煙梗含水率的變化趨勢(shì)

此外，煙梗的尺寸主要包括2個(gè)維度或參數(shù)：直徑和長(zhǎng)度，且直徑和長(zhǎng)度綜合表現(xiàn)為煙梗的體積(按圓柱體積公式進(jìn)行計(jì)算)。為進(jìn)一步分析煙梗體積與煙梗含水率達(dá)到某一特定值所需浸梗時(shí)間之間的關(guān)系，利用表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖和回歸方程擬合，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，煙梗體積與其達(dá)到特定含水率所需的浸梗時(shí)間之間存在嚴(yán)格的指數(shù)函數(shù)關(guān)系(R2>0.99)，即隨著煙梗體積的增加，其含水率達(dá)到某一特定值所需的浸梗時(shí)間呈指數(shù)增加。

2.3 浸梗后煙梗尺寸變化率的分析

不同尺寸煙梗樣品(TS1～TS6)浸梗1 h后，其直徑、長(zhǎng)度、體積及其變化率如表5所示?？梢钥闯?，與浸梗前相比，浸梗1 h后，不同尺寸煙梗的直徑、長(zhǎng)度和體積均有所增加，但增加幅度存在較大差異。

為進(jìn)一步分析不同尺寸煙梗(TS1～TS6)浸梗1 h后，其直徑、長(zhǎng)度和體積變化率的變化趨勢(shì)，利用表5中的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖和回歸方程擬合，結(jié)果如圖3所示。可以看出，煙梗直徑、長(zhǎng)度、體積與浸梗1 h后其變化率之間均存在冪函數(shù)關(guān)系(R2>0.99)，隨著煙梗直徑、長(zhǎng)度和體積的增加，浸梗后其相應(yīng)尺寸的變化率均呈先快速降低后緩慢降低的冪函數(shù)變化趨勢(shì)，即煙梗尺寸越大，其浸梗后的尺寸變化率越小。

圖2 不同體積煙梗達(dá)到某一含水率所需浸梗時(shí)間的變化趨勢(shì)

圖3 不同尺寸煙梗浸梗1 h后直徑、長(zhǎng)度和體積變化率的變化趨勢(shì)

表3不同浸梗時(shí)間的煙梗含水率%

浸梗時(shí)間/minTS1TS2TS3TS4TS5TS6544.4143.7543.1341.3738.3535.111053.3051.1749.3647.8545.8142.641556.8855.1053.3952.2850.2947.392060.1558.2956.8455.5653.7850.982562.0959.9958.4057.7356.0153.253063.7462.0360.8659.9557.7955.043564.7862.9562.3161.3359.6957.104066.6365.0163.8862.8861.2058.824567.2765.7264.5163.4462.1159.995068.1966.7065.5264.7863.2461.135569.4267.3665.9465.2064.0962.276069.8167.8366.9066.6864.9863.48

表4 不同體積煙梗達(dá)到某一含水率的浸梗時(shí)間

3 結(jié)論

利用回歸分析研究了不同尺寸煙梗在浸梗過程中的含水率變化趨勢(shì)，達(dá)到相同含水率所需浸梗時(shí)間的變化趨勢(shì)，以及浸梗一定時(shí)間后直徑、長(zhǎng)度和體積變化率的變化趨勢(shì)。發(fā)現(xiàn)煙梗尺寸對(duì)浸梗效果的影響較大，煙梗在浸梗過程中的含水率變化趨勢(shì)符合對(duì)數(shù)函數(shù)曲線，不同體積煙梗達(dá)到相同含水率所需的浸梗時(shí)間變化趨勢(shì)符合指數(shù)函數(shù)曲線，不同尺寸煙梗浸梗一定時(shí)間后，其直徑、長(zhǎng)度及體積變化率的變化趨勢(shì)均符合冪函數(shù)曲線。該結(jié)論可以為篩分后不同尺寸區(qū)間煙梗的浸梗時(shí)間提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)提升切梗絲前的浸梗效果和煙梗的精細(xì)化加工水平具有指導(dǎo)意義。因此，在制梗絲工藝過程中，應(yīng)根據(jù)篩分后煙梗的尺寸區(qū)間分布差異化，設(shè)定適宜的浸梗和貯梗時(shí)間，可以有效提升煙梗的回透率和含水率的均勻性，進(jìn)而提高梗絲的加工質(zhì)量。

表5 浸梗1 h后煙梗的直徑、長(zhǎng)度、體積及其變化率