胡世龍，陳建強(qiáng)，賴東輝

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

白肋煙對(duì)混合型卷煙的品質(zhì)風(fēng)格特征起著決定性作用，對(duì)其加工處理的工藝也是保證混合型卷煙品質(zhì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要因素之一。目前，混合型卷煙中白肋煙組分處理一般采用隧道式白肋煙烘焙機(jī)，并通過(guò)控制網(wǎng)板鋪料厚度的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)白肋煙的重處理與輕處理。滾筒式白肋煙烘焙設(shè)備主要有國(guó)外Hauni公司的內(nèi)穿流回轉(zhuǎn)干燥機(jī)和COMAS公司與菲莫公司開(kāi)發(fā)的THT白肋煙烘干機(jī)等[1-2]，其設(shè)備所需的工藝熱風(fēng)均采用燃燒爐加熱空氣通過(guò)滾筒中空管道軸向送入滾筒內(nèi)部的方式，其中THT白肋煙烘干機(jī)還有蒸汽加熱的薄板一起對(duì)葉片進(jìn)行兩級(jí)熱風(fēng)和薄板烘焙的復(fù)合加熱處理方式。國(guó)內(nèi)也有卷煙廠使用COMAS公司的THT滾筒式白肋煙烘干機(jī)烘焙處理白肋煙[2-3]。

1 傳統(tǒng)設(shè)備存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)白肋煙烘焙設(shè)備都是將煙葉重加里料和高溫烘焙，通過(guò)控制加料含水率、烘焙溫度、烘焙時(shí)間、干燥終端含水率等工藝參數(shù)來(lái)控制白肋煙處理質(zhì)量，忽視了烘焙干燥處理過(guò)程中烘焙氣流含濕量與烘焙氣流溫度和終端含水率[1]等參數(shù)配套關(guān)系，因而傳統(tǒng)烘焙設(shè)備基本沒(méi)有烘焙濕度調(diào)控功能[4-6]。但是，在白肋煙的處理過(guò)程中，不同烘焙溫度、空氣含濕量和終端含水率對(duì)白肋煙脯氨酸-葡萄糖Amadori化合物和堿性香味成分含量變化的影響不同[4]。同時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)備采用流動(dòng)熱風(fēng)對(duì)白肋煙葉片進(jìn)行烘焙干燥，由于煙葉厚度和熱風(fēng)時(shí)效的影響，這種方法無(wú)法保證白肋煙葉片溫度均勻性程度，也無(wú)法充分促進(jìn)白肋煙中的還原糖類與氨基酸類加熱產(chǎn)生的美拉德反應(yīng)，僅通過(guò)流動(dòng)熱風(fēng)加熱煙葉促進(jìn)釋放出的水分從煙葉組織內(nèi)部逐漸析出葉面的方法基本沒(méi)有烘焙效應(yīng)。

隨著國(guó)家煙草行業(yè)提出的中式卷煙特色加工工藝要求，傳統(tǒng)的白肋煙烘焙設(shè)備在白肋煙處理加工品質(zhì)的提高、設(shè)備工藝參數(shù)的拓寬及節(jié)能降耗等方面已難以適應(yīng)更高的要求。貴州中煙圍繞白肋煙原料特性、加工特性與品牌特征需要對(duì)白肋煙處理新工藝進(jìn)行分析，通過(guò)氣流溫濕度與滾筒薄板加熱、薄板翻料共同作用的多段滾筒式白肋煙煙葉烘焙處理，能夠?yàn)榘桌邿煙熑~內(nèi)部的理化反應(yīng)促進(jìn)提供充分的反應(yīng)條件，提高了白肋煙混合型卷煙品質(zhì)。

2 多段滾筒式白肋煙烘焙設(shè)備研發(fā)

所設(shè)計(jì)多段滾筒式白肋煙烘焙設(shè)備由雙溫區(qū)烘焙三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)、柔性均風(fēng)無(wú)造碎靜態(tài)冷卻機(jī)、帶增水的隧道式回潮機(jī)組成，滾筒白肋煙烘焙處理工藝流程圖如圖1所示，通過(guò)PID控制烘焙氣流溫濕度與滾筒薄板加熱、薄板翻料共同作用的多段滾筒式白肋煙煙葉烘焙處理，實(shí)現(xiàn)白肋煙烘焙處理的工藝要求。

組合式滾筒白肋煙烘焙處理工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 組合式滾筒白肋煙烘焙處理工藝流程

2.1 基于PID的烘焙氣流溫濕度控制

由于烘焙氣流溫濕度調(diào)節(jié)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性比較復(fù)雜，利用傳統(tǒng)的PID控制法難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，控制效果不佳，故采用不需要了解被控對(duì)象的確切模型，控制具有響應(yīng)速度較快、魯棒性較好的模糊PID控制法[7]。

模糊自整定PID控制器采用模糊推理思想，達(dá)到快速穩(wěn)定控制系統(tǒng)的目的，模糊自整定PID控制器以誤差e和誤差變化率ec為輸入，對(duì)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp，KI，KD進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足不同時(shí)刻的e和ec對(duì)PID控制器參數(shù)的不同要求，使被控對(duì)象獲得良好的動(dòng)靜態(tài)性能。

模糊PID溫度控制圖見(jiàn)圖2[8]。

模糊自整定PID控制器離散表達(dá)式如下[9]：

系統(tǒng)的最終控制參數(shù)輸出計(jì)算公式如下：

圖2 模糊PID溫度控制圖

式中：Kp，KI，KD——最終控制參數(shù)值；

Kp'，KI'，KD'——PID控制式的初始值；

ΔKp，ΔKI，ΔKD——模糊控制推理器的輸出值。

2.2 三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)的設(shè)計(jì)

三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)設(shè)備工作流程見(jiàn)圖3。

圖3 三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)設(shè)備工作流程

由圖3可知，升溫區(qū)采用滾筒穿流結(jié)構(gòu)方式，蒸汽熱交換器產(chǎn)生的工藝熱風(fēng)通過(guò)循環(huán)管道（帶部分排潮）對(duì)煙葉快速控濕升溫，工藝熱風(fēng)在帶走煙葉表面水分的同時(shí)也將成團(tuán)的煙葉分散，為白肋煙葉片進(jìn)入烘焙區(qū)的美拉德理化反應(yīng)提供有效的基礎(chǔ)條件。烘焙一區(qū)、烘焙二區(qū)采用帶滾筒穿流工藝（濕）熱風(fēng)和筒壁加熱共同作用的結(jié)構(gòu)方式，2個(gè)烘焙區(qū)蒸汽熱交換器產(chǎn)生的工藝熱風(fēng)溫（濕）度、筒壁溫度、排潮開(kāi)度、風(fēng)量風(fēng)速分別獨(dú)立調(diào)控。雙溫區(qū)滾筒薄板產(chǎn)生煙葉物料遷移的輔助作用[1]，反復(fù)的翻炒促使煙葉與熱空氣的均勻加熱，促進(jìn)煙葉在可控的工藝環(huán)境內(nèi)美拉德理化反應(yīng)得以完成。烘焙區(qū)美拉德理化反應(yīng)產(chǎn)生的不良?xì)怏w及汽化水分通過(guò)筒壁上方的小孔獨(dú)立風(fēng)道由排潮風(fēng)機(jī)快速排出而不參與后續(xù)處理，從而較好地避免了2個(gè)烘焙區(qū)煙葉烘焙處理相互干擾影響，保證了2個(gè)烘焙區(qū)煙葉處理的相對(duì)獨(dú)立性。

三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)原理結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)原理結(jié)構(gòu)

三段滾筒式白肋煙烘焙干燥機(jī)筒體轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為6～16 r/min，對(duì)應(yīng)烘焙處理時(shí)間為10.0～5.5 min，烘焙工藝熱風(fēng)采用蒸汽熱交換器產(chǎn)生，溫度100～140℃，物料濕球溫度50～65℃，這也是典型的白肋煙烘焙熱風(fēng)溫度范圍[5，10-11]，過(guò)高的溫度會(huì)使白肋煙特征香氣均有不同程度減弱，中部白肋煙表現(xiàn)出類似烤煙的香氣特點(diǎn)[5]。

2.3 柔性均風(fēng)無(wú)造碎隧道式靜態(tài)冷卻機(jī)

按照滾筒式白肋煙烘焙處理組合工藝方法思路，設(shè)計(jì)的柔性均風(fēng)無(wú)造碎靜態(tài)冷卻機(jī)設(shè)備原理結(jié)構(gòu)如圖5所示[12-13]。進(jìn)入隧道式靜態(tài)冷卻機(jī)的煙葉首先通過(guò)高頻低幅攤料振槽將葉片攤薄，冷卻機(jī)的送料網(wǎng)帶在運(yùn)送攤薄煙葉時(shí)始終讓葉片保持靜止?fàn)顟B(tài)，冷卻風(fēng)由葉片上方通過(guò)變頻風(fēng)機(jī)和均流板調(diào)節(jié)后均勻穿入葉片，其風(fēng)溫可在室溫至50℃調(diào)節(jié)（考慮冬季冷卻過(guò)于激烈而設(shè)），穿過(guò)葉片的冷卻風(fēng)再次由葉片下方變頻風(fēng)機(jī)吸走排出，從而保證了冷卻品質(zhì)和冷卻效果。調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)溫和均流板的開(kāi)度大小，可以實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)不同強(qiáng)度、梯度的控制，以達(dá)到不同的工藝效果。

柔性均風(fēng)無(wú)造碎靜態(tài)冷卻機(jī)原理結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 柔性均風(fēng)無(wú)造碎靜態(tài)冷卻機(jī)原理結(jié)構(gòu)

2.4 帶增水的隧道式回潮機(jī)

按照滾筒式白肋煙烘焙處理組合工藝方法思路，設(shè)計(jì)的帶增水隧道式回潮機(jī)設(shè)備原理結(jié)構(gòu)如圖6所示。煙葉回潮采用了兩點(diǎn)霧化加濕增溫及加濕交替梯度（增溫—加濕—增溫—加濕—增溫） 的隧道式回潮機(jī)，加濕水采用壓縮空氣引射，增濕能力可達(dá)16%以上，煙葉回潮均勻性好，出料溫度較低，滿足了卷煙工藝規(guī)范要求達(dá)到14%以上的要求。

帶增水的隧道式回潮機(jī)原理結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 帶增水的隧道式回潮機(jī)原理結(jié)構(gòu)

3 試驗(yàn)與結(jié)果

3.1 試驗(yàn)條件

應(yīng)用自主研制的多段滾筒式白肋煙烘焙設(shè)備，按照表1所設(shè)定條件對(duì)白肋煙進(jìn)行了加工處理。

試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)條件

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述試驗(yàn)調(diào)節(jié)條件對(duì)總糖、還原糖、總植物堿等8種主要化學(xué)成分的變化情況如圖7所示。

圖7 主要化學(xué)成分的變化情況

從圖7中可以看出，白肋煙葉經(jīng)過(guò)烘焙干燥機(jī)后，由于外加料和總糖分等物質(zhì)的增加，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了催化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)對(duì)淀粉的降解，總糖的含量呈上升趨勢(shì)，還原糖的含量呈上升趨勢(shì)，淀粉含量呈下降趨勢(shì)，其他化學(xué)成分略有變化，但是變化不大。白肋煙葉經(jīng)過(guò)冷卻機(jī)和回潮機(jī)后，由于總糖物質(zhì)的吸收增加，產(chǎn)生催化反應(yīng)對(duì)淀粉的降解，總糖的含量呈下降趨勢(shì)，還原糖的含量呈上升趨勢(shì)，淀粉的含量呈下降趨勢(shì)，其他化學(xué)成分略有變化，但是變化不大。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述試驗(yàn)與傳統(tǒng)隧道式烘焙設(shè)備所加工處理白肋煙進(jìn)行對(duì)比，得到結(jié)論如下：

（1）研制的多段滾筒式白肋煙烘焙設(shè)備完全可以替代傳統(tǒng)隧道式烘焙設(shè)備加工設(shè)備。

（2）通過(guò)氣流溫濕度與滾筒薄板加熱、薄板翻料共同作用的多段滾筒式白肋煙煙葉烘焙處理，能夠?yàn)榘桌邿煙熑~內(nèi)部的理化反應(yīng)促進(jìn)提供充分的反應(yīng)條件，接觸式增熱隨溫度升高會(huì)導(dǎo)致醚提物含量變化的進(jìn)程加快香氣激發(fā)特性。

（3）白肋煙烘焙處理的綜合效果較佳，感官品質(zhì)改善明顯，白肋煙特征香氣細(xì)膩，雜氣刺激性的去除效果好。

（4）白肋煙烘焙滾筒內(nèi)各區(qū)段與白肋煙烘焙品質(zhì)、加工強(qiáng)度密切相關(guān)的氣流溫度、濕度、流量、排潮大小等關(guān)鍵影響因素都設(shè)計(jì)成單獨(dú)調(diào)控模式，這樣就更有效、更好地控制了白肋煙的烘焙處理效果。設(shè)備在減少投資、占地面積、運(yùn)行能耗和維修維護(hù)難度降低等方面優(yōu)點(diǎn)比傳統(tǒng)隧道式白肋煙烘焙機(jī)更加突出。