徐德龍，米強(qiáng)，付立偉，周顯生，劉杰，孫連江，岳珩，孔德望，劉偉

1.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 濟(jì)南卷煙廠，山東 濟(jì)南 250104；2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，山東 青島 266101

0 引言

滾筒干燥是卷煙生產(chǎn)加工過(guò)程中的重要工藝流程，其工藝參數(shù)是影響煙絲物理指標(biāo)和感官品質(zhì)的重要因素[1]，對(duì)提升卷煙品質(zhì)有重要作用.為了提升滾筒干燥過(guò)程中卷煙的各項(xiàng)物理指標(biāo)和感官品質(zhì)，行業(yè)內(nèi)開展了很多相關(guān)研究[2-13].段鹍等[11]采用方差分析和多重比較的方法對(duì)烘絲機(jī)筒壁溫度與煙絲填充值、煙絲彈性、整絲率、石油醚提取物等的相關(guān)性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，煙絲填充值隨烘絲機(jī)筒壁溫度的升高呈增大的趨勢(shì)，而煙絲彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質(zhì)總量則隨烘絲機(jī)筒壁溫度的升高而減小.王巖等[12]分析了滾筒分段變溫干燥方式下葉絲含水率、物理特性及葉絲香味成分的變化規(guī)律，結(jié)果表明，與高溫恒溫干燥過(guò)程相比，采用第一階段高溫、第二階段低溫的變溫干燥方式有利于提高煙絲彈性和填充值.崔升[13]采用穩(wěn)健設(shè)計(jì)法研究了熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)速、筒壁溫度、負(fù)壓等對(duì)煙絲加工后葉絲含水率和溫度的影響，結(jié)果表明，隨著HT(隧道式煙絲增溫增濕裝置)蒸汽壓力或筒壁溫度的增加，煙絲填充值呈增大的趨勢(shì).

目前,滾筒干燥的相關(guān)研究主要集中在烘絲過(guò)程中各關(guān)鍵參數(shù)對(duì)煙絲品質(zhì)的影響，但關(guān)于烘絲關(guān)鍵參數(shù)對(duì)煙絲品質(zhì)的影響程度并未排序，同時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中參數(shù)的調(diào)整順序也不明確.本研究擬選取煙絲填充值較小的“泰山”牌某規(guī)格卷煙的全配方煙葉，在滿足卷煙企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，并保證對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)和感官品質(zhì)影響較小的前提下，優(yōu)化筒壁溫度、切絲后含水率和HT蒸汽壓力這3個(gè)滾筒干燥工藝參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行排序，以探索滾筒干燥工藝參數(shù)的最優(yōu)組合，增大煙絲填充值，進(jìn)而提高卷煙產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

“泰山”牌某規(guī)格卷煙的全配方煙葉，濟(jì)南卷煙廠產(chǎn)；香精香料，頤中(青島)實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn).

1.2 主要儀器與設(shè)備

KLD-22Z型兩段式滾筒烘絲機(jī)(流量500 kg/h)，德國(guó)HAUNI公司產(chǎn)；JB285型電子天平，瑞士METTLER TOLEDO公司產(chǎn)；DD60A型填充儀，德國(guó)BURGHART公司產(chǎn)；FD115型干燥箱，德國(guó)BINDER公司產(chǎn)；YQ-2型煙絲振動(dòng)分選篩，鄭州煙草研究院產(chǎn).山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠500 kg/h生產(chǎn)線.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備選取“泰山”牌某規(guī)格卷煙全配方煙葉共3個(gè)試樣，生產(chǎn)過(guò)程中松散回潮的熱風(fēng)溫度、出口水分、加料回潮的熱風(fēng)溫度和加料比例均保持一致，分別設(shè)置加料出口含水率為20.0%、21.5%和23.0%(根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，加料出口含水率比切絲后含水率高0.5%)，通過(guò)加料機(jī)加水功能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證切絲后含水率能達(dá)到正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求.每個(gè)試樣加料結(jié)束后平均分成3等份，共計(jì)9個(gè)小樣.

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L9(34)[14-15]考查切絲后含水率(A)、HT蒸汽壓力(B)、筒壁溫度(C)這3個(gè)因素對(duì)干燥后煙絲填充值、整絲率和碎絲率的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1和表2.烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度設(shè)置為100 ℃，出口水分設(shè)置為12.5%，熱風(fēng)風(fēng)速由控制系統(tǒng)根據(jù)烘絲機(jī)出口水分進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，各試驗(yàn)條件均保持不變.待烘絲流量和含水率穩(wěn)定后，在烘絲機(jī)出口風(fēng)選后進(jìn)行取樣，并在恒溫恒濕((22±2) ℃，(60±5)%)環(huán)境中平衡48 h，按照文獻(xiàn)[16-17]的方法分別測(cè)定烘絲機(jī)出口風(fēng)選后樣品的煙絲填充值、整絲率和碎絲率.

表1 正交試驗(yàn)的因素水平表

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.3.3 感官評(píng)吸以上試樣分別進(jìn)行摻配加香和卷制.由山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心和濟(jì)南卷煙廠組織評(píng)煙委員，按照文獻(xiàn)[18]的要求，對(duì)各組卷煙樣品的感官品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比評(píng)吸.

2 結(jié)果與分析

2.1 正交優(yōu)化對(duì)煙絲填充值的影響

煙絲填充值測(cè)試結(jié)果(折標(biāo)后)見表3.對(duì)表3中各試驗(yàn)方案進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表4.由表4可知，三因素對(duì)干燥后煙絲填充值影響的主次順序?yàn)锽>A>C，即HT蒸汽壓力對(duì)煙絲填充值的影響最顯著.根據(jù)k值可初步確定增大煙絲填充值的最優(yōu)組合為A2B3C2，即切絲后含水率為21.0%，HT蒸汽壓力為 0.40 MPa，筒壁溫度為140 ℃.HT蒸汽壓力與煙絲填充值的關(guān)系如圖1所示.由圖1可以看出，當(dāng)切絲后含水率相同時(shí)，隨著HT蒸汽壓力的增大，煙絲填充值整體上均呈變大的趨勢(shì).

表3 煙絲填充值測(cè)試結(jié)果(折標(biāo)后)

表4 工藝參數(shù)與煙絲填充值正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果

2.2 正交優(yōu)化對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)的影響

煙絲結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果見表5.對(duì)表5中各試驗(yàn)方案進(jìn)行極差分析，結(jié)果見表6.由表6可知，三因素對(duì)干燥后煙絲整絲率影響的主次順序?yàn)锽>C>A，但三因素對(duì)碎絲率的影響并不顯著.HT蒸汽壓力與整絲率的關(guān)系如圖2所示.由圖2可以看出，當(dāng)切絲后含水率為19.5%時(shí)，整絲率隨著HT蒸汽壓力的增大而增大；當(dāng)切絲后含水率為21.0%時(shí)，整絲率隨著HT蒸汽壓力的增大先增大后減??；當(dāng)切絲后含水率為22.5%時(shí)，HT蒸汽壓力對(duì)整絲率的影響并不明顯.這可能是因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)，HT蒸汽壓力越大，對(duì)煙絲的吸濕效果越好，進(jìn)入滾筒干燥過(guò)程中的煙絲造碎越少，但當(dāng)HT蒸汽壓力增大到超過(guò)煙絲骨架所能承受的強(qiáng)度時(shí)，煙絲的耐加工性會(huì)降低，整絲率開始減小.

圖1 HT蒸汽壓力與煙絲填充值的關(guān)系Fig.1 The relationship between HT steam pressure and cut tobacco filling values

表5 煙絲結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果

2.3 正交優(yōu)化對(duì)煙絲感官品質(zhì)的影響

工藝參數(shù)與感官指標(biāo)正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果見表7.由表7可知，三因素對(duì)煙絲感官品質(zhì)的影響各不相同：對(duì)香氣影響的主次順序?yàn)锳>B=C；對(duì)諧調(diào)影響的主次順序?yàn)锽>A>C；對(duì)雜氣影響的主次順序?yàn)锳>C>B；對(duì)刺激性影響的主次順序?yàn)锳>C>B；對(duì)余味影響的主次順序?yàn)锽>A>C.綜上可知，三因素對(duì)煙絲感官品質(zhì)總體影響的主次順序?yàn)锳>C>B，即在一定試驗(yàn)范圍內(nèi)，HT蒸汽壓力對(duì)煙絲填充值和整絲率的影響最大，對(duì)感官品質(zhì)的影響最小.因此，在保證較大的煙絲填充值和較小的感官品質(zhì)影響前提下，可設(shè)定HT蒸汽壓力為0.40 MPa，切絲后含水率為21.0%，筒壁溫度為 140 ℃.

表6 工藝參數(shù)與煙絲結(jié)構(gòu)正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果

圖2 HT蒸汽壓力與整絲率的關(guān)系Fig.2 The relationship between HT steam pressure and whole yarn ratio

表7 工藝參數(shù)與感官指標(biāo)正交試驗(yàn)的極差分析結(jié)果

2.4 驗(yàn)證結(jié)果分析

將優(yōu)化后的滾筒干燥工藝參數(shù)在生產(chǎn)線上進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果見表8.由表8可知，參數(shù)優(yōu)化前后煙絲的整絲率、碎絲率和感官品質(zhì)得分基本保持一致，其中，煙絲填充值變化顯著(P=0.002<0.05)，增大了0.21 cm3/g.統(tǒng)計(jì)該牌號(hào)的單箱消耗后發(fā)現(xiàn)，滾筒干燥工藝參數(shù)優(yōu)化后，2020年與2019年同期相比，單箱消耗降低了0.365 kg.

3 結(jié)論

本研究?jī)?yōu)化了滾筒干燥工藝參數(shù)(筒壁溫度、HT蒸汽壓力和切絲后含水率)，通過(guò)極差分析對(duì)上述3個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行了排序：對(duì)干燥后煙絲填充值影響的主次順序?yàn)镠T蒸汽壓力>切絲后含水率>筒壁溫度；對(duì)干燥后煙絲結(jié)構(gòu)影響的主次順序?yàn)镠T蒸汽壓力>筒壁溫度>切絲后含水率；對(duì)干燥后煙絲感官品質(zhì)影響的主次順序?yàn)榍薪z后含水率>筒壁溫度>HT蒸汽壓力.在一定試驗(yàn)范圍內(nèi)，HT蒸汽壓力對(duì)煙絲填充值和整絲率的影響最大，對(duì)感官品質(zhì)的影響最小.增大煙絲填充值的最優(yōu)組合為切絲后含水率21.0%，HT蒸汽壓力0.40 MPa，筒壁溫度140 ℃，經(jīng)驗(yàn)證，滾筒干燥工藝參數(shù)優(yōu)化后的煙絲填充值增大了0.21 cm3/g.在實(shí)際生產(chǎn)中，煙絲填充值的改變可能會(huì)影響卷煙的物理和化學(xué)性質(zhì)，在今后的研究中，可進(jìn)一步明確制絲工序與卷接工序之間的相關(guān)性，為增加卷煙品質(zhì)穩(wěn)定性提供理論參考和技術(shù)支持.

表8 參數(shù)優(yōu)化前后煙絲相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果