基于煙絲填充值提升的滾筒干燥工藝參數(shù)優(yōu)化

　　摘要: 采用正交試驗(yàn)極差分析的方法研究了滾筒干燥工藝參數(shù)( 筒壁溫度、切絲后含水率和 HT( 隧道式煙絲增溫增濕裝置) 蒸汽壓力) 對(duì)煙絲填充值、煙絲結(jié)構(gòu)和感官品質(zhì)的影響，并對(duì) 3 個(gè)滾筒干燥工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化. 結(jié)果表明: 對(duì)干燥后煙絲填充值影響的主次順序?yàn)?HT 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)?HT 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; 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 ℃，在該最優(yōu)組合下，煙絲填充值增大了 0. 21 cm3 /g.

　　本文源自輕工學(xué)報(bào)2021-02-01《輕工學(xué)報(bào)》雜志，于1986年經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，CN:41-1437/TS，本刊在國(guó)內(nèi)外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，其中主要欄目有：材料與化學(xué)工程、機(jī)電科學(xué)與工程、電氣與控制工程等。

　　滾筒干燥是卷煙生產(chǎn)加工過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. 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)?B > 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).

　　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)?B > 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小; 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)入滾筒干燥過程中的煙絲造碎越少，但當(dāng) HT 蒸汽壓力增大到超過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.

　　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)?A > B = C; 對(duì)諧調(diào)影響的主次順序?yàn)?B > A > C; 對(duì)雜氣影響的主次順序?yàn)?A > C > B; 對(duì)刺激性影響的主次順序?yàn)?A > C > B; 對(duì)余味影響的主次順序?yàn)?B > 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)?A > 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 ℃ .

　　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)?HT 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)?HT 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.