基于煙絲填充值提升的滾筒干燥工藝參數優化

　　摘要: 采用正交試驗極差分析的方法研究了滾筒干燥工藝參數( 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) 對煙絲填充值、煙絲結構和感官品質的影響，并對 3 個滾筒干燥工藝參數進行了優化. 結果表明: 對干燥后煙絲填充值影響的主次順序為 HT 蒸汽壓力 > 切絲后含水率 > 筒壁溫度; 對干燥后煙絲結構影響的主次順序為 HT 蒸汽壓力 > 筒壁溫度 > 切絲后含水率; 對干燥后煙絲感官品質影響的主次順序為切絲后含水率 > 筒壁溫度 > HT 蒸汽壓力; HT 蒸汽壓力對煙絲填充值和整絲率的影響最大，對感官品質的影響最小; 增大煙絲填充值的最優組合為切絲后含水率 21. 0% ，HT 蒸 汽 壓 力 0. 40 MPa，筒壁溫度 140 ℃，在該最優組合下，煙絲填充值增大了 0. 21 cm3 /g.

　　本文源自輕工學報2021-02-01《輕工學報》雜志，于1986年經國家新聞出版總署批準正式創刊，CN:41-1437/TS，本刊在國內外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時效性強的特點，其中主要欄目有：材料與化學工程、機電科學與工程、電氣與控制工程等。

　　滾筒干燥是卷煙生產加工過程中的重要工藝流程，其工藝參數是影響煙絲物理指標和感官品質的重要因素[1]，對提升卷煙品質有重要作用. 為了提升滾筒干燥過程中卷煙的各項物理指標和感官品質，行業內開展了很多相關研究[2 - 13]. 段鹍等[11]采用方差分析和多重比較的方法對烘絲機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性進行了分析，結果表明，煙絲填充值隨烘絲機筒壁溫度的升高呈增大的趨勢，而煙絲彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量則隨烘絲機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律，結果表明，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]采用穩健設計法研究了熱風溫度、熱風風速、筒壁溫度、負壓等對煙絲加工后葉絲含水率和溫度的影響，結果表明，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.

　　目前，滾筒干燥的相關研究主要集中在烘絲過程中各關鍵參數對煙絲品質的影響，但關于烘絲關鍵參數對煙絲品質的影響程度并未排序，同時，實際生產過程中參數的調整順序也不明確. 本研究擬選取煙絲填充值較小的“泰山” 牌某規格卷煙的全配方煙葉，在滿足卷煙企業產品設計需求，并保證對煙絲結構和感官品質影響較小的前提下，優化筒壁溫度、切絲后含水率和 HT 蒸汽壓力這 3 個滾筒干燥工藝參數，并對其進行排序，以探索滾筒干燥工藝參數的最優組合，增大煙絲填充值，進而提高卷煙產品品質的穩定性.

　　1 材料與方法

　　1. 1 實驗材料

　　“泰山”牌某規格卷煙的全配方煙葉，濟南卷煙廠產; 香精香料，頤中( 青島) 實業有限公司產.

　　1. 2 主要儀器與設備

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

　　1. 3 實驗方法

　　1. 3. 1 樣品制備 選取“泰山”牌某規格卷煙全配方煙葉共 3 個試樣，生產過程中松散回潮的熱風溫度、出口水分、加料回潮的熱風溫度和加料比例均保持一致，分別設置加料出口含水率為 20. 0% 、21. 5% 和 23. 0% ( 根據實際經驗，加料出口含水率比切絲后含水率高 0. 5% ) ，通過加料機加水功能進行自動調節，以保證切絲后含水率能達到正交試驗的設計要求. 每個試樣加料結束后平均分成 3 等份，共計 9 個小樣.

　　1. 3. 2 正交試驗設計 采用正交試驗設計表 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 個因素對干燥后煙絲填充值、整絲率和碎絲率的影響，試驗設計見表 1 和表 2. 烘絲機熱風溫度設置為 100 ℃，出口水分設置為 12. 5% ，熱風風速由控制系統根據烘絲機出口水分進行自動調節，各試驗條件均保持不變. 待烘絲流量和含水率穩定后，在烘絲機出口風選后進行取樣，并在恒溫恒濕( ( 22 ± 2) ℃，( 60 ± 5) % ) 環境中平衡 48 h，按照文獻[16 - 17]的方法分別測定烘絲機出口風選后樣品的煙絲填充值、整絲率和碎絲率. 1. 3. 3 感官評吸 以上試樣分別進行摻配加香和卷制. 由山東中煙工業有限責任公司技術中心和濟南卷煙廠組織評煙委員，按照文獻[18]的要求，對各組卷煙樣品的感官品質進行對比評吸.

　　2 結果與分析

　　2. 1 正交優化對煙絲填充值的影響

　　煙絲填充值測試結果( 折標后) 見表 3. 對表 3 中各試驗方案進行極差分析，結果見表 4.由表 4 可知，三因素對干燥后煙絲填充值影響的主次順序為 B > A > C，即 HT 蒸汽壓力對煙絲填充值的影響最顯著. 根據 k 值可初步確定增大煙絲填充值的最優組合為 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系如圖 1 所示. 由圖 1 可以看出，當切絲后含水率相同時，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.

　　2. 2 正交優化對煙絲結構的影響

　　煙絲結構測試結果見表 5. 對表 5 中各試驗方案進行極差分析，結果見表 6. 由表 6 可知，三因素對干燥后煙絲整絲率影響的主次順序為 B > C > A，但三因素對碎絲率的影響并不顯著. HT 蒸汽壓力與整絲率的關系如圖 2 所示. 由圖 2 可以看出，當切絲后含水率為19. 5% 時，整絲率隨著 HT 蒸汽壓力的增大而增大; 當切絲后含水率為 21. 0% 時，整絲率隨著 HT 蒸汽壓力的增大先增大后減小; 當切絲后含水率為 22. 5% 時，HT 蒸汽壓力對整絲率的影響并不明顯. 這可能是因為在一定范圍內，HT 蒸汽壓力越大，對煙絲的吸濕效果越好，進入滾筒干燥過程中的煙絲造碎越少，但當 HT 蒸汽壓力增大到超過煙絲骨架所能承受的強度時，煙絲的耐加工性會降低，整絲率開始減小.

　　2. 3 正交優化對煙絲感官品質的影響

　　工藝參數與感官指標正交試驗的極差分析結果見表 7. 由表 7 可知，三因素對煙絲感官品質的影響各不相同: 對香氣影響的主次順序為 A > B = C; 對諧調影響的主次順序為 B > A > C; 對雜氣影響的主次順序為 A > C > B; 對刺激性影響的主次順序為 A > C > B; 對余味影響的主次順序為 B > A > C. 綜上可知，三因素對煙絲感官品質總體影響的主次順序為 A > C > B，即在一定試驗范圍內，HT 蒸汽壓力對煙絲填充值和整絲率的影響最大，對感官品質的影響最小. 因此，在保證較大的煙絲填充值和較小的感官品質影 響 前 提 下，可 設 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 驗證結果分析

　　將優化后的滾筒干燥工藝參數在生產線上進行了驗證，結果見表 8. 由表 8 可知，參數優化前后煙絲的整絲率、碎絲率和感官品質得分基本 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. 統計該牌號的單箱消耗后發現，滾筒干燥工藝參數優化后，2020 年與 2019 年同期相比，單箱消耗降低了 0. 365 kg.

　　3 結論

　　本研究優化了滾筒干燥工藝參數( 筒壁溫度、HT 蒸汽壓力和切絲后含水率) ，通過極差分析對上述 3 個關鍵工藝參數進行了排序: 對干燥后煙絲填充值影響的主次順序為 HT 蒸汽壓力 > 切絲后含水率 > 筒壁溫度; 對干燥后煙絲結構影響的主次順序為 HT 蒸汽壓力 > 筒壁溫度 > 切絲后含水率; 對干燥后煙絲感官品質影響的主次順序為切絲后含水率 > 筒壁溫度 > HT 蒸汽壓力. 在一定試驗范圍內，HT 蒸汽壓力對煙絲填充值和整絲率的影響最大，對感官品質的影響最小. 增大煙絲填充值的最優組合為切絲后含水率 21. 0% ，HT 蒸汽壓力 0. 40 MPa，筒壁溫度 140 ℃，經驗證，滾筒干燥工藝參數優化后的煙絲填充值增大了 0. 21 cm3 / g. 在實際生產中，煙絲填充值的改變可能會影響卷煙的物理和化學性質，在今后的研究中，可進一步明確制絲工序與卷接工序之間的相關性，為增加卷煙品質穩定性提供理論參考和技術支持.