打叶复烤配方均匀性控制模式研究

杨 凯，陈 清，徐其敏，罗 君，王维妙，赵 权，许 伟，丁子原，曹乐意

1.上海烟草集团有限责任公司技术中心，上海市杨浦区长阳路717号 200082

2.华环国际烟草有限公司，安徽省滁州市凤阳县门台子工业园 233121

随着烟草行业对卷烟产品控焦降焦力度的加大，卷烟烟气指标的允差范围越来越小，对打叶复烤企业提供内在化学成分更加均匀一致的片烟产品的需求显得日益迫切。目前在打叶复烤中通常以控制好生产过程中的备料、铺叶摆把以及贮叶等关键环节的操作实现配方打叶的均匀性[1]。配方打叶各等级烟叶的混合一般采取两种混合方式：一种是在配叶工序将整批次各等级烟叶进行有序组合；另一种是在配叶工序后的每一工序和中贮环节将组合后的叶片不断地进行掺混[2]。近年来，吴昊等[3]研究了独立配方单元结合LED电子显示屏配合使用提高投料的精准度。肖明礼等[4]通过铺叶台的优化管理与贮柜的有效利用相结合，使成品片烟烟碱含量变异系数降低至6.09%。帅志军等[5]发明了烟草打叶复烤生产线的箱式配方工艺专利技术来提高成品片烟的均匀性。这些研究多是依据产区、等级、年份按一定比例进行配方，通过改进投料的控制精度来提升均匀性，但结果还是要依靠原料自身均匀程度，存在被动性和调节能力的局限性。烟碱是烟叶的重要质量指标之一，不同部位的烟碱含量和糖含量又呈相关性[6]，其均匀性是卷烟感官质量稳定的基础。因此，从化学成分的配比方面研究配方均匀性控制模式，即在现有打叶配方的基础上，以固定数量的原烟为一个单元抽样检测烟碱含量，并按烟碱含量的高低进行配比，将打叶复烤后的片烟烟碱含量变异系数控制在合理的范围，从而实现打叶复烤后的片烟烟碱含量均匀性控制。

1 材料与方法

1.1 材料、设备与仪器

2009年福建C2F，C2L等级烤烟；2010年山东、湖南、江西、安徽4个产区C2F，C2L等级烤烟；2011年安徽、福建、河南、湖南、江西、辽宁、吉林和山东8个产区C2F，C2L等级烤烟。

Armor711在线近红外光谱仪（德国Carl Zeiss公司）；AntarisⅡ傅里叶变换近红外光谱仪（美国Thermo Fisher公司）；AAS-305D连续流动分析仪（美国API公司）；FED115热风循环烘箱（德国Binder公司）；CSM-I旋风磨（60目网筛，北京一轻研究院研制）；DFS 197粉碎机（上海鼎广机械设备有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 试验方案

（1）化学成分调节模式控制：配方中的原烟按等级在动态烟叶分选线分选时采用在线近红外光谱仪检测其烟碱含量，分选后各等级烟叶以300 kg为单元装箱并与对应检测的烟碱含量相匹配。依据原烟烟碱含量的标准偏差和各等级烟叶在配方中的比例，选择调节能力强的烟叶为调节器烟叶（调节能力=标准偏差×烟叶在配方中的比例）。打叶时各等级烟叶在铺叶台按配方比例投料，其中非调节器烟叶按分级的时间顺序依次投料，调节器烟叶按与非调节器烟叶烟碱含量相反的顺序投料，未使用贮柜。

（2）混合挑选模式控制：原烟按等级以每车为单元堆放。取样时，从每车分上、中、下沿对角线三点取样，每点随机取3包，共9包，开包后从9包中选取有代表性的5包，再从每包中选取1把有代表性的烟把，将所取的5把烟作为单车、单等级的综合检测样，使用实验室近红外光谱仪检测其烟碱含量。分级时，按配方比例和原烟烟碱含量的高低进行配比并在动态烟叶分选线按照标准样品进行投料分选（即在分选时完成配方配比），并以300 kg为单元装箱。打叶时，将分选后的烟叶按分选的时间顺序投料，未使用贮柜。

（3）组合模式控制：按1.2.1（2）要求堆放原烟、取样检测、配比分级，在动态烟叶分选线分选时使用在线近红外光谱仪检测其烟碱含量，分选后以300 kg为单元装箱并与对应检测的烟碱含量匹配。以烟叶烟碱含量0.2%作为间隔值将分选后烟叶分成若干个区间，将分选后各箱烟叶按其检测值堆放入各自区间内。打叶时，将分级后的烟叶在铺叶台按不同烟叶烟碱含量区间的比例进行高低区间的配比投料，未使用贮柜。

1.2.2 烟碱含量检测

入库原料：按等级以每车为单元取样，将所取样品除梗后在40℃下干燥至含水率为9%～11%，后经旋风磨（网筛60目）制成所需粉末样品，并将粉末样品放置在20～25℃下平衡至少4 h，利用AntarisⅡ傅里叶变换近红外光谱仪按文献［7］中的方法进行烟叶烟碱含量检测。

挑选后烟叶：使用Armor711在线近红外光谱仪进行在线实时烟叶烟碱含量检测。

片烟成品：每等级以50箱为取样检测单元，各单元按每5箱取1个样品合成综合样，利用AAS-305D连续流动分析仪按文献［8］中的方法进行烟碱含量检测。

AntarisⅡ傅里叶变换型近红外光谱仪和Armor711在线近红外光谱仪两种仪器的烟叶烟碱含量预测值与AAS-305D流动连续分析仪检测值的平均相对偏差均在5%以内。

1.2.3 评价指标

式中：CV1—相应工序来料烟叶烟碱含量变异系数，CV2—相应工序产品烟叶烟碱含量变异系数。

式中：i，j—分级工序、打叶复烤工序。

2 结果与分析

2.1 化学成分调节模式控制

选取2009年福建产区的配方原料为对象进行化学成分调节模式控制试验，结果见表1。从表1可以看出：①2009年福建配方分为3个批次加工，片烟烟碱变异系数控制在2.87%～3.60%，3批次的平均片烟烟碱变异系数为3.15%，相比2008年的10.01%，下降了6.86百分点；②配方整体的烟碱变异系数下降度达到77.95%，相比2008年的65.66%，提高了12.29百分点。说明通过化学成分调节模式控制可以提高片烟烟碱的均匀性。

表1 2008，2009年福建产区的烟叶烟碱变异系数 （%）

2.2 混合挑选模式控制

选取2010年安徽、江西、湖南和山东4个产区的配方原料为对象进行混合挑选模式控制试验，结果见表2。从表2可以看出：①4个产区片烟烟碱变异系数在2.55%～4.88%，平均值为3.64%；相比2008年加工的同产区的片烟烟碱变异系数5.02%和4.64%分别下降了2.47百分点和1.49百分点，效果明显。②2010年4个产区的平均烟碱变异系数下降度达到76.93%。山东、湖南两产区的烟碱变异系数下降度均有不同程度提高。说明通过混合挑选模式控制可以提高片烟烟碱的均匀性。

2.3 组合模式控制

2.3.1 试验产区的烟叶烟碱变异系数

选取2011年安徽、福建、河南、湖南、吉林、江西、辽宁和山东8个产区的配方原料为对象进行组合模式控制试验，结果见表3～表6。从表3可以看出：①8个产区的平均片烟烟碱变异系数为3.83%，较2010年对应产区配方的4.18%有所提高；②8个产区的平均烟碱变异系数下降度平均值为83.57%，相比2010年对应产区的平均烟碱变异系数下降度提高了4.48百分点。通过组合模式控制对提高片烟烟碱的均匀性效果明显。

2.3.2 不同工序在降低烟叶烟碱变异系数中的作用

表4是8个产区各个加工批次烟叶烟碱的分析结果。从中可以看出：就各个工序而言，分级工序烟叶烟碱变异系数下降度平均值为54.01%，贡献度平均值为62.35%；打叶复烤工序烟碱变异系数下降度平均值为32.82%，贡献度平均值为37.65%。除江西和山东两产区外其他产区各加工批次分级工序的烟碱变异系数下降度均不同程度高于打叶复烤工序，说明组合模式控制的效果在分级工序已实现。

表2 2009，2010年4个产区的烟叶烟碱变异系数 （%）

表3 2010，2011年8个产区配方的烟叶烟碱变异系数 （%）

表4 2011年不同批次各工序烟叶烟碱变异系数下降度（%）

对原烟烟碱变异系数、分级工序烟碱变异系数下降度、打叶复烤工序烟碱变异系数下降度进行相关性分析，结果见表5。从表5可以看出，分级工序和打叶工序烟碱变异系数下降度与原烟烟碱变异系数存在极显著相关性，其中分级工序成正相关，打叶工序成负相关。说明原烟烟碱的变异系数越大，分级工序烟碱的变异系数下降度会越大，而打叶工序的下降度相对越小。

表5 原烟烟碱变异系数、分级、打叶复烤两工序烟碱变异系数下降度相关性分析

将分级、打叶复烤工序对烟叶烟碱变异系数的下降贡献度进行方差分析，结果见表6。从表6可以看出，就贡献度而言，分级工序与打叶复烤工序总体存在极显著关系，且分级工序明显大于打叶复烤工序。说明对于组合模式，分级工序在整个配方均匀性控制过程中对降低烟叶烟碱的变异系数起到主要作用。

表6 分级、打叶复烤工序对烟叶烟碱变异系数的下降贡献度的方差分析

3 结论与讨论

化学成分调节模式、混合挑选控制模式和组合模式3种控制模式以烟叶化学成分作为参数参与配方，可以将成品片烟烟叶烟碱的变异系数控制在理想的范围，确保了配方打叶复烤后产品质量的均匀性。3种模式以组合模式的控制能力最强，但操作相对复杂。对于3种控制模式，可根据原料烟碱的变异系数大小、实际生产时的仓库库容量、生产组织的方便性等因素综合考虑，选择适宜的控制模式。本研究是以烟叶烟碱作为评价指标来考察均匀性控制效果，根据质量关注点的需要，也可以引入其他化学成分或几个不同化学成分的组合来进行打叶复烤加工时配方内在化学成分质量均匀性的控制。

［1］杨再斌，张其龙.打叶复烤配方加工新模式的探索[C]//中国烟草学会工业专业委员会工艺学组2008年学术研讨会论文集.吉林延吉：中国烟草学会，2008.

［3］吴昊，袁振权，穆郡江，等.配方打叶智能化控制系统的运用[J].现代装饰理论，2011（2）：66-67.

［4］肖明礼，陈越立，尹智华，等.烟叶配方打叶均匀性的研究[J].现代食品科技，2011（6）：684-686.

［5］帅志军，谢永强，王兆福，等.烟草打叶复烤生产线的箱式配方工艺：中国，201010214125[P].2012-01-11.

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