提高CO2膨胀烟丝内在质量的技术研究

崔 伟李洪涛王海滨蒋光伟杨晓东

（1.山东中烟工业有限责任公司技术中心，山东 青岛 266101；2.山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂，山东 青州 262500）

提高CO2膨胀烟丝内在质量的技术研究

崔 伟1李洪涛1王海滨2蒋光伟1杨晓东1

（1.山东中烟工业有限责任公司技术中心，山东 青岛 266101；2.山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂，山东 青州 262500）

为了提高CO2膨胀烟丝的内在质量，采用正交试验设计法分析膨胀热端工艺（气体温度、气体风速、蒸汽流量）对膨胀烟丝内在质量的影响；根据热端优化结果，分析来料烟丝水分、浸渍时间对膨胀烟丝内在质量影响。结果表明：在试验范围内，来料烟丝水分22.0%、浸渍时间80s、工艺气体温度240℃时，膨胀烟丝内在质量最佳，应用到配方中，感官质量明显提高。因此，较低的工艺气体温度，较低的来料烟丝水分、较短的浸渍时间对膨胀烟丝的内在质量是有利的。

CO2膨胀烟丝；膨胀率；蒸汽流量；烟气；降焦

CO2膨胀烟丝的膨胀率较高，加入到卷烟产品后对增加烟支的填充率、降低焦油都有一定的作用，还可以拓宽烟叶的使用范围，这些特点已基本得到中国同行的认同［1］。但CO2膨胀烟丝经过多年应用，发现其降焦减害作用没有充分发挥，在配方中搀兑比例达不到一定的比值，降焦效果不明显；搀兑比例上去后，对卷烟吸味有不利影响。分析认为，影响膨胀烟丝使用量的主要原因是，膨胀烟丝在膨胀过程中致香成分损失较大，吸味平淡，香气量严重不足，内在质量差，限制了其在卷烟中的使用范围和比例，以至膨胀烟丝不能在降焦减害工作中充分发挥作用，膨胀烟丝的经济效益不能得到充分体现［2］。

因此，本试验拟采用正交试验的方法，对CO2膨胀热端的工艺气体温度、工艺气体风速、蒸汽流量进行优化，降低膨胀工艺气体温度，对膨胀烟丝的内在质量进行评价。根据热端优化结果，对来料烟丝浸渍水分、时间进行试验，确定较佳的浸渍参数，达到保证烟丝膨胀率的适当提高、减少膨胀烟丝香气损失、提高膨胀烟丝内在质量的目的［3］。

1 材料与方法

1.1 材料

膨胀烟丝：A类，青州卷烟厂；

配方叶丝、梗丝、香料：泰山（软八喜），青州卷烟厂。

1.2 试验设备

填充仪：DD60A，德国Borwalt公司；

烟丝振动分选筛：YQ－2，郑州烟草研究院；

干燥箱：FD115，德国Binder公司；

电子天平：AB104－N，上海第二天平仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 热端试验设计 采用正交试验方法，把高温膨胀过程中的工艺气体温度、气流风速和蒸汽流量3个工艺参数作为试验因素，按照3因子3水平选取正交表L9（34）进行试验［4］。将膨胀烟丝样品应用到泰山（软八喜）配方中，并进行内在质量评价。根据预试验结果，建立因素水平表（如表1所示），用Minitab软件进行数据分析，包括方差分析、主效应分析等［5］。

表1 试验因素与水平Table 1 Experimental factors and levels

1.3.2 来料烟丝水分、浸渍时间试验 根据1.3.1热端参数试验结果，对不同的来料烟丝水分、浸渍时间进行试验，将膨胀烟丝样品应用到泰山（软八喜）配方中，卷制样品对内在质量进行评价，确定适宜的参数。

1.3.3 评价方法

（1）感官质量评价：依据文献［6］，以记分和定量描述的形式对试验样品进行评价。

（2）填充值、含水率及烟丝结构测定：试验正常后，在二次回潮出口取样，按文献［7～9］的要求进行测定。

（3）卷烟样品的主流烟气成分：按文献［10～12］的方法进行测定。

1.3.4 工艺参数优化前后内在质量对比测试 为验证和评价热端工艺参数、来料烟丝水分、浸渍时间优化前后膨胀烟丝内在加工质量，用优化后的参数生产膨胀烟丝，应用到产品中，对比分析感官质量、主流烟气指标。

2 结果与分析

2.1 热端参数优化试验结果

试验组合及试验测试结果见表2。

2.1.1 热端工艺参数对膨胀烟丝内在质量的影响 由表2可知，工艺气体温度的变化对感官质量的影响较大，其次是蒸汽流量，工艺气体风速的变化对感官质量的影响较小。

为了分析各因素对感官质量指标的显著差别，对数据进行方差分析，见表3。

由表3可知，在显著性水平0.05上，工艺气体温度是显著的，工艺气体风速是不显著的；在显著性水平0.1上，蒸汽流量是显著的。因此，工艺气体温度对膨胀烟丝内在质量影响最为显著，其次为蒸汽流量，而工艺气体风速对膨胀烟丝内在质量影响不明显。

由于感官质量得分为望大值，随着工艺气体温度的降低，感官质量有提高的趋势，工艺气体温度为240℃时，感官质量最佳；随着蒸汽流量的增大，感官质量也有所提高，但影响较小，蒸汽流量为680kg/h时，感官质量较佳，最佳试验方案应为A1B2C3。

表2 正交试验设计与结果Table 2 The results and analysis of orthogonal experiment design

表3 因素对感官质量指标的方差分析表Table 3 Variance analysis of factors to sensory quality indexes

2.1.2 热端工艺参数对膨胀烟丝物理指标的影响 对于膨胀烟丝填充值指标，从表3中极差R的数据来看，工艺气体温度的变化对其影响较大，其次是工艺气体风速，蒸汽流量影响较小。随着工艺气体温度的降低和风速的增大，填充值呈下降趋势，由于填充值为望大指标，最佳试验组合应为A3B1C3。

对于膨胀烟丝整丝率指标，从表3中极差R的数据来看，工艺气体温度的变化对其影响较大，其次是工艺气体风速，蒸汽流量影响较小。随着工艺气体温度的降低，整丝率呈上升趋势；随工艺气体风速增大，整丝率呈下降趋势，由于整丝率为望大指标，最佳试验组合应为A1B1C3。

2.1.3 最优热端参数的确定 依据上述分析，较低的工艺气体温度，对膨胀烟丝内在质量提高最为明显，综合考虑膨胀烟丝填充值、整丝率指标，确定最优的热端参数：工艺气体温度240℃、工艺气体风速32m/s、蒸汽流量680kg/h。

2.2 来料烟丝水分、浸渍时间对膨胀烟丝内在质量的影响

2.2.1 来料烟丝水分对内在质量的影响 来料烟丝水分对膨胀烟丝内在质量的影响见表4。由表4可知，较低的来料水分对膨胀烟丝感官质量是有利的，在试验范围内，来料烟丝水分在22.0%时，膨胀烟丝的内在质量最好。而较高的来料烟丝水分对膨胀后烟丝填充值、整丝率是有利的。

2.2.2 浸渍时间对内在质量的影响 浸渍时间对膨胀烟丝内在质量的影响见表5。由表5可知，随着浸渍时间的增加，膨胀烟丝的感官质量呈下降趋势，在试验范围内，浸渍时间为80s时，膨胀烟丝的内在质量最好。

2.2.3 最优参数的确定 依据上述分析，较低的来料水分和浸渍时间对膨胀烟丝感官质量是有利的，综合考虑膨胀烟丝填充值、整丝率指标，确定来料水分为22.0%、浸渍时间为80s。

2.3 参数优化后的生产验证

按照确定的优化参数，来料水分为22.0%、浸渍时间为80s、工艺气体温度240℃、工艺气体风速32m/s、蒸汽流量680kg/h，其它工艺条件按照正常生产要求执行，生产A类膨胀烟丝，并搀兑到泰山（软八喜）（內掺20%）配方中，与正常生产产品进行内在质量对比评价。

由表6～8可知，参数优化后，膨胀烟丝填充值降低只有0.24cm3/g，整丝率提高了2.9%，应用到泰山（软八喜）配方中，评吸结果表明样品比正品的香气质好、香气量充足，烟气细腻、柔和，感观质量得分提高了1.6分，内在质量提高较为明显；烟气分析结果显示，参数优化后，主流烟气焦油、烟碱、CO量的变化不明显。

表4 来料烟丝水分试验结果Table 4 Experiment results of incoming cut tobacco moisture

表5 浸渍时间试验结果Table 5 Experiment results of dipping time

表6 生产验证结果Table 6 Verification results of Production

表7 感官质量对比Table 7 Contrast of sensory quality

表8 烟气分析结果Table 8 Analysis results of smoke

因此，在试验范围内，来料烟丝水分为22.0%、浸渍时间为80s、工艺气体温度为240℃、蒸汽流量为680kg/h时，膨胀烟丝内在质量最佳，应用到配方中，可改善卷烟香气质、提高烟气香气量，使烟气更细腻、柔和，感官质量明显提高。

3 结论

通过对CO2膨胀线工艺参数进行优化，从主要工艺参数的变化对膨胀烟丝内在质量及膨胀效果的分析可以看出，工艺气体温度是影响膨胀烟丝内在质量的显著因素，降低工艺气体温度，可以提高膨胀烟丝内在质量；蒸汽流量对内在质量也有一定影响，较大的蒸汽流量对内在质量是有利的；而较低的来料烟丝水分、较短的浸渍时间对膨胀烟丝的内在质量是有利的。

由于240℃低温膨胀条件下的膨胀烟丝内在质量较好，被成功应用到了高档牌号泰山（乐章）的改造中，取得了较好效果，扩大了膨胀烟丝在高档品牌的应用，提高了膨胀烟丝使用价值，充分发挥了膨胀烟丝在降焦减害方面的作用。

1 张志刚.570kg/h CO2叶丝膨胀线工艺技术系统研究［J］.中国烟草科学，2004（1）：14～17.

2 倪克平.提高二氧化碳膨胀烟丝加工质量及可用性研究［D］.郑州：河南农业大学，2008.

3 资文华，王粗，番绍军，等.干冰膨胀烟丝加工过程参数优化研究［J］.烟草科技，2008（1）：8～11.

4 李云雁.试验设计与数据处理［M］.北京：化学工业出版社，2005：124～153.

5 上海质量管理科学研究院.六西格玛实施技巧［M］.北京：中国标准出版社，2007：213～220.

6 全国烟草标准化技术委员会.GB 5606.4——2005卷烟 第4部分：感官技术要求［S］.北京：中国标准出版社，2005.

7 全国烟草标准化技术委员会.YC/T 31——1996烟草及烟草制品水分的测定－烘箱法［S］.北京：中国标准出版社，1996.

8 全国烟草标准化技术委员会.YC/T 178——2003烟丝整丝率、碎丝率的测定方法［S］.北京：中国标准出版社，2003.

9 秦钱浩.卷烟工艺测试与分析大纲［M］.成都：四川大学出版社，2004：9～28.

10 全国烟草标准化技术委员会.GB/T 19609——2004卷烟 用常用分析用吸烟机测定总粒相物和焦油［S］.北京：中国标准出版社，2004.

11 全国烟草标准化技术委员会.YC/T 30——1996卷烟 烟气气相中一氧化碳的测定－非散射红外法［S］.北京：中国标准出版社，1996.

12 全国烟草标准化技术委员会.YC/T 156——2001卷烟 总粒相中烟碱的测定－气相色谱法［S］.北京：中国标准出版社，2001.

Technology research on improving sensory quality of expanded tobacco by carbon dioxide

CUI Wei1LI Hong－tao1WANGHai－bin2JIANG Guang－wei1YANG Xiao－dong1

（1.Technology Center of China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd，Qingdao，Shandong266101，China；2.Qingzhou Cigarette Factory of China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd，Qingzhou，Shandong262500，China）

In order to improve sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide，by using orthogonal design，the effects of process gas temperature，process gas velocity and steam flow on sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide were studied；based on the optimization results，the effects were studied of incoming cut tobacco moisture and impregnation time on sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide.The results suggested that，within the experimental range，incoming cut tobacco moisture 22.0%，impregnation time 80sand process gas temperature 240℃，the sensory quality was best.After applying to blend，the sensory quality was improved significantly.Consequently，the lower process gas temperature was favorable to improving expanded cut tobacco by Carbon Dioxide，the lower incoming cut tobacco moisture and the short impregnation time were favorable to improving expanded cut tobacco by Carbon Dioxide.

expanded cut tobacco by Carbon Dioxide；expansion rate；steam flow；smoke；reducing tar

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.05.057

崔伟（1976－），女，山东中烟工业有限责任公司工程师。E－mail：cuiwei3471＠126.com

2012－06－30