烟梗、碎片及木浆比例对造纸法烟草薄片物理性能的影响

殷艳飞马 迅王保兴刘 晶向海英王 建熊 伟林樱楠王浩雅，*

(1.云南烟草科学研究院，云南昆明;650106;2.昆明理工大学，云南昆明;650500;3.中国农业科学院烟草研究所，山东青岛;266101)

·烟草薄片·

烟梗、碎片及木浆比例对造纸法烟草薄片物理性能的影响

殷艳飞1马 迅1王保兴1刘 晶1向海英1王 建1熊 伟2林樱楠3王浩雅1，*

(1.云南烟草科学研究院，云南昆明;650106;2.昆明理工大学，云南昆明;650500;3.中国农业科学院烟草研究所，山东青岛;266101)

采用响应面实验设计方法，研究了不同烟梗、碎片及木浆比例对造纸法烟草薄片抗张指数和耐破指数的影响。结果表明，烟梗、碎片及木浆比例与造纸法烟草薄片抗张指数和耐破指数间存在较强的相关性，且回归模型的显著性好，可用于分析预测符合造纸法烟草薄片抗张指数和耐破指数要求的原料配方;验证实验结果相对偏差在7%以内，说明该模型具有较高可信度。

造纸法烟草薄片;抗张指数;耐破指数;响应面法

造纸法烟草薄片 (Paper－process reconstituted tobacco，以下简称PRT)，又称造纸法再造烟叶，是采用现代提取分离技术与改良后的造纸技术，将烟草副产品及废弃料加工而成的一种“人造烟叶”［1］。烟梗、碎片及植物纤维作为PRT的重要骨架对其产品品质，尤其是物理性能有重要影响。以往的研究中，一般采用正交实验或梯度实验方法对烟梗、碎片及木浆比例进行研究［2－4］，这些实验方法不仅工作量大，而且只能从有限的点中选出一个较优的实验点。

响应面法是一种比较先进的实验设计方法，不仅省时、省力，而且可以研究几个独立变量的相互作用，并建立变量与响应值间的数学模型［5－8］。本课题采用响应面法优化实验设计，研究不同烟梗、碎片及木浆比例与造纸法烟草薄片物理性能 (抗张指数和耐破指数)的关系，以最少的实验次数全面研究了三因素与物理性能的交互作用，并建立回归方程，为PRT物理性能的改善提供参考。

1 实验

1.1 实验原料

烟梗和碎片取自某烟草集团。木浆和涂布液分别为取自某公司的漂白针叶木浆和某牌号涂布液。

1.2 实验仪器

提取器，济宁金百特;盘磨机，日本KRK;抄片器，法国TECHPAP;瓦利打浆机，美国TMI;厚度测定仪、抗张强度测定仪、耐破度测定仪，四川长江。

1.3 实验方法

1.3.1 实验设计

采用Design Expert8.0软件中带有工艺变量的配方设计方法对烟梗、碎片和木浆比例进行实验设计，其中烟梗和碎片作为配方变量，总和为100%;木浆为工艺变量，比例为占烟梗和碎片总质量的百分比。实验设计如表1所示。

表1 响应面实验设计不同物理指标的预测值和实验值

1.3.2 备料工艺

取一定质量的烟梗、碎片，分别按照液比1∶8和1∶6加入相应量的水，置于65℃、60℃的反应器中反应60 min;反应后，分别对烟梗和碎片过滤，加入高浓盘磨机分别进行磨浆备用，其中烟梗磨浆工艺为:浆浓20%，磨盘间隙0.8 mm;碎片磨浆工艺为:浆浓20%，磨盘间隙0.6 mm。

1.3.3 制浆工艺

按表1中的木浆比例称取相应的绝干漂白针叶木浆，放入疏解器中用80～90℃热水疏解10 min;然后，按表1中的烟梗和碎片比例称取磨好的烟梗浆和碎片浆，将烟梗浆、碎片浆和木浆混合均匀后，按照液比1∶8加水并放入65℃旋转蒸发仪中提取30 min，甩干机甩干后，用瓦利打浆机打浆至打浆度 (38± 1)°SR。

1.3.4 涂布工艺

取一定量1.3.3中制备的浆料，在动态抄片器上抄取定量 (60±2)g/m2的基片 (抄造过程中不添加任何填料和助剂)，烘干后采用浸涂的方式，将涂布液 (调整涂布液密度使涂布率范围在35% ～40%)均匀涂到基片上，105℃烘箱烘干后，放入恒温恒湿箱平衡备用。造纸法烟草薄片制作工艺流程如图1所示。

1.3.5 物理性能测定

抗张指数和耐破指数指标的检测分别按照GB/T 12914—2008、GB/T 1539—1989方法进行。

图1 造纸法烟草薄片制作工艺流程图

2 结果与讨论

2.1 响应面实验设计结果

表1为25组实验条件下，基片抗张指数和耐破指数的预测值及实验值。从表1中可以看出，抗张指数和耐破指数的预测值和实验值之间差别较小，说明用响应面法优化PRT不同烟梗、碎片及木浆比例与抗张指数和耐破指数之间的关系是可行的，而且效果较好。

2.2 回归模型及方差分析

以抗张指数和耐破指数为响应值，采用Design Expert8.0进行回归分析，得到分别以抗张指数和耐破指数为响应值的拟合方程如式 (1)、式 (2)所示。

式中，Y为响应值，X1、X2、X3分别为烟梗、碎片和木浆比例。

对两个模型进行方差分析，结果见表2。由表2可以看出，两个模型的P值均小于0.0001，说明这两个回归模型的显著性好，可用于分析预测PRT的抗张指数和耐破指数;R2反应了两个模型的拟合优度，可以看出两个模型的拟合优度分别为0.9491和0.9770，说明只有5.09%和2.30%不能由变量X做出解释;信噪比是用来描述有效成分与噪音的比值，一般来讲，信噪比大于4即可满足要求［7－9］，两个模型的信噪比远大于4;CV描述的是方差和平均数的比值，如果一个模型的CV不超过10%［7－9］，就认为这个模型的可重复性很高，耐破指数模型的CV为7.08%，小于10%。综上所述，两个回归方程可用来预测不同烟梗、碎片及木浆比例与抗张指数和耐破指数的关系。

2.3 响应曲面分析

不同烟梗、碎片及木浆比例对PRT抗张指数影响的三维立体图如图2所示。图2中可以看出，随着烟梗和木浆用量的增加，PRT的抗张指数都有增加的趋势。许多研究中都发现随着木浆用量的增加，PRT抗张指数呈上升的趋势［10－13］。PRT强度由多种因素决定，包括纤维间结合力、纤维本身的强度以及纸张中纤维的分布和排列方向等［14］。其中最重要的影响因素就是纤维间结合力，纤维含量高，纤维间结合力较大，形成基片的强度好。烟梗中也含有部分纤维素，而碎片中纤维素含量很少，随着烟梗比例的增加，浆料中纤维素含量增加，形成的基片强度较高，从而PRT产品强度较大。

图2 烟梗、碎片及木浆比例对PRT抗张指数的影响

不同烟梗、碎片及木浆比例对PRT耐破指数影响的三维立体图如图3所示。由图3可以看出，PRT耐破指数的变化趋势与抗张指数的变化趋势一致，都是随着烟梗、木浆用量的增加而增大。因为耐破指数的主要影响因素也是纤维间结合力、纤维平均长度、纤维本身强度和纤维交织情况等［14］。

2.4 验证实验

为了检验模型的可靠性，实验选取较接近生产工艺的3组烟梗、碎片及木浆比例进行实验，结果如表3所示。从表3可以看出，3种不同比例下PRT抗张指数和耐破指数的相对偏差都在7%以内，说明这两个模型较为可信。

表2 模型的方差分析

表3 验证实验

图3 烟梗、碎片及木浆比例对PRT耐破指数的影响

3 结论

采用响应面法建立的回归模型可较好地描述烟梗、碎片及木浆比例与造纸法烟草薄片 (PRT)抗张指数和耐破指数间的关系;木浆用量和烟梗与碎片比例对造纸法烟草薄片抗张指数和耐破指数都有较大影响;验证实验表明响应面法建立的数学模型较可靠，预测值与实验值间偏差较小。

可应用本方法研究各烟草薄片生产企业的原料配方，预测出符合企业要求的抗张指数和耐破指数原料配方，为解释原料配方对烟草薄片物理特性的影响提供一定的理论基础，也为烟草薄片工艺生产提供了一种更为全面的方法。

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(责任编辑:刘振华)

Effect of the Proportion of Tobacco Stem，Tobacco Scrap and Fibre on Physical Properities of Paper-process Reconstituted Tobacco

YIN Yan－fei1MA Xun1WANG Bao－xing1LIU Jing1XIANG Hai－ying1WANG Jian1XIONGWei2LIN Ying－nan3WANG Hao－ya1，*
(1.Yunnan Academy of Tobacco Science，Kunming，Yunnan Province，650106; 2.Kunming University of Science and Technology，Kunming，Yunnan Province，650500; 3.Tobacco Research Institute of CAAS，Qingdao，Shandong Province，266101)
(*E－mail:wanghaoya1983@163.com)

The influence of the proportion of tobacco stem，tobacco scrap and fibre on physical properties of the paper－process reconstituted tobacco(PRT)such as tensile index and bursting index was investigated by using response surface experiment designmethod(RSM).The results indicated that therewas significant correlation between the proportion of thematerials and physical properties，which could be used to predicted the tensile index and bursting index of PRT.Confirmatory trials showed that the relative deviation was less than 7%，which suggested that there was good fit degree between the experimental results and the values predicted by the equation.

paper－process reconstituted tobacco;tensile index;bursting index;response surfacemethodology

殷艳飞女士，硕士;主要从事再造烟叶研究。

TS426

A

0254－508X(2014)03－0035－04

2013－11－14(修改稿)

云南省科技计划项目“国内外造纸法烟草薄片产品与技术比较 (2010CD145)”;国家烟草专卖局重大专项项目“降低烟草CO的关键技术开发及应用研究”(110201201036(ZZ－17))。

*通信作者:王浩雅女士，E－mail:wanghaoya1983@163.com。