微波膨胀梗丝在卷烟中的掺配均匀性评价

邹 泉,赵云川,廖晓祥,陈 冉,武 凯,卢永宏,凌 琳,乔晓辉,柴俊红,马 娟

云南中烟工业有限责任公司技术中心,云南省玉溪市红塔大道118号 653100

微波膨胀梗丝在卷烟中的掺配均匀性评价

邹 泉,赵云川,廖晓祥*,陈 冉,武 凯,卢永宏,凌 琳,乔晓辉,柴俊红,马 娟

云南中烟工业有限责任公司技术中心,云南省玉溪市红塔大道118号 653100

为研究经过二次切丝工艺制备的近似烟丝形态的微波膨胀梗丝在烟丝中的掺配效果,掌握微波膨胀梗丝在产品中的应用特性,参照气流干燥梗丝工艺掺配流程,以微波膨胀梗丝的掺配样品为研究对象,采用3种均匀度测定方法(特征值与混合均匀度法、主流烟气移动极差法及烟支密度标准偏差法)对微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性进行了评价,并与气流干燥梗丝掺配样品进行了对比.结果表明:①通过滚筒掺配、往复式布料方式可有效保证微波膨胀梗丝在产品应用中掺配均匀性的要求,13%、23%、33%比例下实验样品的混合均匀度均高于96%;②同掺配比例下,两种梗丝掺配样品的烟支密度无显著差异,说明微波膨胀梗丝在烟丝中的掺配均匀性与气流干燥梗丝相当;③与气流干燥梗丝相比,微波膨胀梗丝掺配样品主流烟气中焦油、一氧化碳的波动均有降低趋势,烟碱波动与气流干燥梗丝相当,说明微波膨胀梗丝在烟丝中的混合均匀度比气流干燥梗丝更优.

卷烟;微波膨胀梗丝;气流干燥梗丝;掺配均匀性;产品应用;掺配比例

近年来兴起的微波膨胀烟梗技术主要有制梗粒和制梗丝两种形式,但微波膨胀梗粒与烟丝的混合均匀性差、烟支端部落丝严重,卷烟配伍性差,从而影响其在卷烟中的应用效果[1-4].为解决这一问题,常用的方法是通过改变切丝工艺使梗丝形态尽量与烟丝接近.如刘峘[5]等提出,通过减少过长烟丝、筛除烟丝中的碎末,采取压梗切丝等方法使梗丝的物理性状接近于烟丝,从而有效提高梗丝在卷烟中的混合均匀程度.刘栋等[4]通过对微波膨胀烟梗切丝工艺进行研究,得到了经过二次切丝工艺制备出的近似烟丝形态的梗丝产品并得以工业化生产.而微波膨胀梗丝在烟支中的均匀分布是保证产品应用的前提,是影响产品质量的重要因素[6-10].烟草物料的混合效果越好,产品的物理和感官质量的稳定性也越好[5,11].因此对微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性进行评价十分有必要.目前,关于工业化生产的微波膨胀梗丝在卷烟中的混合均匀性研究还未见报道.Hedge[12-13]最早提出了依据混合物中某组分性质差异检测其含量,从而表征其混合均匀程度的方法.王毅等[14]也指出,烟草物料混合实际上是通过物理组分混合从而达到各种化学成分的均匀一致,最终实现糖碱比的协调.糖、碱在烟草原料中变异系数较大,因此可以用来表征物料的混合均匀程度.文献[15]中提供了一种用特征值即烟草化学成分中糖碱比与钾含量的乘积来反映烟草的混合均匀程度的方法[15].戴永生等[16]采用了烟支密度评价方法对烟支内烟丝的均匀性进行了评价.叶宏音等[17]提出了采用主流烟气指标的稳定性对烟丝的混合均匀性进行评价.这些方法各有优缺点,因此为更客观反映微波膨胀梗丝在卷烟中的混合均匀程度,拟从物理密度、烟草化学、烟气化学3个方面对微波膨胀梗丝在烟支中的均匀性程度进行了综合评价,以得到微波膨胀梗丝在卷烟中的应用特性,为微波膨胀梗丝在产品中的应用提供指导.

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及设备

气流干燥梗丝、微波膨胀梗丝、某牌号纯叶丝(玉溪卷烟厂提供);滤棒(144 mm/24.1 mm、3 300 CU/3 430 Pa,玉溪卷烟厂提供);木浆卷烟纸(定量:32 g/m2、宽度:26.2 mm、长度:4 500 m,红塔蓝鹰纸业有限公司提供);接装纸(定量:38.5 g/m2、宽度:64 mm、长度:2 500 m,玉溪水松纸厂提供).乙醇、石油醚、二氯甲烷、异丙醇、乙酸乙酯等均为分析纯.CH888精密恒温恒湿箱(澳大利亚Thermoline公司);XP404S电子分析天平(感量:0.000 1 g,瑞士Mettler-Toledo公司);WS21全自动卷烟重量分选仪(北京欧美利华科技有限公司);SBL-AV6519烟支水分与密度分布测量仪(中国电子科技集团公司第四十一研究所);PROTOS 70卷接机组(德国Hauni公司);YQ-2烟丝振动分选筛(郑州烟草研究院);微波膨胀梗丝试验线(自建).

1.2 方法

1.2.1 样品制备

气流干燥梗丝及微波膨胀梗丝工艺流程见图1、图2.

图1 气流干燥制梗丝工艺流程

图2 微波制梗丝工艺流程

采用烘箱法[18]测定气流干燥梗丝、微波膨胀梗丝、叶丝的含水率.依据含水率测定结果,折算出标准含水率(12.0%)下的物料掺配质量.采用滚筒掺配方式,将梗丝在线按比例掺配进入配方烟丝通道,在加香滚筒内混合后进入贮柜,进柜方式为往复式布料,然后出柜风送至PROTOS 70机台卷制,取风送后的配方烟丝样品各5 kg留样做混合均匀度评价.实验过程中,按照改变梗丝掺配比例的原则设计制备样品,将配方烟丝(仅由叶丝和梗丝组成)C1～C3、P1～P3卷制后得CJ1～CJ3、PJ1～PJ3,样品信息见表1.将卷制样品置入恒温恒湿箱中于22℃、相对湿度60%条件下平衡48 h,按(900±5)mg/支分选后备用.

表1 样品编号及样品中梗丝掺配比例

1.2.2 分析方法

(1)混合均匀度分析.取配方烟丝样品C1、C2、C3、P1、P2、P3各10份,每份100 g,依据YC/T 426-2012[15]标准,检测样品的总糖、烟碱、含钾量,按公式(1)、(2)计算特征值PV及混合均匀度H,比较两种梗丝掺配样品的混合均匀度差异.

式中:PV-样品的特性值,%;TS-样品中总糖的含量(质量分数),%;TA-样品中烟碱的含量,%;K-样品中含钾量,%.

式中:H-混合均匀度,%;n-样品的个数;xi-第i个样品的特性值个样品特性值的平均值,%.

(2)结构分布测定及端部落丝量分析.取气流干燥梗丝、微波膨胀梗丝的配方丝样品各10份,每份100 g,按《卷烟工艺规范》[19]及YC/T 178-2003标准[20]要求测量梗丝的结构.同时取平衡后的 CJ1、PJ1、CJ2、PJ2、CJ3、PJ3样品各 400支,分别均分为20组后按YC/T 151.2-2001[21]标准测定端部落丝量.

(3)烟支密度标准偏差分析.取平衡后的CJ1、PJ1、CJ2、PJ2、CJ3、PJ3样品各400支,分别均分为20组后测定烟支密度并计算烟支密度标准偏差的平均值,使用方差分析对样品的烟支密度标准偏差进行差异分析.

(4)主流烟气移动极差分析.移动极差法是指通过计算两个或多个连续样本值中最大值与最小值之差(通常是连续两点之差),从而获得样本数据离散程度的方法.以CJ1、PJ1为研究对象测定其主流烟气[22-25],取15组样品的平行测定结果计算主流烟气的移动极差[17],并使用方差分析对两样品各项主流烟气检测结果的移动极差进行差异分析,判断其稳定性是否存在差异,从而对微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性进行评价,进一步验证quot;特征值与混合均匀度法quot;的均匀性.

2 结果与讨论

2.1 混合均匀度分析

2.1.1 特征值与混合均匀度

表2为6个配方丝样品的混合均匀度统计结果.从配方丝特征值的标准偏差分析结果可知,微波膨胀梗丝掺配样品在13%、23%和33%3种掺配比例条件下的特征值标准偏差均小于气流干燥梗丝掺配样品,即quot;掺配微波膨胀梗丝quot;的样品混合均匀度均略高于quot;掺配气流干燥梗丝quot;的样品.

表2 样品混合均匀度 (%)

2.1.2 梗丝结构分布

对比分析微波膨胀梗丝与气流干燥梗丝的结构分布可知(表3),两种梗丝的结构存在显著差异.与气流干燥梗丝相比,微波膨胀梗丝的尺寸较小,主要分布在1.00～2.50 mm区间(61.4%)和2.50～3.35 mm区间(33.2%),这可能是导致微波膨胀梗丝在样品中的混合均匀度优于气流干燥梗丝的主要原因.另一方面,可能由于微波膨胀梗丝在形状上与烟丝更为接近,而气流干燥梗丝为丝片状结构.

表3 各尺寸区间的梗丝所占比例

2.1.3 样品端部落丝量

表4中的端部落丝量为20组样品测定结果的均值.分别对20组平行样品的端部落丝量进行方差分析,结果表明:端部落丝量在13%、23%、33%掺配比例下的P值分别为0.264、0.229、0.161,均gt;0.05,说明掺配两种梗丝卷制样品的端部落丝量无显著差异.

表4 两种掺配比例下的端部落丝量

2.2 烟支密度标准偏差法分析

将采用quot;烟支密度标准偏差法quot;和quot;特征值与混合均匀度法quot;的测定结果进行比对,进一步评价微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性.表5为两种梗丝不同掺配比例下(13%、23%、33%)卷制烟支密度的标准偏差.使用方差分析法比较两种梗丝不同掺配比例下卷制烟支密度标准偏差的差异可知,两种梗丝不同掺配比例下(13%、23%、33%)卷制样品的密度标准偏差P值分别为0.598、0.932、0.913,均gt;0.05,表明样品在烟支密度指标上无显著差异,微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性与气流干燥梗丝相当,与quot;特征值与混合均匀度法quot;评价结果基本一致.掺配均匀性能满足微波膨胀梗丝在产品中应用的要求.同时,随掺配比例增加,烟支密度标准偏差有降低趋势.

表5 烟支密度标准偏差(n=20)

2.3 主流烟气移动极差法分析

样品CJ1、PJ1的主流烟气移动极差数据见表6.使用方差分析法比较CJ1、PJ1样品主流烟气移动极差的差异(包括焦油、烟碱、一氧化碳),结果见表7.由表7可知,焦油量和一氧化碳的P值均gt;0.05,表明掺配两种梗丝的样品焦油、一氧化碳释放量的稳定性无显著差异.烟碱量P值lt;0.05,掺配两种梗丝的样品烟碱稳定性有显著差异,与气流干燥梗丝相比,掺配微波膨胀梗丝的样品烟碱稳定性有显著性提高.

对比气流干燥梗丝掺配样品及微波膨胀梗丝掺配样品的焦油、烟碱、一氧化碳释放量的标准偏差可以发现:前者的焦油、一氧化碳释放量标准偏差均明显高于后者,烟碱释放量的标准偏差相当,说明微波膨胀梗丝掺配样品的焦油波动、一氧化碳波动均有降低趋势,样品主流烟气的稳定性更好,也即微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性与气流干燥梗丝相当或更优,这与前面两种方法的评价结果一致.

表6 烟支主流烟气移动极差统计结果

表7 主流烟气移动极差方差分析

3 结论

(1)在13%、23%、33%3种掺配比例条件下,quot;掺配微波膨胀梗丝quot;的样品混合均匀度均高于96%,均略高于quot;掺配气流干燥梗丝quot;的样品.两种梗丝掺配样品的烟支密度标准偏差无显著差异,且微波膨胀梗丝掺配样品的主流烟气成分释放量的稳定性更好,说明微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性与气流干燥梗丝相当或更优.

(2)与气流干燥梗丝相比,微波膨胀梗丝的尺寸较小,主要分布在1.00～2.50 mm区间(61.4%)和2.50～3.35 mm区间(33.2%),这可能是导致微波膨胀梗丝在样品中的混合均匀度优于气流干燥梗丝的重要原因.

(3)3种掺配均匀性评价方法一致表明:微波膨胀梗丝在烟支中的掺配均匀性与气流干燥梗丝相当或更优,能满足微波膨胀梗丝在产品中应用的要求.

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责任编辑 周雅宁

Evaluation of Blending Uniformity of Microwave Expanded Cut Stems in Cigarette

ZOU Quan,ZHAO Yunchuan,LIAO Xiaoxiang*,CHEN Ran,WU Kai,LU Yonghong,LING Lin,QIAO Xiaohui,CHAI Junhong,and MA Juan
Technology Center,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Yuxi 653100,Yunnan,China

In order to study the blending effect of microwave expanded cut stems(which were prepared by secondary cutting and similar to cut tobacco in shape)in cut tobacco and grasp their application characteristics in tobacco products,the blending uniformity in cigarette was comprehensively evaluated with three methods,characteristic value and blending uniformity method,mainstream cigarette smoke moving range method,cigarette density standard deviation method,by referring to the blending process of pneumatically dried cut stem.The blending uniformity of microwave expanded cut stem was compared with that of pneumatically dried cut stem.The results showed that:1)Blending in cylinder and reciprocating spreading effectively promoted the blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette,and the blending uniformity of experimental samples was all higher than 96%at the blending ratios of 13%,23%and 33%.2)At the same blending ratio,there was no significant density difference between cigarettes blended with microwave expanded cut stems or pneumatically dried cut stems,it indicated that the blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette was comparable to that of pneumatically dried cut stems.3)The fluctuation ranges of tar and CO deliveries in the mainstream smoke of cigarettes blended with microwave expanded cut stems were narrower than those with pneumatically dried cut stems,while their nicotine delivery fluctuation ranges were similar,it indicated that the blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette was better than that of pneumatically dried cut stems.

Cigarette;Microwave expanded cut stem;Pneumatically dried cut stem;Blending uniformity;Product application;Blending ratio

TS452

A

1002-0861(2015)10-0067-06

10.16135/j.issn1002-0861.20151012

2015-04-17

2015-07-10

云南中烟工业有限责任公司项目quot;微波膨胀新型梗丝的应用研究quot;(2013GY01);红塔烟草(集团)有限责任公司自立科研项目quot;新型膨胀烟梗工艺、设备技术研究及应用quot;(K-103.26).

邹泉(1971-),学士,高级工程师,主要从事卷烟工艺方面的研究工作.E-mail:zq@hongta.com;*

廖晓祥,E-mail:zijinwangzhe@hongta.com

邹泉,赵云川,廖晓祥,等.微波膨胀梗丝在卷烟中的掺配均匀性评价[J].烟草科技,2015,48(10):67-72.ZOU Quan,ZHAO Yunchuan,LIAO Xiaoxiang,et al.Evaluation of blending uniformity of microwave expanded cut stems in cigarette[J].Tobacco Scienceamp;Technology,2015,48(10):67-72.