保润剂对降低丝状梗丝造碎性研究

孙德坡，石志发，曾 池，施 鸣，段安凌，资文华，夏 非，杨彦明，尧珍玉*



保润剂对降低丝状梗丝造碎性研究

孙德坡1，石志发2，曾 池2，施 鸣2，段安凌1，资文华1，夏 非1，杨彦明1，尧珍玉1*

(1. 云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明650106；2. 贵州中烟工业有限责任公司技术中心，贵州贵阳 550001)

为研究保润剂对丝状梗丝造碎的影响，对添加烟用保润剂（山梨醇、丙二醇、癸酸乙酯）的丝状梗丝，在模拟造碎后的尺寸分布及造碎率变化进行分析。结果表明：（1）超过总量85%的丝状梗丝尺寸分布在2.5 mm以下，其中1~2 mm梗丝占总量的65%~75%，该部分梗丝造碎后易产生大量尺寸小于1 mm的碎梗丝；（2）丙二醇的添加量大于3%时，添加量与梗丝的造碎率呈正相关关系；癸酸乙酯的添加量小于1.5%时，添加量与造碎率呈负相关关系；山梨醇对梗丝降碎效果不明显。

丝状梗丝；保润剂；造碎率

丝状梗丝是近年来出现的新型梗丝，丝状梗丝外观与烟丝接近，长度略短，形态、色泽、抽吸品质及烟气指标均优于传统梗丝。丝状梗丝与烟丝叶组有较好的匹配性，适用于包括细支烟在内的多种卷烟叶组中。目前，丝状梗丝加工成型后，梗丝的耐加工性、柔韧性均有所下降，在生产、运输过程中，受到压力、振动、翻转等因素的作用，使梗丝造碎增加。一般来说，尺寸小于1 mm的烟、梗丝，用到卷烟中会对烟支的端部落丝量、空头率及烟支物理指标影响较大[1-5]，生产中通常会把小于1 mm的烟、梗丝，作为碎丝而筛分分离。梗丝造碎的增加会造成产率降低、成本提升，并且导致梗丝与叶组的掺配均匀性降低。

烟、梗的耐加工性、含水率和造碎率有一定的相关性，有研究表明，烟、梗丝含水率在15%~20%范围时，耐加工性最强，但是烟、梗丝含水率较高，不利于卷烟的燃烧，且存放时间较长时，易发生烟、梗丝霉变[6-8]。保润剂一般是用于保持梗丝的含水率，但对提高梗丝的耐加工性也有较好的效果[9-10]。目前，利用梗丝中添加保润剂，从而减少梗丝造碎的影响的研究，尚未见报道。本文通过在梗丝中添加不同保润剂，分析其对梗丝造碎的影响，筛选出对降低梗丝造碎有显著效果的保润剂及其添加量，用于梗丝生产，对提升梗丝产率，降低生产成本有重要作用。

1 材料与方法

1.1 实验材料

丝状梗丝（云南瑞升烟草技术（集团）有限公司提供）；丙二醇（AR.山东济南国太化工）；山梨醇（AR.山东济南国太化工）；癸酸乙酯（AR.山东济南国太化工）；体积分数为95%酒精。

FT-2000系列脆碎度检查仪（南京温诺仪器有限公司）；Retsch公司，筛网孔径为1.00 mm、1.50 mm、2.00 mm、2.50 mm、3.00 mm；恒温恒湿箱（Binder KBF，德国）；水分测定仪（MA150，德国sartorius公司）；电子天平（量感：0.001 g，型号ML303，瑞士Mettler公司）；电子天平（量感：0.1 g，型号TC3K-H，双杰电子天平）。

1.2 样品处理

取5 kg丝状梗丝掺配均匀后待用；分别取300 g梗丝添加不同比例（0%、0.5%、1%、1.5%、3%、5%、8%）山梨醇，丙二醇，癸酸乙酯；将梗丝在温度20 ℃，湿度60%环境中平衡48 h；将平衡后的丝状梗丝平均分成3份，作为平行样，然后迅速转移到脆碎机中，翻转造碎，造碎条件为30 r/min转速，900转；将造碎完成的梗丝转移至振筛中，振动筛分，筛孔孔径为3 mm、2.5 mm、2 mm、1.5 mm、1 mm；筛分完成后，称量各层存留的梗丝质量，计算样品在各尺寸分布的百分比。

1.3 数据处理

根据参考文献[11-13]，为准确描述丝状梗丝分布及造碎率情况，计算公式如下：

丝状梗丝结构：

丝状梗丝特征：

丝状梗丝造碎率：

（1）~（3）式中：：筛上丝状梗丝累积量（%）；：筛孔孔径（mm）；、为参数，可通过表1中数据拟合求解得出参数具体数值，其中为丝状梗丝尺寸均匀性系数，可表示丝状梗丝尺寸分布的均匀性和集中度，越大，表明丝状梗丝结构的正态分布区间越窄，集中度越高，丝状梗丝分布越均匀；：筛上丝状梗丝累积重量50%时对应的丝状梗丝尺寸，越大，则丝状梗丝整体尺寸越长；：丝状梗丝造碎率；D：丝状梗丝破碎前尺寸；D：丝状梗丝破碎后尺寸。

2 结果与讨论

2.1 保润剂对丝状梗丝尺寸分布的影响

表1为添加了3种不同比例保润剂的丝状梗丝，经过造碎后，各层筛网上质量分布百分比。图1~图3为添加3种保润剂的丝状梗丝在各层筛网上质量百分比变化量，主要描述各层筛网上丝状梗丝的增减量。

表1 保润剂对丝状梗丝尺寸分布的影响

由表1可知，各层筛网上丝状梗丝质量比在一定的范围内，随着保润剂的种类和添加量不同，而有一定的差异。各层筛网上丝状梗丝的分布比例由大到小顺序为1~1.5 mm、1.5~2 mm、（小于1 mm）、2~2.5 mm、2.5~3 mm、3 mm以上。丝状梗丝的尺寸分布主要集中在1~2 mm之间，约占总比例的65%~75%，各丝状梗丝样品中，小于1 mm的碎梗丝含量在11%以上。

图1 山梨醇对丝状梗丝尺寸分布的影响

图2 丙二醇对丝状梗丝尺寸分布的影响

图3 癸酸乙酯对丝状梗丝尺寸分布的影响

由图1可知，与对照2（造碎）梗丝相比，山梨醇对降低丝状梗丝碎丝率没有显著效果，添加量小于8%时，丝状梗丝碎丝率反而增加。添加山梨醇的梗丝，与对照2相比，各层筛网上的分布比例有较大的差异，其中1~1.5 mm和2~2.5 mm尺寸范围的梗丝比例显著降低，小于1 mm的碎梗丝增加明显。

由图2可知，与对照2（造碎）梗丝相比，丙二醇的梗丝降低丝状梗丝碎丝率有一定的作用，碎丝率随着丙二醇添加量的增加而降低，较高添加量的丙二醇对减少梗丝造碎有一定效果。当添加量为3%和5%时，梗丝的碎丝率分别为14.53%和14.28%，与造碎处理对照梗丝碎丝率13.46%接近，当添加量为8%时，梗丝的碎丝率为12.84%，与未做任何处理的对照1（未造碎）梗丝碎丝率11.13%接近。

由图3可知，与对照2（造碎）梗丝相比，癸酸乙酯对降低丝状梗丝碎丝率有较好的效果，在较低添加量时，梗丝造碎与对照样1和2接近，梗丝碎丝率随着癸酸乙酯添加量的增加而增加。癸酸乙酯添加比例小于1.5%时，梗丝碎丝率小于12.99%，小于对照2（造碎）丝状梗丝的碎丝率。

2.2 保润剂对丝状梗丝造碎率的影响

结合式（1）、（2）、（3）求出表1中的丝状梗丝均匀性系数，特征尺寸，造碎率。对不同添加量和添加种类的保润剂，在丝状梗丝中的造碎效果，进行分析，结果见表2。

由表2中可知，丝状梗丝均匀性系数，随保润剂的添加量和添加种类不同，有较大的差异。对照1（未造碎）丝状梗丝的值最大，梗丝的均匀性最好，集中度最高。添加保润剂，对阻止丝状梗丝造碎效果最好的，是添加了8%丙二醇的梗丝，与对照1接近，其次是添加了0.5%癸酸乙酯和5%丙二醇的丝状梗丝，略差于对照1（未造碎），优于对照2（造碎）梗丝，最后是添加了8%山梨醇，1%癸酸乙酯和3%丙二醇，略差于对照2（造碎）。丝状梗丝的均匀性随着丙二醇添加量的增加而增加，随着癸酸乙酯添加量的增加而降低。总体来看，丙二醇和癸酸乙酯对降低丝状梗丝造碎有较好的效果，山梨醇效果一般，较高的丙二醇添加量和较低的癸酸乙酯添加量，对降低造碎效果较好。

表2 保润剂对丝状梗丝造碎的影响

为丝状梗丝造碎率，表示各尺寸丝状梗丝在造碎过程中，整体梗丝的造碎情况。从表2可以看出，对照2（造碎）梗丝的造碎率为2.61%，添加大于3%的丙二醇、少于1.5%的癸酸乙酯、8%的癸酸乙酯及添加8%山梨醇的丝状梗丝样品，梗丝的造碎率与对照2（造碎）相当或更小。

2.3 保润剂与丝状梗丝含水率及碎丝率关系

保润剂对提升烟、梗丝的含水率，有较好的效果，但是在干燥的环境中，保润剂对烟、梗的保水性有较大的差异。图4为丝状梗丝从20 ℃，60%湿度到20 ℃，40%湿度条件下，梗丝的平衡含水率。

由图4可知，在空气湿度降低的条件下，保润剂的保水性差异很大。丝状梗丝的平衡含水率随着丙二醇添加量的增加而逐渐增高，而添加癸酸乙酯和山梨醇的丝状梗丝，平衡含水率随添加量变化波动不大，但是癸酸乙酯的平衡含水率稳定在12%~14%，高于未添加保润剂的梗丝，而山梨醇的平衡含水率则与未添加保润剂梗丝相当，处于较低水平。

图4 保润剂与丝状梗丝平衡含水率的关系

图5 保润剂与丝状梗丝碎丝率的关系

如图5所示，丝状梗丝的碎丝率（小于1 mm的梗丝占比），随着保润剂的种类和添加量差异较大。丙二醇添加量与丝状梗丝造碎率呈二次相关性，抛物线开口向下，具体为，当添加量小于5%时，碎丝率与丙二醇添加量呈正相关关系，当添加量大于5%时，碎丝率与添加量呈负相关关系。而癸酸乙酯添加量与丝状梗丝造碎率呈二次相关性，抛物线开口向上，具体为，碎丝率随着添加量的增加而降低。山梨醇添加量与梗丝的碎丝率，相关性不明显。

结合图4和图5分析可以发现，保润剂对减少丝状梗丝造碎，有重要的作用。保润剂通过改善丝状梗丝的物理性能，包括含水率和耐加工性，来减少梗丝造碎。但是丝状梗丝的含水率、耐加工性与造碎之间，没有简单的相关性。添加丙二醇时，丝状梗丝的平衡含水率明显提升，当含水率达到15%以上时，丝状梗丝的耐加工性大于加工过程中，受到的机械造碎强度，从而减少丝状梗丝造碎。添加癸酸乙酯时，丝状梗丝的平衡含水率维持在12%~14%，而低添加量的癸酸乙酯，能显著提升梗丝的耐加工强度，从而减少梗丝在加工过程中造碎。

3 结 论

（1）丝状梗丝尺寸分布在2.5 mm以下的占总量的85%以上，其中尺寸在1~2 mm的丝状梗丝占总量的65%~75%，加工过程中易产生小于1 mm的碎梗丝。

（2）部分保润剂对减少丝状梗丝造碎有效果，不同保润剂的降碎效果有差异；丙二醇对丝状梗丝的降碎效果，随着添加量的增加而增加，当添加量大于3%时，梗丝造碎率显著降低；癸酸乙酯对丝状梗丝的降碎效果，随着添加量的增加而降低，当添加量小于1.5%时，丝状梗丝的造碎率显著降低；山梨醇对丝状梗丝的降碎效果不显著。

图5展示了在NBA数据集中，PPVPS协议和VPS协议在服务器数量从2增长到8的过程中的计算时间变化曲线。从图中可以看出，随着服务器数量从2增加到5，协议运行时间从19.013 s增加到63.354 s，当服务器数量逐渐增加到8时，VPS协议和PPVPS协议的计算时间出现波动，这是因为数据集的分布影响锚点筛选，从而影响协议运行时间。

（3）保润剂对丝状梗丝中的降碎，主要是提升丝状梗丝的耐加工强度，但不同保润剂的实现方式有区别。丙二醇通过提高梗丝含水率，来提升耐加工强度，而癸酸乙酯在保持正常梗丝平衡含水率的同时，显著提升梗丝的耐加工强度，从而降低梗丝造碎。

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Reduction in Breakage Rates of Filamentous Stems by Humectants

SUN De-po1, SHI Zhi-fa2, ZENG Chi2, SHI Ming2, DUAN An-ling1, ZI Wen-hua1, XIA Fei1, YANG Yan-ming1, YAO Zhen-yu1*

(1.Yunnan Reascend Tobacco Technology (Group)Co.,Ltd.,Kunming650106, China; 2. Research and Development Center, China Tobacco Guizhou Industrial Co., Ltd., Guiyang 550001, China)

To study influences of humectants on breakage rates of filamentous stems, tobacco humectants (sorbitol, propylene glycol, ethyl decanoate) were added into filamentous stems, and changes of breakage rates and size distributions were analyzed after simulation breakings. Results showed that: (1) more than 85% of the total filamentous stems was smaller than 2.5 mm, of which the sizes between 1 to 2 mm were accounted for 65%~75% of the total mass, and these stems were the main source of broken stems produced less than 1 mm; (2) The addition amount was positively correlated with the breakage rates of the stems when the amount of propylene glycol was more than 3%; the addition amount was negatively correlated with the breakage rates when the ethyl decanoate in stems was less than 1.5%; sorbitol did not have obvious effects on stem breakage rates.

filamentous stem; humectant; breakage rate

TS41

A

2095-3704（2016）04-0287-06

2016-05-03

孙德坡，硕士研究生，主要从事烟草工艺研究，hxgcsundepo@sina.com；

尧珍玉，高级工程师，yaozhenyu@reascend.com。