卷烟生产车间混合气调及低温杀虫技术研究

张楚安，牛燕丽，王乐军，刘德强，王 媛，张 龑，刘 勇，尹 鹏，李祥发

（1.湖北中烟工业有限责任公司武汉卷烟厂，武汉 430000；2.武汉东昌仓贮技术有限公司，武汉 430074）

卷烟生产车间装有温湿度和空气调节设备，夏季温度控制在（24±2）℃，冬季温度控制在（22±2）℃，全年相对湿度控制在60%±5%［1］，为烟虫创造了良好的生存条件［2］。烟草甲（Lasioderma serricorne）是生产车间常见的害虫，有喜钻蛀和在黑暗寂静环境下活动的习性［3］。在卷烟生产过程中，烟丝烟尘会在设备内部累积，容易滋生烟草甲。当部分设备处于轮休待检或大修闲置状态时，隐蔽安静的环境更加适合烟草甲生产繁殖［4］。

目前卷烟生产车间的烟草甲防治手段主要以物理清洁和化学防治为主。由于设备内部结构复杂，物理清洁无法有效拆卸和彻底清洁，费工费时，且存在设备损害风险［5］。由于生产车间粉尘较大，化学防治所施用的药剂很快会被尘埃所覆盖，难以持续发挥出效能，且反复大量使用化学药剂会导致害虫形成更强抗药性，防治效果逐年下降［6］，同时化学药剂防治还存在较大的安全管控和环保问题。充氮气调杀虫技术虽然可以有效解决以上问题，但目前该技术主要应用于仓库密封烟垛，且杀虫所需时间较长，充氮后需保持1%～2%的氧气浓度25～40 d 才能达到100%杀虫效果［7-9］。烟草甲采用气门呼吸，开启气门呼吸的条件有2 种，即体内氧气浓度过低和体内二氧化碳浓度过高［10］。在充氮降氧后再充入二氧化碳，能够使烟草甲快速开启气门并刺激呼吸，使其快速吸入低氧气体窒息，以达到快速杀虫的目的［11，12］。

低温对烟草甲有很好的防治效果，研究结果表明，各虫态烟草甲耐低温的顺序从高到低依次是幼虫、成虫、卵。-20 ℃处理，各虫态烟草甲死亡率都为100%；-10 ℃低温条件下，处理1 h 以上，烟草甲卵和成虫全部死亡，处理72 h 以上，烟草甲幼虫全部死亡；5 ℃处理72 h 以上，烟草甲卵不再孵化，5 ℃处理20 d 不能使烟草甲幼虫和成虫完全致死，但影响幼虫化蛹和成虫产卵。各温度处理中烟草甲幼虫最终羽化率为0，成虫单雌产卵量为0。0、5 ℃卵最高孵化率均为41.67%。对照中幼虫最终羽化率为77%，卵最终孵化率为52%。因此，温度低于-20 ℃及以下时，能够快速（30～60 min）杀灭烟草甲各个虫态；温度为-15～5 ℃，通过延长处理时间，能够有效杀灭烟草甲各个虫态［13］。

成品烟丝在暂存过程中，受外界环境温湿度、氧气和烟虫等因素影响，一方面存在理化性质变化导致烟丝质量指标超出产品标准的风险，另一方面存在烟丝生虫导致污染浪费产品的风险。烟丝充氮储存方式理论上能达到减小、避免上述风险及有利于烟丝长期储存的目的，因此，拟进行库存成品烟丝长期充氮储存试验，检测分析烟丝充氮储存过程中产品质量变化的情况，验证烟丝充氮储存是否对烟丝产生负面影响及烟丝充氮长期储存的方式是否适用。

干冰清洗技术以颗粒状的干冰作为清洗介质，通过压缩空气将干冰微粒高速喷向被清洗物表面，使被清洗物表面的污垢冷冻至脆化并爆裂。通常，干冰颗粒温度低至-50 ℃以下，利用这一成熟技术和营造的低温条件，本研究采用干冰清洗机针对卷烟生产车间虫源隐患点进行处理，验证低温防虫的效果。

本研究在卷烟生产设备闲置期同时采用充氮气调、混合气调（N2、CO2）及低温杀虫3 种杀虫技术，对防虫效果进行对比试验与效果评价，旨在为卷烟生产车间闲置设备的烟虫防治提供合适、高效的防虫技术，解决卷烟生产车间闲置设备防虫难题。

1 材料与方法

1.1 材料

试验闲置设备选取的是武汉卷烟厂卷接包车间的2 个卷接机台。

试验用虫为烟草甲成虫和幼虫，由武汉东昌仓贮技术有限公司提供。

试验设备有移动式制氮机（双工制氮SG-20A型）、干冰清洗机（凯驰干冰清洗机IB 7/40 型）。

1.2 方法

1.2.1 混合气调杀虫效果研究

1）实验室条件下混合气调杀虫效果验证。挑选实验室培养烟草甲成虫及虫卵，分别置于密封袋内，向密封袋内分别充入不同浓度氮气及二氧化碳气体，维持3、6、9、12、15、18 d，处理完毕取出虫样培养1 个月，观察虫样死亡情况。

2）车间现场混合气调杀虫效果验证。

①设备密封。a.部分断开密封：断开环境除尘、送丝管道与机台连接处，断开主线盒内部线路与机台的连接处，断开线盒旁除尘管道与机台的连接处、断开卷包机与卸盘机连接桥架连接处等，使用发泡胶和防火泥对机台无法拆卸的电器线盒进行封堵。b.完全断开密封：在部分断开密封处理基础上，将机台电器线盒完全断开进行密封处理。c.设备双层密封：根据设备的大小制作内衬帐幕，如图1 所示，内层帐幕按照设备的形状制作，帐幕尺寸在设备尺寸的基础上，长宽各增加20 cm，高增加50 cm，帐幕尽量贴合设备；根据机台尺寸搭建外层帐幕框架，框架由铝合金骨架拼接而成，连接采用锁扣固定，组装完成后框架整体稳固；外层帐幕覆盖在框架外，长宽各增加40 cm，高增加100 cm。现场整体布局及效果如图2 所示。

图1 帐幕密封示意

图2 现场布局及效果

②气调作业。充氮气调操作流程：a.将制氮机进出风口与密封帐幕进出封口使用软管连接，打开充氮气管道阀门。b.将负压抽风管与外层帐幕连接，开启负压，维持双层帐幕之间负压新风，确保周边环境安全。c.开启制氮机进行内层薄膜帐幕充氮气，采用循环脱氧方式，降低内层密封帐幕内氧气浓度。d.重复方式b、c，使用手持式氧气检测仪对密封帐幕内氧气浓度进行检测，使内层薄膜内氧气浓度降至2%。

混合气调（N2、CO2）操作流程：a 至d 与充氮气调操作流程相同。e.将10 kg 干冰放入内层帐幕，等待干冰自然汽化。

③虫样制作与检查。分别挑选20 头烟草甲成虫和幼虫，置于盛有小麦胚芽、面粉和成品烟丝的玻璃培养瓶内。用纱网封口，保持瓶内、外的空气流通和温湿度一致。一共制作8 瓶虫样，充氮气调试验组的内层帐幕放置4 个，混合气调试验组内层帐幕放置4 个，分别在氧气浓度稳定降至2%后的5、10、15、20 d 取出1 瓶虫样，记录烟草甲成虫与幼虫的死亡情况。

1.2.2 充氮杀虫对烟丝品质的影响研究 成品烟丝按外运膨丝方式装箱，装箱后密封充氮并长期储存。将试验烟丝按外运膨丝方式装箱、码垛、垛内密封充氮存放60 d。按上述试验，验证供试烟丝生虫情况及烟丝物理结构、填充值、含水率、化学指标，检测烟支物理、化学指标及烟支含水率，并组织感官质量评吸，综合判定产品质量及试验结果。

1.2.3 低温杀虫效果研究

1）不同处理时长低温杀虫效果。采用金属盒装烟草甲虫样，利用干冰清洗机对虫样进行直接处理，分别处理5、10、30 min，观察虫样死亡情况。

2）卷烟生产车间低温杀虫效果。采用干冰清洗机针对卷包车间VE 底座腹腔、装盘机底座腹腔、除麻除块电机与振筛旁板夹缝、提升机爬钉缝隙等，每周处理1 次，针对各虫源隐患点采用诱捕器加挂及现场虫源隐患排查，检测低温杀虫效果。

2 结果与分析

2.1 混合气调杀虫效果

2.1.1 实验室条件下混合气调杀虫效果 从表2 可以看出，单一充氮杀虫处理，在氧气浓度2%以下时，处理12 d 可完全杀灭烟草甲成虫及虫卵；在氧气浓度为2%～5%时，处理18 d 仍无法完全杀灭烟草甲成虫及虫卵。在添加少量（5%）二氧化碳的情况下，在氧气浓度2%以下时，处理3 d 即可完全杀灭烟草甲成虫（虫卵需9 d）；在氧气浓度为2%～5%时，处理9 d 可完全杀灭烟草甲成虫（虫卵需18 d）。在添加较高浓度（10%～15%）二氧化碳的情况下，在氧气浓度2%以下时，处理6 d 可完全杀灭烟草甲成虫及虫卵；在氧气浓度为2%～5%时，处理12 d 可完全杀灭烟草甲成虫及虫卵。

2.1.2 车间现场混合气调杀虫效果

1）卷包车间温湿度变化。由图3 可以看出，试验期间，卷包车间的室内温度维持在25～27 ℃，室内相对湿度维持在55%～65%。此环境条件适宜烟草甲成虫和幼虫的生长繁殖。

2）不同密封方式帐幕内氧气浓度维持情况。由图4 可以看出，采用部分断开的密封方式，垛内氧气浓度无法降低至目标值2%以下，具有较大杀虫失败风险；采用完全断开方式，垛内氧气浓度可以较好地维持在2%以下。因此，建议卷烟生产车间充氮杀虫时，需要将设备进行完全断开，以保证更好的密封条件，确保杀虫质量。

图4 不同密封方式垛内氧气浓度变化

3）帐幕内气体浓度变化。由图5 可知，整个试验期间，2 个试验组的内外层帐幕之间氧气浓度均为21%，说明内层帐幕气密性良好，没有明显的气体泄露。充氮气调试验组和混合气调试验组的内层帐幕氧气浓度均在2 d 后降至2%以下，且后续充氮气调试验组没有进行充氮，氧气浓度维持在1.5%～1.6%；混合气调试验组没有进行充氮，但加入干冰后，二氧化碳浓度在4 d 内逐渐上升，最高升至17.2%，随后逐渐降低，最终降至8.0%，氧气浓度同步表现为先降低至1.0%，再缓慢升至1.2%。说明干冰气化后的二氧化碳可以使帐幕内氧气浓度进一步降低。

图5 内层帐幕气体浓度变化

4）杀虫效果对比。由表3 可知，充氮气调试验组的成虫在10～15 d 全部死亡，幼虫在15～20 d 全部死亡；混合气调试验组的成虫和幼虫均在5～10 d 全部死亡。说明混合气调（N2、CO2）的杀虫效果优于充氮气调。

2.2 充氮杀虫对烟丝品质的影响研究

2.2.1 物理性质分析

1）烟丝质量指标分析。由表4 可知，烟丝经过60 d 充氮后，烟丝质量各指标（长丝率、短丝率、整丝率、碎丝率、填充值）均无明显影响，烟丝含水率有略微降低（表层较中心烟丝水分低），但属于正常烟丝水分。

2）烟支物理指标分析。由表5 可知，烟支各物理指标（质量、总通风率、硬度、开放吸阻、圆周）无明显变化，均在正常指标范围内，烟支状态正常。

3）烟支含水率。由表6 可知，试验前后烟支含水率无明显变化，属于正常范围以内。

2.2.2 化学成分分析

1）常规化学成分分析。由表7 可知，充氮前后烟丝常规化学成分无明显变化。随储存时间的延长，总糖含量略微降低，但较对照样品好；总烟碱量有所上升，较对照上升多；氯、钾含量无明显变化。

2）烟气分析。通过对主流烟气检测和评价（表8）可以看出，试验烟丝烟气无明显变化。烟气烟碱量稍降低，焦油量稍上升，一氧化碳含量稍上升，依据GB 5606.5，判定主流烟气结果合格。

2.2.3 评吸结果分析 对试验烟丝充氮储存2 个月后卷制的烟支感官质量变化情况进行差异性评价，采用三点评吸法，对比评价烟丝充氮后烟支与未充氮烟支感官质量（同一批烟丝）。由评吸情况（表9）可以看出，15 名评吸员中，12 人评价样品间无差异，3 人评价有差异；在有差异的样本中，评价充氮后烟支质量变好的1 人，变差的1 人，无差异的1 人。

2.3 低温杀虫效果研究

2.3.1 不同处理时长低温杀虫效果 由表10 可知，采用干冰清洗机处理虫样，处理时间较短（1 min）的情况下，由于虫样内部温度仍较高，无法达到杀灭效果；采用处理时长较长（≥5 min），可使虫样内温度降低至-38 ℃以下，能够实现对烟草甲成虫和幼虫的杀灭效果。

表1 不同浓度充氮及充氮+二氧化碳杀虫处理

表3 两种气调技术的杀虫效果对比

表4 烟丝质量指标检测情况

表5 烟支物理指标检测情况

表6 烟支含水率检测情况（单位：%）

表7 常规化学成分检测

表9 评吸结果

表10 不同处理时长虫样死亡情况

2.3.2 卷烟生产车间低温杀虫效果 由表11 可知，对照组虫源隐患点均出现不同程度虫情反复现象；针对A 线提升机、A 线除麻机采用持续性低温处理，未出现虫情反复情况；针对卷包机105 VE 底座、105装盘机底座采用持续性低温处理，仍然出现虫情反复现象。

表11 低温处理虫情检查结果

3 小结与讨论

通过混合气调杀虫研究，卷烟生产设备在温度为25～27 ℃、相对湿度为55%～65%的环境条件下，充氮气调需要20 d 才能杀死烟草甲成虫和幼虫，混合气调（N2、CO2）只需要10 d 即可完全杀死烟草甲成虫和幼虫。本研究得出综合结论如下。

1）针对卷烟生产车间开展充氮杀虫，宜将设备进行完全断开密封，确保充氮杀虫气密性及杀虫效果。

2）开展充氮杀虫，宜将氧气浓度维持在2%以下，方可确保针对烟虫具有彻底的杀灭效果。

3）在时间不充裕的情况下，为缩短充氮杀虫时长，宜在垛内投入适当比例（10%以上）二氧化碳，可将充氮杀虫周期缩短至10 d 以内。

4）烟丝通过60 d充氮处理，烟丝物理、化学、评吸均无较明显影响，充氮杀虫对烟丝品质无明显影响。

有研究表明，1%氧气浓度对烟草甲的杀虫效果明显优于1.5%［14，15］，但本研究中，帐幕内氧气浓度降至1.5%后，制氮设备很难在短时间内继续降低氧气浓度，针对制氮效率更高、可将帐幕内氧气浓度降低至1%以下的制氮设备，或采用二氧化碳进一步降低氧气浓度至1%及以下，仍需开展一定的研究工作。

10%～20%的二氧化碳浓度可以刺激烟草甲开启气门，使其呼吸速率加倍，对氧气的需求更大。更高浓度的二氧化碳会对昆虫产生麻痹作用，这可能更有利于杀虫，也可能是昆虫的自我保护机制［16］，有待进一步研究。同时，高浓度的二氧化碳生产成本和调控难度均会增加［17］。因此，混合气调（N2、CO2）杀虫技术可以满足卷烟生产车间闲置设备的杀虫需求，是一项绿色、高效、低成本的杀虫技术。

低温杀虫研究表明，采用低温处理，能够实现对部分虫源隐患点防虫治理效果；卷接机VE 底座、装盘机底座腹腔可能因孔洞较多，干冰气体无法完全充斥整个腹腔，导致不能完全实现对空腔内的整体降温效果，因此导致低温杀虫效果不佳。针对卷烟生产车间能够采用干冰清洗机进行直接降温处理的虫源隐患点，每周落实1 个频次干冰反复低温杀虫作业，能够实现低温防虫目的。