管板式烘絲機(jī)工藝參數(shù)對卷煙香氣的影響

韋小玲 康金嶺

（1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與工程學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005）

葉絲干燥是卷煙制絲生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的一個(gè)關(guān)鍵工序，其主要工藝任務(wù)是對切后葉絲進(jìn)行干燥、去濕，使烘后葉絲松散、卷曲［1］，葉絲在干燥脫水過程中發(fā)生一系列化學(xué)變化和物理性狀的改變，能提高葉絲填充能力，減少葉絲青雜氣，改善卷煙吸味及內(nèi)在品質(zhì)［2］。

管板式烘絲機(jī)是目前煙草行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的雙筒結(jié)構(gòu)葉絲干燥設(shè)備，內(nèi)外筒通過輻條連接形成一個(gè)帶環(huán)形通道的雙筒結(jié)構(gòu)，根據(jù)工藝需要熱風(fēng)可進(jìn)行順、逆流自動(dòng)轉(zhuǎn)換，熱效應(yīng)高。煙絲通過HT 振槽均勻喂入烘絲機(jī)內(nèi)外筒組成的環(huán)行空間，在環(huán)行空間內(nèi)葉絲通過炒料板與烘絲機(jī)內(nèi)外筒壁直接進(jìn)行熱交換、同時(shí)與熱風(fēng)充分接觸，葉絲脫水后的潮氣隨熱風(fēng)通過出料罩排潮裝置排除。設(shè)備主要通過調(diào)整（烘絲筒）入口溫度、筒壁溫度、熱風(fēng)溫度、排潮（風(fēng)門）開度等參數(shù)控制烘絲機(jī)出口葉絲含水率，通過控制干燥脫水過程中的強(qiáng)度和速度等工藝參數(shù)影響烘后葉絲質(zhì)量［3］。本試驗(yàn)采用逆流干燥，有利于煙氣濃度的提高［4］。

目前行業(yè)在烘絲機(jī)工藝參數(shù)對卷煙物理綜合質(zhì)量方面的研究較多［5－7］，而對管板式烘絲機(jī)工藝參數(shù)對卷煙內(nèi)在質(zhì)量，特別是對卷煙香氣影響的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)利用響應(yīng)曲面分析法研究卷煙生產(chǎn)過程中管板式烘絲機(jī)工藝參數(shù)對卷煙香氣的影響及參數(shù)最佳配置，為管板烘絲機(jī)的烘絲工藝參數(shù)設(shè)置提供了一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

烤煙：三類卷煙A 配方，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

隧道式葉絲回潮機(jī)：WQ7215，昆明船舶制造有限責(zé)任公司；

管板式烘絲機(jī)：SH315D 型，秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司；

卷煙機(jī)：PROTOS70，德國虹霓機(jī)械制造股份有限公司；

恒溫恒濕箱：KBF240，德國Binder公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 設(shè)計(jì)方法 試驗(yàn)過程中，采用追蹤取樣法，為排除其它干擾因素對結(jié)果的影響，每次工藝參數(shù)調(diào)整使用一份煙絲，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定后在烘絲機(jī)出口振槽取樣。

1.2.2 樣品的制備

（1）生產(chǎn)正常時(shí)，每批次進(jìn)行一項(xiàng)工藝參數(shù)試驗(yàn)，待過程穩(wěn)定后取樣。每項(xiàng)參數(shù)取樣3次，每次10kg，混合作為1個(gè)樣品。

（2）將現(xiàn)場取得的試驗(yàn)樣品，降至常溫，調(diào)節(jié)煙絲含水率至12.0%左右，分別上機(jī)卷制成同一規(guī)格煙支，置于恒溫恒濕箱平衡24h并經(jīng)重量挑選后，用于感官質(zhì)量評吸。

1.2.3 樣品的評價(jià)

（1）由廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠評吸委員會(huì)固定委員9人，按GB／T 5606.4——2005《卷煙》第4部分：感官技術(shù)要求規(guī)定方法，采用明評的方式進(jìn)行對比評價(jià)。評吸過程中，試驗(yàn)樣品與基準(zhǔn)樣品進(jìn)行香氣指標(biāo)對比評價(jià)，確定香氣指標(biāo)的具體分值。

（2）本產(chǎn)品基準(zhǔn)樣品香氣設(shè)計(jì)值為28分。

1.2.4 工藝參數(shù)選擇 根據(jù)樣品評價(jià)結(jié)果，對利用最優(yōu)參數(shù)組合生產(chǎn)的樣品，與優(yōu)化前正常參數(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行感觀質(zhì)量香氣項(xiàng)對比評價(jià)，最終確定優(yōu)化后的工藝參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 筒壁溫度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，入口溫度78 ℃，熱風(fēng)溫度100 ℃，排 潮 開 度40%條件下，分別設(shè)置筒壁溫度136，138，140，142，144 ℃，評價(jià)香氣指標(biāo)得分。結(jié)果見圖1。

圖1 筒壁溫度對香氣的影響Figure 1 The temperature of the tube wall on the effects of Cigarette aroma on Line chart

由圖1可知，香氣得分隨著入口溫度的增加呈現(xiàn)先上升趨勢，當(dāng)入口溫度超過140 ℃以后，香氣得分隨著入口溫度增加又呈現(xiàn)下降趨勢，從感官質(zhì)量評價(jià)中筒壁溫度參數(shù)對香氣影響較大，溫度較低時(shí)，香氣不透發(fā)，溫度較高時(shí)香氣有苦味，在唐大新的研究［8］中得到相似驗(yàn)證。因此選擇筒壁溫度140 ℃為宜。

2.1.2 入口溫度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，筒壁溫度140 ℃，熱風(fēng)溫度100 ℃，排潮開度40%條件下，分別設(shè)置入口溫度72，75，78，81，84 ℃，評價(jià)香氣指標(biāo)得分。結(jié)果見圖2。

圖2 入口溫度對香氣的影響Figure 2 The effect of temperature on the effects of Cigarette aroma on Line chart

由圖2可知，香氣得分隨著入口溫度的增加呈現(xiàn)先上升趨勢，當(dāng)入口溫度超過78 ℃以后，香氣得分隨著入口溫度增加又呈現(xiàn)下降趨勢，說明葉絲入口溫度過低和過高都對烘后葉絲香氣不利。因此確定入口溫度78 ℃為宜。

2.1.3 熱風(fēng)溫度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，筒壁溫度140 ℃，入口溫度78 ℃，排潮開度40%條件下，分別設(shè)置熱風(fēng)溫度90，95，100，105，110 ℃，評價(jià)香氣指標(biāo)得分。結(jié)果見圖3。

圖3 熱風(fēng)溫度對香氣的影響Figure 3 The air of temperature on the effects of Cigarette aroma on Line chart

由圖3可知，香氣得分隨著熱風(fēng)溫度的增加呈現(xiàn)先上升趨勢，當(dāng)熱風(fēng)溫度超過100 ℃以后，香氣得分又呈現(xiàn)下降趨勢，較低或較高的熱風(fēng)都不利于卷煙香氣特性的改善，這與葉春文等的研究結(jié)果［9］一致。因此選擇熱風(fēng)溫度100 ℃為宜。

2.1.4 排潮開度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，筒壁溫度140 ℃，熱風(fēng)溫度100 ℃，入口溫 度78 ℃條件下，分別設(shè)置排潮開度30%，40%，50%，60%，70%，評價(jià)香氣指標(biāo)得分。結(jié)果見圖4。

由圖4可知，香氣得分隨著排潮開度的增加呈現(xiàn)先上升趨勢，當(dāng)排潮開度超40%以后，香氣得分又呈現(xiàn)下降趨勢。這與胡建軍等的研究結(jié)果［7］一致，故選擇排潮開度40%為宜。

2.2 響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)優(yōu)化烘絲工藝參數(shù)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box－Behnken 設(shè)計(jì)，利用Box－Behnken中心設(shè)計(jì)原理，對影響卷煙香氣的入口溫度、筒壁溫度、熱風(fēng)溫度及排潮開度等因素，采用Minitab－16分析軟件設(shè)計(jì)四因素三水平中心組合試驗(yàn)，中心點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)及結(jié)果見表1、表2。

圖4 排潮開度對香氣的影響Figure 4 The moisture exhaust opening on the effects of Cigarette aroma on Line chart

表1 Box－Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平及編碼表Table 1 Box－Behnken design experiment Vairables levels and coding table

2.2.1 各因素對香氣得分的影響分析 為得出各因素對香氣得分的影響，以香氣得分為指標(biāo)（Y），利用Minitab－16分析軟件對表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，得到4個(gè)因素與香氣得分之間的回歸方程：

對回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

由表3可知，回歸模型達(dá)到顯著水平（P＜0.05），說明回歸方程有效，試驗(yàn)誤差小，因此可用該回歸方程代替真實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行分析。一項(xiàng)試中X1、X3和X4的偏回歸系數(shù)差異顯著，說明筒壁溫度、入口溫度、排潮開度對香氣有顯著影響，X2的偏回歸系數(shù)不顯著，說明熱風(fēng)溫度在試驗(yàn)范圍內(nèi)對香氣影響不顯著。根據(jù)F 值的大小，對香氣影響的大小因素排序?yàn)橥脖跍囟龋九懦遍_度＞入口溫度＞熱風(fēng)溫度。

2.2.2 各因素間交互作用對香氣的影響 以最顯著項(xiàng)X1和其他X2、X3、X4參數(shù)項(xiàng)分別進(jìn)行分析比較，見圖5～7。

表2 Box－Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Box－Behnken design experiments and results

圖5的三維空間圖表明筒壁溫度比熱風(fēng)溫度影響更顯著；圖6的三維空間圖表明筒壁溫度比入口溫度影響更顯著；圖7的三維空間圖表明筒壁溫度比排潮開度影響更顯著。筒壁溫度和排潮開度之間的交互作用對香氣影響最大。

2.2.3 最佳工藝條件的優(yōu)化及模型驗(yàn)證 為確定各因素的最佳取值，利用Minitab－16軟件找出回歸模型Y 的最大估計(jì)值，穩(wěn)定點(diǎn)（X1，X2，X3，X4）的代碼值為（1，－1，1，1），與之對應(yīng)的實(shí)際值為筒壁溫度142 ℃，熱風(fēng)溫度95 ℃，入口溫度81 ℃，排潮開度50%，理論上得出香氣得分為30.29分，在該工藝條件下進(jìn)行3 次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出平均香氣得分為30.21分，與理論值基本一致，說明試驗(yàn)回歸方程可靠。

表3 響應(yīng)值方差分析表Table 3 Variance analysis of response value

圖5 筒壁溫度與熱風(fēng)溫度對香氣的響應(yīng)曲面圖Figure 5 The response surface graphs of the TWT and AT for the AS

3 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，對于管板式烘絲機(jī)，筒壁溫度對卷煙香氣影響程度最大，其次是排潮開度和入口溫度，熱風(fēng)溫度對卷煙香氣的影響不明顯。

圖6 筒壁溫度與入口溫度對香氣的響應(yīng)曲面圖Figure 6 The response surface graphs of the TWT and ET for the AS

圖7 筒壁溫度與排潮開度對香氣的響應(yīng)曲面圖Figure 7 The response surface graphs of the TWT and TDO for the AS

1 向勇剛.SH315D管板式烘絲機(jī)筒溫蒸汽管道改造［J］.廣西輕工業(yè)，2011（8）：90～91.

2 鄺自仲，劉洪建，李謐.葉絲干燥設(shè)備單元的改進(jìn)［J］.科技資訊，2011（33）：32～32.

3 陳昆燕，唐士軍，曾建，等.管板式烘絲機(jī)工藝參數(shù)與卷煙焦油釋放量的關(guān)系研究［J］.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，13（10）：84～85.

4 丁康鐘，鄧國棟，何蓉，等.不同熱風(fēng)流向?qū)熃z滾筒干燥加工質(zhì)量影響研究［J］.中國煙草學(xué)報(bào)，2010，16（3）：33～35.

5 周學(xué)政，汪長國，戴亞，等.綜合平衡法在滾筒管板烘絲機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用［J］.煙草科技，2009（4）：18～24.

6 何蓉，劉華，李飛宇，等.管板式烘絲機(jī)工藝參數(shù)對葉絲物理特性的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（13）：6 946～6 947，6 986.

7 胡建軍，周冀衡，熊燕，等.烘絲工藝參數(shù)對烘后葉絲質(zhì)量影響的研究［J］.煙草科技，2007，13（6）：24～26.

8 唐大新.滾筒式烘絲機(jī)工藝參數(shù)與烘后葉絲質(zhì)量的關(guān)系［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2009（2）：64～65.

9 葉春文，楊明權(quán)，王兵，等.烘絲工藝參數(shù)對卷煙感官質(zhì)量的影響［J］.煙草科技，2005（11）：7～9.