提高CO2膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的技術(shù)研究

崔 偉李洪濤王海濱蔣光偉楊曉東

（1.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東 青島 266101；2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500）

提高CO2膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的技術(shù)研究

崔 偉1李洪濤1王海濱2蔣光偉1楊曉東1

（1.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東 青島 266101；2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500）

為了提高CO2膨脹煙絲的內(nèi)在質(zhì)量，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法分析膨脹熱端工藝（氣體溫度、氣體風(fēng)速、蒸汽流量）對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的影響；根據(jù)熱端優(yōu)化結(jié)果，分析來(lái)料煙絲水分、浸漬時(shí)間對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量影響。結(jié)果表明：在試驗(yàn)范圍內(nèi)，來(lái)料煙絲水分22.0%、浸漬時(shí)間80s、工藝氣體溫度240℃時(shí)，膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量最佳，應(yīng)用到配方中，感官質(zhì)量明顯提高。因此，較低的工藝氣體溫度，較低的來(lái)料煙絲水分、較短的浸漬時(shí)間對(duì)膨脹煙絲的內(nèi)在質(zhì)量是有利的。

CO2膨脹煙絲；膨脹率；蒸汽流量；煙氣；降焦

CO2膨脹煙絲的膨脹率較高，加入到卷煙產(chǎn)品后對(duì)增加煙支的填充率、降低焦油都有一定的作用，還可以拓寬煙葉的使用范圍，這些特點(diǎn)已基本得到中國(guó)同行的認(rèn)同［1］。但CO2膨脹煙絲經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其降焦減害作用沒有充分發(fā)揮，在配方中攙兌比例達(dá)不到一定的比值，降焦效果不明顯；攙兌比例上去后，對(duì)卷煙吸味有不利影響。分析認(rèn)為，影響膨脹煙絲使用量的主要原因是，膨脹煙絲在膨脹過(guò)程中致香成分損失較大，吸味平淡，香氣量嚴(yán)重不足，內(nèi)在質(zhì)量差，限制了其在卷煙中的使用范圍和比例，以至膨脹煙絲不能在降焦減害工作中充分發(fā)揮作用，膨脹煙絲的經(jīng)濟(jì)效益不能得到充分體現(xiàn)［2］。

因此，本試驗(yàn)擬采用正交試驗(yàn)的方法，對(duì)CO2膨脹熱端的工藝氣體溫度、工藝氣體風(fēng)速、蒸汽流量進(jìn)行優(yōu)化，降低膨脹工藝氣體溫度，對(duì)膨脹煙絲的內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)熱端優(yōu)化結(jié)果，對(duì)來(lái)料煙絲浸漬水分、時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，確定較佳的浸漬參數(shù)，達(dá)到保證煙絲膨脹率的適當(dāng)提高、減少膨脹煙絲香氣損失、提高膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的目的［3］。

1 材料與方法

1.1 材料

膨脹煙絲：A類，青州卷煙廠；

配方葉絲、梗絲、香料：泰山（軟八喜），青州卷煙廠。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

填充儀：DD60A，德國(guó)Borwalt公司；

煙絲振動(dòng)分選篩：YQ－2，鄭州煙草研究院；

干燥箱：FD115，德國(guó)Binder公司；

電子天平：AB104－N，上海第二天平儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 熱端試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用正交試驗(yàn)方法，把高溫膨脹過(guò)程中的工藝氣體溫度、氣流風(fēng)速和蒸汽流量3個(gè)工藝參數(shù)作為試驗(yàn)因素，按照3因子3水平選取正交表L9（34）進(jìn)行試驗(yàn)［4］。將膨脹煙絲樣品應(yīng)用到泰山（軟八喜）配方中，并進(jìn)行內(nèi)在質(zhì)量評(píng)價(jià)。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，建立因素水平表（如表1所示），用Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，包括方差分析、主效應(yīng)分析等［5］。

表1 試驗(yàn)因素與水平Table 1 Experimental factors and levels

1.3.2 來(lái)料煙絲水分、浸漬時(shí)間試驗(yàn) 根據(jù)1.3.1熱端參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)不同的來(lái)料煙絲水分、浸漬時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，將膨脹煙絲樣品應(yīng)用到泰山（軟八喜）配方中，卷制樣品對(duì)內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定適宜的參數(shù)。

1.3.3 評(píng)價(jià)方法

（1）感官質(zhì)量評(píng)價(jià)：依據(jù)文獻(xiàn)［6］，以記分和定量描述的形式對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）填充值、含水率及煙絲結(jié)構(gòu)測(cè)定：試驗(yàn)正常后，在二次回潮出口取樣，按文獻(xiàn)［7～9］的要求進(jìn)行測(cè)定。

（3）卷煙樣品的主流煙氣成分：按文獻(xiàn)［10～12］的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 工藝參數(shù)優(yōu)化前后內(nèi)在質(zhì)量對(duì)比測(cè)試 為驗(yàn)證和評(píng)價(jià)熱端工藝參數(shù)、來(lái)料煙絲水分、浸漬時(shí)間優(yōu)化前后膨脹煙絲內(nèi)在加工質(zhì)量，用優(yōu)化后的參數(shù)生產(chǎn)膨脹煙絲，應(yīng)用到產(chǎn)品中，對(duì)比分析感官質(zhì)量、主流煙氣指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱端參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)組合及試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果見表2。

2.1.1 熱端工藝參數(shù)對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的影響 由表2可知，工藝氣體溫度的變化對(duì)感官質(zhì)量的影響較大，其次是蒸汽流量，工藝氣體風(fēng)速的變化對(duì)感官質(zhì)量的影響較小。

為了分析各因素對(duì)感官質(zhì)量指標(biāo)的顯著差別，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，見表3。

由表3可知，在顯著性水平0.05上，工藝氣體溫度是顯著的，工藝氣體風(fēng)速是不顯著的；在顯著性水平0.1上，蒸汽流量是顯著的。因此，工藝氣體溫度對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量影響最為顯著，其次為蒸汽流量，而工藝氣體風(fēng)速對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量影響不明顯。

由于感官質(zhì)量得分為望大值，隨著工藝氣體溫度的降低，感官質(zhì)量有提高的趨勢(shì)，工藝氣體溫度為240℃時(shí)，感官質(zhì)量最佳；隨著蒸汽流量的增大，感官質(zhì)量也有所提高，但影響較小，蒸汽流量為680kg/h時(shí)，感官質(zhì)量較佳，最佳試驗(yàn)方案應(yīng)為A1B2C3。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 The results and analysis of orthogonal experiment design

表3 因素對(duì)感官質(zhì)量指標(biāo)的方差分析表Table 3 Variance analysis of factors to sensory quality indexes

2.1.2 熱端工藝參數(shù)對(duì)膨脹煙絲物理指標(biāo)的影響 對(duì)于膨脹煙絲填充值指標(biāo)，從表3中極差R的數(shù)據(jù)來(lái)看，工藝氣體溫度的變化對(duì)其影響較大，其次是工藝氣體風(fēng)速，蒸汽流量影響較小。隨著工藝氣體溫度的降低和風(fēng)速的增大，填充值呈下降趨勢(shì)，由于填充值為望大指標(biāo)，最佳試驗(yàn)組合應(yīng)為A3B1C3。

對(duì)于膨脹煙絲整絲率指標(biāo)，從表3中極差R的數(shù)據(jù)來(lái)看，工藝氣體溫度的變化對(duì)其影響較大，其次是工藝氣體風(fēng)速，蒸汽流量影響較小。隨著工藝氣體溫度的降低，整絲率呈上升趨勢(shì)；隨工藝氣體風(fēng)速增大，整絲率呈下降趨勢(shì)，由于整絲率為望大指標(biāo)，最佳試驗(yàn)組合應(yīng)為A1B1C3。

2.1.3 最優(yōu)熱端參數(shù)的確定 依據(jù)上述分析，較低的工藝氣體溫度，對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量提高最為明顯，綜合考慮膨脹煙絲填充值、整絲率指標(biāo)，確定最優(yōu)的熱端參數(shù)：工藝氣體溫度240℃、工藝氣體風(fēng)速32m/s、蒸汽流量680kg/h。

2.2 來(lái)料煙絲水分、浸漬時(shí)間對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的影響

2.2.1 來(lái)料煙絲水分對(duì)內(nèi)在質(zhì)量的影響 來(lái)料煙絲水分對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的影響見表4。由表4可知，較低的來(lái)料水分對(duì)膨脹煙絲感官質(zhì)量是有利的，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，來(lái)料煙絲水分在22.0%時(shí)，膨脹煙絲的內(nèi)在質(zhì)量最好。而較高的來(lái)料煙絲水分對(duì)膨脹后煙絲填充值、整絲率是有利的。

2.2.2 浸漬時(shí)間對(duì)內(nèi)在質(zhì)量的影響 浸漬時(shí)間對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的影響見表5。由表5可知，隨著浸漬時(shí)間的增加，膨脹煙絲的感官質(zhì)量呈下降趨勢(shì)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，浸漬時(shí)間為80s時(shí)，膨脹煙絲的內(nèi)在質(zhì)量最好。

2.2.3 最優(yōu)參數(shù)的確定 依據(jù)上述分析，較低的來(lái)料水分和浸漬時(shí)間對(duì)膨脹煙絲感官質(zhì)量是有利的，綜合考慮膨脹煙絲填充值、整絲率指標(biāo)，確定來(lái)料水分為22.0%、浸漬時(shí)間為80s。

2.3 參數(shù)優(yōu)化后的生產(chǎn)驗(yàn)證

按照確定的優(yōu)化參數(shù)，來(lái)料水分為22.0%、浸漬時(shí)間為80s、工藝氣體溫度240℃、工藝氣體風(fēng)速32m/s、蒸汽流量680kg/h，其它工藝條件按照正常生產(chǎn)要求執(zhí)行，生產(chǎn)A類膨脹煙絲，并攙兌到泰山（軟八喜）（內(nèi)摻20%）配方中，與正常生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行內(nèi)在質(zhì)量對(duì)比評(píng)價(jià)。

由表6～8可知，參數(shù)優(yōu)化后，膨脹煙絲填充值降低只有0.24cm3/g，整絲率提高了2.9%，應(yīng)用到泰山（軟八喜）配方中，評(píng)吸結(jié)果表明樣品比正品的香氣質(zhì)好、香氣量充足，煙氣細(xì)膩、柔和，感觀質(zhì)量得分提高了1.6分，內(nèi)在質(zhì)量提高較為明顯；煙氣分析結(jié)果顯示，參數(shù)優(yōu)化后，主流煙氣焦油、煙堿、CO量的變化不明顯。

表4 來(lái)料煙絲水分試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Experiment results of incoming cut tobacco moisture

表5 浸漬時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Experiment results of dipping time

表6 生產(chǎn)驗(yàn)證結(jié)果Table 6 Verification results of Production

表7 感官質(zhì)量對(duì)比Table 7 Contrast of sensory quality

表8 煙氣分析結(jié)果Table 8 Analysis results of smoke

因此，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，來(lái)料煙絲水分為22.0%、浸漬時(shí)間為80s、工藝氣體溫度為240℃、蒸汽流量為680kg/h時(shí)，膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量最佳，應(yīng)用到配方中，可改善卷煙香氣質(zhì)、提高煙氣香氣量，使煙氣更細(xì)膩、柔和，感官質(zhì)量明顯提高。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)CO2膨脹線工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從主要工藝參數(shù)的變化對(duì)膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量及膨脹效果的分析可以看出，工藝氣體溫度是影響膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量的顯著因素，降低工藝氣體溫度，可以提高膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量；蒸汽流量對(duì)內(nèi)在質(zhì)量也有一定影響，較大的蒸汽流量對(duì)內(nèi)在質(zhì)量是有利的；而較低的來(lái)料煙絲水分、較短的浸漬時(shí)間對(duì)膨脹煙絲的內(nèi)在質(zhì)量是有利的。

由于240℃低溫膨脹條件下的膨脹煙絲內(nèi)在質(zhì)量較好，被成功應(yīng)用到了高檔牌號(hào)泰山（樂章）的改造中，取得了較好效果，擴(kuò)大了膨脹煙絲在高檔品牌的應(yīng)用，提高了膨脹煙絲使用價(jià)值，充分發(fā)揮了膨脹煙絲在降焦減害方面的作用。

1 張志剛.570kg/h CO2葉絲膨脹線工藝技術(shù)系統(tǒng)研究［J］.中國(guó)煙草科學(xué)，2004（1）：14～17.

2 倪克平.提高二氧化碳膨脹煙絲加工質(zhì)量及可用性研究［D］.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

3 資文華，王粗，番紹軍，等.干冰膨脹煙絲加工過(guò)程參數(shù)優(yōu)化研究［J］.煙草科技，2008（1）：8～11.

4 李云雁.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：124～153.

5 上海質(zhì)量管理科學(xué)研究院.六西格瑪實(shí)施技巧［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：213～220.

6 全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 5606.4——2005卷煙 第4部分：感官技術(shù)要求［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

7 全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).YC/T 31——1996煙草及煙草制品水分的測(cè)定－烘箱法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

8 全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).YC/T 178——2003煙絲整絲率、碎絲率的測(cè)定方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

9 秦錢浩.卷煙工藝測(cè)試與分析大綱［M］.成都：四川大學(xué)出版社，2004：9～28.

10 全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 19609——2004卷煙 用常用分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

11 全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).YC/T 30——1996卷煙 煙氣氣相中一氧化碳的測(cè)定－非散射紅外法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

12 全國(guó)煙草標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).YC/T 156——2001卷煙 總粒相中煙堿的測(cè)定－氣相色譜法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

Technology research on improving sensory quality of expanded tobacco by carbon dioxide

CUI Wei1LI Hong－tao1WANGHai－bin2JIANG Guang－wei1YANG Xiao－dong1

（1.Technology Center of China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd，Qingdao，Shandong266101，China；2.Qingzhou Cigarette Factory of China Tobacco Shandong Industrial Co.，Ltd，Qingzhou，Shandong262500，China）

In order to improve sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide，by using orthogonal design，the effects of process gas temperature，process gas velocity and steam flow on sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide were studied；based on the optimization results，the effects were studied of incoming cut tobacco moisture and impregnation time on sensory quality of expanded cut tobacco by Carbon Dioxide.The results suggested that，within the experimental range，incoming cut tobacco moisture 22.0%，impregnation time 80sand process gas temperature 240℃，the sensory quality was best.After applying to blend，the sensory quality was improved significantly.Consequently，the lower process gas temperature was favorable to improving expanded cut tobacco by Carbon Dioxide，the lower incoming cut tobacco moisture and the short impregnation time were favorable to improving expanded cut tobacco by Carbon Dioxide.

expanded cut tobacco by Carbon Dioxide；expansion rate；steam flow；smoke；reducing tar

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.05.057

崔偉（1976－），女，山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司工程師。E－mail：cuiwei3471＠126.com

2012－06－30