分切工藝對打葉復(fù)烤全過程加工質(zhì)量的影響

張騰健，肖錦哲，楊全忠，王芳，陳良元，徐大勇，盧敏瑞

1 福建武夷煙葉有限公司，福建省南平市邵武市紫金大道1號 354000；

2 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

分切打葉方式直接影響著潤葉效果、葉片結(jié)構(gòu)，間接影響卷煙原料的綜合利用[1-4]。近年來國內(nèi)外針對打葉復(fù)烤過程煙葉分切、分類加工技術(shù)開展了較多研究，對分類加工技術(shù)的探索起到了積極的推動作用。李穗明等[5]發(fā)明一種煙葉分切打葉復(fù)烤方法，將煙葉精細(xì)分切為葉基和非葉基兩部分后再進(jìn)行打葉復(fù)烤，這種方法對加工過程煙葉的造碎、葉梗分離后葉片結(jié)構(gòu)的均勻性、煙葉含青、雜比率、出片率和純凈度方面有一定的改善和提高。張暉、劉江豫等[6-10]通過對煙葉化學(xué)成分進(jìn)行分析，判定了分切位置，改進(jìn)了打葉復(fù)烤分切刀機(jī)設(shè)備，對分類加工技術(shù)提高起到了一定作用，但在打葉復(fù)烤煙葉在線分切與分類加工技術(shù)研究上未作深入開展。本文在傳統(tǒng)鋪葉解把方式的基礎(chǔ)上，針對煙葉不同位置外觀質(zhì)量、物理特性、化學(xué)成分、感官質(zhì)量的差異，研發(fā)了一套在線可調(diào)式鋪葉切斷裝置，實(shí)現(xiàn)分切方式可選、分切長度可調(diào)，滿足煙葉最佳形態(tài)的控制要求，減少煙葉內(nèi)外在質(zhì)量差異。通過該裝置的應(yīng)用，系統(tǒng)分析煙葉不同分切形式和分切加工工藝對潤葉效果、片形結(jié)構(gòu)、煙堿變化和感官質(zhì)量的影響，為改善煙葉加工質(zhì)量、提升煙葉利用價(jià)值提供參考。

1 設(shè)備系統(tǒng)組成

1.1 設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

在線可調(diào)式鋪葉分切切斷裝置主要由傳送帶、擋把調(diào)節(jié)桿、圓盤切斷刀、收集皮帶、在線稱重自動裝箱（袋）功能以及對應(yīng)的機(jī)架、傳動組件、螺桿、電控元器件等組成。其結(jié)構(gòu)示意圖見下圖1、2、3，在線分切總體機(jī)械結(jié)構(gòu)見下圖4。

如下圖1所示，在線可調(diào)式鋪葉煙葉葉基切斷單元裝置，機(jī)架上橫向設(shè)置有用以運(yùn)輸待分切煙葉的傳送帶，傳送帶的出料端的左右兩側(cè)分別設(shè)置有用以容納分切刀凹部，分切刀具可拆設(shè)置，上下圓盤刀分別經(jīng)傳動組件與驅(qū)動電機(jī)相聯(lián)接；對煙葉葉基實(shí)現(xiàn)單切或雙切，并可以在上圓盤刀傳動軸上快速軸向移動上圓盤刀和對刀，在下圓盤刀的傳動軸上快速軸向移動下圓盤刀和對刀，在一定范圍內(nèi)任意調(diào)整切斷位置，用于切下等距離的葉基。

如下圖2、3所示，可調(diào)式鋪葉分切切斷裝置葉身切斷單元裝置，設(shè)備后段設(shè)置一把切把刀，兩把切斷刀。若前段已切除葉基，將切把刀提起，切斷刀按照加工要求調(diào)整位置，以實(shí)現(xiàn)兩刀三段或一刀兩段分切工藝；切把刀、切斷刀可根據(jù)加工需求提起或拆除，實(shí)現(xiàn)三刀四段或兩刀三段工藝。煙葉經(jīng)不同方式分切后，分切后的葉身和葉基通過收集皮帶分開，并單獨(dú)進(jìn)行分裝、入庫。

圖1 在線可調(diào)式鋪葉葉基分切切斷裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of online adjustable under base cutting device

圖2 在線可調(diào)式鋪葉分切切斷裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of online adjustable intersected blade cutting device

圖3 在線分切后切煙葉收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure of the collection device for cutting tobacco leaves after the online parting

圖4 在線分切設(shè)備實(shí)體結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of on-line cutting equipment

2 材料與方法

2.1 材料

福建南平地區(qū)2016年度產(chǎn)初烤煙葉，等級C3F，品種云煙87。

2.2 儀器設(shè)備

自行設(shè)計(jì)與制造的煙葉可調(diào)式鋪葉分切切斷設(shè)備、CA813型片煙大小及分布測定系統(tǒng)（昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司、鄭州煙草研究院）、烘箱（弗利斯儀器有限公司）、 FOSS 9103型旋風(fēng)磨（丹麥FOSS公司）、Antaris-Ⅱ型傅里葉近紅外光譜儀（賽默飛世爾科技有限公司）、電子天平（感量0.0001 g，梅特勒-托利多公司）、卷尺、QS-Ⅱ型試樣切絲機(jī)（鄭州嘉德機(jī)電設(shè)備有限公司），BINDER恒溫恒濕箱（德國BINDER公司）。

2.3 試驗(yàn)方法

打葉機(jī)的打刀與框欄尺寸相匹配下，通過設(shè)計(jì)其單因素試驗(yàn)，分析煙葉在一刀兩斷、兩刀三段、三刀四段以及一刀兩段在不同工藝流程處理下的煙葉潤透率、煙堿值、打后煙葉片形結(jié)構(gòu)特征及感官質(zhì)量評價(jià)變化。每個(gè)試驗(yàn)的煙葉量100000 kg，共設(shè)計(jì)5個(gè)試驗(yàn)。

2.3.1 試驗(yàn)1：煙葉按一刀切葉基進(jìn)行切斷、加工模式，工藝流程如下。

2.3.2 試驗(yàn)2：煙葉按葉基、葉身兩刀三段進(jìn)行切斷、加工模式，工藝流程如下。

2.3.3 試驗(yàn)3：煙葉按葉基、葉身三刀四段進(jìn)行切斷、加工模式，工藝流程如下。

2.3.4 試驗(yàn)4：煙葉按一刀切葉基進(jìn)行切斷，葉基分類加工模式，工藝流程如下。

2.3.5 試驗(yàn)5：煙葉按一刀切葉基進(jìn)行切斷，葉基和葉身分別單獨(dú)加工模式，工藝流程如下。

2.4 檢測指標(biāo)及評價(jià)方法

潤透率：每次隨機(jī)抓取20片二潤出口煙葉，分別沿著葉尖順下撕扯，葉片容易撕下且煙梗光滑，即為潤透煙葉，計(jì)算其煙葉潤透率；取樣點(diǎn)為二潤出口，檢測頻次為1次/h。

按照《YC/T147-2010 打葉煙葉 質(zhì)量檢驗(yàn)》測定常規(guī)化學(xué)成分（煙堿），檢測打葉去梗后片煙大小分布，得出葉片的矩形度、圓形度和細(xì)長度[11-13]。

（1）矩形度：煙葉經(jīng)打葉去梗后葉片片形接近矩形的程度，ɑ=S/S0，ɑ值范圍（0-1），值越大片形越接近矩形。

式中：ɑ為矩形度，S為片煙面積，S0為最小外接矩形面積。

（2）圓形度：煙葉經(jīng)打葉去梗后葉片片形接近圓形的程度，β=4×π×S/C2，β值范圍（0～1），值越大片形越接近圓形。

式中：β為圓形度，S為片煙面積，C為片煙周長。

（3）細(xì)長度：煙葉經(jīng)打葉去梗后葉片片形細(xì)長的程度，θ=W/L，θ值范圍（0～1），值越大片形越接近正方形。

式中：θ為細(xì)長度，W為最小外接矩形寬，L為最小外接矩形長。

打葉去梗后片煙結(jié)構(gòu)檢測頻次為1次/h，利用片煙大小及分布測定系統(tǒng)，檢測打葉去梗后煙片的面積、周長等，按《片煙大小及其分布的測定 葉面積法》[14]測定并計(jì)算煙片的矩形度、圓形度及細(xì)長度。

感官質(zhì)量評價(jià)：參考YC/T 138-1998煙草及煙草制品感官評價(jià)方法，單料煙評吸指標(biāo)主要從風(fēng)格程度、香氣特性（香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、透發(fā)性）、煙葉特性（勁頭、濃度、細(xì)膩程度、柔和程度）以及口感特性（刺激程度、干燥程度、回甜、余味）4大類共計(jì)13項(xiàng)指標(biāo)評吸，每項(xiàng)按5分制積分，計(jì)算單支評分總分[15-19]，判斷各試驗(yàn)樣品各項(xiàng)感官質(zhì)量指標(biāo)的變化方向和改善程度；取樣點(diǎn)為烤機(jī)出口，取樣頻次為每30 min取一個(gè)樣。

2.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2010、SPSS 21.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 煙葉分切效果及不同分切方式、相同加工工藝對潤葉效果的影響

在線可調(diào)式鋪葉切斷裝置研發(fā)改造完成后，經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)及改進(jìn)，切斷裝置設(shè)備運(yùn)行正常，在線可調(diào)式鋪葉切斷裝置按照工藝要求，可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)一刀、兩刀和三刀分切且葉基與葉身分離并分別裝箱（袋）的分切工藝，煙葉切斷裝置分切長度如表1所示。試驗(yàn)煙葉分切情況如表2所示。由表2可知，煙葉分切效果好，葉身、葉基長度達(dá)到工藝要求。針對以上3種分切方式，對煙葉潤后潤透率數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（見表3），同一分切方式和不同分切方式下煙葉的潤透效果通過表3數(shù)據(jù)分析可知：在30組統(tǒng)計(jì)數(shù)量F下，不同分切方式下自由度df=2、同一分切方式下自由度df=9，均方根MS為1863.33和20.74的情況下，不同分切方式P1-value = 4.60E-08＜0.05，潤透率F =49.81＞F crit =3.55，相同分切方式下P2-value = 0.82＞0.05，潤透率F = 0.55＜F crit =2.46，經(jīng)方差分析，結(jié)果顯示，就煙葉潤透率而言，相同分切方式處理與潤葉效果無顯著差異，不同分切方式處理后潤葉效果的差異達(dá)顯著水平，說明不同分切方法對加工過程潤葉處理起到一定作用。

表1 在線可調(diào)式鋪葉切斷裝置分切長度Tab.1 Tobacco leaves are divided in different ways

表2 實(shí)驗(yàn)煙葉3種分切方式及分切長度Tab.2 Three cutting methods and length of tobacco leaves in experiment

表3 不同分切方式煙葉潤透率方差分析表 （α=0.05）Tab.3 Variance analysis of tobacco leaves in different parting ways（α=0.05）

3.2 不同分切方式、不同加工工藝對打葉去梗后葉片片形結(jié)構(gòu)的影響

不同分切加工方式打葉去梗后葉片片形不同區(qū)間面積百分比見表4，煙葉經(jīng)打葉去梗后，葉片大小主要集中在2000 mm2以下，其中300 ～1000 mm2區(qū)間范圍內(nèi)所占比例大，約占35%。葉片面積超過2500 mm2和5000 mm2，一刀、兩刀分切常規(guī)打葉和一刀分切葉基單獨(dú)加工比例少，三刀分切存在葉片切尖現(xiàn)象，致使打后面積＞2500 mm2和＞5000 mm2葉片增多，一刀分切分類加工和葉身單獨(dú)加工大片（片煙面積≥25.4 mm×25.4 mm）和超大片（片煙面積≥50.8 mm×50.8 mm）的大面積葉片比例大，超大片面積占比分別為10.37%和13.67%。

表4 不同分切加工方式打葉去梗后葉片片形不同區(qū)間面積占比Tab.4 The area of different sections of leaf blade after the leaf blade is divided into different sections %

不同分切加工方式打葉去梗后葉片片形結(jié)構(gòu)見表5，一刀分切打葉去梗后葉片片形矩形度值為0.725，即葉片趨于矩形狀較多；兩刀和三段分切葉片圓形度值和細(xì)長度值變大，圓形度分別為0.750和0.745，細(xì)長度為0.768和0.694，片形呈正方形或者圓形狀多，滿足打葉后片形的工藝質(zhì)量要求。一刀分切分類加工和葉身、葉基單獨(dú)加工葉片圓形度和細(xì)長度均有所降低，矩形度提高，葉片整體片形向矩形轉(zhuǎn)變，偏離質(zhì)量要求。結(jié)合表6可知，從碎片得率數(shù)據(jù)可以看出，不同分切加工方式下碎片得率差異不明顯，不同分切加工過程中造碎影響程度小。

表5 不同分切加工方式打葉去梗后葉片片形結(jié)構(gòu)Tab.5 Leaf blade profile structure shaped bydifferent cutting processing modes

表6 不同分切加工方式下碎片得率統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Statistics of fraction rate in different cutting processing modes %

3.3 不同分切方式、不同加工工藝對打葉去梗后煙葉煙堿變化的影響

不同分切加工方式對打葉去梗后煙堿變化影響結(jié)果見表7，不同分切加工方式片煙煙堿平均值趨于穩(wěn)定不變，葉基單獨(dú)加工方式煙堿值低于其他加工方式，符合煙葉不同部位煙堿值大小的分布[20]，煙葉分切刀數(shù)越多，葉片數(shù)量越多，葉片大小均勻性提升，有利于提高煙葉混配摻配程度，提高煙堿均勻性。結(jié)合表8可知，兩刀和三刀分切常規(guī)生產(chǎn)顯著值為0.219和0.376，Sig.＞0.05，檢驗(yàn)差異不顯著；一刀分切不同加工方式生產(chǎn)顯著值Sig.＜0.05，此分切加工方式對片煙煙堿變異系數(shù)CV值的影響為顯著性。煙葉一刀分切，葉基分類加工后煙堿變異系數(shù)CV值較一刀分切常規(guī)生產(chǎn)煙堿變異系數(shù)CV值均勻性差0.76%，在加工過程葉身和葉基比例不一，流量波動較大，導(dǎo)致混配均勻性效果不太理想。一刀分切葉身、葉基單獨(dú)方式煙堿變異系數(shù)CV值均勻性略優(yōu)于一刀分切常規(guī)生產(chǎn)，但差異不明顯。

表7 不同分切加工方式片煙煙堿含量Tab.7 Content of nicotine in different cutting processing methods %

表8 不同分切加工方式對片煙煙堿含量影響的分析Tab.8 Analysis of the influence of different cutting processing methods on nicotine content of tobacco slices

3.4 不同分切方式、不同加工工藝對片煙感官質(zhì)量的影響

將煙葉樣品在22 ℃和65%相對濕度下平衡后，組織7名專業(yè)評吸員開展對各分切加工方式煙葉進(jìn)行對比評吸，結(jié)果見表9、圖5，不同分切方式及不同加工工藝對片煙感官質(zhì)量影響情況為：試驗(yàn)5-葉身＞試驗(yàn)3≈試驗(yàn)2＞試驗(yàn)1＞試驗(yàn)4＞試驗(yàn)5-葉基。葉基和葉身的外在物理特性和內(nèi)在化學(xué)成分差異明顯的前提下，對比全葉加工，分類加工中葉身單獨(dú)加工有利于片煙感官評吸質(zhì)量的提高，拓寬煙葉原料使用。

表9 不同分切對產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響Tab.9 Effects of different cuts on the sensory quality of products

圖5 不同分切加工方式的感官質(zhì)量評吸結(jié)果Fig.5 Sensory quality evaluation results of different cutting processing methods

4 結(jié)論

打葉復(fù)烤煙葉在線可調(diào)式鋪葉切斷設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了煙葉按要求長度準(zhǔn)確多刀分切，滿足分類加工工藝要求。（1）通過設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，在相同原料煙葉時(shí)，分切刀數(shù)增加，煙葉潤透率提升；（2）由于分類加工過程葉身和葉基比例不一，原煙立體庫在葉基和葉身出庫比例上存在差別，流量波動較大，降低出庫效率，一定程度上影響煙葉混配均勻性；（3）兩刀分切方式時(shí)，打葉去梗后片形面積區(qū)間在300～1000 mm2范圍內(nèi)占比較大，片形形狀呈正方形或者圓形較多，基本滿足工業(yè)公司對打葉去梗后片形的工藝質(zhì)量要求；（4）分切刀數(shù)越多，片煙煙堿均勻性越好；葉基、葉身分類加工后內(nèi)在感官質(zhì)量變化較大，多刀分切常規(guī)加工方式及葉身單獨(dú)加工方式的片煙感官質(zhì)量結(jié)果較一刀分切加工方式的整體風(fēng)格特征、香氣特性、煙氣特性和口感特性等多個(gè)方面有所提升，有利于煙葉綜合利用價(jià)值提高。

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