煙梗尺寸對浸梗效果的影響

祁 林，王仕宏，高 輝，劉 澤，李思源，楊 露，高 記，唐習書*

(1.紅云紅河煙草(集團)有限責任公司，云南 昆明 650231;2.云南同創(chuàng)檢測技術股份有限公司，云南 昆明 650106;3.云南中煙工業(yè)有限責任公司，云南 昆明 650231)

煙梗是煙葉的重要組成部分，通過梗葉分離后，可制得占煙葉總重25%～30%的煙梗，煙梗也是卷煙生產中的重要原料之一[1-3]。由煙梗制成的梗絲是卷煙配方煙絲的重要組成部分。煙梗的合理利用對降低卷煙成本、控制焦油量、改善卷煙的填充值和燃燒性能都具有非常重要的意義[3]。打葉復烤后的煙梗按尺寸或結構可分為長梗(長度>20 mm)、短梗(長度<6 mm)和碎梗(直徑<2.5 mm)[4]。在制梗絲過程中，煙梗尺寸對制得梗絲的成絲效果和物理質量具有較大的影響[5]。2016版《卷煙工藝規(guī)范》明確規(guī)定了制梗絲的煙梗質量要求，即煙梗結構分布均勻，無梗拐、短梗和碎梗[4]。隨著新版《卷煙工藝規(guī)范》對制梗絲煙梗尺寸的重新界定和量化，煙草行業(yè)對制梗絲的精細化加工水平要求也在不斷提高。部分卷煙工業(yè)企業(yè)也在響應新版《卷煙工藝規(guī)范》的要求，擬計劃對梗葉分離后的煙梗按照相應的尺寸區(qū)間進行篩分，并進行差異化加工和分類使用[6]。此外，在浸梗工藝優(yōu)化研究方面，國內已有部分文獻報道[7-10]，而針對不同尺寸煙梗的浸梗效果研究尚未見報道。浸梗是制梗絲過程的一個重要環(huán)節(jié)，主要工藝任務是增加煙梗的含水率，提高煙梗的耐加工性。為此，本研究對復烤醇化后不同尺寸的煙梗進行了浸梗試驗，旨在探索不同尺寸煙梗在浸梗過程中的含水率變化趨勢及達到相同含水率所需浸梗時間的變化趨勢，為篩分后不同尺寸區(qū)間煙梗的浸梗時間優(yōu)化提供數(shù)據支撐，提高煙梗的浸梗效果和制梗絲的精細化加工水平。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2015年云南紅河烤煙紅大中部煙梗，復烤后已醇化2年，由紅云紅河煙草(集團)有限責任公司會澤卷煙廠提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的選取 隨機選取某一批次醇化后煙梗樣品約2 kg，將煙梗鋪展在實驗室操作臺上，通過目測和實際測量，從中挑選出6個不同尺寸的試驗煙梗(外觀無損，在直徑和長度2個維度上均具有一定的梯度)，所挑選煙梗的尺寸基本可以涵蓋該批次煙梗尺寸分布的范圍，6個不同尺寸的煙梗直徑、長度和質量數(shù)據如表1所示。

表1 試驗煙梗的直徑、長度和質量

注：直徑數(shù)據為煙梗兩端及中部3個位置測定值的平均值。

1.2.2 浸梗試驗 為確保試驗的準確性，浸梗試驗在具有恒溫恒濕條件的實驗室內操作，每次浸梗試驗只選取一個煙梗進行，步驟如下：將加有適量自來水的恒溫水浴鍋溫度設置為60 ℃(與實際生產中的洗?；蚪Ｋ疁叵嗤?，待水溫達到設定值后，將煙梗放入水浴鍋中浸泡，每5 min用鑷子取出煙梗，迅速用吸水紙吸取煙梗表面的水分，放置在電子天平上稱量并記下重量，稱完重量后再將煙梗立即放入水浴鍋中，以此循環(huán)，每個煙梗樣品浸梗1 h。

1.2.3 數(shù)據處理 (1)浸梗時間為t時的煙梗含水率WCt計算公式如下：

式中：mt為浸梗時間t時的煙梗質量(g)；m0為浸梗前煙梗的質量(g)；WC0為浸梗前煙梗的含水率(%)。按行業(yè)標準YC/T 31─1996[11]規(guī)定的方法測定浸梗前煙梗的含水率，約為9.52%。

(2)利用Microsoft Excel 2010軟件對不同浸梗時間煙梗含水率的變化趨勢進行作圖和回歸方程擬合。

2 結果與分析

2.1 不同尺寸煙梗浸梗過程中含水率的變化趨勢分析

不同尺寸煙梗在不同浸梗時間點的質量記錄結果如表2所示。再根據浸梗前煙梗的質量(m0)和含水率(WC0)，計算不同尺寸煙梗在不同浸梗時間點的含水率(WCt)。

表2不同浸梗時間的煙梗質量g

浸梗時間/minTS1TS2TS3TS4TS5TS600.09750.23450.45780.76011.16341.666850.15870.37720.72831.17311.70752.3242100.18890.43450.81791.31881.94272.6292150.20460.47250.88861.44112.11782.8663200.22140.50870.95971.54772.27753.0767250.23270.53030.99581.62702.39303.2257300.24330.55881.05821.71712.49403.3543350.25050.57261.09891.77832.61163.5151400.26440.60641.14671.85292.71323.6625450.26950.61891.16731.88132.77863.7695500.27730.63711.20131.95292.86353.8797550.28850.65011.21611.97632.93163.9973600.29220.65951.25162.06403.00634.1291

由表3可知，隨著浸梗時間的延長，煙梗含水率逐漸增加，浸梗時間達到1 h后，6個煙梗樣品的含水率均未達到平衡狀態(tài)，只是單位時間內煙梗含水率的增加幅度明顯減小。同時可以看出，在相同的浸梗時間內，隨著煙梗尺寸的增大(TS1TS6)，煙梗含水率呈逐漸降低的變化趨勢。說明煙梗尺寸對其吸收水分的速率具有一定的影響。

為進一步分析不同浸梗時間煙梗含水率的變化趨勢，利用表3中的數(shù)據進行作圖和回歸方程擬合，結果如圖1所示?？梢钥闯?，無論煙梗尺寸如何，在浸梗過程中，其含水率與浸梗時間之間的關系均符合對數(shù)函數(shù)曲線，且回歸方程的擬合度均較高(R2>0.99)。

2.2 不同體積煙梗浸梗時間的判定分析

根據上述對數(shù)曲線方程，可以分別計算TS1～TS6煙梗含水率達到某一含水率時所需的浸梗時間，按照2016版《卷煙工藝規(guī)范》對浸梗后煙梗含水率的要求(28%～38%)，分別計算TS1～TS6煙梗含水率達到28%和38%時所需的浸梗時間，結果如表4所示。

圖1 不同浸梗時間煙梗含水率的變化趨勢

此外，煙梗的尺寸主要包括2個維度或參數(shù)：直徑和長度，且直徑和長度綜合表現(xiàn)為煙梗的體積(按圓柱體積公式進行計算)。為進一步分析煙梗體積與煙梗含水率達到某一特定值所需浸梗時間之間的關系，利用表4中的數(shù)據進行作圖和回歸方程擬合，結果如圖2所示?？梢钥闯觯瑹煿ｓw積與其達到特定含水率所需的浸梗時間之間存在嚴格的指數(shù)函數(shù)關系(R2>0.99)，即隨著煙梗體積的增加，其含水率達到某一特定值所需的浸梗時間呈指數(shù)增加。

2.3 浸梗后煙梗尺寸變化率的分析

不同尺寸煙梗樣品(TS1～TS6)浸梗1 h后，其直徑、長度、體積及其變化率如表5所示。可以看出，與浸梗前相比，浸梗1 h后，不同尺寸煙梗的直徑、長度和體積均有所增加，但增加幅度存在較大差異。

為進一步分析不同尺寸煙梗(TS1～TS6)浸梗1 h后，其直徑、長度和體積變化率的變化趨勢，利用表5中的數(shù)據進行作圖和回歸方程擬合，結果如圖3所示?？梢钥闯觯瑹煿Ｖ睆?、長度、體積與浸梗1 h后其變化率之間均存在冪函數(shù)關系(R2>0.99)，隨著煙梗直徑、長度和體積的增加，浸梗后其相應尺寸的變化率均呈先快速降低后緩慢降低的冪函數(shù)變化趨勢，即煙梗尺寸越大，其浸梗后的尺寸變化率越小。

圖2 不同體積煙梗達到某一含水率所需浸梗時間的變化趨勢

圖3 不同尺寸煙梗浸梗1 h后直徑、長度和體積變化率的變化趨勢

表3不同浸梗時間的煙梗含水率%

浸梗時間/minTS1TS2TS3TS4TS5TS6544.4143.7543.1341.3738.3535.111053.3051.1749.3647.8545.8142.641556.8855.1053.3952.2850.2947.392060.1558.2956.8455.5653.7850.982562.0959.9958.4057.7356.0153.253063.7462.0360.8659.9557.7955.043564.7862.9562.3161.3359.6957.104066.6365.0163.8862.8861.2058.824567.2765.7264.5163.4462.1159.995068.1966.7065.5264.7863.2461.135569.4267.3665.9465.2064.0962.276069.8167.8366.9066.6864.9863.48

表4 不同體積煙梗達到某一含水率的浸梗時間

3 結論

利用回歸分析研究了不同尺寸煙梗在浸梗過程中的含水率變化趨勢，達到相同含水率所需浸梗時間的變化趨勢，以及浸梗一定時間后直徑、長度和體積變化率的變化趨勢。發(fā)現(xiàn)煙梗尺寸對浸梗效果的影響較大，煙梗在浸梗過程中的含水率變化趨勢符合對數(shù)函數(shù)曲線，不同體積煙梗達到相同含水率所需的浸梗時間變化趨勢符合指數(shù)函數(shù)曲線，不同尺寸煙梗浸梗一定時間后，其直徑、長度及體積變化率的變化趨勢均符合冪函數(shù)曲線。該結論可以為篩分后不同尺寸區(qū)間煙梗的浸梗時間提供數(shù)據支撐，對提升切梗絲前的浸梗效果和煙梗的精細化加工水平具有指導意義。因此，在制梗絲工藝過程中，應根據篩分后煙梗的尺寸區(qū)間分布差異化，設定適宜的浸梗和貯梗時間，可以有效提升煙梗的回透率和含水率的均勻性，進而提高梗絲的加工質量。

表5 浸梗1 h后煙梗的直徑、長度、體積及其變化率