不同干燥模式對細(xì)支煙煙絲結(jié)構(gòu)、卷制質(zhì)量及主流煙氣成分的影響

郭華誠，陳康，張峻松，吳艷艷，梁淼，郜海民，李瑞麗

1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450000；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

0 引言

細(xì)支煙圓周小、煙支長，以其細(xì)長美觀、煙絲消耗量較小、焦油量較低的獨(dú)特優(yōu)勢，深受消費(fèi)者和卷煙制造企業(yè)的青睞和關(guān)注.近年來,在全國卷煙銷量下滑、傳統(tǒng)卷煙市場表現(xiàn)疲軟的狀態(tài)下，細(xì)支煙銷量卻逆勢上漲，呈穩(wěn)定高速增長態(tài)勢[1-4].細(xì)支煙作為中式卷煙的新品類，圍繞其展開的研究主要集中在卷制過程檢測設(shè)備改造、煙絲與卷煙材料適配性等[5-10].葉絲干燥是制絲生產(chǎn)過程的重要加工工序，對煙絲含水率、填充性能、耐加工性及香味物質(zhì)含量均有較大影響，而干燥模式及干燥條件的變化均會導(dǎo)致煙絲結(jié)構(gòu)、卷制質(zhì)量、煙氣成分等發(fā)生變化，進(jìn)而影響細(xì)支煙感官質(zhì)量等[11-16].

國內(nèi)目前多采用滾筒烘絲方式進(jìn)行煙絲干燥，已有企業(yè)引進(jìn)兩段式滾筒干燥設(shè)備[17-18]，即采用Ⅰ區(qū)高溫、Ⅱ區(qū)低溫的分段式干燥模式進(jìn)行葉絲干燥，但業(yè)界針對分段式干燥的研究相對較少，分段式干燥模式與細(xì)支煙加工的適配性研究也未見報道.基于此，本文擬以細(xì)支煙為研究對象，考查不同干燥模式對細(xì)支煙煙絲結(jié)構(gòu)、卷制質(zhì)量及主流煙氣成分的影響，以期獲得與細(xì)支煙加工適配性更好的干燥模式，為細(xì)支煙加工生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化，進(jìn)而為加強(qiáng)細(xì)支煙的質(zhì)量提升、品質(zhì)調(diào)控等方面提供參考.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

煙葉原料：黃金葉品牌某細(xì)支卷煙全配方葉組約5000 kg，黃金葉生產(chǎn)制造中心提供.

1.2 主要儀器與設(shè)備

TOBSPN型切絲機(jī)、KLD-2型薄板烘絲機(jī)、HT-63型葉絲隧道式增溫增濕機(jī)，德國HAUNI公司產(chǎn)；ZJ17型細(xì)支煙卷接機(jī)組，常州煙草機(jī)械有限責(zé)任公司產(chǎn)；FED型熱風(fēng)循環(huán)式精密烘箱，香港路易企業(yè)有限公司產(chǎn)；YQ-2型葉絲振動分選篩，鄭州煙草研究院產(chǎn)；QTM型綜合測試臺，英國FLTRONA公司產(chǎn)；WYC-1型煙支硬度測定儀，成都科學(xué)儀器廠產(chǎn)；JCD-Ⅲ型激光長度儀，沈陽科學(xué)儀器研制中心產(chǎn)；YDX-Ⅱ型卷煙端部落絲測試儀、JMZV型煙支含末率測量儀，中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所產(chǎn)；KBF240型恒溫恒濕箱，德國BINDER公司產(chǎn)；SM450型吸煙機(jī)，英國Cerulean公司產(chǎn)；黃金葉生產(chǎn)制造中心3000 kg/h生產(chǎn)線，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供.

1.3 實驗方法

1.3.1 煙絲干燥模式設(shè)計將5000 kg全配方葉組均分為4份，將加料回風(fēng)溫度提高到60 ℃，出料含水率調(diào)整為19.8%.烘絲機(jī)按筒壁溫度設(shè)置為4種模式，分別為恒溫干燥模式FD0(Ⅰ、Ⅱ區(qū)筒壁溫度均為135 ℃)、低溫差分段變溫干燥模式FD1(Ⅰ、Ⅱ區(qū)筒壁溫度分別為140 ℃、129 ℃)、中溫差分段變溫干燥模式FD2(Ⅰ、Ⅱ區(qū)筒壁溫度分別為145 ℃、124 ℃)、高溫差分段變溫干燥模式FD3(Ⅰ、Ⅱ區(qū)筒壁溫度分別為150 ℃、120 ℃).

1.3.2 細(xì)支煙卷制加工在同一機(jī)臺以相同的喂絲方式，使用相同的卷煙材料，控制車速為5000支/min，其他卷接參數(shù)保持一致，由相同操作人員將不同干燥模式加工的煙絲卷制成規(guī)格均為(30+67) mm×17.0 mm的細(xì)支煙，待設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，將不同干燥模式下卷制的細(xì)支煙樣品分別取樣3次，備用.

1.3.3 煙絲結(jié)構(gòu)測定分段式不同干燥模式下，在加香機(jī)出口、卷煙機(jī)跑條后分別取樣并檢測其含水率、煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo).

1.3.4 卷制質(zhì)量測定按標(biāo)準(zhǔn)方法對由不同烘絲工藝參數(shù)下所得煙絲卷制的細(xì)支煙樣品的吸阻、圓周、硬度、單支重、長度、總通風(fēng)率等卷制質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測定[19].

1.3.5 主流煙氣成分測定按標(biāo)準(zhǔn)方法對由不同烘絲工藝參數(shù)下所得煙絲卷制的細(xì)支煙樣品的焦油量、煙堿量、總粒相物、CO量、抽吸口數(shù)等主流煙氣成分進(jìn)行測定[20-21].

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0、Excel 2010等軟件對實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，考查不同干燥模式下，煙絲結(jié)構(gòu)、細(xì)支煙卷制質(zhì)量及主流煙氣成分的變化規(guī)律.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥模式對煙絲結(jié)構(gòu)的影響

不同干燥模式下加香后煙絲結(jié)構(gòu)和含水率檢測結(jié)果見表1.由表1可知，與恒溫干燥模式相比，采用分段變溫干燥模式加工的煙絲實際含水率更接近設(shè)計值(12.5%)，隨著滾筒Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)筒壁溫度差的逐漸增大，干燥、加香后煙絲含水率逐漸接近設(shè)計值;分段變溫干燥模式煙絲的填充值大于恒溫干燥模式；分段變溫干燥模式下煙絲的整絲率、長絲率均低于恒溫干燥模式，但煙絲的碎絲率、中絲率、短絲率均高于恒溫干燥模式；煙絲的整絲率、長絲率隨Ⅰ、Ⅱ區(qū)溫度差的增大呈降低趨勢，但碎絲率、中絲率、短絲率隨Ⅰ、Ⅱ區(qū)溫度差的增大呈升高趨勢.

表1 不同干燥模式下加香后煙絲結(jié)構(gòu)和含水率檢測結(jié)果Table 1 Detection results of cut tobacco structure and water content after flavoring under different drying modes

不同干燥模式下煙絲結(jié)構(gòu)在跑條后與加香后的差值(指標(biāo)差值=跑條后指標(biāo)值-加香后指標(biāo)值)如圖1所示.由圖1可知，從加香后到跑條后，各干燥模式加工的煙絲均表現(xiàn)為整絲率、長絲率減小，中絲率、短絲率及碎絲率增大，這是在風(fēng)力送絲、吸絲成型過程中部分煙絲長絲變短、短絲變碎所致.與其他3種分段變溫干燥模式相比，恒溫干燥模式下，煙絲整絲率、長絲率降幅最大，分別為20%和30%，中絲率、短絲率升幅相對較高，說明恒溫干燥后煙絲的結(jié)構(gòu)比例與細(xì)支煙加工的適配性相對較差.分段變溫干燥模式下，從加香到跑條后，細(xì)支煙整絲率、長絲率的降幅均明顯小于恒溫干燥模式，且隨Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)溫度差的增大，整絲率、長絲率的降幅逐漸減小，說明干燥后煙絲的結(jié)構(gòu)比例與細(xì)支煙加工的適配性逐漸增強(qiáng)，尤其是高溫差分段變溫干燥模式下，煙絲長絲率降幅為7.55%，中絲率增幅為0.66%，短絲率增幅為4.76%，整絲率的降幅、碎絲率的增幅分別為6.89%、2.11%，在4種干燥模式中均相對最小，說明高溫差分段變溫干燥模式下干燥后煙絲的結(jié)構(gòu)比例更適用于細(xì)支煙的卷接加工.

圖1 不同干燥模式下煙絲結(jié)構(gòu) 在跑條后與加香后的差值Fig.1 Difference of cut tobacco structure between after rolling and flavoring under different drying modes

2.2 不同干燥模式對細(xì)支煙卷制質(zhì)量的影響

不同干燥模式下細(xì)支煙的卷制質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果見表2.由表2可知，恒溫干燥和高溫差分段變溫干燥模式下，煙支單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率相對更接近于產(chǎn)品設(shè)計值；低、中溫差分段變溫干燥模式下，單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率等指標(biāo)值相對偏低，與設(shè)計值的偏差相對較大.

表2 不同干燥模式下細(xì)支煙的卷制質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果Table 2 Statistical results of rolling quality of slim cigarette under different drying modes

不同干燥模式下細(xì)支煙卷制質(zhì)量指標(biāo)中圓周和長度的CV值(標(biāo)偏/均值×100%)，由表1可知，圓周和長度的CV值分別為0.22%～0.35%、0.10%～0.12%，即數(shù)據(jù)分布相對較為集中.不同干燥模式下細(xì)支煙卷制質(zhì)量指標(biāo)中吸阻、硬度、總通風(fēng)率、單支重變異系數(shù)(CV值)對比結(jié)果如圖2所示.由圖2可知，吸阻、硬度、總通風(fēng)率、單支重的數(shù)據(jù)分布則相對較為分散.恒溫干燥模式下吸阻的CV值明顯低于分段變溫干燥模式，高溫差分段變溫干燥模式下，硬度的CV值最低，恒溫干燥和高溫差分段變溫干燥模式下，總通風(fēng)率CV值基本居中.綜合來看，恒溫干燥和高溫差分段變溫干燥模式下，各卷制質(zhì)量指標(biāo)CV值相對較低，細(xì)支煙卷制質(zhì)量穩(wěn)定性相對較好.

2.3 不同干燥模式對細(xì)支煙主流煙氣成分的影響

不同干燥模式下細(xì)支煙的主流煙氣成分檢測結(jié)果見表3.由表3可知，不同干燥模式下，細(xì)支煙的抽吸口數(shù)基本一致，隨滾筒Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)筒壁溫度差的增大，細(xì)支煙主流煙氣中的總粒相物、焦油量、CO量及煙堿量均呈降低趨勢.各干燥模式下煙絲卷制細(xì)支煙焦油量與設(shè)計值的最大偏差為0.8 mg/支，明顯低于文獻(xiàn)[22]限定的1.5 mg/支的允差要求；CO量、煙堿量與設(shè)計值的最大偏差分別為0.9 mg/支、0.04 mg/支，均在文獻(xiàn)[22]要求允差范圍內(nèi)(CO量允差±2.0 mg/支，煙堿量允差±0.20 mg/支).

表3 不同干燥模式下細(xì)支煙的 主流煙氣成分檢測結(jié)果Table 3 Detection results of mainstream smoking components of slim cigarette under different drying modes

細(xì)支煙主流煙氣成分實測值與設(shè)計值的殘差如圖3所示.由圖3可知，各干燥模式下，細(xì)支煙樣品的焦油量均高于設(shè)計值，CO量均低于設(shè)計值.恒溫干燥和低溫差變溫干燥模式下細(xì)支煙焦油量、煙堿量與設(shè)計值的殘差相對較大，CO量與設(shè)計值的殘差相對較?。恢?、高溫差分段變溫干燥模式下，細(xì)支煙焦油量、煙堿量與設(shè)計值的殘差均相對較小，CO量相對較低，且表現(xiàn)出滾筒Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)筒壁溫差越大，焦油量、煙堿量殘差越小、CO量越低的變化趨勢.文獻(xiàn)[22]規(guī)定焦油量設(shè)計值在5～10 mg/支的卷煙，實測值與設(shè)計值殘差應(yīng)小于等于2.0 mg/支，2011年調(diào)整為焦油量設(shè)計值在5～9 mg/支的卷煙，實測值與設(shè)計值殘差應(yīng)小于等于1.5 mg/支，焦油量殘差可作為卷煙產(chǎn)品的批否項指標(biāo).因此，在主流煙氣成分中，通常以焦油量殘差為主要衡量指標(biāo)，以煙堿量殘差、CO量殘差為輔助衡量指標(biāo)，中、高溫差分段變溫干燥模式下細(xì)支煙樣品主流煙氣成分指標(biāo)值更接近設(shè)計值.

圖3 細(xì)支煙主流煙氣成分實測值與設(shè)計值的殘差Fig.3 Residual of actual and design value of mainstream smoking components in slim cigarette

3 結(jié)論

本文以細(xì)支煙為研究對象，采用滾筒烘絲方式，在保持其他加工工藝參數(shù)一致的條件下，考查了恒溫、低溫差分段變溫、中溫差分段變溫、高溫差分段變溫干燥模式對細(xì)支煙煙絲結(jié)構(gòu)、卷制質(zhì)量及主流煙氣成分的影響.得到如下結(jié)論.1)與其他干燥模式相比，高溫差分段變溫模式干燥后煙絲的結(jié)構(gòu)比例更適于細(xì)支煙卷接加工.2)恒溫干燥和高溫差分段變溫干燥模式下，細(xì)支煙單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率與設(shè)計值較為接近，且煙支卷制質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定性相對較好.3)隨滾筒Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)筒壁溫度差的增大，細(xì)支煙主流煙氣總粒相物、焦油量、CO量及煙堿量均呈降低趨勢；中、高溫差變溫干燥模式下，細(xì)支煙焦油量、煙堿量與設(shè)計值的殘差相對較小，CO量相對較低，且滾筒Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)筒壁溫差越大，焦油量、煙堿量與設(shè)計值的越小，CO量越低.

綜上所述，細(xì)支煙適宜干燥模式為高溫差分段變溫干燥模式.鑒于干燥模式直接影響成品煙煙絲結(jié)構(gòu)、抗造碎能力，進(jìn)而影響細(xì)支煙卷制質(zhì)量、主流煙氣成分和感官品質(zhì).下一步研究工作將集中于不同干燥模式對細(xì)支煙感官體驗的影響.