煙絲含水率與其儲(chǔ)存條件相關(guān)性的研究

朱 濤，史俊杰，倪 霞，戚 瑩

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司滁州卷煙廠，安徽 滁州 239000）

隨著生活水平的快速提高，人們對(duì)卷煙從單純追求生理上的滿足感逐步轉(zhuǎn)向追求舒適感，提升卷煙制品的內(nèi)在品質(zhì)已經(jīng)成為增強(qiáng)中式卷煙核心競(jìng)爭(zhēng)力的著眼點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)[1-4]。煙絲水分是指煙絲-水體系處于吸附平衡狀態(tài)時(shí)的含水率，是影響感官舒適度的重要指標(biāo)。影響煙絲平衡含水率的因素包括：空氣相對(duì)濕度、溫度、壓力和煙葉的產(chǎn)地、品種、部位、等級(jí)等。其中，空氣相對(duì)濕度、溫度對(duì)煙絲的吸濕、解濕性能影響最大[5-7]。

本文通過(guò)開(kāi)展成品煙絲含水率與儲(chǔ)存條件相關(guān)性的研究，探索不同的儲(chǔ)存條件對(duì)煙絲含水率的影響，為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中確定最優(yōu)的儲(chǔ)存方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與設(shè)備

黃山品牌煙絲HS（YJY）、HS（YYP）、HSH（DJ），安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；PL402-L電子天平，購(gòu)自瑞士Mettler公司；KBF240恒溫恒濕箱，購(gòu)自德國(guó)Binder公司；FD115熱風(fēng)循環(huán)烘箱，購(gòu)自德國(guó)Binder公司。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)CZ 卷煙廠貯絲房的環(huán)境溫濕度工藝參數(shù)，進(jìn)行各牌名煙絲與空氣溫度和空氣相對(duì)濕度相關(guān)性的單因素試驗(yàn)。具體步驟為：在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，取2 000g HS（YJY）煙絲，分成10 等分，將各樣品平鋪在方形托盤(pán)（40 cm×25 cm×5 cm）上，分別放入恒溫恒濕箱內(nèi)，恒溫恒濕箱設(shè)定值分別是62%，（23℃、24℃、25℃、26℃、27℃）；25℃，（60%、61%、62%、63%、64%），平衡48 h 后測(cè)試其含水率[8]。HS（XYP）煙絲、HSH（DJ）煙絲的試驗(yàn)方法與之相同。

在煙絲實(shí)際貯存過(guò)程中，從HS（YJY）貯柜中直接取樣，表層煙絲取樣點(diǎn)在貯柜內(nèi)煙絲表層，中層煙絲取樣點(diǎn)在貯柜內(nèi)距表層煙絲垂直高度40 cm 處，下層煙絲取樣點(diǎn)在貯柜內(nèi)距表層煙絲垂直高度80 cm 處；表層、中層、下層各取200 g，分別測(cè)試其含水率。HS（XYP）煙絲、HSH（DJ）煙絲的試驗(yàn)方法與之相同。

用恒溫恒濕箱模擬各牌名煙絲表層煙絲含水率隨貯存時(shí)間的變化情況，取600 g HS（YJY）煙絲，分2 等分，將2 等分的樣品分別平鋪在方形托盤(pán)（40 cm×25 cm×5 cm）上，一起放入恒溫恒濕箱內(nèi)開(kāi)始計(jì)時(shí)，恒溫恒濕箱設(shè)定值為27℃、60%，當(dāng)放置時(shí)間分別為8 h、16 h、24 h、32 h、40 h、48 h、56 h、64 h、72 h、80 h、88 h、96 h 時(shí)，從托盤(pán)中分別取少量樣品測(cè)試其含水率。HS（XYP）煙絲、HSH（DJ）煙絲的試驗(yàn)方法與之相同。

1.3 檢測(cè)方法

樣品混合均勻后，取4～6 g 樣品置于已知質(zhì)量的樣品盒中，及時(shí)蓋上盒蓋并立即稱質(zhì)量，精確至0.001 g，每個(gè)樣品平行測(cè)定2 次。當(dāng)烘箱溫度穩(wěn)定在（100±1）℃時(shí)，將待測(cè)樣品盒蓋打開(kāi)并將盒蓋放在盒子底部置入烘箱中層，關(guān)閉烘箱門(mén)并開(kāi)始計(jì)時(shí)，2 h 后打開(kāi)烘箱門(mén)，將樣品盒逐一加蓋后取出置于干燥皿內(nèi)，冷卻至室溫后分別稱質(zhì)量，精確至0.001 g[9]。

計(jì)算樣品含水率，公式為：

式中：W——樣品含水率，%；m1——烘前樣品質(zhì)量，kg；m2——烘后樣品質(zhì)量，kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙絲含水率與環(huán)境溫濕度的相關(guān)性

對(duì)各牌名煙絲含水率與空氣溫度和空氣相對(duì)濕度相關(guān)性的單因素試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 相對(duì)濕度62%時(shí)不同牌名煙絲溫度試驗(yàn)含水率統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of moisture content in temperature test of different brands of picadura when the relative humidity is 62%

表2 溫度25℃時(shí)不同牌名煙絲相對(duì)濕度試驗(yàn)含水率統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of moisture content of relative humidity test of different brands of picadura at 25℃

由表1可知，在相對(duì)濕度固定的情況下，各牌品煙絲的平衡含水率均會(huì)隨溫度的升高而降低，溫度每升高1℃，煙絲的平衡含水率降低0.1%左右，降幅較小。

由表2可知，在溫度固定的情況下，各牌品煙絲的平衡含水率會(huì)隨相對(duì)濕度的升高而升高，相對(duì)濕度每升高1%，煙絲的平衡含水率會(huì)升高0.3%左右，升高幅度較大。

根據(jù)表1、表2 中的數(shù)據(jù)，各牌名煙絲在溫濕度工藝參數(shù)范圍內(nèi)存在吸濕現(xiàn)象，因此，在實(shí)際儲(chǔ)存過(guò)程中，溫度參數(shù)應(yīng)控在上限，相對(duì)濕度參數(shù)應(yīng)控在下限。

各牌名煙絲在儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)發(fā)生吸濕解濕現(xiàn)象，是由于物料內(nèi)較為活躍的多分子層水與環(huán)境發(fā)生交換導(dǎo)致的，所以物料是否會(huì)發(fā)生吸濕解濕現(xiàn)象，與環(huán)境空氣的絕對(duì)含濕量（絕對(duì)濕度）緊密相關(guān)，而環(huán)境的絕對(duì)含濕量（絕對(duì)濕度）、溫度、相對(duì)濕度三者之間存在相互作用。

空氣相對(duì)濕度的計(jì)算公式如公式（2）：

公式（2）中，RH——相對(duì)濕度，%；e——蒸汽壓，Pa；E——飽和水汽壓，Pa。

空氣絕對(duì)濕度的計(jì)算公式如公式（3）：

公式（3）中，ρw——絕對(duì)濕度，單位kg/m3；Rw——水的氣體常數(shù)=462 J/（kg·K）；T——溫度，K。

由公式（2）和公式（3）可得空氣絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度之間相關(guān)性的計(jì)算公式（4）：

由公式（4）可知，空氣的絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度成正比，與溫度成反比；各性狀物料與溫濕度相關(guān)性試驗(yàn)的含水率變化趨勢(shì)與公式（4）一致。

根據(jù)各性狀物料與溫濕度相關(guān)性試驗(yàn)的含水率變化趨勢(shì)可以看出，相對(duì)濕度對(duì)煙絲含水率的影響大于溫度的影響，這是因?yàn)楫?dāng)環(huán)境溫度不變而相對(duì)濕度變化時(shí)，煙絲本身的蒸氣分壓保持不變，空氣蒸氣分壓的變化直接作用于煙絲表面，煙絲就會(huì)在內(nèi)外蒸氣分壓壓差的作用下吸濕或解濕，直至內(nèi)外蒸氣分壓達(dá)到平衡，其含水率會(huì)產(chǎn)生明顯的變化；而當(dāng)環(huán)境溫度改變而相對(duì)濕度不變時(shí)，煙絲蒸氣分壓會(huì)隨空氣溫度的升降而增減，且煙絲蒸氣分壓與空氣蒸氣分壓的變化方向一致，會(huì)抵消部分蒸氣分壓差，從而導(dǎo)致煙絲含水率變化不明顯。

2.2 煙絲含水率與儲(chǔ)存高度的相關(guān)性

對(duì)各牌名煙絲含水率與儲(chǔ)存高度相關(guān)性的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同牌名煙絲儲(chǔ)存高度試驗(yàn)含水率統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistical table of moisture content in test of storage height of different brands of picadura

由表3可以看出，各牌名煙絲處于中層和下層時(shí)，含水率趨于穩(wěn)定，無(wú)明顯的吸濕解濕過(guò)程；而表層煙絲的含水率則會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加而增大。說(shuō)明貯柜中的煙絲只有表層會(huì)與環(huán)境中的空氣發(fā)生水分遷移，里層煙絲被表層煙絲覆蓋后，不與環(huán)境中的空氣進(jìn)行水分傳遞。

2.3 煙絲含水率與儲(chǔ)存時(shí)間的相關(guān)性

對(duì)各牌名煙絲含水率與儲(chǔ)存時(shí)間相關(guān)性的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同牌名煙絲儲(chǔ)存時(shí)間試驗(yàn)含水率統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistical table of moisture content of different brands of picadura for storage time test

由表4 可以看出，當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間在16～56 h 時(shí)，各牌名煙絲的含水率會(huì)隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加而變大，儲(chǔ)存時(shí)間每增加8h，煙絲的含水率升高0.1%左右；當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間超過(guò)56 h后，含水率變化趨勢(shì)趨于平緩，說(shuō)明煙絲與空氣的水分達(dá)到了平衡狀態(tài)。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，各牌名煙絲儲(chǔ)存時(shí)間的大致分布范圍是16～40 h，所以對(duì)16～40 h 儲(chǔ)存時(shí)間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做線性擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 各牌名煙絲表層煙絲儲(chǔ)存時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果擬合圖Fig.1 The fitting diagram of the test results of the storage time of each brand surface picadura

由圖1 可以看出，HS（YJY）煙絲與儲(chǔ)存時(shí)間的線性模型為y=0.017 6x+12.354，R2=0.97，HS（XYP）煙絲與儲(chǔ)存時(shí)間的線性模型為y=0.011 1x+12.951，R2=0.988 3，HSH（DJ）煙絲與儲(chǔ)存時(shí)間的線性模型為y=0.016 5x+12.863，R2=0.9889；在實(shí)際生產(chǎn)儲(chǔ)存時(shí)間范圍內(nèi)，各牌名煙絲的含水率與儲(chǔ)存時(shí)間呈明顯的正相關(guān)性。

3 結(jié)論

貯絲房環(huán)境溫濕度參數(shù)會(huì)明顯影響CZ 卷煙廠生產(chǎn)的各牌名煙絲的含水率，各牌名煙絲的含水率會(huì)隨空氣溫度的升高而降低，隨空氣相對(duì)濕度的升高而升高。

在實(shí)際儲(chǔ)存過(guò)程中，成品煙絲進(jìn)入貯絲柜后，僅有表層煙絲會(huì)與貯絲房中的空氣發(fā)生水分轉(zhuǎn)移，里層煙絲被覆蓋后，幾乎不發(fā)生吸濕解濕現(xiàn)象；在固定的溫濕度條件下，各牌名煙絲的含水率與儲(chǔ)存時(shí)間呈明顯的正相關(guān)性。

在滿足卷煙工藝規(guī)范的要求下，各牌名煙絲的最優(yōu)指導(dǎo)溫濕度參數(shù)應(yīng)該為27℃、60%，同時(shí)在滿足生產(chǎn)調(diào)度的情況下，應(yīng)盡量減少煙絲的儲(chǔ)存時(shí)間。