謝偉強 康金嶺

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005）

梗絲膨脹是卷煙制梗絲環(huán)節(jié)的一個關(guān)鍵工序，其主要的工藝任務(wù)是把充分吸收水分后的梗絲，根據(jù)配方需求和工藝要求進行脫水膨脹，以減少梗絲在卷煙燃吸時產(chǎn)生的木質(zhì)氣、灼燒感和辛辣感［1］，梗絲膨脹能有效改善梗絲品質(zhì)，改善產(chǎn)品的質(zhì)量，降低卷煙對人體的有害性，提高梗絲在高檔煙中的使用比例［2］，因此優(yōu)化梗絲膨脹加工工藝極其重要。

目前煙草行業(yè)在梗絲膨脹切絲寬度等工藝優(yōu)化方面的研究較多［3－7］，而將影響梗絲膨脹的關(guān)鍵工藝參數(shù)作為一個整體來進行研究的還比較少見。本試驗利用響應(yīng)曲面法研究卷煙梗絲制造過程中關(guān)鍵工藝參數(shù)對煙梗填充值的影響及參數(shù)最佳配置，為梗絲制造膨脹環(huán)節(jié)工藝參數(shù)的設(shè)置提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

烤煙煙梗：B類梗，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

切梗絲機：SQ316型，昆船第二機械公司；

梗絲閃蒸膨化機：WQ617.0型，秦皇島煙草機械有限責(zé)任公司；

梗絲膨化干燥機：SH83型，秦皇島煙草機械有限責(zé)任公司；

恒溫恒濕箱：KBF240型，德國Binder公司；

梗絲填充值測量儀：DD60A型，德國Borgwaldt KC公司；

電子天平：PL203－IC型，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 取樣方法 為盡量減少其它干擾因素可能對試驗結(jié)果的影響，每次調(diào)整工藝參數(shù)時對應(yīng)取樣，且取樣在各項過程參數(shù)控制穩(wěn)定后進行。

1.2.2 樣品的制備

（1）各項參數(shù)控制穩(wěn)定后，按試驗次序每次進行一組試驗，并取樣。每次取樣10g，為1個試驗樣品。

（2）將試驗樣品自然冷卻至常溫，再放置于恒溫恒濕箱，平衡24h后待檢。

1.2.3 樣品的檢測方法 以梗絲填充值（Y）為評價指標(biāo)，按YC／T 152——2001《卷煙、煙絲填充值的測定》有關(guān)要求執(zhí)行［8］。

1.2.4 參數(shù)優(yōu)化的單因素試驗

（1）在工藝流量1 700kg／h、膨脹含水率38%、閃蒸蒸汽量800kg／h條件下，分別觀察不同切梗寬度（0.12，0.13，0.14，0.15，0.16mm）對填充值的影響。

（2）在工藝流量1 700kg／h、切梗寬度0.15mm、閃蒸蒸汽量800kg／h條件下，分別觀察不同膨脹含水率（35%，36%，37%，38%，39%）對填充值的影響。

（3）在工藝流量1 700kg／h、切梗寬度0.15mm、膨脹含水率38%條件下，分別觀察不同閃蒸蒸汽量（700，800，900，1 000，1 100kg／h）對填充值的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 梗絲填充值的單因素試驗

2.1.1 切梗寬度對填充值的影響 由圖1可知，填充值隨著切梗寬度的增加而增加，當(dāng)切梗寬度超過0.15mm以后，填充值隨著切梗寬度的增加變化趨于穩(wěn)定，切梗寬度在0.13～0.15mm時填充值的增加幅度較大，這也在吳敬華等的研究［9］中得到證實，因此切梗寬度以0.15mm左右為宜。

圖1 切梗寬度對填充值的影響折線圖Figure 1 The effects of cut tobacco width on the gut stem influence line graph

2.1.2 膨脹含水率對填充值的影響 由圖2可知，填充值隨著膨脹含水率的增加而增加。當(dāng)膨脹含水率超過38%以后，填充值開始呈現(xiàn)下降趨勢，故膨脹含水率以38%左右為宜。

圖2 膨脹含水率對填充值的影響折線圖Figure 2 The effects of moisture content on the gut stem influence line graph

2.1.3 閃蒸蒸汽量對填充值的影響 由圖3可知，填充值隨著閃蒸蒸汽量的增加而增加，當(dāng)閃蒸蒸汽量超過900kg／h以后，填充值隨著閃蒸蒸汽量的增加呈現(xiàn)下降趨勢，因此閃蒸蒸汽量以900kg／h左右為宜。

圖3 閃蒸蒸汽量對填充值的影響折線圖Figure 3 The effects of moisture content on the gut stem influence line graph

2.2 曲面響應(yīng)法優(yōu)化梗絲膨脹工藝參數(shù)

在以上單因素試驗的基礎(chǔ)上，運用Box－Behnken設(shè)計，對影響梗絲填充值的切梗寬度、膨脹含水率、閃蒸蒸汽量三因素，采用Minitab軟件設(shè)計三因素三水平的中心組合試驗，中心點重復(fù)進行3次試驗，試驗的因素水平設(shè)計編碼表及計算結(jié)果分別見表1～3。

表1 Box－Behnken試驗設(shè)計因素水平及編碼表Table 1 Box－Behnken design experiment Vairables levels and coding table

表2 Box－Behnken試驗設(shè)計和結(jié)果Table 2 Box－Behnken design experiments and results

2.2.1 試驗各因素對填充值的影響分析 為分析各因素對填充值的影響，以填充值為評價指標(biāo)（Y），利用Minitab分析軟件對表2進行分析，從試驗結(jié)果得到3個因素與填充值的回歸方程：

對試驗?zāi)Ｐ瓦M行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)值方差分析表?Table 3 Variance analysis of response value

由表3可知，回歸模型的回歸項P值＜0.05，說明模型總體有效。從擬合總效果來看，本試驗的失擬項P值＞0.05，說明試驗并沒有失擬現(xiàn)象，可以利用該方程代替真實的試驗進行數(shù)據(jù)分析［10］。從結(jié)果可以看出，切梗寬度、膨脹含水率、閃蒸蒸汽量及它們的平方項和交互作用均顯著，說明切梗寬度、膨脹含水率、閃蒸蒸汽量對填充值均有顯著的影響。

圖4 切梗寬度與膨脹含水率對填充值的響應(yīng)曲面與等值線圖Figure 4 Response surface and contour lineof the CT and MC for the FP

圖5 切梗寬度與閃蒸蒸汽量對填充值的響應(yīng)曲面與等值線圖Figure 5 Response surface and contour line of the CT and SQ for the FP

2.2.2 各影響因素及交互作用對填充值的影響 各影響因素及交互作用對填充值的影響見圖4～6。從各因素與響應(yīng)量之間的三維空間圖可以看出各因素對響應(yīng)值的影響：圖4表明膨脹含水率曲面更陡，說明膨脹含水率對填充值的影響比切梗寬度更加顯著；圖5表明與其它兩個參數(shù)的交互作用比較，切梗寬度與閃蒸蒸汽量的交互作用對填充值影響程度最小，相對較弱；圖6表明膨脹含水率比閃蒸蒸汽量對填充值的影響更顯著；綜合以上分析可以看出，切梗寬度對填充值的影響最大，膨脹含水率次之，閃蒸蒸汽量最小。

2.2.3 驗證實驗 為確定最佳工藝參數(shù)，利用Minitab軟件對方程進行最優(yōu)解，找出模型Y的最大值，最大點（X1，X2，X3）的代碼值為（0.81，0.23，1.00），對應(yīng)實際值為切梗寬度0.16mm、膨脹含水率38.2%，閃蒸蒸汽量900kg／h，理論上填充值最大為6.57cm3／g，在最佳的工藝條件下進行了3次效果驗證實驗，填充值平均6.50cm3／g，與理論值基本一致，說明試驗回歸方程可靠。

3 結(jié)論

（1）本試驗結(jié)果表明，切梗寬度、膨脹含水率、閃蒸蒸汽量均對梗絲填充值有顯著影響，且有交互作用。其中切梗寬度對填充值影響程度最大，其次是膨脹含水率，再者是閃蒸蒸汽量。

（2）利用Minitab軟件設(shè)計響應(yīng)面試驗，并進行驗證，梗絲膨脹最佳工藝參數(shù)的設(shè)置為切梗寬度0.16mm、膨脹含水率38.2%，閃蒸蒸汽量900kg／h，該條件下梗絲填充值6.50%，梗絲填充效果最好。

圖6 膨脹含水率與閃蒸蒸汽量對填充值的響應(yīng)曲面與等值線圖Figure 6 Response surface and contour line of the MC and SQ for the FP

1 楊繼福，黃蘭，盧幼祥，等.高壓蒸梗對中性香味成分和感官質(zhì)量的影響［J］.廣州化工，2011，39（17）53～57.

2 劉德強，張風(fēng)光，王樂軍，等.煙梗成絲的研究及應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（33）：19 052～19 054.

3 陳志燕.膨脹干燥工序?qū)緹煿＝z特性的影響［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（14）：7 262～7 263.

4 吳金鳳，鄭利鋒，廖強，等.梗絲填充值與煙支吸阻關(guān)系的建模及應(yīng)用［J］.煙草科技，2010（5）：5～8.

5 肖春菊，孫佐，石紅雁，等.煙梗切絲寬度的探討［J］.煙草科技2000（3）：4～6.

6 王道銓.隧道式梗絲膨脹工序工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報2011，23（12）：100～103.

7 席年生，申玉軍，儲國海，等.不同施壓條件下梗絲填充值與其膨脹效果的相關(guān)性［J］.煙草科技，2003（9）：3～12.

8 國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范［M］.北京：中央文獻出版社，2003.

9 吳敬華，杜媚，李堅，等.煙梗切絲厚度與STS梗絲膨脹［J］.大眾科技，2009（3）91～92.

10 康金嶺，黃賢飛，劉遠(yuǎn)濤，等.預(yù)處理工藝對煙?；赝嘎实挠绊懀跩］.食品與機械，2012，28（6）：205～240.