劉恩芬，李 波，武士杰，陳正春，龔永康，王茜茜，周國福

(1.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650106；2.云南中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，云南 昆明 650231)

原料預混處理在造紙法再造煙葉生產中的應用研究

劉恩芬1，李 波1，武士杰1，陳正春1，龔永康1，王茜茜1，周國福2*

(1.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650106；2.云南中煙工業(yè)有限責任公司 技術中心，云南 昆明 650231)

利用源于4個烤煙主栽區(qū)的煙梗、末棒及煙葉碎片等3類再造煙葉原料，通過生產實驗，探討了3類再造原料化學成分的均勻性和預混處理對原料均勻化、產品批次間化學成分穩(wěn)定性的影響。實驗結果表明：烤煙生物學特性和氣候環(huán)境條件決定了煙梗、末棒及煙葉碎片3類原料的鉀、總氮、煙堿等化學成分含量差異性，其差異性達到極顯著水平(Plt;0.05)，并且空間變異度較大(12.70%～66.02%)。預混處理能顯著提高煙梗、末棒及煙葉碎片等3種原料的均勻性，各類原料的各項化學成分含量的變異系數(shù)都能穩(wěn)定在5%內。預混處理對產品批次間的質量穩(wěn)定具有較好作用，尤其是總氮、煙堿、鉀和氯的含量，在批次間的差異性未達到顯著水平(Plt;0.05)。

煙梗；末棒；煙葉碎片；再造煙葉；預混處理

0 引言

煙梗、末棒及煙葉碎片是再造煙葉的核心原料[1-4]，由于其來源地復雜多樣、烤煙成熟度參差不齊，加之各植煙區(qū)域土壤條件、生態(tài)環(huán)境條件和主栽品種的差異突出，導致煙梗、末棒及煙葉碎片的各類化學成分及含量的空間變異度高，這為再造煙葉生產依據配方投料環(huán)節(jié)帶來了不確定性、難以把控性，產品的質量穩(wěn)定性難以保證，增加了產品精準投料的難度[5-8]。目前再造煙葉生產預處理環(huán)節(jié)大部分都只針對廢棄煙葉把煙進行梗葉分離處理，沒有針對原料預混的均質化處理，而原料及配方混配均勻性對造紙法煙草薄片物理質量與內在質量及其穩(wěn)定性具有決定性的作用[9-10]。為此，有必要開展原料預混對原料的均質化和產品批次間質量穩(wěn)定性的影響研究[11-12]。

1 材料與方法

1.1實驗原料及關鍵設備

實驗原料源于主要植煙區(qū)的煙梗、末棒和葉碎片3類卷煙廢棄物。設備采用秸稈揉絲機、組合物料混合柜等。

1.2實驗設置

取源于4個烤煙主栽區(qū)(A、B、C、D)的原料進行實驗，實驗預混工藝流程如圖1，實驗共設置2個處理，處理1：將煙梗、末棒及煙葉碎片3類主要原料分別進行預混處理，再按照產品配方進行配比、生產。具體來說，梗原料預混是將4個不同來源的煙梗直接進行搓揉粉碎、混合形成均勻的預生產原料；末棒預混是將4個不同來源的末棒直接進行搓揉粉碎、混合形成均勻的預生產原料；碎片預混是將4個不同來源的碎片直接進行搓揉粉碎、混合形成均勻的預生產原料(圖2)。處理2：煙梗、末棒及煙葉碎片3種原料不進行預混處理，直接按照產品配方進行生產(圖3)。每個處理都進行4次重復，隨機抽樣進行生產。

圖1預混工藝流程

圖2 處理1工藝

圖3 處理2工藝

1.3指標檢測及數(shù)據分析方法

材料中總氮采用煙草及煙草制品總氮的連續(xù)流動法(YC/T 161─2002)測定，煙堿采用煙草及煙草制品總植物堿的連續(xù)流動(硫氰酸鉀)法(YC/T 468─2013)測定，總糖采用煙草及煙草制品水溶性糖的連續(xù)流動法(YC/T 159─2002)測定，鉀采用煙草及煙草制品鉀的火焰光度法(YC/T 173─2003)測定，氯采用煙草及煙草制品氯含量的連續(xù)流動法(YC/T 162─2011)測定，硝酸鹽采用煙草及煙草制品硝酸鹽的連續(xù)流動法(YC/T 296─2009)測定。實驗數(shù)據利用Excel軟件進行處理，SPSS 18.0軟件進行處理的統(tǒng)計分析與作圖，利用單因素方差(one-way ANOVA)對各指標差異進行分析，方差分析F檢驗達顯著水平(Plt;0.05)時，采用Duncan多重比較分析。

2 結果與分析

2.1原料差異性分析

通過對煙梗、末棒和煙葉碎片3類原料的成分進行檢測分析，結果(表1)表明：煙梗、末棒和煙葉碎片3類原料的化學成分含量具有顯著差異。煙?？偟?、煙堿、總糖、鉀、氯和硝酸鹽的平均含量和變異系數(shù)分別為1.87%、11.08%，0.44%、14.43%，20.12%、12.70%，5.13%、5.23%，1.82%、24.85%和1.37%、39.27%；末棒總氮、煙堿、總糖、鉀、氯和硝酸鹽的含量和變異系數(shù)分別為2.45%、9.57%，1.94%、20.55%，14.18%、12.70%，2.57%、14.01%，0.71%、24.85%和0.51%、33.56%；煙葉碎片總氮、煙堿、總糖、鉀、氯和硝酸鹽的含量和變異系數(shù)分別為2.97%、11.37%，2.30%、19.64%，10.96%、29.65%，2.84%、19.41%，1.44%、33.20%和1.13%、44.46%。造成原料化學成分的差異主要原因：一方面是3類原料來源于烤煙的不同部位，其化學成分含量本身就存在顯著差異。其中，煙梗是煙葉葉柄，木質化程度高，所以含鉀量和總糖量較高；煙葉碎片是煙葉片破碎的產物，木質化程度不如葉柄，所以總氮和煙堿含量較高；末棒是煙葉的葉脈(經)及葉碎片、煙梗碎?；旌衔铮云浠瘜W指標介于煙梗和煙葉碎片之間。另一方面是煙梗、煙末和煙葉碎片3種原料來自不同烤煙種植區(qū)，各區(qū)域的烤煙品種、生產管理措施及環(huán)境條件等因素不同，加劇了各原料間的差異性。

煙梗、末棒和碎片等再造煙葉原料的化學成分含量不僅在種類上存在較大差異，而且同一種原料內部的化學成分也有顯著性差異(圖4)。同一原料內部差異一方面是由烤煙產地小環(huán)境氣候條件、烤煙成熟度、烤煙品種及植煙土壤條件的差異所造成，比如煙葉的成熟度直接影響烤煙的總糖，土壤速效鉀含量直接影響煙葉中鉀的含量等；另一方面是由烤煙復烤過程及倉儲陳化過程中溫度、濕度、氧氣濃度等因素的變化造成，比如，在倉儲及煙葉加工過程中，溫度、濕度、氧氣濃度等各種條件變化，催化了氮素的消化、反硝化反應。煙葉的陳化過程是煙葉致香物質的轉化和穩(wěn)定過程，在此過程中，煙葉中氮的形態(tài)也會發(fā)生變化，其轉化數(shù)量受煙葉部位的影響[13]。鉀含量的變異系數(shù)相對較小，在倉儲及加工過程中比較穩(wěn)定。抽樣檢測結果表明，3類原料的各種化學成分含量的變異系數(shù)都較大，其中，在總氮方面：煙梗最大變異系數(shù)達到14.42%，末棒最大變異系數(shù)達到13.10%，碎片最大變異系數(shù)達到12.78%；在煙堿方面：煙梗的最大變異系數(shù)為10.70%，末棒最大變異系數(shù)達到31.92%，碎片最大變異系數(shù)達到29.09%；在總糖方面：煙梗的最大變異系數(shù)為13.93%，末棒最大變異系數(shù)達到25.64%，碎片最大變異系數(shù)達到35.92%；在鉀方面：煙梗的最大變異系數(shù)為11.68%，末棒最大變異系數(shù)達到21.59%，碎片最大變異系數(shù)達到26.19%；在氯方面：煙梗的最大變異系數(shù)為35.91%，末棒最大變異系數(shù)達到33.87%，碎片最大變異系數(shù)達到66.54%；在硝酸鹽方面：煙梗的最大變異系數(shù)達到65.31%，末棒最大變異系數(shù)達到45.61%，碎片最大變異系數(shù)達到119.64%。綜上，硝酸鹽和氯含量的變異最大，這主要與它們烤煙不同部位的分配有關，硝酸鹽的含量可能還與烤煙的陳化過程、倉儲條件有關。

表1 各原料化學指標含量分布

圖4 不同原料類別化學成分差異性

2.2預混處理對原料均勻性的影響

預混是通過物理攪拌、混合，讓成分不均勻的混合物成分均勻化的方法，混合物粒徑、攪拌方式、攪拌時間是影響預混效果的重要因素。本實驗采用T2型秸稈搓揉粉碎機對預混原料進行破碎處理，破碎粒徑≤30 mm；采用混合柜進行原料的混合，原料在混合柜內實現(xiàn)上下左右各方向的運動，能保證混合物的均勻化處理。從表2中可以看出，各種原料通過預混處理都能有效提高混合物的均勻性，變異系數(shù)均小于5%，相比較而言，預混處理在煙梗和煙葉碎片上的均化效果好于末棒。預混試驗結果表明，煙梗類總氮變異系數(shù)降低10.31個百分點，煙堿變異系數(shù)降低11.14個百分點，總糖變異系數(shù)降低12.57個百分點，鉀變異系數(shù)降低12.32個百分點，氯變異系數(shù)降低22.34個百分點，硝酸鹽變異系數(shù)降低55.45個百分點；末棒類總氮變異系數(shù)降低9.38個百分點，煙堿變異系數(shù)降低22.34個百分點，總糖變異系數(shù)降低26.55個百分點，鉀變異系數(shù)降低15.91個百分點，氯變異系數(shù)降低27.71個百分點，硝酸鹽變異系數(shù)降低39. 09個百分點；碎片類總氮變異系數(shù)降低11.61個百分點，煙堿變異系數(shù)降低22.00個百分點，總糖變異系數(shù)降低33.44個百分點，鉀變異系數(shù)降低16.60個百分點，氯變異系數(shù)降低36.46個百分點，硝酸鹽變異系數(shù)降低54.97個百分點。

表2 各原料的預混效果 %

2.3預混處理對產品質量穩(wěn)定性的影響

從原料倉庫中隨機4次抽取A、B、C和D原料，并按照產品配方進行配比生產，一部分采用處理1工藝進行生產，另一部分采用處理2工藝生產，生產成品的化學成分檢測結果見表3。實驗結果表明，在無預混處理的產品中，總氮、煙堿、總糖、鉀、氯及硝酸鹽等各項指標在4批次間都存在顯著差異性(Plt;0.05)；在預混處理的產品中，總氮、煙堿、總糖、鉀、氯及硝酸鹽等指標中只有硝酸鹽和總糖兩個指標在4個批次間有顯著性差異，其余4項指標的差異性都未達到顯著性(Plt;0.05)；說明預混處理對產品批次間的質量穩(wěn)定具有較好作用。

表3 預混處理對產品質量穩(wěn)定性的影響

3 結論與討論

綜上所述，預混處理能顯著提高煙梗、末棒及煙葉碎片等3類原料的均勻性，經預混處理后，各類原料的各項化學指標變異系數(shù)都能穩(wěn)定在5%內，預混處理可以降低產品內在質量的波動，對產品質量穩(wěn)定具有較好作用，尤其是總氮、煙堿、鉀和氯4項指標，在批次間的差異性均未達到顯著水平(Plt;0.05)。不同產區(qū)原料、不同原料種類的內在化學成分差異顯著，因此有必要掌握每批入庫原料各項內在化學成分含量及變化范圍，通過預混處理的方法對不同產區(qū)、種類的原料進行預混，為產品原料配方設計的配伍性、均勻性和穩(wěn)定性提供保障，同時為產品模塊化配方奠定基礎。原料預混處理適合于原料來源復雜、產品種類較多的企業(yè)，尤其是在訂單生產中發(fā)揮更重要作用。由于本次實驗僅側重于預混與無預混處理產品的差異性分析，未考慮預混處理中的原料粒徑、布料速度和預混時間等預混參數(shù)，建議進一步開展相關研究，確立最佳預混工藝。

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(責任編輯：許晶晶)

ResearchonApplicationofRawMaterialsPremixedProcessinginProductionofReconstitutedTobaccobyPaper-makingProcess

LIU En-fen1, LI Bo1, WU Shi-jie1, CHEN Zheng-chun1,GONG Yong-kang1, WANG Qian-qian1, ZHOU Guo-fu2*

(1. China Tobacco Yunnan Reconstituted Tobacco Limited Company, Kunming 650106, China;2. Technology Center, China Tobacco Yunnan Industrial Limited Company, Kunming 650231, China)

The tobacco stem, tobacco stick and tobacco scrap from 4 major tobacco production regions were used as the raw materials of paper-making reconstituted tobacco. The effects of raw materials premixed processing on the uniformity of chemical compositions in raw materials and the stability of chemical compositions in different batches of reconstituted tobacco products were researched through production experiments. The experimental results indicated that the biological characteristics of flue-cured tobacco and the climatic conditions decided the differences in chemical compositions among 3 types of raw materials; there were very significant differences in the content of potassium, total nitrogen and nicotine among tobacco stem, tobacco stick and tobacco scrap, and their spatial variability was relatively big (12.70%～66.02%). Raw materials premixed processing could dramatically improve the uniformity of raw materials. The variation coefficients of content of various chemical compositions in three types of raw materials were within 5%. Raw materials premixed processing could well assure the quality consistency of different batches of paper-making reconstituted tobacco products.

Tobacco stem; Tobacco stick; Tobacco scrap; Reconstituted tobacco； Premixed processing

S572

A

1001-8581(2017)12-0072-05

2017-08-14

云南中煙重點科技項目“再造煙葉生產廢水零排放關鍵技術研究及應用”(2015GY01)。

劉恩芬(1969─)，女，工程師，主要從事分析檢測研究。*通訊作者：周國福。