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        全程實現(xiàn)打葉復烤均質(zhì)化加工的研究進展

        2018-12-31 17:56:00王發(fā)勇張春磊喻紹新李一輝可文庚吳貴軒楊石鋼謝永軍陳建軍
        安徽農(nóng)業(yè)科學 2018年12期
        關(guān)鍵詞:打葉混配煙堿

        王發(fā)勇,張春磊,喻紹新,李一輝,可文庚,吳貴軒,楊石鋼,謝永軍,雷 佳,陳建軍

        (1.紅云紅河集團紅河卷煙廠,云南彌勒 652300; 2.廣東中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心,廣東廣州 510310;3.華南農(nóng)業(yè)大學煙草研究室,廣東廣州 510642)

        國家煙草局頒布2016版《卷煙工藝規(guī)范》中,新增打葉復烤章節(jié)[1]。這是國家煙草局首次將打葉復烤納入卷煙工藝規(guī)范的標準化文件系統(tǒng)中,同時將打葉復烤的地位提升到新的位置。自替代掛桿復烤以來,打葉復烤就承擔了部分制絲工藝的任務(wù),是卷煙工藝前移的重要實踐部分,為卷煙工藝的整個過程提高了效率,同時也創(chuàng)造了效益。21世紀初,煙草行業(yè)蓬勃發(fā)展,同時煙草行業(yè)對于原料的研究多集中于農(nóng)產(chǎn)品階段,包括品種、農(nóng)藝措施、生態(tài)區(qū)域劃分、田間煙葉烘烤等基于田間的原料研究。工業(yè)方面,制絲工藝與卷包工藝得到了快速的發(fā)展,而復烤工藝的發(fā)展卻相對滯后,相當一段時間僅停留于撕葉、烤干與打包的低層次階段,這在一定程度上阻礙了卷煙水平的提高。原料供應(yīng)上水平不能單純地停留在品種選育、農(nóng)藝栽培與初烤原料等農(nóng)業(yè)階段,還應(yīng)延伸到打葉復烤的層面。

        面對新增打葉復烤工藝中提出的“三化一?!?即模塊化、均質(zhì)化、純凈化與保香),國家煙草局在2016年做出了重點控制成品煙堿和水分均勻性2項關(guān)鍵指標,深入實現(xiàn)均質(zhì)化復烤加工工作的要求[2]??梢姶蛉~復烤均質(zhì)化加工已引起行業(yè)的足夠重視。鑒于此,筆者探討了全面實現(xiàn)均質(zhì)化加工工藝技術(shù)的可能路徑,旨在為煙草行業(yè)層面上挖掘復烤工藝技術(shù)的質(zhì)量潛勢。

        1 均質(zhì)化復烤加工是實現(xiàn)煙葉原料質(zhì)量穩(wěn)定性的重要路徑

        原料質(zhì)量穩(wěn)定性一直受到行業(yè)研究者的關(guān)注。陳江華等[3]以“國際型優(yōu)質(zhì)煙開發(fā)項目”為依托,在全國范圍內(nèi)對烤煙礦質(zhì)元素含量以及主要化學成分進行研究,發(fā)現(xiàn)含氮量最小值為1.10%,最大值為3.27%,品種、部位與地域之間的差異均達到極顯著水平;鉀含量最小值為0.65%,最大值為4.21%,品種、部位與地域之間的差異也均達到極顯著水平。陳偉等[4]選擇在同一品種、同一農(nóng)藝措施的栽培模式下,對不同生態(tài)區(qū)域的(7個省共12個縣)烤煙煙堿進行統(tǒng)計分析,得到不同生態(tài)區(qū)域間的煙堿含量存在廣泛變異、且差異極顯著的結(jié)果;同年不同生態(tài)區(qū)域內(nèi),相同部位與等級的煙堿含量均存在不同程度的變異,年際間亦然。李丹丹等[5]抽樣調(diào)查的結(jié)果也顯示,年際間烤煙的主要化學成分差異顯著。而閆新甫等[6]從工業(yè)企業(yè)調(diào)入的煙葉等級質(zhì)量的合格率角度進行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)收購調(diào)入的煙葉普遍存在混級現(xiàn)象,導致等級合格率較低(僅為 63.4%)。這些研究表明,無論是同一年份或不同年際間,不同品種、部位、生態(tài)區(qū)的煙葉主要化學成分(提取煙堿為代表)的差異是客觀存在的。除去品種的選擇、栽培技術(shù)的優(yōu)化等可控因素,不同生態(tài)條件(基因型與環(huán)境互作效應(yīng))為人力難以調(diào)控的領(lǐng)域。此外,原料質(zhì)量穩(wěn)定性還受到調(diào)入原料等級合格率的人為因素制約,因此保證煙葉主要化學成分的穩(wěn)定性存在極大難度。而田間原料的質(zhì)量不穩(wěn)定性給卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此,研究打葉復烤均質(zhì)化加工技術(shù)有重要意義。

        2 均質(zhì)化復烤加工對煙葉質(zhì)量的影響

        2.1原料混配均質(zhì)化的影響近年來,國家煙草局提出“實施好均質(zhì)化加工工藝策劃,重點實現(xiàn)投料等級比例和煙葉均勻混配2個核心需求”,行業(yè)內(nèi)對原料混配均質(zhì)化開展了新的探索與實踐。有研究認為,根據(jù)煙葉質(zhì)量的相似性或近似性進行原料配打,其前提在于對煙葉原料的化學成分進行檢測與運用,基于化學成分進行配打才能減少片煙成品的質(zhì)量波動[7-8]。肖明禮等[9]研究發(fā)現(xiàn),按比例投料加貯柜混配模式有利于降低模塊煙葉的煙堿變異系數(shù)。楊凱等[10]抽取煙堿為因子,對化學成分調(diào)節(jié)模式、混合挑選模式以及兩者的組合模式對比分析,發(fā)現(xiàn)各控制模式下的煙堿變異系數(shù)都能得到較好的控制(平均值在4%以下)。云南煙葉復烤公司宣威復烤廠在原料配方混配時也進行了同樣的探索[11],并優(yōu)化了產(chǎn)品片煙煙堿變異系數(shù)。

        隨著煙草行業(yè)的發(fā)展,中式卷煙技術(shù)已日趨成熟,充分重視卷煙工業(yè)中各環(huán)節(jié)并深度挖掘其潛力,才能保障企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略得到貫徹落實?!霸仙纤健痹谟诒U暇頍煹膬?nèi)在質(zhì)量,提升卷煙產(chǎn)品的燃吸品質(zhì)是卷煙產(chǎn)品風靡于市場的根本保證。原料混配均質(zhì)化是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的必要手段,也是“原料上水平”的關(guān)鍵措施之一。國家煙草局充分重視并以實際制度政策推動打葉復烤環(huán)節(jié)原料的均質(zhì)化加工,提出打葉復烤成品煙堿含量變異系數(shù)≤5%的標準,而原料混配是關(guān)鍵因素之一,復烤企業(yè)應(yīng)結(jié)合煙葉加工生態(tài)、品種、等級、純度等自身實際,積極探索最佳的原料混配方案,從打葉復烤工序前沿至嚴抓“均質(zhì)化”,保證原料的穩(wěn)定性。

        2.2水分控制均質(zhì)化的作用原料復烤調(diào)制的作用在于將煙葉水分調(diào)制至適宜范圍,既利于煙葉的倉儲安全,又利于煙葉自身的發(fā)酵醇化,去除煙葉中的不利因素,彰顯出優(yōu)質(zhì)因子,為卷煙提供良好的原料。復烤產(chǎn)品水分的均質(zhì)化是整個卷煙工藝中的重要環(huán)節(jié)之一。盡管倉儲過程中水分不均勻的煙葉間存在水分遷移現(xiàn)象,但烤后煙葉的吸濕性能大大減弱,水分遷移速度極為緩慢,加之包芯溫度的作用,微生物的活性存在強弱之分,所以同一時間內(nèi)煙葉發(fā)酵的速度與程度存在差異,這必將引起煙葉質(zhì)量穩(wěn)定性的波動,從源頭上為卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性埋下禍根。更有甚者,超出安全儲存的水分范圍時將導致煙葉霉變或碳燒,給企業(yè)帶來一定程度的損失。

        潤葉過程是保證葉片結(jié)構(gòu)均勻性的前提。蒸汽潤后煙葉水分含量的均勻性好,能有效避免水漬煙出現(xiàn)。復烤機加工過程中應(yīng)保證單位時間內(nèi)原料的流量穩(wěn)定,控制涼房水分均勻性,利用蒸汽回潮技術(shù)保障機尾水分的均勻性。

        2.3化學成分均質(zhì)化與過程監(jiān)控的影響近紅外光譜技術(shù)具有實時、快速、無損檢測煙葉化學成分的優(yōu)勢,在打葉復烤中引入近紅外光譜檢測儀,實現(xiàn)過程質(zhì)量檢測與控制。在積累大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,生產(chǎn)企業(yè)可實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)控信息的深度挖掘,從而為加工工藝的改進提供依據(jù)[12]。

        煙葉科研者們早已驗證,煙葉色澤與煙葉內(nèi)在質(zhì)量、化學成分存在顯著關(guān)聯(lián),且煙葉色澤是主要的等級劃分依據(jù)之一[13-15]。此外,煙葉部分內(nèi)在化學成分與耐加工性具有一定關(guān)聯(lián)。陳紅麗等[16]研究發(fā)現(xiàn),當還原糖與鉀含量增加時,煙葉的耐加工性增強。王建民等[17]通過試驗發(fā)現(xiàn),當設(shè)備、參數(shù)設(shè)置一定時,可溶性糖含量低、總氮含量高的煙葉造碎較嚴重,而可溶性糖含量高、總氮含量低的煙葉梗帶葉率較高,造成葉片損失。這是由于配方模塊中煙葉的化學成分差異造成的。

        杜文等[18]認為,運用近紅外分析儀進行在線化學成分檢測,并制定加工工藝標準時,應(yīng)考慮到實時模型效驗殘差較高的因素,把波動控制在較小范圍內(nèi)。王宏鋁等[19]運用近紅外光譜實時檢測均質(zhì)化加工的效果,發(fā)現(xiàn)均質(zhì)化的成品煙堿變異系數(shù)、成品含水率及顏色變異系數(shù)降幅較大,三者的變異系數(shù)均控制在較小范圍內(nèi)。

        由此可以得出:①煙葉的色澤、抗破碎性與其內(nèi)部化學成分含量密切相關(guān),在打葉復烤和制絲卷制過程中選擇合理的工藝參數(shù),以優(yōu)化其化學成分,盡可能減少造碎,增加可用性;②制訂片煙成品控制工藝指標既要結(jié)合來料狀況,又要結(jié)合初烤煙葉與復烤后煙葉的檢測結(jié)果;③基于在線化學成分的配方混投是化學成分均質(zhì)化的前提;④加工過程監(jiān)測是保障片煙產(chǎn)品均質(zhì)化的重要手段。

        2.4葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化對煙葉質(zhì)量的影響研究證明,煙絲結(jié)構(gòu)的差異是煙支卷制質(zhì)量不穩(wěn)定性的源頭。而控制煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)追溯到打葉復烤過程中葉片結(jié)構(gòu)[20-22]。劉志平等[23]通過復烤后煙葉結(jié)構(gòu)對煙絲尺寸影響的試驗得出,當復烤片煙大中片率(>12.7 mm的葉片)提高時,>3.2 mm的葉絲比例增加,但≤1.4 mm的葉絲降低。因此,提高打葉復烤大中片率是獲得較優(yōu)葉絲結(jié)構(gòu)的前提條件,而保障片煙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是關(guān)鍵之一。由此可見,打葉復烤葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化加工意義重大。

        就打葉工序而言,葉片結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化加工取決于潤葉后煙葉的含水率與溫度。不同等級、部位的煙葉耐加工強度存在差異,所以對應(yīng)的潤后煙葉含水率與溫度應(yīng)作調(diào)整。例如,下部煙葉身份較薄、抗破碎性差,此時應(yīng)該提高潤葉加工強度,以提高潤葉后煙葉的含水率與溫度,增加其耐加工性。而中部煙韌性好、抗破碎性強,適當?shù)臐櫲~水分和溫度可滿足獲取良好葉片結(jié)構(gòu)的條件,無需加大潤葉加工強度。同一等級、部位的條件下,在可調(diào)整的生產(chǎn)范圍內(nèi),隨著潤后煙葉溫度與水分的提高,可獲得較高的大中片率,而碎片與梗含葉相應(yīng)減少[24-25]。

        此外,葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化加工還應(yīng)關(guān)注打葉流量、打葉風分設(shè)備的高性能打刀、框欄形狀、尺寸、打輥轉(zhuǎn)速設(shè)置、各級風分效率布置等方面的內(nèi)容[26-27]。

        因此,葉片結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化應(yīng)關(guān)注潤前來料煙葉物理特性;潤后物料的溫度與水分是取得良好葉片結(jié)構(gòu)的前提條件;在額定負荷內(nèi)保障來料的穩(wěn)定性;篩選高性能的打刀,取得良好的梗葉分離效果;設(shè)置適宜的打輥轉(zhuǎn)速,避免造碎過大或超大片比例增加;優(yōu)化框欄開口尺寸,保證中片比例;維持適當?shù)娘L分風速,確保每級風分器的出片量,避免合格葉片進入下級打葉器再次加工而增加小片或碎片率。

        卷煙工藝環(huán)環(huán)相扣,上下游工序緊密銜接。其中,復烤葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化加工為制絲乃至卷包穩(wěn)把質(zhì)量關(guān),起到源頭控制的核心作用。

        2.5裝箱結(jié)構(gòu)均質(zhì)化的影響平衡裝箱,需要加強對DVR值的關(guān)注力度。宜引用片煙密度偏差率檢測儀[28-31]進行過程平衡裝箱檢測。控制好裝箱密度,避免煙葉結(jié)團結(jié)餅,一定程度上控制煙葉在醇化過程中的發(fā)酵速率、發(fā)酵程度,從而為卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性提供保障。通過在線檢測信息反饋,實現(xiàn)實時調(diào)整打包段布料方式、布料均勻性、主壓頭與復壓保壓時間等方面操作事項。

        應(yīng)增加過程在線檢測監(jiān)控,探索不同品種、等級、部位、水分及配方模塊對應(yīng)的設(shè)置參數(shù)。值得注意的是,崗位人員應(yīng)關(guān)注煙箱密度的均勻性是由于設(shè)備布料不均,還是作業(yè)人員加減不均造成的。

        3 展望與對策

        模塊煙葉已成為支撐卷煙配方的重要部分,也是合理優(yōu)化煙葉原料使用的舉措之一。復烤加工作為卷煙工業(yè)的前移工序,模塊煙葉的均勻混配是一項重要職能。無論物料混配均質(zhì)化、化學成分均質(zhì)化、葉片結(jié)構(gòu)均質(zhì)化、水分控制均質(zhì)化,還是裝箱密度均質(zhì)化,都要一一兼顧,在生產(chǎn)中突顯打葉復烤源頭質(zhì)量控制的作用。

        (1)對于預處理段,單純依靠鋪葉臺人工混配難以實現(xiàn)不同地區(qū)、等級煙葉混配均質(zhì)化。因此,應(yīng)作柜配模式嘗試:在鋪葉切斷后設(shè)置煙葉貯柜列,需要進行混配的煙葉以不同等級、地區(qū)分別進入不同列的貯柜中,出料時不同列的貯柜同時出料,在匯聚皮帶上實現(xiàn)混配,各過程保證物料流量的穩(wěn)定性,而后于打葉段加工再次實現(xiàn)混配均勻?;蚪ⅰ案呒軒臁爆F(xiàn)代物流系統(tǒng),煙葉于切斷機匯聚皮帶處檢測化學成分,后經(jīng)柔性裝箱進行暫存,根據(jù)化學成分(以煙堿為因子)的高低混配,實現(xiàn)預處理段的物料均勻混配。

        (2)潤葉后煙葉適宜的含水分率與溫度是獲得良好葉片結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,同時在柔性化“保香”為主題的加工工藝中,潤后水分成為煙葉復烤機總溫度控制的制約點。為此,潤葉水分與溫度的控制要尋求低水分與良好葉片結(jié)構(gòu)的最佳契合平衡點。關(guān)注打葉器的打輥長度、打輥額定負荷設(shè)計、打輥轉(zhuǎn)速、打刀性能、刀距。如果選擇較大的框欄開口尺寸,大片、超大片相應(yīng)增加,此時應(yīng)輔之于“立式篩分”技術(shù),工藝設(shè)想為于片煙匯聚皮帶處設(shè)置“三級立式”振篩,一級位于最頂端,開口尺寸大于25.4 cm,篩選出大片與超大片應(yīng)用分切技術(shù)加工為中片,二、三級的工藝任務(wù)在于篩出碎片。該工藝設(shè)想服務(wù)于葉片結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化。

        (3)經(jīng)過梗葉分離的片煙,在開機前即要進行化學成分的均質(zhì)化混配,以免后移到復烤機尾而影響到打包工序所必須的水分與包芯溫度。路線設(shè)計為:在打葉線后、復烤機前設(shè)置不同貯葉柜或裝箱立庫,前端配置化學成分檢測儀(以煙堿為主要指標),設(shè)定值在某一范圍內(nèi),物料正常入柜進行緩存喂料,當來料偏移或超出設(shè)定值時,高出時進入一柜,低出時進入另一柜,然后高低進行混配拌勻,再經(jīng)過化學成分檢測儀測定,如此削峰填谷,實現(xiàn)化學成分均質(zhì)化的精確控制。中間需要電氣設(shè)備的有效支持。

        (4)水分的均質(zhì)化加工,一為保證片煙的倉儲安全,二為保證片煙在倉儲過程中醇化反應(yīng)的速率與程度相對穩(wěn)定一致。結(jié)合最大程度為原料“保香”的工藝,控制烤機總溫度是前提,同時要在滿足回潮均勻的條件,這意味著涼房煙葉水分必須處于“臨界含水率”才有助于水分均質(zhì)化。一般現(xiàn)有打葉復烤設(shè)備中,復烤機設(shè)置為4個干燥區(qū)與2個回潮區(qū),在低溫慢烤的主導加工條件基礎(chǔ)上,再添加1個干燥區(qū)和1個回潮區(qū),為加長煙葉在干燥區(qū)的作用時間、相應(yīng)降低烤機溫度、提高干燥區(qū)的烤透率;此外,在潤葉水分難以下調(diào)的情況下實現(xiàn)低溫慢烤,同時實現(xiàn)水分的均質(zhì)化加工。

        (5)打包段要實現(xiàn)裝箱密度的均質(zhì)化,有效避免成品煙葉板結(jié)、壓油、霉變與碳燒等情況,有助于倉儲醇化過程中理化反應(yīng)的速率與程度保持相對一致。裝箱密度均質(zhì)化甚至制約了制絲工段是否“易切”的問題。因此,打包段應(yīng)圍繞來料地域、等級、品種、部位等主因素,優(yōu)化主壓下壓深度和時間、復壓時間、保壓深度。

        打葉復烤工藝以“均質(zhì)化”“保香”加工為趨勢,對開發(fā)均質(zhì)化煙葉新工藝、新技術(shù)有重要意義。

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