秦 瑜，熊 珍，張文軍，李 銳，劉 靜，米 蘭，吳建霖，周桂園

(中煙施偉策(云南)再造煙葉有限公司，云南 玉溪 653100)

造紙法再造煙葉以煙梗、煙末、碎片及煙葉等“下腳料”為主要原料，經(jīng)造紙工藝加工得到制品[1-2].再造煙葉具有填充值高、燃燒性能好和焦油釋放量低等諸多優(yōu)點，對降低卷煙成本、節(jié)約原材料消耗以及生產(chǎn)低焦低耗卷煙均具有重大意義[3-5].因此被廣泛應用于卷煙的開發(fā)和生產(chǎn)上，再造煙葉產(chǎn)品的生產(chǎn)及其在卷煙中摻配比例不斷增加，為此再造煙葉產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)劣，直接影響到其在卷煙產(chǎn)品中的應用.再造煙葉化學成分含量與產(chǎn)品品質(zhì)有著密切的關(guān)系[4].作為常規(guī)化學成分的總糖、還原糖、總氮和煙堿等指標，目前行業(yè)通常采用連續(xù)流動分析儀、近紅外等方法進行測定，連續(xù)流動分析儀程序較為繁瑣，檢測時間長，耗費試劑[5-7]；而現(xiàn)多數(shù)采用近紅外光譜分析技術(shù)，其經(jīng)濟適用，快速精確，但是該方法僅針對快速檢測[8-11]，但不能從已知的原料配方中直接或間接地預測生產(chǎn)出的再造煙葉化學成分含量，相關(guān)預測方法目前尚未見到報道，本文結(jié)合再造煙葉生產(chǎn)工藝及物料衡算法，通過計算對再造煙葉產(chǎn)品風格品質(zhì)特性有重要意義的化學成分留存率和轉(zhuǎn)移率，探索再造煙葉產(chǎn)品化學成分與原料化學成分之間的關(guān)聯(lián)性，建立相應的計算方法.

1 材料和方法

1.1 儀器設備

Futura 2連續(xù)流動自動化學分析儀，HY-5A多用調(diào)速振蕩器，F(xiàn)W-200多功能萬能粉碎機， DHG-9076A烘箱，BSA223SCW千分之一電子天平，BSA2202SCW百分之一電子天平，常規(guī)玻璃儀器等.

1.2 樣品及處理方式

本次研究的原料樣品取自中煙施偉策(云南)再造煙葉有限公司(以下簡稱：中煙施偉策)，部分原料在生產(chǎn)過程中經(jīng)預處理獲得，包括來自玉溪、昆明、楚雄、大理等地的煙梗、煙末、碎片、片煙；再造煙葉樣品是由中煙施偉策經(jīng)造紙法再造煙葉生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品；試驗所需的樣品均通過40 ℃烘箱干燥2 h后，研磨成粉末密封保存?zhèn)溆?

1.3 數(shù)據(jù)檢測

按照行業(yè)標準檢測常規(guī)化學指標：采用YC/T159-2002《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續(xù)流動法》檢測總糖；YC/T160-2002《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續(xù)流動法》檢測煙堿；YC/T217-2007《煙草及煙草制品 鉀的測定 連續(xù)流動法》檢測鉀；YC/T162-2011《煙草及煙草制品 氯的測定 連續(xù)流動法》檢測氯等.

2 結(jié)果與討論

2.1 計算方法

文中結(jié)合再造煙葉生產(chǎn)工藝及物料衡算法，通過試驗分析獲取決定再造煙葉產(chǎn)品品質(zhì)的主要化學成分留存率和轉(zhuǎn)移率參數(shù)，探索再造煙葉產(chǎn)品化學成分與原料化學成分之間的關(guān)聯(lián)性，建立相應的計算方式.

物料衡算法就是根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行物料平衡計算的方法，其基本原理是在無任何損耗的理想條件下，無論生產(chǎn)過程中物料發(fā)生的是物理變化還是化學變化，基準物從投入到產(chǎn)出的質(zhì)量是守恒的.運用物料衡算法計算再造煙葉化學成分含量，留存率和轉(zhuǎn)移率參數(shù)是確保結(jié)果可靠的關(guān)鍵性指標，在實際運算中把生產(chǎn)過程的物料守恒關(guān)系概化，預測再造煙葉成分含量時，其輸出為預處理原料的化學成分與未預處理原料化學成分的總和.

配方原料經(jīng)過提取、抄造、涂布等加工工序得到再造煙葉產(chǎn)品，在各加工工序過程不考慮損耗的情況下，根據(jù)配方原料在配方中的占比，對原料的檢測數(shù)據(jù)進行校正值計算，推導公式如下：

(1)

式中：M為未預處理配方原料某項化學成分校正值；a為未預處理配方原料某項化學成分檢測值；x為未預處理原料配方比例；N為未預處理配方原料數(shù)量.

由于再造煙葉生產(chǎn)原料存在部分低品質(zhì)煙梗原料，針對該部分原料進行預處理，預處理的原料化學成分統(tǒng)計值計算推導公式如下：

(2)

式中：m為預處理配方原料某項化學成分統(tǒng)計值；b為預處理配方原料某項化學成分檢測值；y為預處理原料配方比例；n為預處理配方原料數(shù)量.

原料預處理加工后，化學成分含量流失，計算原料中留存下來的化學成分含量留存率推導公式如下：

(3)

式中：ω為留存率；c為預處理后原料某項化學成分含量；g為預處理前原料某項化學成分含量.

基準物料化學成分在實際生產(chǎn)過程中存在不同程度的損耗，通過計算產(chǎn)品中化學成分的轉(zhuǎn)移率作為校正系數(shù)，推導公式如下：

(4)

式中：υ為轉(zhuǎn)移率；p為成品某項化學成分含量統(tǒng)計均值；e為配方原料某項化學成分統(tǒng)計均值.

再造煙葉成分含量計算的輸出公式為預處理原料的化學成分與未預處理原料化學成分的總和，將上式(1)、(2)、(3)、(4)整合得到計算公式如下：

(5)

式中：Z為再造煙葉某項化學成分含量預測值.

2.2 方法的驗證

選取中煙施偉策某規(guī)格型號的再造煙葉對推導公式進行驗證計算，該規(guī)格型號產(chǎn)品的留存率和轉(zhuǎn)移率如表1；配方原料中無需預處理的原料21種，其校正值的計算結(jié)果如表2；需預處理原料7種，其統(tǒng)計值的計算結(jié)果如表3.

表1 預處理原料的留存率及轉(zhuǎn)移率 %

表2 未預處理原料檢測值及校正值 %

表3 預處理原料檢測值及統(tǒng)計值 %

表4 產(chǎn)品預測值分析 %

由表4預測值與實測平均值之間的相對偏差可以看出，偏差程度最大的是總氮，其次是硝酸鹽，其它指標相對偏差均在6%以下；除總氮和硝酸鹽外，其它指標均在實測的最大值和最小值區(qū)間范圍內(nèi)；由于再造煙葉生產(chǎn)原料復雜多樣、化學成分含量波動較大，在預測產(chǎn)品單項指標時對預測結(jié)果造成較大影響，出現(xiàn)相對偏差偏大的情況，但均在可接受范圍.從而可知，該預測推導公式的預測效果較好，準確性能滿足從原料到再造煙葉成品的化學成分預測.

3 方法的準確性

表5 產(chǎn)品預測值與實測值對比表 %

注：相對偏差=(預測值-實測值)/預測值×100%.

對RT01、RT02、RT03、RT04 4個不同規(guī)格型號產(chǎn)品化學成分含量進行預測驗證，從表5中可以看出：RT01、RT02、RT03、RT04產(chǎn)品預測值的相對偏差總體較小.RT01產(chǎn)品氯離子相對偏差較大，但其余指標的相對偏差均在10%以下；RT01和RT02中氯離子相對偏差分別是10.77%、6.85%.其中RT04預測值與實測平均值總體吻合度較高，該再造煙葉配方原料無需進行預處理的原料，直接進行產(chǎn)品化學成分含量的預測，絕對偏差均在6%以下.由此可見，該預測方法具有較好的準確性、普適性，將其用于造紙法再造煙葉化學成分含量預測，預測值具有較高的參考價值.

4 結(jié)語

研究結(jié)果表明，以留存率和轉(zhuǎn)移率參數(shù)為關(guān)鍵性指標建立造紙法再造煙葉化學成分預測方法，預測產(chǎn)品各主要化學成分含量具有一定的可行性.該方法測算出的總糖、還原糖、總氮和煙堿等相對偏差在6%以下，且具有較高的預測精度，說明該預測方法在造紙法再造煙葉生產(chǎn)上有一定的應用價值.該方法存在一定的局限性，主要表現(xiàn)為再造煙葉產(chǎn)品化學成分含量偏高或偏低，預測相對偏差稍大.其主要原因可能有：再造煙葉生產(chǎn)原料均來自打葉復烤和卷煙加工過程產(chǎn)生的下腳料，原料本身化學成分波動較大、難以控制；同時生產(chǎn)投料差異，難以對每一批原料進行取樣檢測；加工過程調(diào)香工序引入的香基化學成分復雜.從而導致產(chǎn)品個別化學指標實測值與預測值偏差較大.

如上所述，原料波動、取樣方式及加工工序等因素勢必會引起預測值與產(chǎn)品實測值差異，即對預測結(jié)果的準確性產(chǎn)生影響.為提高該方法在各因素影響條件下的預測精度，還需對原料及造紙法再造煙葉加工工序各環(huán)節(jié)進行細致分析，探尋影響預測方法的影響因子，同時發(fā)現(xiàn)其規(guī)律.但是，結(jié)合目前實際生產(chǎn)，采用該預測方法能夠?qū)崿F(xiàn)并滿足再造煙葉化學成分含量預測需求，預測值具有較高的參考價值.