沈 進，宋成劍，胡夢巖

上海煙草集團太倉海煙煙草薄片有限公司，江蘇省太倉市港口開發(fā)區(qū)東方東路19 號 215433

造紙法再造煙葉具有密度小、孔隙度高、燃燒性好及填充能力大等特性，在卷煙減害降焦、強化卷煙風格特色、提高卷煙產品質量穩(wěn)定性以及降低原料消耗等方面發(fā)揮了積極的作用，越來越多的卷煙企業(yè)把再造煙葉作為配方戰(zhàn)略資源，并將再造煙葉定位為卷煙核心技術的重要組成部分［1-2］。造紙法再造煙葉柔軟度是衡量產品質量的重要指標，與再造煙葉的填充值、手感舒適性等產品性能密切相關，并且與再造煙葉在卷煙中的應用性能呈正相關［3］。柔軟度的大小不僅影響成品打包裝箱工序相關工藝參數(shù)設置和裝箱質量，同時影響卷煙制絲過程切片機和切絲機刀頭磨損程度，引起切絲跑片、造碎等質量問題，進而影響煙絲摻配均勻性、配方比例準確性。進口再造煙葉的手感柔軟性方面明顯好于國產再造煙葉，因此，很多學者不斷探索研究，通過物理、化學、生物等技術手段來提高再造煙葉柔軟度［4-6］。

目前，再造煙葉柔軟度評價方法主要是借鑒造紙行業(yè)紙張柔軟度的測定方法［7］，該方法只能分別測定再造煙葉橫向和縱向柔軟度，無法綜合反映再造煙葉整體柔軟度。近年來，相關技術人員不斷探索了使用質構儀測定煙葉及再造煙葉力學性能［8-10］，但基于質構儀測定再造煙葉柔軟度還未見相關報道。質構儀可以模擬抓握過程，追蹤力值變化，因此，利用質構儀開發(fā)建立再造煙葉柔軟度的測定評價方法，并對不同再造煙葉樣品進行檢測驗證，以期為改進造紙法再造煙葉加工工藝和改善產品可加工性能提供基礎數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗所測造紙法再造煙葉樣品為部分國內再造煙葉廠家以及法國摩迪公司生產的再造煙葉，其中本研究中建立方法使用的樣品為法國摩迪公司生產的再造煙葉。

TA.XT plus 質構儀（英國Stable Micro Systems公司）；Climacell 404 恒溫恒濕箱、Venticell 111 烘箱（德國MMM 公司）；定距切紙刀（長春市月明小型實驗機有限責任公司）。

1.2 方法

1.2.1 再造煙葉樣品的制備

挑選無明顯孔洞的再造煙葉作為待測試樣品，用定距切紙刀將所有待測樣品分別裁切成100 mm×100 mm 的正方形小片，每組樣品各10 張，然后將樣品放在溫度為（22±2）℃，相對濕度為（60±5）%的標準環(huán)境內［11］平衡24 h，使再造煙葉水分分布均勻。

1.2.2 質構儀輔助支架的制備

取一帶有底座的空心圓柱體支架，圓柱體內徑為80 mm、壁厚為2 mm、高度為120 mm，通過螺栓將支架底座與質構儀檢測平臺固定。

1.2.3 柔軟度的測定

①儀器校正：采用應壓測試模式，檢測前對質構儀的力量和高度進行校正。②參數(shù)設定：對下壓探頭的預壓速度、下壓速度、下壓距離、上拉速度等參數(shù)進行設定。③樣品測試：將平衡后的樣品水平放置在空心圓柱體支架裝置中間，啟動儀器并按照設定參數(shù)運行。每個樣品測試10 次，計算其所受感應力的平均值，以F值表示，F(xiàn)值越大，說明樣品的柔軟度越小，反之，F(xiàn)值越小，說明樣品的柔軟度越大。

2 結果與討論

2.1 再造煙葉柔軟度測定方法的建立

2.1.1 探頭類型的選擇

質構儀測試探頭常見的類型有圓柱形、圓錐形、壓榨板、球形、盤形、咀嚼性探頭等，也有滿足特殊測試需求的延伸測試裝置、抗拉測試裝置、輕型刀片測試裝置等，探頭的選擇主要是根據(jù)實際情況，考慮測試要求和檢測的質構特性，選擇不同的測試探頭及測試附件［12-14］。本研究中是利用質構儀模擬抓握再造煙葉過程時所感受到的柔軟程度，通過比較可知，球形探頭比較符合柔軟度測定實際需求，因此，選擇的探頭類型為球形探頭。

2.1.2 探頭預壓速度的選擇

本研究中測定再造煙葉柔軟度主要考察探頭開始接觸樣品至下壓指定距離并回復至初始位置這段時間內探頭所受的最大感應力，所以預壓速度對柔軟度檢測結果沒有直接影響，但下壓探頭預壓速度不宜太大，其原因是如果探頭預壓速度與下壓速度相差較大時，將造成設定的下壓速度與實際值不符［9］。因此，選擇預壓速度為5 mm/s。

2.1.3 探頭下壓速度的選擇

不同下壓速度對再造煙葉柔軟度測定結果的影響見圖1。可知，隨著探頭下壓速度的增大，再造煙葉所受感應力測定值呈緩慢增加趨勢，但下壓速度對感應力的變異系數(shù)影響較大。當下壓速度為2 mm/s時，感應力的變異系數(shù)最小，為4.716%，因此，選擇下壓速度為2 mm/s。

圖1 探頭下壓速度對再造煙葉柔軟度測定結果的影響Fig.1 Effect of pressing speed of the test probe on RT softness results

2.1.4 探頭下壓距離的選擇

不同下壓距離對再造煙葉柔軟度測定結果的影響見圖2。可知，感應力隨下壓距離的增大總體呈增加趨勢，當下壓距離大于15 mm 時，感應力測定值趨于穩(wěn)定，而當下壓距離大于10 mm 時，感應力變異系數(shù)呈逐漸增大趨勢。當下壓距離為10 mm 時，柔軟度變異系數(shù)最小，為6.116%，因此選擇下壓距離為10 mm。

圖2 探頭下壓距離對再造煙葉柔軟度測定結果的影響Fig.2 Effect of pressing distance of probe on RT softness results

2.1.5 探頭上拉速度的選擇

不同上拉速度對再造煙葉柔軟度測定結果的影響見圖3。可知，下壓探頭上拉速度的大小對再造煙葉所受感應力的測定值及其變異系數(shù)影響均較小。為縮短測試時間，選擇下壓探頭上拉速度為25 mm/s。

圖3 探頭上拉速度對再造煙葉柔軟度測定結果的影響Fig.3 Effect of pulling up speed of probe on RT softness results

2.1.6 再造煙葉柔軟度測定方法的驗證

通過2.1.1～2.1.5 小節(jié)的研究，對質構儀測定再造煙葉柔軟度的儀器參數(shù)條件進行了優(yōu)選和確定，其中探頭選型為球形探頭，下壓探頭預壓速度為5 mm/s，下壓探頭下壓速度為2 mm/s，下壓探頭下壓距離為10 mm，下壓探頭上拉速度為25 mm/s。

在此參數(shù)條件下，對該方法的日內、日間精密度進行考察。日內為一天內不同時間對同一樣品重復檢測10 次。日間為連續(xù)5 d，每天安排不同操作人員，對同一樣品重復檢測10 次。該方法精密度結果見表1 和表2。由結果可知，該方法日內、日間精密度分別為6.637%和3.237%，說明該方法測定結果精密度較好。

表1 再造煙葉柔軟度的日內精密度實驗結果（n=10）Tab.1 Results of intra-day repeatability tests on RT softness

表2 再造煙葉柔軟度的日間精密度實驗結果（n=5）Tab.2 Results of inter-day repeatability tests on RT softness

2.2 再造煙葉柔軟度的測定

2.2.1 不同廠家再造煙葉柔軟度比較

根據(jù)2.1 建立的方法，對國內外廠家生產的10種造紙法再造煙葉柔軟度進行了測定，其結果如圖4 所示。由結果可知，該方法測定不同廠家再造煙葉柔軟度的變異系數(shù)在3.616%～7.871%之間，與2.1.6 小節(jié)驗證結果一致，且不同廠家再造煙葉柔軟度存在一定的差異性，10 種再造煙葉感應力平均值為580.688 mN。進口再造煙葉所受感應力明顯低于國產再造煙葉，說明進口再造煙葉柔軟度大于國產再造煙葉。對于國內不同廠家生產的再造煙葉，國產-6 再造煙葉所受感應力最小，即柔軟度最大；國產-1 再造煙葉所受感應力最大，即柔軟度最??；國產-2、國產-3、國產-8 之間的柔軟度較為接近；國產-4、國產-5、國產-9 之間的柔軟度較為接近。

圖4 不同廠家再造煙葉的柔軟度比較Fig.4 Comparison of softness among RT samples from different manufacturers

2.2.2 不同含水率再造煙葉柔軟度

為保障再造煙葉的切絲質量，在制絲過程中會采用增溫增濕的方式提高再造煙葉含水率。將同一種待測造紙法再造煙葉樣品放在溫度為25 ℃，相對濕度分別為50%、60%、65%、70%、75%、80%的恒溫恒濕環(huán)境條件下平衡20 min，然后用烘箱法測定不同濕度條件下再造煙葉的含水率，考察不同含水率對再造煙葉柔軟度的影響，結果如圖5 所示。由圖可知，含水率對再造煙葉柔軟度有較大的影響，隨著含水率的增加，再造煙葉所受感應力顯著降低，即柔軟度顯著提高。當再造煙葉含水率大于15.59%時，隨著含水率的增加，再造煙葉所受感應力降低的趨勢逐漸放緩，當再造煙葉含水率增加到22.13%時，感應力降到47.045 mN。

圖5 不同含水率再造煙葉柔軟度Fig.5 Softness of RT samples with different moisture contents

3 結論

（1）對質構儀測定造紙法再造煙葉柔軟度關鍵影響因素的條件進行了優(yōu)化，建立了質構儀測定再造煙葉柔軟度的方法。合適條件為：探頭類型為球形探頭，下壓探頭預壓速度為5 mm/s，下壓探頭下壓速度為2 mm/s，下壓探頭移動距離為10 mm，下壓探頭上拉速度為25 mm/s。該方法日內（RSD，n=10）和日間（RSD，n=5）精密度分別為6.637%和3.237%，說明該方法測定結果重復性較好。

（2）對部分國內外不同廠家的10 個再造煙葉樣品進行測定可知，不同廠家再造煙葉柔軟度差異較大，其中進口-1 再造煙葉柔軟度最大，國產-1 再造煙葉柔軟度最小，國內廠家生產的再造煙葉柔軟度最大的是國產-6，說明該方法能夠反映出不同再造煙葉樣品柔軟度的差異。因此，該方法可以作為再造煙葉柔軟度的評價方法。

（3）對不同含水率再造煙葉柔軟度進行測定，結果表明，含水率越高再造煙葉柔軟度越大，且再造煙葉含水率大于15.59%時柔軟度的增加幅度逐漸減緩。同時結合席年生［15］的研究結果，造紙法再造煙葉手感柔軟度會影響切絲質量，因此，切絲前可以適當提高再造煙葉的含水率來保證再造煙葉的切絲質量。