薛洪龍 宋成劍 李新生

（上海煙草集團太倉海煙煙草薄片有限公司，江蘇太倉，215433）

煙草薄片是以卷煙生產(chǎn)中的煙草廢棄物為原料，利用造紙工藝加工重組而成的煙草產(chǎn)品，其具有密度低、填充值高、可加工性優(yōu)良、產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)及風格特征可塑性強等特點[1-3]，因此在中式卷煙產(chǎn)品質(zhì)量提升的目標驅(qū)動下，煙草薄片的生產(chǎn)技術和質(zhì)量得到快速發(fā)展，近年來已發(fā)展成為中式卷煙的重要原材料。

目前煙草薄片行業(yè)內(nèi)均采用“先分后合”的工藝，即煙草原料先經(jīng)熱水抽提實現(xiàn)固液分離，然后液相經(jīng)除雜、濃縮、加香后形成涂布液；固相經(jīng)制漿、加纖和加填、抄造形成基片；最后經(jīng)涂布工序（一般指浸漬方式）將涂布液涂布到基片上，再經(jīng)烘干、分切制備得到煙草薄片[3-4]。為賦予煙草薄片更優(yōu)的內(nèi)在品質(zhì)，行業(yè)內(nèi)一般采用相應液相技術用于改變其中某類成分的含量，其中添加有機酸鉀鹽可有效提升煙草薄片的燃燒性能，進而降低卷煙焦油釋放量[5-6]；目前煙草薄片行業(yè)內(nèi)大部分使用的是檸檬酸鉀[7]，其鉀離子具備降焦減害的作用，其檸檬酸根離子具備改善煙草薄片吸味的作用，是較為理想的煙草助燃添加劑[8-10]。

太倉海煙煙草薄片有限公司（以下簡稱太倉海煙公司）技術人員在日常生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，涂布液配制后體系含渣量較濃縮液升高，造成涂布液體系黏度升高，涂布液滲透性下降，使得涂布液性質(zhì)惡化，在涂布干燥后引起煙草薄片表面發(fā)黏、結塊等問題，進而影響煙草薄片的可加工性和可儲存性。同時，回用涂布液離心凈化時香料成分攜帶損失量增加，造成生產(chǎn)成本上升。經(jīng)進一步研究表明，是因為檸檬酸鉀的加入打破了涂布液體系中多種酸堿平衡及沉淀溶解平衡[11]，相關有機酸與金屬離子之間的沉淀反應加劇，體系內(nèi)產(chǎn)生了較多的檸檬酸鹽、蘋果酸鹽、草酸鹽等難溶或微溶的有機酸鹽，導致涂布液體系含渣量和黏度的升高。

為改善涂布液的使用性能，結合前期研究和調(diào)研情況，本研究立足煙草薄片質(zhì)量提升和降本增效工作，對涂布系統(tǒng)進行了改造研究，新增噴涂裝置，使用噴涂工藝將檸檬酸鉀單獨涂布到基片上，可避免其與涂布液體系反應，提高涂布液適用性的同時降低了香料成分損失。

1 涂布系統(tǒng)改造

1.1 原涂布系統(tǒng)

原涂布系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示，將制備完成的濃縮液、調(diào)制液按照配方要求的比例分別加入涂布液罐中攪拌一定時間，再按配方要求加入檸檬酸鉀攪拌后形成涂布液；然后涂布液泵入就地罐中，經(jīng)計量后泵入涂布機，按工藝要求的涂布量進行基片涂布，涂布后經(jīng)烘箱干燥至設定水分后制得煙草薄片。

該工藝流程存在如下問題：①涂布液體系含渣量偏高，黏度偏高，影響涂布液滲透性等使用性能，進而影響產(chǎn)品質(zhì)量；②離心凈化時，香料成分攜帶損失量增加，生產(chǎn)成本上升；③涂布系統(tǒng)各罐體、管道結垢顯著，影響涂布液輸送，定期清潔造成人工成本上升；④結垢物質(zhì)進入涂布機，造成涂布輥異常磨損，引發(fā)涂布量橫幅極差升高。因此在實際生產(chǎn)中，偶發(fā)管道堵塞問題，造成生產(chǎn)停機；涂布輥使用周期縮短，在涂布量橫幅極差偏高時需更換涂布輥。

圖1 原涂布系統(tǒng)工藝流程

1.2 新涂布系統(tǒng)

鑒于原涂布系統(tǒng)存在諸多問題，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸鉀是造成結垢的主要因素，因此決定使用噴涂裝置單獨涂布檸檬酸鉀，避免其與涂布液體系長時間接觸引發(fā)沉淀和結垢。圖2所示為新涂布系統(tǒng)工藝流程。即在原有流程基礎上：①增加檸檬酸鉀單獨溶解供液系統(tǒng)，在涂布機與烘箱間增加噴涂裝置，形成檸檬酸鉀噴涂系統(tǒng)；②更換檸檬酸鉀加入點，將其單獨溶解后，噴涂到涂布后的濕薄片（進入烘箱前）上。噴涂裝置運行現(xiàn)場示意圖見圖3。

圖2 新涂布系統(tǒng)工藝流程

圖3 噴涂裝置運行現(xiàn)場示意圖

改造后，檸檬酸鉀與涂布液接觸時間大幅降低，涂布液體系中溶解平衡不受檸檬酸鉀的影響，涂布液使用性能得到提升。

2 實 驗

2.1 實驗方法

通過涂布液性質(zhì)、煙草薄片（以下簡稱薄片）物理質(zhì)量、化學質(zhì)量、感官質(zhì)量的變化分析，對比涂布系統(tǒng)改造前后生產(chǎn)的穩(wěn)定性及薄片質(zhì)量情況。生產(chǎn)條件為：紙機幅寬2640 mm，生產(chǎn)車速95 m/min，檸檬酸鉀用量1.90%（相對絕干產(chǎn)品），總涂布量（浸涂和噴涂總和）為（36.0±1.0）%，基片定量（58.0±2.0）g/m2。分析所用薄片樣品取自烘箱干燥后，分析所用液體樣品取自涂布液罐。

2.2 性能測試

測試前按照GB/T 16447—2004，將薄片放在溫度（22.0±2.0）℃、相對濕度（60.0±5.0）%的環(huán)境條件平衡48 h后，測定各項性能指標。

2.2.1 涂布液性質(zhì)檢測

（1）黏度測試

按照GB/T 10247—2008利用旋轉黏度計（LVDVII+P，美國BROOKFIELD）測定涂布液黏度，測試溫度（35.0±0.1）℃。

（2）含渣量測試

按照GB/T 21496—2008 利用高速離心機（TDL-5-A，上海安亭科學儀器廠）測定涂布液含渣量，測試條件為：溫度（23.0±0.5）℃，轉數(shù)3000 r/min，時間5 min。含渣量計算見公式（1），結果為5 次測量的平均值。

式中，W1為離心后上清液的質(zhì)量，g；W2為離心前液體質(zhì)量，g；W為離心后沉淀物占比，又稱含渣量，%。

（3）滲透性測試

依據(jù)文獻中煙草薄片對涂布液吸收性能測試方法[12]，使用光學接觸角測試儀（DSA100，德國KRUSS）測試涂布液的滲透性能。

2.2.2 樣品物理指標檢測

（1）定量測定

按照GB/T 451.2—2002 使用電子天平（PL602-L，瑞士METTLER TOLEDO）測定薄片定量。

（2）涂布率測定

涂布率計算見公式（2）。

式中，X1為基片絕干定量，g/m2；X2為薄片絕干定量，g/m2；Y為涂布率，%。

（3）填充值測定

按照煙草行業(yè)標準YC/T 152—2001 使用填充度儀（D51，德國BORGWALDT）測定薄片填充值。

（4）陰燃速率測定

按照煙草行業(yè)標準YC/T 197—2005 使用陰燃儀（FT-30V，北京澳普樂科技公司）測定薄片陰燃速率。

（5）含水率測定

按照煙草行業(yè)標準YC/T 31—1996 使用烘箱（VENTICELL111，德國MMM）測定薄片含水率。

2.2.3 樣品化學指標檢測

根據(jù)煙草行業(yè)對于樣品化學指標的界定，按照煙草行業(yè)標準YC/T 159—2002（水溶性糖）、YC/T 160—2002（總植物堿）、YC/T 217—2007（鉀）利用化學分析儀（AA3，德國SEAL）分別對樣品水溶性糖、總植物堿、鉀含量進行測試。

2.2.4 樣品感官質(zhì)量評價

依據(jù)太倉海煙公司內(nèi)部感官質(zhì)量評價方法（得分差異≤1.0 分，認為無顯著差異），組織感官評吸小組（至少8 人參加）對樣品進行了對比評吸，結果取平均值。

3 結果與討論

3.1 涂布液性質(zhì)對比

涂布液的黏度和含渣量影響涂布效果，依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，涂布液黏度越低，越利于涂布液滲透進基片，否則涂布液惡化后將有部分涂布液停留在基片表面，干燥后引起薄片發(fā)黏，造成結塊等問題。具體涂布液性質(zhì)如圖4 和圖5 所示。對比樣為原涂布系統(tǒng)樣品，噴涂樣為新涂布系統(tǒng)樣品。

圖4 涂布液黏度與含渣量變化

由圖4 可見，新涂布技術中改變檸檬酸鉀加入點，涂布液黏度由對比樣的13.5 mPa·s下降到噴涂樣的11.1 mPa·s，下降了17.78%；涂布液含渣量由對比樣的1.55%下降到噴涂樣的1.17%，下降了24.52%；下降原因是噴涂樣涂布液中無檸檬酸鉀，涂布液體系酸堿平衡及沉淀溶解平衡保持穩(wěn)態(tài)，未有沉淀反應發(fā)生，涂布液性質(zhì)惡化問題得到緩解。

由圖5 可見，噴涂樣涂布液較對比樣涂布液具有更優(yōu)地滲透性能，在初始液體同為8 μL 時，涂布液涂布基片1.0 s 后，對比樣涂布液剩余6.21 μL，滲透速率約為1.79 μL/s；噴涂樣涂布液剩余5.04 μL，滲透速率約為2.96 μL/s，滲透速率較對比樣提高了65.36%；涂布液涂布基片2.0 s后，對比樣涂布液剩余3.57 μL，滲透速率約為2.22 μL/s；噴涂樣涂布液剩余2.47 μL，滲透速率約為2.77 μL/s，滲透速率較對比樣提高了24.77%。實際生產(chǎn)中，在相同涂布量下，滲透速率越快，表明涂布液越容易進入基片內(nèi)部，其停留于基片表面的可能性就越低，進而涂布干燥后薄片表面攜帶的涂布液就越少，薄片表面發(fā)黏的風險降低，其裝箱后產(chǎn)生結塊等問題的風險減少。

圖5 涂布液滲透性變化

3.2 薄片物理指標對比

薄片物理指標是用于衡量產(chǎn)品加工性和燃燒性是否符合客戶需求的重要參數(shù)，具體指標如表1 所示。由表1 可見，噴涂樣在涂布率、填充值、陰燃速率、含水率等相關指標上與對比樣基本一致，均符合產(chǎn)品質(zhì)量指標要求。結果表明，新涂布系統(tǒng)的應用不會改變產(chǎn)品現(xiàn)有物理質(zhì)量指標。

表1 薄片物理指標對比

3.3 薄片化學指標對比

薄片化學指標是用于衡量產(chǎn)品內(nèi)在品質(zhì)和吸味是否符合客戶需求的重要參數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。由表2可見，噴涂樣在總植物堿、水溶性糖、鉀含量等相關指標上與對比樣基本一致，均符合產(chǎn)品質(zhì)量指標要求。結果表明，新涂布系統(tǒng)的應用不會改變產(chǎn)品現(xiàn)有化學質(zhì)量指標。

同時，為驗證噴涂裝置運行穩(wěn)定性情況，在紙機橫幅均勻裁取12點，進行了鉀含量測試，每隔2 h測試1 次以評價噴涂裝置運行穩(wěn)定性，具體數(shù)據(jù)如圖6所示。

表2 薄片化學指標對比 %

圖6 鉀含量橫幅分布情況對比

由圖6 可見，因涂布輥易受涂布液中結垢物質(zhì)影響造成異常磨損，原涂布系統(tǒng)生產(chǎn)中涂布率存在橫幅極差問題，取樣測試其鉀含量橫幅極差，對比樣為0.73%；而噴涂樣中，檸檬酸鉀由噴涂裝置單獨涂布，不受涂布輥影響，其4組橫幅極差均值為0.23%，相比對比樣下降了68.49%。同時4組噴涂樣中，縱向極差平均值為0.13%（范圍0.05%～0.23%），表明系統(tǒng)處于較穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

3.4 薄片感官質(zhì)量對比

檸檬酸鉀的加入有助于薄片產(chǎn)品燃燒性能的改善，其加入量及加入方式可能造成感官質(zhì)量的變化，具體對比數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 薄片感官質(zhì)量對比

由表3 可見，噴涂樣在感官質(zhì)量上與對比樣基本一致，均符合產(chǎn)品質(zhì)量指標要求。

3.5 系統(tǒng)運行不足

新涂布系統(tǒng)中噴涂裝置目前自控水平偏低，在紙機斷紙期間無法自動切斷檸檬酸鉀溶液供給，造成溶液浪費；且噴涂裝置沒有設置回流管道，長時間持續(xù)運行后易于盲端造成雜質(zhì)積累或結晶，導致噴頭堵塞風險上升；噴涂裝置運行周期內(nèi)未能定量檢驗出其對管道結垢、涂布輥磨損等問題的緩解情況。筆者下一步將推進噴涂裝置自控水平的提升，設置回流管道避免盲端雜質(zhì)積累，為噴涂裝置更好地應用于煙草薄片生產(chǎn)提供支撐。

4 結 論

本研究對煙草薄片涂布系統(tǒng)進行了改造，新增噴涂裝置，使用噴涂工藝將檸檬酸鉀單獨涂布到基片上。噴涂技術的應用緩解了涂布液性質(zhì)惡化對煙草薄片生產(chǎn)中的影響，杜絕了其對涂布液體系酸堿平衡及沉淀溶解平衡的影響。

4.1 相比原涂布工藝，新涂布工藝涂布液黏度下降了17.78%，含渣量下降了24.52%。

4.2 新涂布工藝提高了涂布液滲透性，相比原涂布工藝，涂布液涂布基片1.0 s 時，滲透速率增加了65.36%。

4.3 新涂布工藝制備的煙草薄片物理指標、化學指標、感官質(zhì)量均符合產(chǎn)品質(zhì)量指標要求，且與原涂布工藝產(chǎn)品無差。鉀含量不受浸漬涂布影響，相比原涂布工藝，煙草薄片橫幅極差下降了68.49%，改善了鉀含量分布的均勻性。

4.4 由于當前新涂布系統(tǒng)仍處于完善階段，其自控水平偏低，部分管道設置不合理，生產(chǎn)過程中仍需操作人員關注系統(tǒng)運行情況，使用噴涂裝置的優(yōu)越性并未完全發(fā)揮出來，未來將繼續(xù)優(yōu)化噴涂裝置自控能力，優(yōu)化管道布置，使噴涂系統(tǒng)具備高效、便捷、節(jié)約等特點。