李 曉，陳科冰，韓 明，梁 淼，馬雨佳，紀(jì)曉楠

1.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道136 號(hào) 450001

2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司安陽卷煙廠，河南省安陽市龍安區(qū)煙廠路 455004

3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州市隴海東路72 號(hào) 450000

煙葉力學(xué)性能是判斷煙葉耐加工性的重要依據(jù)［1］，對(duì)煙葉原料的損耗及其加工質(zhì)量有重要影響，也是確定設(shè)備工藝參數(shù)的重要參考［2-4］。煙草行業(yè)在力學(xué)性能方面開展了大量工作，目前常用抗張強(qiáng)度［5］、柔軟性［6］、剪切力［7］、拉力和穿透力［8］等表征煙葉韌性。而在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，隨含水率、溫度的降低，煙葉的韌性會(huì)逐漸降低直至消失，與此同時(shí)煙葉的脆性或剛性會(huì)逐漸表現(xiàn)出來。脆性是與韌性相關(guān)又相互對(duì)立的力學(xué)性質(zhì)，煙草行業(yè)在脆性評(píng)價(jià)表征及變化規(guī)律方面研究較少。具體來說，在煙葉脆性評(píng)價(jià)方面，韓明等［9］利用質(zhì)構(gòu)儀的TPA 模式對(duì)煙葉和煙絲脆性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，可直接得出煙葉脆性值大小。而該方法需要對(duì)樣品進(jìn)行兩次壓縮，這就要求樣品具有一定的厚度和回彈能力，煙葉和再造煙葉均具有類似于紙張的特性，利用這種方法可能無法反映樣品脆性的真實(shí)情況［10］。王志杰等［11］利用質(zhì)構(gòu)儀的拉伸模式模擬撕開再造煙葉的過程，并以再造煙葉在撕裂一定距離或時(shí)間過程中力值出峰個(gè)數(shù)來表征其脆性。然而，天然煙葉組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能與再造煙葉存在較大差異，用于再造煙葉脆性評(píng)價(jià)的方法對(duì)于細(xì)脈分布復(fù)雜的天然煙葉的適用性受限。

為了更全面地理解煙葉力學(xué)性質(zhì)，豐富煙葉耐加工性評(píng)價(jià)方法，利用質(zhì)構(gòu)儀的穿刺模式建立了煙葉脆性的定量評(píng)價(jià)方法，并基于此方法考察了不同等級(jí)和含水率煙葉脆性的變化規(guī)律，以期為全面定量評(píng)價(jià)煙葉力學(xué)性能提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

實(shí)驗(yàn)樣品選用2019 年福建邵武、河南平頂山、四川會(huì)理、黑龍江牡丹江4 個(gè)地區(qū)的煙葉，分別選取上、中、下3 個(gè)部位。從不同部位取樣編號(hào)為SW-B2F（邵武上部）、SW-C3F（邵武中部）、SW-X2F（邵武下部）；PDS-B2F（平頂山上部）、PDS-C3F（平頂山中部）、PDS-X2F（平頂山下部）；HL-B2F（會(huì)理上部）、HL-C3F（會(huì)理中部）、HL-X2F（會(huì)理下部）；MDJ-B2F（牡丹江上部）、MDJ-C3F（牡丹江中部）、MDJ-X2F（牡丹江下部）。

TA.XTplus 質(zhì)構(gòu)儀（包括主機(jī)、專用軟件、探頭以及附件）（英國(guó)Stable Micro Systems 公司）；KBF恒溫恒濕箱（德國(guó)Binder 公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

取葉面完整、無明顯灰塵且無斑點(diǎn)的煙葉樣品作為測(cè)試樣品。切除測(cè)試樣品的葉尖和葉端部位，保留中間部位煙葉，將測(cè)試樣品沿與主脈垂直方向切成寬為1 cm 的條狀，然后將待測(cè)樣品放入溫度（20±2）℃、濕度（60±2）%的恒溫恒濕環(huán)境條件下平衡48 h。

1.2.2 煙葉脆性的測(cè)定

（1）質(zhì)構(gòu)儀校正

對(duì)質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行質(zhì)量和高度校正，校正質(zhì)量為（500±1）g，高度為5 cm。調(diào)整底座的中心，使之與穿刺探頭的中心對(duì)齊，然后固定底座位置。

（2）測(cè)試參數(shù)設(shè)定

探頭型號(hào)：P/2N 針型；測(cè)試模式：壓縮模式；實(shí)驗(yàn)動(dòng)作；返回起點(diǎn)；測(cè)前速率：1.0 mm/s；測(cè)試速率：1.5 mm/s；測(cè)后速率：10.0 mm/s；測(cè)試距離：5 mm；觸發(fā)力：5 g；數(shù)據(jù)采集速率：200 次/s（表示計(jì)算機(jī)每秒采集到的速率，單位：points per second）。

（3）樣品測(cè)試

將平衡后的煙葉樣品正面朝上固定在質(zhì)構(gòu)儀底座上，依據(jù)固體食品脆性檢測(cè)原理［12］，利用質(zhì)構(gòu)儀穿刺模式并按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)煙葉進(jìn)行穿刺實(shí)驗(yàn)，通過分析所得應(yīng)力-應(yīng)變曲線，以最大貫入力（F）和相應(yīng)貫入深度（D）之比作為脆性（B）評(píng)價(jià)指標(biāo)［12-14］。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試8 次，去掉最大值與最小值后，取其余數(shù)據(jù)的平均值。B 值越小，說明煙葉脆性越小，煙葉不易造碎；反之，B 值越大，說明煙葉脆性越大，煙葉抗碎性降低。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

固定其他測(cè)試條件不變，分別探究不同探頭型號(hào)、測(cè)試速率、測(cè)試距離、觸發(fā)力對(duì)煙葉脆性的影響。探頭型號(hào)選用P/2N 針型探頭以及P/6 柱形探頭；測(cè)試速率分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm/s，測(cè)試距離分別為2、3、4、5、6 mm，觸發(fā)力分別為3、5、7、9、11 g。

1.2.4 中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用Box-Behnken法［15］設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為進(jìn)一步驗(yàn)證測(cè)試速率（A1）、測(cè)試距離（A2）、觸發(fā)力（A3）對(duì)煙葉脆性的影響，采用測(cè)試速率分別為1.0、1.5、2.0 mm/s，測(cè)試距離分別為4、5、6 mm，觸發(fā)力分別為3、5、7 g，進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以B 作為響應(yīng)值，采用三因素三水平的響應(yīng)分析法進(jìn)行設(shè)計(jì)，響應(yīng)曲面因素水平見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素與水平Tab.1 Experimental factors and their levels

2 結(jié)果與討論

2.1 煙葉脆性檢測(cè)方法的建立

2.1.1 探頭類型的選擇

質(zhì)構(gòu)儀主要通過模擬人的觸覺對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析，通過對(duì)樣品壓縮［16］、穿刺［12］、拉伸［17］等可對(duì)其主要物理特征做出數(shù)據(jù)化的表征，是一種精確的感官量化測(cè)試儀器［18］。穿刺探頭主要包括針型探頭和直徑較小的柱形探頭，本研究中選用P/2N 針型和P/6 柱形探頭考察其對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。由表2 可知，不同測(cè)試探頭均能較好地反映煙葉脆性大小，其中P/6 探頭所測(cè)脆性B 值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P/2N 所測(cè)B 值。這可能是因?yàn)镻/6 探頭直徑較大，其與煙葉樣品接觸面積增加，樣品不易被探頭穿破，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)為最大貫入力遠(yuǎn)大于P/2N 所測(cè)值，與之相比貫入深度則變化不明顯。P/6 探頭所測(cè)煙葉脆性B 值對(duì)應(yīng)的變異系數(shù)相對(duì)較大，這可能是因?yàn)闊熑~樣品支脈較多，探頭直徑過大，不可避免地受到支脈干擾，測(cè)試結(jié)果具有較大波動(dòng)性。因此，綜合考慮，P/2N 測(cè)試探頭更適合于煙葉脆性檢測(cè)。

表2 不同探頭型號(hào)煙葉脆性測(cè)試結(jié)果Tab.2 Results of tobacco leaf brittleness tested by using probes of different types

2.1.2 測(cè)試速率對(duì)煙葉脆性測(cè)定結(jié)果的影響

測(cè)試速率是指探頭從開始接觸待測(cè)樣品到探頭返程時(shí)這段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行速率，驗(yàn)證不同測(cè)試速率（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mm/s）對(duì)B 值的影響結(jié)果見圖1。可知，測(cè)試速率對(duì)B 值影響較大，隨測(cè)試速率增加，兩種煙葉樣品B 值整體呈上升趨勢(shì)，這可能是由于隨測(cè)試速率增加，探頭在下壓過程中迅速穿透煙葉樣品，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上具體表現(xiàn)為貫入深度隨之減小，脆性增大。測(cè)試速率對(duì)B 值的變異系數(shù)也有較大影響。測(cè)試速率為0.5 mm/s 時(shí)，由于受到測(cè)前速率的影響，兩種煙葉樣品的測(cè)定結(jié)果變異系數(shù)均較大，當(dāng)探頭速率達(dá)到2.0 mm/s 時(shí)，B 值的變異系數(shù)開始明顯增大，而下壓速率為1.0 和1.5 mm/s 時(shí)，探頭下壓速率對(duì)兩個(gè)樣品測(cè)定結(jié)果變異系數(shù)的影響基本相同。因此，綜合來看，為縮短樣品測(cè)試時(shí)間，選擇探頭測(cè)試速率為1.5 mm/s。

圖1 不同測(cè)試速率對(duì)兩種煙葉樣品脆性測(cè)定結(jié)果的影響Fig.1 Effects of different test speeds on results of brittleness of two tobacco leaf samples

2.1.3 測(cè)試距離對(duì)煙葉脆性測(cè)定結(jié)果的影響

測(cè)試距離是指探頭開始接觸待測(cè)樣品時(shí)繼續(xù)下壓的距離。考察了兩種樣品不同測(cè)試距離（2、3、4、5、6 mm）對(duì)B 值的影響，結(jié)果見圖2?？芍?，測(cè)試距離對(duì)B 值的影響較小，測(cè)試距離大于2 mm時(shí)，兩種煙葉樣品B 值的大小基本不變；測(cè)試距離對(duì)測(cè)定結(jié)果的變異系數(shù)有一定的影響，在測(cè)試距離為2 mm 時(shí)，其變異系數(shù)較大，這可能是因?yàn)樵诖藯l件下探頭沒有完全穿透煙葉，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。當(dāng)測(cè)試距離為3 mm 時(shí)，變異系數(shù)相對(duì)較小；但是當(dāng)測(cè)試距離繼續(xù)增加到4 mm 時(shí)變異系數(shù)反而增大；測(cè)試距離增大到5、6 mm 時(shí)，兩種樣品脆性的變異系數(shù)值趨于平穩(wěn)。通過分析該方法的測(cè)試原理，探頭接觸到樣品后，樣品所承受的力逐漸增大，直至破裂前達(dá)到峰值；穿破樣品后探頭受力驟減，之后探頭繼續(xù)下壓運(yùn)行并不會(huì)影響最大貫入力的讀取。故即使測(cè)試距離選得略大，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也不會(huì)有負(fù)面影響。因此，測(cè)試距離選擇為5 mm。

圖2 不同測(cè)試距離對(duì)兩種煙葉樣品脆性測(cè)定結(jié)果的影響Fig.2 Effects of different test distances on results of brittleness of two tobacco leaf samples

2.1.4 觸發(fā)力對(duì)煙葉脆性測(cè)定結(jié)果的影響

觸發(fā)力是觸發(fā)測(cè)試數(shù)據(jù)記錄的控制因素，探頭所受阻力大于觸發(fā)力后儀器才開始記錄數(shù)據(jù)［19］?？疾炝藘煞N樣品不同觸發(fā)力（3、5、7、9、11 g）對(duì)B 值的影響，結(jié)果見圖3?？芍?，觸發(fā)力對(duì)B值的影響較大，隨觸發(fā)力的增加，兩種樣品脆性呈逐漸上升趨勢(shì)。這可能是改變了初始應(yīng)力-應(yīng)變曲線的軸向應(yīng)變所致。觸發(fā)力對(duì)測(cè)定結(jié)果的變異系數(shù)也有較大影響，兩個(gè)樣品在觸發(fā)力為3 g 時(shí)，變異系數(shù)均較大，樣品1 在觸發(fā)力為5 g 時(shí)變異系數(shù)最小，樣品2 則在觸發(fā)力為7 g 時(shí)變異系數(shù)最小，隨后兩個(gè)樣品的變異系數(shù)均呈現(xiàn)一定增加趨勢(shì)?？紤]到過小的觸發(fā)力會(huì)帶來信號(hào)噪音，過大的觸發(fā)力可能在探頭已經(jīng)下壓樣品一定距離之后才會(huì)記錄數(shù)據(jù)，不能準(zhǔn)確反映數(shù)據(jù)記錄之前的煙葉樣品力學(xué)特性［19］，且數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較差。經(jīng)綜合考慮，觸發(fā)力設(shè)置為5 g。

圖3 不同觸發(fā)力對(duì)兩種煙葉樣品脆性測(cè)定結(jié)果的影響Fig.3 Effects of different trigger forces on results of brittleness of two tobacco leaf samples

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

采用DesignExpert 8.0.6 軟件對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

2.2.2 模型建立與顯著性檢驗(yàn)

對(duì)表3 中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DesignExpert 8.0.6軟件進(jìn)行多元回歸擬合，得到編碼后的回歸方程根據(jù)表4，剔除不顯著項(xiàng)，得到回歸方程方程中A1、A2和A3均經(jīng)過量綱1 線性編碼處理，各項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值的大小直接反映了各因素對(duì)指標(biāo)值的影響程度，系數(shù)的正負(fù)反映了影響的方向。方差分析結(jié)果和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表3 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果Tab.3 Schemes and results of response surface analysis

由表4 可知，優(yōu)化出的回歸模型的P＜0.01，說明該模型用于評(píng)價(jià)本實(shí)驗(yàn)可信度非常高，失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），說明擬合度好。模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.960 8，校正決定系數(shù)3.6%，說明因變量與自變量之間線性關(guān)系顯著，最佳條件下實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間偏差較小，數(shù)據(jù)精度高，擬合度良好，實(shí)驗(yàn)操作可行。

表4 響應(yīng)值模型數(shù)學(xué)方差分析結(jié)果Tab.4 Mathematical variance analysis results of response value model

此外，該回歸模型中因素A1、A3，交互項(xiàng)A1A3，二次項(xiàng)的P值＜0.05，對(duì)因變量有顯著影響。因素對(duì)考察指標(biāo)影響則不顯著。比較各項(xiàng)F 值可知，各因素對(duì)因變量的影響大小為觸發(fā)力A3＞測(cè)試速率A1＞測(cè)試距離A2。

2.2.3 響應(yīng)面分析

通過二次回歸模型擬合的等高線圖和響應(yīng)曲面圖如圖4～圖6 所示。測(cè)試速率、測(cè)試距離、觸發(fā)力之間交互作用對(duì)煙葉脆性的影響可根據(jù)響應(yīng)面變化情況和等高線的稀疏程度來判斷，若等高線接近圓形或呈圓形，說明兩因素交互作用不明顯，若呈橢圓形或馬鞍形時(shí)則表示兩因素交互作用顯著［20-21］。

圖4 測(cè)試速率和測(cè)試距離對(duì)煙葉脆性測(cè)定結(jié)果影響的等高線圖和響應(yīng)面圖Fig.4 Contour plot and response surface plot on the effects of test speed and test distance on results of tobacco leaf brittleness

由圖4 中的等高線可知，A1A2等高線接近圓形，且相較于A1A3、A2A3的等高線坡度較緩，說明測(cè)試速率和測(cè)試距離無明顯交互作用。由響應(yīng)面圖可知，在測(cè)試范圍內(nèi)，煙葉脆性隨測(cè)試速率的增加呈逐漸上升的趨勢(shì)，隨測(cè)試距離的增加而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。

由圖5 中的等高線圖可知，A1A3等高線趨于橢圓形或馬鞍形，等高線密集，說明測(cè)試速率和觸發(fā)力有明顯交互作用，這與方差分析結(jié)果一致。由響應(yīng)面圖可知，在低觸發(fā)力、低測(cè)試速率范圍條件下，煙葉脆性隨觸發(fā)力、測(cè)試速率的增加表現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)，在高觸發(fā)力、高測(cè)試速率條件下其上升趨勢(shì)變緩。

圖5 測(cè)試速率和觸發(fā)力對(duì)煙葉脆性測(cè)定結(jié)果影響的等高線圖和響應(yīng)面圖Fig.5 Contour plot and response surface plot on the effects of test speed and trigger force on results of tobacco leaf brittleness

由圖6 中的等高線圖可知，A2A3等高線趨于圓形，等高線疏松，說明測(cè)試距離和觸發(fā)力交互作用并不明顯，這與方差分析結(jié)果一致。由響應(yīng)面圖可知，煙葉脆性隨觸發(fā)力的增加呈現(xiàn)出線性上升趨勢(shì)，隨測(cè)試距離的增加呈先升后降的趨勢(shì)。

圖6 觸發(fā)力和測(cè)試距離對(duì)煙葉脆性測(cè)定結(jié)果影響的等高線圖和響應(yīng)面圖Fig.6 Contour plot and response surface plot on the effects of trigger force and test distance on results of tobacco leaf brittleness

2.3 煙葉脆性檢測(cè)方法的驗(yàn)證

為考察方法的可靠性，在上述優(yōu)化的測(cè)試參數(shù)條件下，對(duì)該方法的日內(nèi)、日間精密度進(jìn)行考察。安排3 名操作人員，使用同一臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器，分別在3 d 內(nèi)的不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)同一樣品重復(fù)檢測(cè)5次，測(cè)得日內(nèi)精密度、日間精密度。由表5 可知，該方法日內(nèi)精密度在3.84%～4.28%之間，日間精密度為2.86%。說明該方法相對(duì)穩(wěn)定、精密度較好。

表5 方法的精密度Tab.5 Precision of experimental method （g·mm－1）

2.4 煙葉脆性測(cè)定結(jié)果分析

2.4.1 不同地區(qū)、部位煙葉脆性比較

4 個(gè)產(chǎn)區(qū)不同部位煙葉樣品脆性的測(cè)定結(jié)果見圖7?？芍煌貐^(qū)煙葉脆性存在一定的差異，其中黑龍江牡丹江地區(qū)3 個(gè)部位煙葉脆性明顯大于其他地區(qū)，福建邵武中部和下部煙葉的脆性最小；不同部位煙葉脆性存在明顯差異，除福建邵武上部煙葉脆性大于下部和中部外，其余地區(qū)煙葉脆性均表現(xiàn)為下部葉＞上部葉＞中部葉。煙葉脆性是反映煙葉物理特性的重要指標(biāo)，與其他力學(xué)性能密切相關(guān)。喻奇?zhèn)サ龋?］的研究結(jié)果顯示，煙葉粘附力大小為中部葉＞上部葉＞下部葉。本研究中煙葉脆性在不同部位的變化與粘附力相反，粘附力是煙葉油分的體現(xiàn)，粘附力越大，油分越充足，此時(shí)煙葉韌性較強(qiáng)，脆性較??；粘附力越小，油分不足，此時(shí)煙葉主要表現(xiàn)為枯燥、易碎的狀態(tài)。

圖7 不同地區(qū)和部位煙葉的脆性比較Fig.7 Comparison of brittleness among tobacco leaves from different areas and stalk positions

2.4.2 不同含水率對(duì)煙葉脆性的影響

煙葉在加工過程中必須保持一定的含水率，含水率過大、過小或不均勻均會(huì)影響煙葉的物理性能和加工質(zhì)量。如果含水率過高，煙葉會(huì)相互粘合，影響到煙草設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，造成煙葉粘結(jié)在設(shè)備上或煙葉相互間的摩擦增大，影響打葉質(zhì)量的穩(wěn)定性；含水率過小或溫度偏低則會(huì)導(dǎo)致煙葉過脆，在打葉過程中劇烈外力的作用下，大中片率減少，碎片率和含梗率增加；水分不均勻則會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，甚至同一批次質(zhì)量不穩(wěn)定［22］。因此，在煙葉加工各環(huán)節(jié)，必須保證含水率達(dá)到工藝要求，并保證其均勻性［23］。只有適當(dāng)降低煙葉脆性，才能提高其抗破碎性能。將裁剪后的煙葉樣品放入溫度為22 ℃，相對(duì)濕度分別為55%、60%、65%、70%、75%、80%和85%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。由圖8 可知，當(dāng)含水率小于20%時(shí)，福建邵武3 個(gè)等級(jí)的煙葉脆性變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)較大程度降低。而隨著含水率進(jìn)一步增加，煙葉脆性降低趨勢(shì)逐漸變緩，3 個(gè)等級(jí)煙葉脆性值基本維持在25～30 g/mm 之間，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在高含水率條件下，煙葉柔韌性較強(qiáng)，此時(shí)煙葉的力學(xué)狀態(tài)主要由韌性主導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，福建邵武X2F 等級(jí)煙葉脆性明顯大于B2F 和C3F等級(jí)；含水率低于18%時(shí)，B2F 等級(jí)煙葉脆性高于C3F。

圖8 不同含水率條件下福建邵武不同等級(jí)煙葉的脆性Fig.8 Brittleness of tobacco leaves of different grades under different moisture content conditions

2.4.3 不同環(huán)境濕度條件下煙葉穿透顯微觀察

對(duì)不同相對(duì)濕度（55%、65%、75%、85%）環(huán)境條件下實(shí)驗(yàn)后的煙葉樣品進(jìn)行顯微觀察，結(jié)果如圖9。

圖9 不同相對(duì)濕度環(huán)境條件下實(shí)驗(yàn)后樣品的顯微觀察結(jié)果Fig.9 Microscopic images of experimental samples under different environmental relative humidity conditions

含水率較低的煙葉，在被針型探頭穿刺時(shí)，受外部應(yīng)力集中于一點(diǎn)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。如圖9a 所示，55%相對(duì)濕度條件下煙葉樣品的穿透孔徑較大，且無明顯規(guī)則，孔徑周圍有明顯的撕扯痕跡，伴隨有大量的微破裂，并有一條細(xì)長(zhǎng)裂紋貫穿于整個(gè)穿透孔徑，脆性較強(qiáng)；65%相對(duì)濕度條件下，煙葉樣品的穿透孔徑呈規(guī)則圓形，孔徑大小適中，但孔徑周圍有較多細(xì)小微裂紋延展開來，微破裂較多，脆性適中；75%相對(duì)濕度條件下，煙葉樣品的穿透孔徑呈規(guī)則圓形，孔徑較小，孔徑周圍沒有明顯的裂紋展開，微破裂較小或不發(fā)育［24］，脆性較??；85%相對(duì)濕度條件下，煙葉試樣的穿透孔徑呈一條彎曲曲線狀，裂縫發(fā)育程度單一，孔徑周邊斷面平整，無明顯撕扯痕跡，脆性較弱甚至消失不見。

3 結(jié)論

（1）在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化了基于質(zhì)構(gòu)儀穿刺模式煙葉脆性測(cè)試參數(shù)，建立了煙葉脆性檢測(cè)方法。本方法相對(duì)穩(wěn)定、精密度較高。

（2）煙葉脆性在不同地區(qū)之間差異顯著，黑龍江牡丹江地區(qū)煙葉脆性最大，福建邵武地區(qū)煙葉脆性最??；在不同部位間存在明顯差異，呈現(xiàn)的趨勢(shì)為下部煙葉＞上部煙葉＞中部煙葉。

（3）各等級(jí)煙葉脆性均隨含水率的增加而降低，當(dāng)含水率＞20%時(shí)各等級(jí)煙葉脆性下降趨勢(shì)逐漸變緩甚至無變化。對(duì)不同濕度條件下實(shí)驗(yàn)后的煙葉進(jìn)行顯微觀察發(fā)現(xiàn)：隨環(huán)境濕度的增加，煙葉穿透孔徑逐漸減小，孔徑周圍由開始的明顯撕扯痕跡逐漸演變?yōu)閿嗝嫫秸?/p>

綜上所述，本方法可以反映不同地區(qū)、部位以及不同含水率煙葉樣品脆性差異，可作為煙葉脆性的評(píng)價(jià)方法。