王 戈，萬明宇，劉 威，徐瑋杰，陳康康，陳 斌，丁 冉，徐其敏，楊 凱*

1.上海煙草集團有限責任公司技術中心，上海市浦東新區(qū)秀浦路3733號 200120 2.華環(huán)國際煙草有限公司, 安徽省滁州市鳳陽縣門臺子工業(yè)園 233121

打葉復烤作為承接煙草農業(yè)種植和卷煙工業(yè)生產的紐帶［1］，其工藝任務是對煙葉進行梗、葉分離，并對分離出的片煙進行篩分和干燥，便于片煙醇化、貯存，保證片煙滿足制絲生產要求［2］。成品片煙是由各級打葉單元風分器分離出的片煙匯總而成，但由于煙葉不同區(qū)位的耐加工特性［3-4］和化學成分含量［5-6］存在差異，導致各級風分器分離出的片煙的理化指標各不相同，直接影響著成品片煙的品質?，F(xiàn)階段，隨著打葉復烤精細化加工能力的提升，科研人員開始逐漸關注不同打葉風分單元分離片煙的差異和變化規(guī)律。梁淼等［7］研究了葉梗分離工序中各級打葉風分后片煙尺寸的差異，結果表明各級打葉單元匯總片煙的特征尺寸及均勻性隨打葉級數增加逐漸降低。高占勇等［8］、王玉真等［9］分別研究了云南C3F初烤煙葉在不同打葉風分單元化學成分和色度的變化規(guī)律，結果顯示不同打葉風分單元的片煙內在化學品質和色度均存在明顯的分類現(xiàn)象。但關于各級打葉風分單元中不同尺寸片煙的差異性研究仍鮮見報道。因此，以2021年四川初烤煙葉為研究對象，研究了各級打葉風分單元分離出的不同尺寸片煙的流量、化學成分和感官品質的變化規(guī)律，為葉梗分離工序中片煙的精細化分類分級和個性化調配利用提供參考，旨在提高打葉復烤的均質化加工水平和煙葉資源的綜合利用能力。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

2021年四川產區(qū)C2F等級初烤原煙共計9.00萬擔（4.5×106kg），將其按照初配方要求進行工業(yè)二次分選后進行配方打葉加工。

打葉復烤生產線（生產能力12 000 kg/h，葉梗分離工序由5級打葉單元串聯(lián)而成，各風分器編號結果見圖1，華環(huán)國際煙草有限公司）。

圖1 打葉復烤生產線葉梗分離工序示意圖Fig.1 Schematic diagram of lamina-stem separation procedure of a threshing and redrying line

葉片振動分選機（25.4、12.7、6.35和2.36 mm網篩，美國Cardwell公司）；AAS-305D連續(xù)流動分析儀（美國API公司）；FED115熱風循環(huán)烘箱（德國Binder公司）；CSM-I旋風磨［60目（250μm）網篩，北京一輕研究院有限公司］；DFS197粉碎機（上海鼎廣機械設備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 片煙取樣和篩分

待穩(wěn)定生產后，在各風分器出口處進行截面取樣，每次?。? 000±300）g，取5次，按照GB/T 21137［10］的方法分別檢測片煙尺寸分布并實現(xiàn)不同尺寸片煙（大片、中片、小片、碎片）的分離，將分離后的樣品按風分口編號分別存放并混合均勻。完成上述操作記為取樣1次，每天取樣1次，共取3 d。

1.2.2 片煙流量測算

待穩(wěn)定生產后，在各風分器出口處分別截取片煙30 min，截取結束后稱量并記錄樣品質量。完成上述操作記為測算流量1次，每天測算1次，共測算3 d。

1.2.3 烤煙化學成分可用性指數CCUI

參照“中國煙草種植區(qū)劃”的研究成果［11］，選取主要化學成分中的煙堿、總氮、還原糖、鉀及其衍生指標糖堿比、氮堿比和鉀氯比作為不同尺寸烤煙化學成分可用性的參評指標。利用隸屬函數對各參評指標進行百分制賦值。常用的隸屬函數類型有拋物線型、S型、反S型等，結合前人關于烤煙化學成分可用性和化學質量綜合評價的研究成果［11-13］，確定隸屬函數。

烤煙煙堿、總氮、還原糖含量和糖堿比、氮堿比的隸屬函數類型為拋物線型，表達式為：

烤煙鉀含量和鉀氯比的隸屬函數類型為S型，表達式為：

式中：x1、x2、x3、x4分別為各參評指標的下臨界值、最優(yōu)值下限、最優(yōu)值上限和上臨界值；x為各參評指標的實際值。結合上海煙草集團有限責任公司中高端品牌煙葉原料保障的實際情況和相關研究成果［14-17］，確定四川中部煙初配方模塊各參評指標隸屬函數的拐點，并參考文獻［11］設置參評指標權重，見表1。

表1 參評指標的隸屬函數類型、拐點及權重Tab.1 Membership function types，inflection points and weights of evaluation indexes

烤煙化學成分可用性指數（Chemical Components Usability Index，CCUI）采用隸屬度函數模型與指數和法來確定。CCUI值越大，烤煙原料的化學成分協(xié)調性越好。CCUI的計算方式是：

式中：Ci為第i個化學成分指標量化分數；Pi為第i個化學成分指標的權重。

1.2.4 感官品質評價

由上海煙草集團有限責任公司具備煙草行業(yè)感官品質鑒定資質的7位人員完成，感官品質指標的選擇和計算方式參照文獻［11］中的方法，感官總分T的計算方式是：

2 結果與討論

2.1 各級打葉風分單元片煙流量和葉片結構的變化趨勢分析

2.1.1 片煙流量變化趨勢

各級打葉風分單元片煙流量的變化趨勢見圖2。由圖2可以看出：①各級風分單元分選出的片煙流量存在明顯差異，其中1-1和1-2的流量最大，貢獻度分別達到30.3%和20.5%。②在同一打葉單元中，一級風分單元分選出的片煙流量最大，且隨風分級數的增加，片煙流量有逐級減小的趨勢。③以打葉單元為分析維度，隨打葉單元級數的增加，片煙流量逐級降低，其中一級打葉單元為生產線貢獻了64.7%的片煙流量，與四打十一分生產線一級打葉單元62%～69%的出葉量結果類似［18］，而五級打葉單元僅貢獻了3.1%。

圖2 各級打葉風分單元片煙流量的變化趨勢Fig.2 Variation trends of strip flows in all pneumatic separators and threshing units

2.1.2 片煙結構變化趨勢

各級打葉風分單元片煙結構的變化趨勢見圖3。由圖3可見：①各級風分單元分選出的片煙結構存在明顯差異，且大片率的變化范圍最大，其中大片率的極大值出現(xiàn)在1-6（80.7%），而極小值出現(xiàn)在5-1（1.7%）。②對相同打葉單元中的各級風分單元進行比較，一級風分單元（1-1、2-1和3-1）分選出的片煙的尺寸最小，且隨風分級數的增加，片煙尺寸有逐級增大的趨勢。③以打葉單元為分析維度，隨打葉單元級數的增加，大片率逐級降低，中片率、小片率、碎片率和碎末率逐級升高（五級打葉單元的中片率除外），片煙尺寸逐級減小。上述現(xiàn)象與文獻［8］報道的基本一致，產生上述葉片結構差異的原因是，碎末和碎片主要源于打葉器對煙葉的破碎作用，且碎末和碎片的懸浮速度較低，更容易在各級打葉單元的第一級風分器中分選出來，導致同一打葉單元內片煙尺寸隨風分級數的增加而逐級增大；進入二至五級打葉單元的物料是上一級打葉單元風選剩余的煙梗和梗帶葉，殘余的煙葉尺寸較小，再加上隨打葉級數的增加，框欄尺寸逐級縮窄，最終導致各打葉單元的片煙尺寸逐級減小。

圖3 各級打葉風分單元片煙葉片結構的變化趨勢Fig.3 Variation trends of tobacco strip structure in all pneumatic separators and threshing units

2.1.3 各級打葉單元對不同尺寸片煙的貢獻度差異

結合各級打葉風分單元片煙流量和片煙結構的結果，分析了各級打葉單元對不同尺寸片煙的貢獻度（圖4）。一級打葉單元對大片、中片、小片和碎片的貢獻度均最高，貢獻度依次為75.8%、57.2%、44.1%和35.2%。對于碎末，五級打葉單元的貢獻度最高（29.5%），略高于一級打葉單元（29.3%）。以打葉單元為分析維度，比較同一打葉單元對于不同尺寸片煙的貢獻度差異，發(fā)現(xiàn)一級打葉單元對大片的貢獻度最高（75.8%），二、三級打葉單元對中片的貢獻度較高（17.5%和14.3%），四級打葉單元對碎片的貢獻度最高（23.1%），五級打葉單元對碎末的貢獻度最高（29.5%）。

圖4 各級打葉單元對不同尺寸片煙的貢獻度Fig.4 Contribution degrees of all threshing units to tobacco strips of different sizes

2.2 各級打葉風分單元不同尺寸片煙參評指標和CCUI的變化趨勢分析

選取烤煙化學成分可用性指數7個參評指標中權重最高的還原糖、煙堿、糖堿比和氮堿比4個指標進行變化趨勢分析，其中各級打葉單元的化學成分數據由2.1中片煙流量和片煙結構的結果加權獲得［例如，三級打葉單元的大片總糖含量=（大片總糖含量3-i×大片率3-i×片煙流量3-i）÷大片率3-i×片煙流量3-i）］，見圖5。結果顯示：①不同尺寸片煙的還原糖、煙堿、糖堿比和氮堿比4個指標在15級風分口和5級打葉單元中均存在明顯差異和一定的變化規(guī)律，其中碎片在15級風分口的差異最大，還原糖、煙堿、糖堿比和氮堿比的極差分別為5.07、0.30、4.61和0.10。②隨著打葉單元級數的增加，不同尺寸片煙還原糖和糖堿比的差異逐漸減小，趨于一致。③還原糖和糖堿比的變化規(guī)律較類似，片煙尺寸越小，還原糖含量和糖堿比越低；大片和中片的還原糖和糖堿比隨著風分和打葉級數的增加變化較小，大片略有降低的趨勢，而中片略有升高的趨勢；小片和碎片的還原糖和糖堿比隨著風分和打葉級數的增加有明顯升高的趨勢，且碎片的升高幅度更明顯。④對于煙堿含量，總體上碎片的煙堿含量較低，而大、中和小片的煙堿含量的差異較??；隨打葉單元級數的增加，大片的煙堿含量呈現(xiàn)逐漸上升的變化趨勢，中、小和碎片的煙堿含量從一打單元到三打單元逐漸降低而從三打單元到五打單元逐漸升高；在同一打葉單元中，碎片的煙堿含量隨風分級數的增加呈現(xiàn)降低的趨勢。⑤對于氮堿比指標，片煙尺寸越小，氮堿比越高，且碎片的氮堿比顯著大于大、中、小片，說明碎片含有較多非煙堿形式的氮元素（蛋白氮、氨基酸態(tài)氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等）；隨打葉單元級數的增加，大片的氮堿比呈現(xiàn)先減后增的趨勢，而中片、小片和碎片呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

圖5 各級風分口和打葉單元不同尺寸片煙參評指標的變化趨勢Fig.5 Variation trends of evaluation indexes of different size strips in all pneumatic separators and threshing units

為了系統(tǒng)比較各級打葉風分單元不同尺寸片煙的化學成分可用性的差異，使用CCUI指標進行評價（見圖6）。評價結果表明碎片的化學成分可用性明顯小于大、中和小片，且隨著打葉級數的增加碎片的化學成分可用性逐級提高。具體到各級風分口，1-1～1-6和2-1風分口產出碎片的化學成分可用性最低，1-1～1-3風分口產出小片的化學成分可用性較低。

圖6 各級打葉風分單元烤煙化學成分可用性指數CCUI的變化趨勢Fig.6 Variation trends of CCUI of flue-cured tobacco in all pneumatic separators and threshing units

2.3 各級打葉風分單元不同尺寸片煙參評指標的聚類分析

各級打葉風分單元不同尺寸片煙參評指標的聚類分析結果見圖7。由圖7可知，若將15級風分口的片煙樣品分為兩大類，各級風分口的碎片和1-1～1-5風分口的小片聚為一類，其余樣品聚為一類。若將15級風分口的片煙樣品分為三大類，則1-1～1-6和2-1風分口的碎片聚為一類，其余風分口的碎片和1-1～1-5風分口的小片聚為一類，其余樣品聚為一類。通過聚類分析，可以直觀地看出碎片和1-1～1-5風分口產出的小片與其余大、中、小片差異較明顯；聚焦碎片，1-1～1-6和2-1風分口的碎片與其余風分口產出的碎片存在差異，與CCUI的評價結果基本相同。

圖7 各級打葉風分單元不同尺寸片煙參評指標的聚類分析Fig.7 Cluster analysis of evaluation indexes of different size strips in all threshing and pneumatic separating units

2.4 各級打葉單元不同尺寸片煙感官品質變化趨勢分析

依據2.1中片煙流量和葉片結構的數據進行加權并計算各級風分單元不同尺寸片煙的占比，精準還原出各級打葉單元不同尺寸片煙的感官評吸樣品［例如，三級打葉單元的大片感官評吸樣品中3-i（i=1，2，3）大片樣品的占比=（大片率3-i×片煙流量3-i）÷（大片率3-i×片煙流量3-i）］，感官評吸結果見圖8。由圖8可知，整體來看，隨著片煙尺寸的減小，片煙感官質量有下降的趨勢，與文獻［19］報道的結果一致，其中各級打葉單元的大片和中片感官品質差異較小；隨打葉級數的增加，不同尺寸片煙的感官品質均呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其中大、中片的極大值點出現(xiàn)在二級打葉單元，小片和碎片的極大值則分別出現(xiàn)在三級和四級打葉單元。需要指出的是，五打單元碎片的感官品質較差，與上文化學成分和CCUI的評價結果存在差異。通過問詢參與感官品質評價的專家，發(fā)現(xiàn)多數專家認為該樣品透發(fā)性不足，壓香嚴重，刺激性較大，且表現(xiàn)為尖刺狀的酸性刺激，最終導致碎片的感官品質排序為四級打葉＞三級打葉＞五級打葉＞二級打葉＞一級打葉。

圖8 各級打葉單元不同尺寸片煙的感官品質Fig.8 Sensory quality scores of different size strips separated by different threshing units

3 結論

以2021年四川初烤煙葉為研究對象，通過比較各級打葉風分單元分離出的不同尺寸片煙的流量、化學成分和感官品質的變化趨勢，得到以下結論：①隨打葉單元級數的增加，片煙流量逐級降低，其中一級打葉單元貢獻了64.7%的片煙流量。②在各級打葉單元中，碎片和小片更容易在第一級風分口處被分離出。③碎片的化學成分可用性明顯小于大、中和小片，隨著打葉級數的增加碎片的化學成分可用性逐級提高。④不同尺寸片煙的感官品質隨打葉級數的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，大片和中片的感官品質最優(yōu)點出現(xiàn)在二級打葉單元，小片和碎片則分別出現(xiàn)在三級和四級打葉單元。