宋照凱，李彥周，張長安

（1. 黑龍江煙草工業(yè)有限責(zé)任公司原料管理部，黑龍江哈爾濱 150001；2.天昌國際煙草有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，河南 許昌 450002）

打葉復(fù)烤作為煙草行業(yè)原料供應(yīng)的上游環(huán)節(jié)，其功能不再僅僅是梗葉分離、復(fù)烤干燥，而是要延伸至原料特性研究、模塊化配方、參數(shù)化控制、信息化生產(chǎn)、智能化制造、均質(zhì)化加工等技術(shù)的研究和應(yīng)用。打葉復(fù)烤環(huán)節(jié)作為影響卷煙產(chǎn)品品質(zhì)均勻性的重要因素之一，其產(chǎn)品的均勻性是指片煙產(chǎn)品品質(zhì)的一致性、穩(wěn)定性，應(yīng)包括外觀、內(nèi)在、化學(xué)特性等所有煙葉品質(zhì)要素的一致性、穩(wěn)定性，越來越被卷煙工業(yè)企業(yè)關(guān)注[1-3]。卷煙工業(yè)大品牌戰(zhàn)略的加速推進(jìn)對煙葉原料的均勻穩(wěn)定提出了更高的要求，打葉復(fù)烤均質(zhì)化成為行業(yè)重點(diǎn)品牌持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在需求，對卷煙產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性具有重要影響[4]。當(dāng)前，復(fù)烤企業(yè)多采用模塊配方打葉模式，以人工鋪葉投料對多等級、小批量煙葉進(jìn)行混配加工，自動化水平低，工藝控制能力較弱，配方精準(zhǔn)度和均質(zhì)化水平亟待提升。以自動化精準(zhǔn)配方投料為研究對象，考查不同投料模式對原料均質(zhì)化（煙堿CV 值和感官品質(zhì)） 的影響，通過對當(dāng)前投料模式下提升均質(zhì)化控制能力進(jìn)行探索研究，并對原料煙堿數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的平庫預(yù)混投料模式、投料環(huán)節(jié)精細(xì)化控制能力提供有力支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備和儀器

材料：2021 年許昌C3F。

設(shè)備：1 條設(shè)計(jì)產(chǎn)能為6 000 kg/h 的打葉復(fù)烤生產(chǎn)線，自動化精準(zhǔn)配方投料設(shè)備及定制煙筐（詳見專利CN211003636U 和CN211983752U）[5]。

儀器：Nicolet Summit 型傅里葉變換近紅外光譜儀，美國賽默飛世爾科技（Thermo Scientific） 公司產(chǎn)品；FED240 型電熱烘箱，德國Binder 公司產(chǎn)品；CSM-III 型旋風(fēng)磨（帶40 目網(wǎng)篩），上海度柯自動化科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 取樣方法

在皮帶匯總處，每隔2 h 橫截面取樣1 次，每次3 kg，共取3 d，一共36 個(gè)樣品。

1.2.2 化學(xué)成分近紅外檢測方法

將煙葉樣品剔除煙梗，經(jīng)切絲、混勻后采用四分法獲取檢測樣品，將檢測樣品置于40 ℃烘箱中，干燥至含水率為6%~10%；將煙葉樣品放入旋風(fēng)磨中研磨，過分樣篩后制成煙末樣品，置于20~25 ℃環(huán)境下平衡約4 h，取約16 g 煙樣, 裝入石英杯中，用280 g 的“圖章”形壓樣器壓平杯中樣品后, 放到光譜儀器臺上掃描[6]。近紅外儀器檢測參數(shù)如下：波數(shù)分辨率8 cm-1，間隔4 cm-1，掃描次數(shù)72 次，波數(shù)范圍4 000~10 000 cm-1，測定煙葉中煙堿、總糖含量。

1.2.3 感官品質(zhì)評價(jià)方法

按1.2.1 方法取樣3 kg，手工去梗、切絲，混合均勻后采用四分法選取感官評吸所需煙絲，然后制作成標(biāo)準(zhǔn)煙，置于溫度22 ℃，濕度60%恒溫恒濕箱中平衡48 h，由7 名專業(yè)評吸人員進(jìn)行感官品質(zhì)評價(jià)。

1.2.4 感官品質(zhì)的量化評價(jià)方法

采用天昌公司《原煙質(zhì)量評價(jià)規(guī)程》中的量化評價(jià)方法，品質(zhì)特征各指標(biāo)得分按照表1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算品質(zhì)的特征得分。

表1 品質(zhì)特征指標(biāo)權(quán)重（Yi）

式中：P——感官品質(zhì)特征得分；

Xi——第i個(gè)感官品質(zhì)指標(biāo)得分；

Yi——第i個(gè)感官品質(zhì)指標(biāo)權(quán)重值。

品質(zhì)特征指標(biāo)權(quán)重（Yi） 見表1。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 17.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工鋪葉投料模式對投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化的影響

根據(jù)原煙來料煙堿高、中、低3 個(gè)梯度設(shè)置人工鋪葉16 個(gè)臺位的比例，在投料皮帶匯總處形成完整的原煙配方，待生產(chǎn)運(yùn)行0.5 h 后各參數(shù)穩(wěn)定，在皮帶匯總處每2 h 橫截面取樣1 次，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室制絲、卷制、感官質(zhì)量評價(jià)及煙堿含量的測定。

人工投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量見表2，原煙感官品質(zhì)及煙堿含量均勻性描述統(tǒng)計(jì)見表3。

表2 人工投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量

表3 原煙感官品質(zhì)及煙堿含量均勻性描述統(tǒng)計(jì)

感官品質(zhì)指標(biāo)是配方模塊形成過程中的最終檢驗(yàn)、判斷和配方調(diào)整的依據(jù)，是判斷模塊配方是否達(dá)到混配目標(biāo)或工業(yè)企業(yè)需求目標(biāo)的最重要指標(biāo)之一[7]。由表2 和表3 可知，人工鋪葉臺投料模式下，不同時(shí)間段樣品感官品質(zhì)具有一定的波動性，其中感官品質(zhì)指標(biāo)CV 值波動性最大的是余味，余味CV值8.74%，波動性最小是干燥感。從感官指標(biāo)CV 值來看，人工鋪葉臺投料對感官品質(zhì)指標(biāo)影響較大，煙堿CV 值14.92，也反映出人工鋪葉臺投料模式下配方精準(zhǔn)性的欠缺。主要原因可能是人工投料的隨機(jī)性和隨意性造成配方最小周期的配方比例誤差，尤其是工人夜班后精力不集中，人工誤差引起原煙配方比例不精確，缺乏可控性，直接影響感官品質(zhì)的穩(wěn)定性。

2.2 自動化精準(zhǔn)投料對投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化的影響

為了保證正常生產(chǎn)流量，按照來料煙堿高、中、低設(shè)置合適的投料比例，輸入6 臺自動投料機(jī)的運(yùn)行系統(tǒng)， 系統(tǒng)運(yùn)行0.5 h 后生產(chǎn)流量穩(wěn)定取樣、實(shí)驗(yàn)室制樣、評吸及煙堿含量測定。

自動精準(zhǔn)投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量見表4，原煙感官品質(zhì)及煙堿均勻性描述統(tǒng)計(jì)見表5。

表4 自動精準(zhǔn)投料模式下原煙感官品質(zhì)得分及煙堿含量

表5 原煙感官品質(zhì)及煙堿均勻性描述統(tǒng)計(jì)

由表4 和表5 可知，襄縣C3F 在來料前按煙堿高、中、低3 個(gè)梯度形成自動化精準(zhǔn)配方投料均質(zhì)化配比方案，經(jīng)過自動化精準(zhǔn)投料后不同時(shí)間段樣品感官品質(zhì)有所區(qū)別，由表5 可知，采用自動精準(zhǔn)投料模式下，煙堿CV 值11.77，原煙感官品質(zhì)各指標(biāo)變異系數(shù)均小于4%，各指標(biāo)穩(wěn)定性較好，也反映了自動化精準(zhǔn)投料模式運(yùn)行下，投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化效果較好。

2.3 人工鋪葉投料與自動化精準(zhǔn)投料兩種模式下投料環(huán)節(jié)原料均質(zhì)化的比較

2 種模式下品質(zhì)特征權(quán)重總分見表6，配方模塊感官品質(zhì)均勻性描述統(tǒng)計(jì)見表7，2 種模式下成對樣本檢驗(yàn)見表8。

表6 2 種模式下品質(zhì)特征權(quán)重總分

表7 配方模塊感官品質(zhì)均勻性描述統(tǒng)計(jì)

表8 2 種模式下成對樣本檢驗(yàn)

為了更好地體現(xiàn)對投料環(huán)節(jié)均質(zhì)化的影響，按照方法1.2.4 計(jì)算原煙品質(zhì)特征得分，由表7 可知，人工鋪葉臺投料模塊配方品質(zhì)特征得分CV 值4.39，自動化精準(zhǔn)投料模塊配方品質(zhì)特征得分CV 值2.72。采用SPSS17.0[8]對2 組數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本T檢驗(yàn)處理，2 種模式下模塊配方感官品質(zhì)具有顯著性差異。人工鋪葉投料模式下投料環(huán)節(jié)煙堿CV 值14.92，自動化精準(zhǔn)配方投料模式下投料環(huán)節(jié)煙堿CV 值11.77，煙堿CV 值下降了21.11%。綜上所述，自動化精準(zhǔn)投料模式投料環(huán)節(jié)配方模塊均質(zhì)化效果明顯優(yōu)于人工鋪葉臺投料。

2.4 “雙循環(huán)”投料模式對模塊配方均質(zhì)化的影響研究

為了更進(jìn)一步提升配方模塊投料環(huán)節(jié)的均質(zhì)化效果，在自動化精準(zhǔn)投料模式研究的基礎(chǔ)上，提出了“雙循環(huán)”投料模式，即人工鋪葉投料+自動精準(zhǔn)投料，其技術(shù)原理為：“循環(huán)一”是人工鋪葉臺把單等級煙葉按配方比例形成全配方的模式，“循環(huán)二”是“循環(huán)一”形成的全配方模塊運(yùn)用自動化精準(zhǔn)投料再次混配的模式，進(jìn)一步提升模塊配方投料的精準(zhǔn)性、均勻性。為了明確“雙循環(huán)”投料模式下對模塊配方的均質(zhì)化的影響，采用常規(guī)人工鋪葉投料+自動化精準(zhǔn)投料模式進(jìn)行投料，其中鋪葉臺16 工位，自動化精準(zhǔn)投料臺位6 臺，按1.2.1 和1.2.2方法規(guī)定取樣、磨粉、煙堿含量測定。

“雙循環(huán)”模式樣品煙堿含量見表9，3 種模式配方模塊煙堿變異系數(shù)對比見表10。

表9 “雙循環(huán)”模式樣品煙堿含量

表10 3 種模式配方模塊煙堿變異系數(shù)對比

由表10 可知，“雙循環(huán)”模式投料時(shí)，配方模塊煙葉煙堿變異系數(shù)由常規(guī)模式的14.92%下降到8.95%，變異系數(shù)下降幅度為40.01%。相較于自動化精準(zhǔn)投料時(shí)，煙堿變異系數(shù)11.77%下降到8.95%，變異系數(shù)下降幅度為23.96%說明配方模塊經(jīng)過“雙循環(huán)”模式投料，投料環(huán)節(jié)煙葉煙堿相較于常規(guī)模式、自動化精準(zhǔn)投料模式投料更加趨于一致，有效滿足卷煙品牌發(fā)展和產(chǎn)品創(chuàng)新對打葉復(fù)烤片煙的均勻性和穩(wěn)定性的原料需求。

3 結(jié)論

原煙打葉復(fù)烤加工過程中原煙來料的煙堿變異系數(shù)通常是從24%~30%下降到成品的2%~5%，下降最顯著的是配方投料工序，貢獻(xiàn)率為40%~50%。由于投料環(huán)節(jié)是為后工序提供原料，鋪葉后物料斷面的配方完整性是影響整體配方均質(zhì)化水平的主要因素，此投料環(huán)節(jié)對均質(zhì)化貢獻(xiàn)度也是有一定的限度，后續(xù)加工過程中一潤、二潤、葉梗分離、儲葉柜、復(fù)烤加工等工序的均質(zhì)化調(diào)控，從而達(dá)到批內(nèi)、批間加工過程中的煙堿、感官品質(zhì)的過程穩(wěn)定性。

通過對打葉復(fù)烤投料環(huán)節(jié)不同投料模式對配方模塊均質(zhì)化的影響研究，“雙循環(huán)”投料模式煙堿CV 值相較于人工鋪葉投料下降40.01%，相較于自動化精準(zhǔn)投料下降了23.96%，“雙循環(huán)”投料模式配方模塊感官評吸品質(zhì)的均勻與穩(wěn)定，提高了煙葉間的混合均勻度，消除了煙葉原料間的品質(zhì)差異，保證配方模塊的穩(wěn)定性和一致性，提升成品品質(zhì)，為卷煙品牌創(chuàng)新發(fā)展提供有力的原料保障。