烤煙抗破碎指數最佳測定條件的試驗研究

于建軍 ，衛盼盼 ，杜閱光 ，崔登科 ，陳紅麗 ，代惠娟 ，葉賢文

（1.河南農業大學國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.天昌國際煙草有限公司，河南 許昌 461000；3.河北中煙工業公司，河北 石家莊 050051）

煙草是特殊的農產品，主要通過對葉片加工處理來實現其經濟價值。煙葉在儲藏、運輸及工業加工過程中不可避免的會受到擠壓、切割、撞擊、摩擦、撕裂等不同程度不同方向的人為及機械外力的作用，尤其是在打葉復烤加工過程中，難免會產生一些造碎，這將會大大降低煙葉的可用性，并直接影響到煙草加工企業的經濟效益[1]。如何降低其造碎，最大程度的實現其工業價值，是煙草企業長期以來比較重視的問題之一。

目前，為了降低煙草的破碎，研究重點已從如何在加工過程中降低煙葉的破碎率[2-7]轉向減少煙葉在新機器應用中的造碎[8-10]。煙葉的破碎不僅與其自身內在的化學物質有關，而且還受外界因素的影響，如煙葉加工過程中的周圍環境溫濕度[11-13]，加工機械的工藝參數[14-16]等。在國家標準及ISO標準中，對于煙葉的抗破碎性雖然在煙草教材及相關參考文獻中經常提到，但對煙葉抗破碎性的測定方法以及如何評價這一重要因素一直是個空白。因此，筆者探討了用煙葉抗破碎指數評價煙葉抗破碎性的可行性和穩定性，并對測定煙葉抗破碎指數的理論最佳條件進行了研究，以期為煙草相關理論研究及實際生產提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料：選自2008年產的平頂山烤煙煙葉，品種為中煙 100，等級 B2F、C3F、X2F。

供試儀器：m307996微型植物粉碎機，篩網孔徑（φ3.0、φ2.5、φ2.0、φ1.0 mm），LRH-150-S 恒溫恒濕培養箱等。

1.2 試驗設計

為方便試驗數據的記載與分析，提出煙葉的抗破碎指數定義為：在一定試驗條件下，未通過篩孔的煙葉質量占樣品質量的百分比。

1.2.1 可行性試驗方法設計 煙葉回潮后取15片，分別在葉尖、葉中、葉基（盡量避開主脈和支脈）裁 2 cm×1 cm 的煙片，將煙片放置于 T=（22±1）℃，RH=（50±2）%、（65±2）%、（85±2）%的環境中平衡水分48 h，后稱取10 g煙片放入粉碎機。粉碎5 s后，將煙樣用不同型號篩網過篩，分別對未過篩煙樣稱重，抗破碎指數較大的煙葉抗破碎能力較強，反之，則較差。通過對上中下三部位煙葉的抗破碎指數比較與實際生產的吻合程度來驗證試驗的可行性。

1.2.2 重現性試驗方法設計 煙葉回潮后取15片，分別在葉尖、葉中、葉基（盡量避開主脈和支脈）裁2 cm×1 cm的煙片，將煙片放入環境溫濕度為T=（22±1）℃，RH=（65±2）%的恒溫恒濕箱中平衡水分48 h，后稱取10 g煙片放入粉碎機。粉碎5 s后，過4種不同型號篩網測定煙葉的抗破碎指數。對1～3三份煙葉樣品進行重復性試驗，每個煙樣做3次平行測定，每次均進樣5次取平均值，若3次平行測定的變異系數均小于5%，則表示本法測定煙葉抗破碎性的重復性較好。

1.2.3 最佳測定條件設計 最佳水分條件設計：將各規格煙葉放在 T=（22±1）℃，RH=50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%環境中平衡水分48 h。然后稱取10 g煙片放入粉碎機，粉碎5 s后過4種不同型號篩網，通過對比確定其最佳水分條件。

如表 1 所示，煙葉重量 A=3、5、7 g，粉碎時間B=3、4、5 s，篩網孔徑 C=φ1.0、φ2.0、φ2.5 mm 設計。按L9（33）正交表進行試驗。

表1 正交試驗因素水平

2 結果與分析

2.1 可行性試驗

通過對不同部位煙葉樣品在溫度為（22±1）℃，不同相對濕度條件下抗破碎指數的測定，結果如表2所示。在同一相對濕度條件下，煙葉抗破碎指數表現為中部＞上部＞下部。煙葉抗破碎性的大小與化學成分（總糖、還原糖、煙堿、總氮、蘋果酸等）、細胞壁結構性生物聚合物（總細胞壁物質、纖維素、半纖維素、果膠、木質素）和周圍環境等密切相關[4]。煙葉吸濕性不同是煙葉抗破碎性差異的主要因素[17]，吸濕性較強的中部葉抗破碎性較好，吸濕性較差的下部葉抗破碎性較差。在同一濕度條件下，中部煙所含的細胞壁物質大于上部，上部略大于下部，理論分析，煙葉的抗破碎性表現為中部＞上部＞下部。因此，試驗的結果與實際經驗和理論分析是相吻合的，可見采用抗破碎指數法測定煙葉的抗破碎性是可行的。

表2 不同部位煙葉在相對不同濕度下的抗破碎指數測定

2.2 重復性試驗

利用平均數表示參數的集中趨勢，標準差表示離散程度，變異系數表示穩定性。由表3可知，過4種不同型號篩網的3次平行測定值較為穩定，標準偏差較小，其變異系數均小于3%，試驗數據理想。結果表明用煙葉抗破碎性指數法測煙葉抗破碎性的數據具有重復性，穩定可行。

表3 不同部位煙葉在不同篩網孔徑下煙葉抗破碎指數測定的重復性試驗

2.3 最佳測定條件

2.3.1 最佳水分條件 煙葉是一種吸濕性很強的物料，在一定水分條件下保持一定的含水率[11]。煙葉的實際加工性能與煙葉性質以及環境濕度有很大關系。通過對濕度的調節，減少煙葉在加工過程中的造碎、提高煙葉原料利用率，對降低能源消耗具有非常重要的意義。以中部葉為材料，分析在溫度為（22±1）℃，不同水分條件下煙葉的抗破碎性，試驗結果如表4所示。不論用哪種型號的篩網，煙葉抗破碎指數均隨相對濕度的增加而持續增加，但增加幅度較小。其中相對濕度為85%時，含水率為15.90%，此時煙葉抗破碎指數增幅最大或達最大值，此后趨于平穩或略微下降。由此可見，可將煙葉抗破碎測定的最佳環境溫濕度設定為T=（22±1）℃，RH=（85±2）%，即測定煙葉抗破碎指數的最佳環境溫濕度。

表4 不同相對濕度下煙葉含水率和抗破碎指數分析與比較

2.3.2 正交試驗 煙葉重量、粉碎時間、篩網孔徑是測定抗破碎指數法的主要影響因素，正交試驗結果表明（表5），此試驗的最優水平組合為A1B1C1，抗破碎指數達82.83%，即抗破碎指數測定的最佳工作參數為3 g煙片，粉碎3 s后過φ1.0 mm的篩網。從Rj可以看出因素影響排序為A>C>B，即影響煙葉抗破碎指數的測定的因素排序是煙葉質量A＞篩網孔徑C＞粉碎時間B。

表5 L9（33）正交試驗安排及結果

正交試驗不能區分是由于各因素的水平變化而導致試驗結果的差異，還是由于試驗的隨機波動而導致試驗結果的差異。為解決此問題，需要對試驗結果進行方差分析。方差分析結果表明（表6），因素A和因素C的p值小于0.05，即因素A和因素C對試驗結果影響顯著，而因素B的p值小于0.1，即因素B對試驗結果有一定的影響。因此，因素A和因素C為主要因素，因素B為次要因素，和表6方差分析得到的直觀分析結果是一致的。

表6 方差分析

2.3.3 抗破碎指數測定的穩定性試驗 為驗證用粉碎機在測定煙葉抗破碎指數的可靠性及穩定性，設計了以下試驗：取3份煙葉，按照粉碎機最佳工作參數測定煙葉抗破碎指數，測定結果（表7）。可看出，3份煙葉的抗破碎指數測定結果的變異系數均小于2%，由此進一步說明，用抗破碎指數法測定煙葉抗破碎性的方法可靠，測定結果穩定。

表7 驗證試驗

3 結論與討論

煙葉的抗破碎指數與煙葉含水率、樣品重量、粉碎時間、篩網孔徑相關，因此在這些條件相同的情況下，煙葉的抗破碎性可以通過抗破碎指數來反映。抗破碎指數法從實驗室的條件出發模擬了煙葉加工中各個方向各個強度的受力，試驗首先從可行性和重復性兩方面論證了用抗破碎指數分析煙葉抗破碎性的可行性操作。在此基礎上，通過試驗確定了在實驗室條件下測定煙葉抗破碎指數的最佳條件。試驗表明，在 T=（22±1）℃，RH=（85±2）%的條件下，平衡水分48 h，稱取3 g煙片粉碎3 s后，過φ1.0 mm的篩網為測定煙葉抗破碎指數的最佳條件。

抗破碎指數的定義為：取代表性的煙樣15片，回潮后分別在葉尖、葉中、葉基（盡量避開主脈和支脈）裁成尺寸為 2 cm×1 cm 的煙片，在 T=（22±1）℃，RH=（85±2）%的條件下平衡水分 48 h，稱取 3 g煙片粉碎3 s后，過φ 1.0 mm的篩網，用未穿過篩網的煙片重量占測試煙葉樣品重量的百分比值表征煙葉的抗破碎性，定義為“煙葉抗破碎指數（Shatter Resistance Index，簡稱 SRI）”。SRI值越大，表明煙葉抗破碎能力越強，這是繼抗張力，抗張強度，延伸率后煙葉機械加工性能的又一重要物理指標。本試驗從理論上論證了抗破碎指數對生產的指導作用，但是理論與現實的差距要通過進一步的試驗來解決。因此，將這一理論應用到實際的生產季節、不同溫濕度條件下和與之相配套的生產鏈條中還需進一步研究。

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