管板式烘絲機工藝參數對卷煙香氣的影響

韋小玲 康金嶺

（1.鄭州輕工業學院食品與工程學院，河南 鄭州 450002；2.廣西中煙工業有限責任公司柳州卷煙廠，廣西 柳州 545005）

葉絲干燥是卷煙制絲生產環節中的一個關鍵工序，其主要工藝任務是對切后葉絲進行干燥、去濕，使烘后葉絲松散、卷曲［1］，葉絲在干燥脫水過程中發生一系列化學變化和物理性狀的改變，能提高葉絲填充能力，減少葉絲青雜氣，改善卷煙吸味及內在品質［2］。

管板式烘絲機是目前煙草行業內應用較為廣泛的雙筒結構葉絲干燥設備，內外筒通過輻條連接形成一個帶環形通道的雙筒結構，根據工藝需要熱風可進行順、逆流自動轉換，熱效應高。煙絲通過HT 振槽均勻喂入烘絲機內外筒組成的環行空間，在環行空間內葉絲通過炒料板與烘絲機內外筒壁直接進行熱交換、同時與熱風充分接觸，葉絲脫水后的潮氣隨熱風通過出料罩排潮裝置排除。設備主要通過調整（烘絲筒）入口溫度、筒壁溫度、熱風溫度、排潮（風門）開度等參數控制烘絲機出口葉絲含水率，通過控制干燥脫水過程中的強度和速度等工藝參數影響烘后葉絲質量［3］。本試驗采用逆流干燥，有利于煙氣濃度的提高［4］。

目前行業在烘絲機工藝參數對卷煙物理綜合質量方面的研究較多［5－7］，而對管板式烘絲機工藝參數對卷煙內在質量，特別是對卷煙香氣影響的研究鮮有報道。本試驗利用響應曲面分析法研究卷煙生產過程中管板式烘絲機工藝參數對卷煙香氣的影響及參數最佳配置，為管板烘絲機的烘絲工藝參數設置提供了一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

烤煙：三類卷煙A 配方，廣西中煙工業有限責任公司；

隧道式葉絲回潮機：WQ7215，昆明船舶制造有限責任公司；

管板式烘絲機：SH315D 型，秦皇島煙草機械有限責任公司；

卷煙機：PROTOS70，德國虹霓機械制造股份有限公司；

恒溫恒濕箱：KBF240，德國Binder公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 設計方法 試驗過程中，采用追蹤取樣法，為排除其它干擾因素對結果的影響，每次工藝參數調整使用一份煙絲，各項參數穩定后在烘絲機出口振槽取樣。

1.2.2 樣品的制備

（1）生產正常時，每批次進行一項工藝參數試驗，待過程穩定后取樣。每項參數取樣3次，每次10kg，混合作為1個樣品。

（2）將現場取得的試驗樣品，降至常溫，調節煙絲含水率至12.0%左右，分別上機卷制成同一規格煙支，置于恒溫恒濕箱平衡24h并經重量挑選后，用于感官質量評吸。

1.2.3 樣品的評價

（1）由廣西中煙工業有限責任公司柳州卷煙廠評吸委員會固定委員9人，按GB／T 5606.4——2005《卷煙》第4部分：感官技術要求規定方法，采用明評的方式進行對比評價。評吸過程中，試驗樣品與基準樣品進行香氣指標對比評價，確定香氣指標的具體分值。

（2）本產品基準樣品香氣設計值為28分。

1.2.4 工藝參數選擇 根據樣品評價結果，對利用最優參數組合生產的樣品，與優化前正常參數生產的產品進行感觀質量香氣項對比評價，最終確定優化后的工藝參數。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 筒壁溫度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，入口溫度78 ℃，熱風溫度100 ℃，排 潮 開 度40%條件下，分別設置筒壁溫度136，138，140，142，144 ℃，評價香氣指標得分。結果見圖1。

圖1 筒壁溫度對香氣的影響Figure 1 The temperature of the tube wall on the effects of Cigarette aroma on Line chart

由圖1可知，香氣得分隨著入口溫度的增加呈現先上升趨勢，當入口溫度超過140 ℃以后，香氣得分隨著入口溫度增加又呈現下降趨勢，從感官質量評價中筒壁溫度參數對香氣影響較大，溫度較低時，香氣不透發，溫度較高時香氣有苦味，在唐大新的研究［8］中得到相似驗證。因此選擇筒壁溫度140 ℃為宜。

2.1.2 入口溫度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，筒壁溫度140 ℃，熱風溫度100 ℃，排潮開度40%條件下，分別設置入口溫度72，75，78，81，84 ℃，評價香氣指標得分。結果見圖2。

圖2 入口溫度對香氣的影響Figure 2 The effect of temperature on the effects of Cigarette aroma on Line chart

由圖2可知，香氣得分隨著入口溫度的增加呈現先上升趨勢，當入口溫度超過78 ℃以后，香氣得分隨著入口溫度增加又呈現下降趨勢，說明葉絲入口溫度過低和過高都對烘后葉絲香氣不利。因此確定入口溫度78 ℃為宜。

2.1.3 熱風溫度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，筒壁溫度140 ℃，入口溫度78 ℃，排潮開度40%條件下，分別設置熱風溫度90，95，100，105，110 ℃，評價香氣指標得分。結果見圖3。

圖3 熱風溫度對香氣的影響Figure 3 The air of temperature on the effects of Cigarette aroma on Line chart

由圖3可知，香氣得分隨著熱風溫度的增加呈現先上升趨勢，當熱風溫度超過100 ℃以后，香氣得分又呈現下降趨勢，較低或較高的熱風都不利于卷煙香氣特性的改善，這與葉春文等的研究結果［9］一致。因此選擇熱風溫度100 ℃為宜。

2.1.4 排潮開度對卷煙香氣的影響 在烘絲工藝流量6 800kg／h，筒壁溫度140 ℃，熱風溫度100 ℃，入口溫 度78 ℃條件下，分別設置排潮開度30%，40%，50%，60%，70%，評價香氣指標得分。結果見圖4。

由圖4可知，香氣得分隨著排潮開度的增加呈現先上升趨勢，當排潮開度超40%以后，香氣得分又呈現下降趨勢。這與胡建軍等的研究結果［7］一致，故選擇排潮開度40%為宜。

2.2 響應曲面設計優化烘絲工藝參數

在單因素試驗基礎上，采用Box－Behnken 設計，利用Box－Behnken中心設計原理，對影響卷煙香氣的入口溫度、筒壁溫度、熱風溫度及排潮開度等因素，采用Minitab－16分析軟件設計四因素三水平中心組合試驗，中心點試驗重復3次，試驗因素水平設計及結果見表1、表2。

圖4 排潮開度對香氣的影響Figure 4 The moisture exhaust opening on the effects of Cigarette aroma on Line chart

表1 Box－Behnken設計試驗因素水平及編碼表Table 1 Box－Behnken design experiment Vairables levels and coding table

2.2.1 各因素對香氣得分的影響分析 為得出各因素對香氣得分的影響，以香氣得分為指標（Y），利用Minitab－16分析軟件對表2的試驗結果進行了分析，得到4個因素與香氣得分之間的回歸方程：

對回歸模型進行方差分析，結果見表3。

由表3可知，回歸模型達到顯著水平（P＜0.05），說明回歸方程有效，試驗誤差小，因此可用該回歸方程代替真實試驗進行分析。一項試中X1、X3和X4的偏回歸系數差異顯著，說明筒壁溫度、入口溫度、排潮開度對香氣有顯著影響，X2的偏回歸系數不顯著，說明熱風溫度在試驗范圍內對香氣影響不顯著。根據F 值的大小，對香氣影響的大小因素排序為筒壁溫度＞排潮開度＞入口溫度＞熱風溫度。

2.2.2 各因素間交互作用對香氣的影響 以最顯著項X1和其他X2、X3、X4參數項分別進行分析比較，見圖5～7。

表2 Box－Behnken設計試驗及結果Table 2 Box－Behnken design experiments and results

圖5的三維空間圖表明筒壁溫度比熱風溫度影響更顯著；圖6的三維空間圖表明筒壁溫度比入口溫度影響更顯著；圖7的三維空間圖表明筒壁溫度比排潮開度影響更顯著。筒壁溫度和排潮開度之間的交互作用對香氣影響最大。

2.2.3 最佳工藝條件的優化及模型驗證 為確定各因素的最佳取值，利用Minitab－16軟件找出回歸模型Y 的最大估計值，穩定點（X1，X2，X3，X4）的代碼值為（1，－1，1，1），與之對應的實際值為筒壁溫度142 ℃，熱風溫度95 ℃，入口溫度81 ℃，排潮開度50%，理論上得出香氣得分為30.29分，在該工藝條件下進行3 次驗證實驗，得出平均香氣得分為30.21分，與理論值基本一致，說明試驗回歸方程可靠。

表3 響應值方差分析表Table 3 Variance analysis of response value

圖5 筒壁溫度與熱風溫度對香氣的響應曲面圖Figure 5 The response surface graphs of the TWT and AT for the AS

3 結論

本試驗結果表明，對于管板式烘絲機，筒壁溫度對卷煙香氣影響程度最大，其次是排潮開度和入口溫度，熱風溫度對卷煙香氣的影響不明顯。

圖6 筒壁溫度與入口溫度對香氣的響應曲面圖Figure 6 The response surface graphs of the TWT and ET for the AS

圖7 筒壁溫度與排潮開度對香氣的響應曲面圖Figure 7 The response surface graphs of the TWT and TDO for the AS

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9 葉春文，楊明權，王兵，等.烘絲工藝參數對卷煙感官質量的影響［J］.煙草科技，2005（11）：7～9.