不同制絲工藝環(huán)節(jié)煙絲尺寸分布的關(guān)聯(lián)性分析

江雪彬 胡開(kāi)利 韓明 朱建新 邵寧 王婷 李曉 姚二民

摘要：【目的】研究制絲工藝上一環(huán)節(jié)煙絲分布對(duì)下一環(huán)節(jié)煙絲結(jié)構(gòu)及卷煙物理質(zhì)量的影響，為煙絲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及穩(wěn)定煙支卷制質(zhì)量提供參考依據(jù)。【方法】測(cè)試經(jīng)截短機(jī)處理后的煙片所制煙絲的結(jié)構(gòu)，采用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)切絲后、烘絲后、卷煙機(jī)料斗處、煙槍處等環(huán)節(jié)的煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性及煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙物理質(zhì)量進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。【結(jié)果】上一環(huán)節(jié)煙絲結(jié)構(gòu)與下一環(huán)節(jié)煙絲結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，各區(qū)間煙絲分布不僅影響下一環(huán)節(jié)自身所對(duì)應(yīng)的區(qū)間，還影響下一區(qū)間的煙絲比例；切絲后3.35～8.00 mm尺寸煙絲與烘絲后2.80～3.35 mm尺寸煙絲、切絲后0.71～3.35 mm尺寸煙絲與烘絲后0.71～2.80 mm尺寸煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；烘絲后5.60～6.70 mm尺寸煙絲與料斗處1.40～2.80、3.35～5.60 mm尺寸煙絲關(guān)聯(lián)性強(qiáng)；料斗處4.75～6.70 mm尺寸煙絲與煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)；煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲與卷煙物理質(zhì)量各指標(biāo)密切相關(guān)，其中與單支重、煙支吸阻、硬度、密度的最大關(guān)聯(lián)系數(shù)位于1.40～2.00 mm區(qū)間。【結(jié)論】煙絲結(jié)構(gòu)變化具有較強(qiáng)的傳遞性，可依據(jù)兩兩環(huán)節(jié)煙絲尺寸區(qū)間的關(guān)聯(lián)性，針對(duì)性的查找引起煙絲結(jié)構(gòu)波動(dòng)的影響因素；合理控制0.71～3.35 mm煙絲比例，可提高卷煙卷制質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 煙絲結(jié)構(gòu)；區(qū)間分布；卷制物理質(zhì)量；灰色關(guān)聯(lián)分析

中圖分類(lèi)號(hào)： S572.092 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2016）09-1576-06

Abstract：【Objective】The present study was conducted to study effects of upstream procedure of tobacco processing on cigarette structure， cigarette physical qualities at downstream procedure， in order to provide reference for improving cut tobacco structure and stabilizing cigarette quality. 【Method】Structure of cut tobacco was measure after being processed from tobacco flake. Grey correlation analysis was conducted to analyze correlation between tobacco structure after cutting， after drying， at hopper and at garniture， as well as correlation between cut tobacco structure and cigarette physical qualities. 【Result】There was strong association between cut tobacco structure at upstream procedure and at downstream procedure. Cut tobacco distribution at each interval distribution not only affected the corresponding distribution of next procedure but also distribution rate of cut tobacco in next size section. There was relatively strong correlation between 3.35-8.00 mm cut tobacco after cutting and 2.80-3.35 mm cut tobacco after drying， between 0.71-3.35 mm cut tobacco after cutting and 0.71-2.80 mm cut tobacco after drying. 5.60-6.70 mm cut tobacco after drying was closely correlated to 1.40-2.80 and 3.35-5.60 mm cut tobacco at hopper. There was relatively strong correlation between 4.75-6.70 mm cut tobacco at hopper and 0.71-3.35 mm cut tobacco at garniture. 0.71-3.35 mm cut tobacco at garniture was closely related to cigarette physical quality indexes， the maximum correlation coefficient with single cigarette weight， draw resistance， rigidity and density fell on to 1.40-2.00 mm section. 【Conclusion】Variation in cut tobacco structure has a strong transitivity. Based on correlation between cut tobacco size interval distribution of contiguous procedures， influence factors to cut tobacco structure can be found. Controlling proportion of 0.71-3.35 mm cut tobacco can increase cigarette quality.

Key words： cut tobacco structure； interval distribution； cigarette physical quality； grey correlation analysis

0 引言

【研究意義】煙絲結(jié)構(gòu)包括長(zhǎng)絲率（>3.35 mm煙絲率）、中絲率（2.50～3.35 mm煙絲率）、短絲率（1.00～ 2.50 mm煙絲率）和碎絲率（<1.00 mm煙絲率），國(guó)內(nèi)以整絲率（>2.50 mm煙絲率）和碎絲率（<1.00 mm煙絲率）來(lái)表示煙絲結(jié)構(gòu)（陳良元等，1996）。煙絲結(jié)構(gòu)是衡量煙絲質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其在傳輸過(guò)程中的波動(dòng)，最終體現(xiàn)到煙支的各項(xiàng)指標(biāo)上。由于煙絲在整個(gè)輸送過(guò)程中具有連貫性，致使最初環(huán)節(jié)對(duì)最終環(huán)節(jié)具有連鎖性影響。煙絲結(jié)構(gòu)組分的波動(dòng)除了取決于原料的均勻性外，還與整個(gè)制絲過(guò)程的穩(wěn)定性有密切關(guān)系；較好的煙絲結(jié)構(gòu)由于受諸多不穩(wěn)定因素的影響，輸送至卷煙機(jī)時(shí)煙絲結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生較大變化，從而影響煙支卷制質(zhì)量及其穩(wěn)定性（黃治等，2010；余娜等，2013）。因此，有必要追蹤煙絲結(jié)構(gòu)在整個(gè)制絲過(guò)程中的波動(dòng)，對(duì)穩(wěn)定煙支的卷制質(zhì)量具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】目前，有關(guān)煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙物理指標(biāo)的影響及二者的關(guān)系研究較多。姚光明等（2004）通過(guò)控制煙支單支重量和卷煙機(jī)車(chē)速，研究了煙絲物理指標(biāo)、跑條煙絲物理指標(biāo)、煙絲整絲率變化率對(duì)煙支空頭率的影響，結(jié)果表明，整絲率變化率是影響煙支空頭率的主要因素，煙絲結(jié)構(gòu)、煙絲填充值等指標(biāo)影響次之。堵勁松等（2008）采用灰色關(guān)聯(lián)方法分析了不同煙絲結(jié)構(gòu)分布與卷煙物理指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煙絲結(jié)構(gòu)分布的適宜長(zhǎng)度為2.00～4.75 mm，可獲得較理想的卷煙物理指標(biāo)及其穩(wěn)定性，應(yīng)盡量減少小于1.40 mm的煙絲比例。申曉峰等（2009）采用灰色關(guān)聯(lián)方法分析了來(lái)料煙絲的結(jié)構(gòu)與卷制后單支重量和煙支密度及其穩(wěn)定性的相關(guān)性，結(jié)果表明，不同長(zhǎng)度煙絲對(duì)卷煙單支重量和煙支密度及其穩(wěn)定性的影響程度不同，2.80～4.75 mm煙絲的影響最大，而大于5.60 mm煙絲的影響較小。劉德強(qiáng)等（2010）研究煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)煙支卷制質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，煙絲整絲率及煙絲長(zhǎng)、中絲比例的變化對(duì)卷制后煙支的單重、單重標(biāo)偏、吸阻、吸阻標(biāo)偏、硬度、端部落絲量的影響較大，對(duì)圓周及其穩(wěn)定性的影響較小。【本研究切入點(diǎn)】針對(duì)煙絲在整個(gè)制絲過(guò)程中結(jié)構(gòu)波動(dòng)的研究相對(duì)較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)切絲后、烘絲后、料斗處、煙槍處等環(huán)節(jié)的煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性及煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙物理質(zhì)量進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，了解上一環(huán)節(jié)煙絲分布對(duì)下一環(huán)節(jié)煙絲結(jié)構(gòu)及卷煙物理質(zhì)量的影響，以期為煙絲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及穩(wěn)定煙支卷制質(zhì)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

黃金葉（硬紅旗渠）牌號(hào)卷煙煙絲由安陽(yáng)卷煙廠提供。主要儀器設(shè)備：Retsch AS400篩分儀（德國(guó)Retsch公司，篩網(wǎng)孔徑為8.00、6.70、5.60、4.75、4.00、3.35、2.80、2.00、1.40和0.71 mm）；PL3001-SMettler電子天平（感量0.1 g，瑞士Mettle公司）；BINDER恒溫恒濕箱（香港路易企業(yè)有限公司）；JDX-A01型截短機(jī)（開(kāi)封市金建煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 煙絲取樣 取樣在機(jī)臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行，煙絲結(jié)構(gòu)取樣點(diǎn)分別為切絲后、烘絲后、卷煙機(jī)料斗處及煙槍處。制絲線供料流量為6500、5000和3500 kg/h時(shí)，煙片經(jīng)JDX-A01型截短機(jī)處理所得的煙絲分別為試驗(yàn)樣品2、3、4；另取一組正常生產(chǎn)（流量6500 kg/h，煙片未經(jīng)截短機(jī)處理）的煙絲樣品，作為對(duì)照樣品1。

1. 2. 2 煙絲檢測(cè) 將待測(cè)樣品平衡48 h后，進(jìn)行煙絲結(jié)構(gòu)測(cè)試。煙絲結(jié)構(gòu)可認(rèn)為是一個(gè)連續(xù)的尺寸分布，若對(duì)其各區(qū)間分布與煙絲及卷煙各指標(biāo)相關(guān)性進(jìn)行單獨(dú)分析，則會(huì)忽略總體煙絲尺寸分布所產(chǎn)生的協(xié)同作用，因此須對(duì)各區(qū)間分布與煙絲及卷煙各指標(biāo)進(jìn)行整體性分析。用Retsch AS400旋轉(zhuǎn)篩分儀對(duì)煙絲樣品進(jìn)行篩分，篩分條件：旋轉(zhuǎn)速率230 r/min，每隔1 min變換1次旋轉(zhuǎn)方向，每次篩分4 min。

1. 3 數(shù)據(jù)處理

灰色關(guān)聯(lián)法可通過(guò)考察各因素（子序列和母序列）間微觀或宏觀的幾何接近，以分析和確定各因素間的影響強(qiáng)弱程度（鄧聚龍，1985）。關(guān)聯(lián)系數(shù)是因素間關(guān)聯(lián)度的量度，其值愈大，反映子序列與母序列的相關(guān)性愈大。以下一環(huán)節(jié)分布區(qū)間內(nèi)煙絲質(zhì)量百分比為母序列，以上一環(huán)節(jié)分布區(qū)間內(nèi)煙絲質(zhì)量百分比為子序列，采用灰色關(guān)聯(lián)法，運(yùn)用MATLAB 7.0對(duì)各環(huán)節(jié)煙絲指標(biāo)及煙支物理質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)情況進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 煙絲結(jié)構(gòu)及卷煙物理質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

用Retsch AS400篩分儀將煙絲按不同篩網(wǎng)孔徑篩分為10個(gè)區(qū)間，對(duì)切絲后、烘絲后、料斗處、煙槍處的各組試驗(yàn)樣品煙絲結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1～4；同時(shí)，測(cè)試4組試驗(yàn)樣品卷煙物理質(zhì)量指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)偏差，見(jiàn)表5。為了解制絲工藝上一環(huán)節(jié)的煙絲分布對(duì)下一環(huán)節(jié)煙絲分布的影響，需進(jìn)行煙絲結(jié)構(gòu)及卷煙物理質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性分析。

2. 2 切絲后煙絲結(jié)構(gòu)與烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性分析

將各組試驗(yàn)樣品切絲后煙絲結(jié)構(gòu)（表1）與烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)（表2）進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，以烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)為母序列、切絲后煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)（表6）。由表6可知，切絲后3.35～8.00 mm尺寸煙絲與烘絲后2.80～3.35 mm尺寸煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，切絲后0.71～3.35 mm尺寸煙絲與烘絲后0.71～2.80 mm尺寸煙絲的關(guān)聯(lián)性也較強(qiáng)。切絲后各尺寸煙絲所占比與烘絲后其對(duì)應(yīng)尺寸及下一尺寸煙絲所占比具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，說(shuō)明各尺寸煙絲所占比除了影響下一環(huán)節(jié)所對(duì)應(yīng)尺寸區(qū)間外，還影響下一尺寸的煙絲分布。煙絲經(jīng)烘絲工序處理后，長(zhǎng)、中絲的比例相應(yīng)降低，是由于長(zhǎng)絲、中絲經(jīng)烘絲工序產(chǎn)生了造碎現(xiàn)象。

2. 3 烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)與料斗處煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性分析

將各組試驗(yàn)樣品烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)（表2）與料斗處煙絲結(jié)構(gòu)（表3）進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，以料斗處煙絲結(jié)構(gòu)為母序列、烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)（表7）。由表7可知，烘絲后2.80～4.75 mm尺寸煙絲與料斗處2.80～3.35 mm尺寸煙絲、烘絲后0.71～2.80 mm尺寸煙絲與料斗處0.71～1.40 mm尺寸煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；烘絲后5.60～6.70 mm尺寸煙絲與料斗處1.40～5.60 mm尺寸煙絲也具有一定關(guān)聯(lián)性，其中該尺寸對(duì)料斗處1.40～2.80和3.35～5.60 mm尺寸煙絲作用較大，表現(xiàn)為強(qiáng)作用。同時(shí)，烘絲后各尺寸煙絲所占比與料斗處其對(duì)應(yīng)尺寸及下一尺寸煙絲所占比均具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。

2. 4 料斗處煙絲結(jié)構(gòu)與煙槍處煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性分析

將各組試驗(yàn)樣品料斗處煙絲結(jié)構(gòu)（表3）與煙槍處煙絲結(jié)構(gòu)（表4）進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，以煙槍處煙絲結(jié)構(gòu)為母序列、料斗處煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)（表8）。由表8可知，料斗處4.75～6.70 mm尺寸煙絲與煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；料斗處0.71～4.00 mm尺寸煙絲與煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲具有不同程度的關(guān)聯(lián)性。其中，0.71～1.40 mm尺寸煙絲主要來(lái)源于卷制前0.71～ 2.00 mm尺寸；1.40～2.00 mm尺寸煙絲主要來(lái)源于卷制前1.40～2.80和4.75～6.70 mm尺寸煙絲；2.00～2.80 mm尺寸煙絲主要來(lái)源于卷制前2.00～4.00和5.60～6.70 mm尺寸煙絲；2.80～3.35 mm尺寸煙絲主要來(lái)源于卷制前5.60～6.70 mm尺寸煙絲。同時(shí)，料斗處各尺寸煙絲所占比與煙槍處其對(duì)應(yīng)尺寸及下一尺寸煙絲所占比均具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。

2. 5 煙槍處煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙物理質(zhì)量關(guān)聯(lián)性分析

將各組試驗(yàn)樣品煙槍處煙絲結(jié)構(gòu)（表4）與其卷制的成品煙支物理質(zhì)量指標(biāo)及指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差（表5）進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，以成品煙支物理質(zhì)量指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)偏差為母序列、煙槍處煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)（表9）。由表9可知，煙槍處0.71～3.35 mm尺寸煙絲與各卷煙物理質(zhì)量指標(biāo)均具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；關(guān)聯(lián)系數(shù)在煙絲為某一特定長(zhǎng)度區(qū)間時(shí)達(dá)最大值，煙絲越接近該長(zhǎng)度區(qū)間，關(guān)聯(lián)系數(shù)越大；對(duì)于單支重及煙支吸阻、硬度、密度，該區(qū)間均為1.40～2.00 mm。單支重標(biāo)準(zhǔn)偏差、煙支吸阻標(biāo)準(zhǔn)偏差及密度標(biāo)準(zhǔn)偏差與煙槍處0.71～2.00 mm尺寸煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。

3 討論

目前，國(guó)內(nèi)外用整絲率和碎絲率來(lái)表征煙絲結(jié)構(gòu)的方法無(wú)法準(zhǔn)確描述不同區(qū)間內(nèi)煙絲尺寸的連續(xù)分布及其變化情況，也無(wú)法描述煙絲結(jié)構(gòu)分布的均勻性，但煙絲尺寸分布的均勻性同樣會(huì)對(duì)卷煙質(zhì)量產(chǎn)生重要影響（申曉峰等，2010）。前人的研究較多關(guān)注煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙物理質(zhì)量的影響（申曉峰等，2009；李善蓮等，2010；劉德強(qiáng)等，2010），而鮮見(jiàn)針對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)在整個(gè)制絲過(guò)程中波動(dòng)變化的研究。黃治等（2010）對(duì)煙絲從貯絲到煙槍過(guò)程中煙絲結(jié)構(gòu)變化的研究結(jié)果表明，煙絲結(jié)構(gòu)變化具有較強(qiáng)的傳遞性，一個(gè)指標(biāo)會(huì)對(duì)下一環(huán)節(jié)的多個(gè)指標(biāo)造成顯著影響。但該研究?jī)H對(duì)傳統(tǒng)意義上的煙絲結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)絲率、中絲率、短絲率和碎絲率）指標(biāo)進(jìn)行分析，并未對(duì)總體煙絲尺寸分布所產(chǎn)生的作用進(jìn)行全面考察，研究范圍也僅限于貯絲到煙槍。

本研究考察了連續(xù)的煙絲尺寸區(qū)間對(duì)后序煙絲尺寸分布產(chǎn)生的影響，追蹤了煙絲從切絲后到烘絲后、烘絲后到卷煙機(jī)料斗處、卷煙機(jī)料斗處到煙槍處的結(jié)構(gòu)變化，結(jié)果表明，上一環(huán)節(jié)的煙絲結(jié)構(gòu)與下一環(huán)節(jié)煙絲結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，各尺寸煙絲所占比不僅影響下一環(huán)節(jié)其對(duì)應(yīng)的尺寸區(qū)間，還影響下一尺寸的煙絲比例；其中烘絲后5.60～6.70 mm尺寸的煙絲對(duì)料斗處1.40～2.80、3.35～5.60 mm尺寸的煙絲具有強(qiáng)作用，料斗處4.75～6.70 mm尺寸的煙絲對(duì)煙槍處0.71～3.35 mm尺寸的煙絲具有強(qiáng)作用。本研究范圍貫穿整個(gè)制絲過(guò)程，找出了兩兩環(huán)節(jié)間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的煙絲尺寸區(qū)間，為查找引起煙絲結(jié)構(gòu)波動(dòng)的不利因素提供一定的理論依據(jù)。此外，還分析了卷煙機(jī)煙槍處的煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙物理質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煙槍處0.71～3.35 mm尺寸的煙絲與卷煙物理質(zhì)量各指標(biāo)密切相關(guān)，與堵勁松等（2008）的研究結(jié)果相似。在實(shí)際生產(chǎn)中，合理控制0.71～3.35 mm煙絲比例，有助于提高卷煙卷制質(zhì)量。

本研究?jī)H分析了不同制絲工藝環(huán)節(jié)煙絲尺寸分布的關(guān)聯(lián)性，對(duì)于各組分的合理比例及穩(wěn)定的卷煙物理質(zhì)量下最優(yōu)煙絲尺寸分布等方面還需進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

煙絲結(jié)構(gòu)變化具有較強(qiáng)的傳遞性，可依據(jù)兩兩環(huán)節(jié)煙絲尺寸區(qū)間的關(guān)聯(lián)性，針對(duì)性地查找引起煙絲結(jié)構(gòu)波動(dòng)的影響因素；合理控制0.71～3.35 mm煙絲比例，可提高卷煙卷制質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）