煙草在制品解吸濕特性研究

劉博 李洪濤 徐風倉 劉懷波

摘要：為探索煙草在制品在不同環境條件下的解吸濕特性，通過單因素試驗方法考察了葉片、葉絲、混合絲、梗絲及薄片在不同環境溫濕度條件下平衡含水率的變化規律，擬合出解吸濕特性曲線。結果表明，隨著相對濕度的上升，不同煙草在制品解吸濕平衡含水率呈升高趨勢，其中梗絲的吸濕性最好，薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，解濕過程平衡含水率略大于吸濕過程平衡含水率;在環境溫濕度相對較低的條件下，梗絲經過風送后含水率下降幅度明顯大于葉絲;在環境溫濕度條件基本相同的條件下，距表面5 cm深度葉片含水率比10 cm深度葉片含水率低，且隨著貯存時間的延長，相差有增大的趨勢。總之，環境溫濕度對不同煙草在制品對解吸濕特性總體影響趨勢相似，經過風送和貯存環節后，不同在制品含水率有不同程度的降低。

關鍵詞：煙草在制品;解濕;吸濕;含水率

中圖分類號：S572? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）23-0105-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.025? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

煙草是多孔性固體，它的組織結構存在大量毛細管和多孔體，并且含有果膠、蛋白質等膠體物質和水溶性糖、有機鹽等親水性物質，具有極其敏感的吸濕性能[1]，它與煙葉的貯存、加工以及最終卷煙感官品質各個環節均有著密切的關系。國內外學者對卷煙吸濕特性進行了相關研究[2-4]，而且對不同煙草組分吸濕特性進行了分析[5-8]，但是針對煙草在制品如煙葉、葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲、混合絲等在生產過程中經過回潮、干燥、輸送、貯存等環節的解吸濕特性未見相關研究。本試驗通過對不同類別的煙草在制品含水率解吸濕特性進行研究，找出其在不同環境溫濕度的平衡含水率以及不同風送和貯存狀態下的解吸濕特性，擬合分析出解吸濕特性曲線，確定其在不同輸送和貯存工序下適合的環境溫濕度控制條件，旨在減少環境溫濕度和季節變化對煙草在制品含水率的影響，從而保證各煙草在制品含水率的穩定性。

1? 材料與方法

1.1? 材料與儀器

煙草在制品（葉片、葉絲、混合絲、梗絲、高檔膨脹絲、廣東薄片等）;取樣袋;樣品盒;PB153-S型電子天平（感量0.001 g，瑞士METTLER TOLEDO公司）;FED-240烘箱（德國BINDER公司）;KBF240恒溫恒濕箱（德國BINDER公司）。

1.2? 方法

1.2.1? 不同在制品解吸濕特性試驗? 試驗環境溫濕度的選擇要綜合考慮在制品的特性和卷煙生產環境溫濕度的要求，各種在制品環境溫濕度的試驗方案如下，溫度設定：25 ℃，濕度設定：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%。選擇一種在制品，按照其溫濕度設定要求，首先選擇溫度，濕度設定從最高到最低，然后從最低到最高，測量并記錄其在不同濕度條件下的平衡含水率，平衡時間72 h。

按照同樣方法進行其他在制品的試驗。

1.2.2? 不同風送狀態解吸濕特性研究? 風送設備選擇要考慮到風送對成品煙絲含水率影響較大的工序和設備，根據生產工藝流程特點和環境溫濕度的影響，選擇烘梗絲風選機、葉絲就地風選機和混合絲風送喂料機。選擇一種在制品，在其風送設備前后取樣進行含水率測定，同時記錄試驗時環境溫濕度條件、風送風速以及物料流量和物料溫度。

按照同樣方法進行其他在制品的試驗。

1.2.3? 不同貯存狀態解吸濕特性研究? 貯存設備選擇要考慮到貯存工序對在制品和成品煙絲含水率影響較大的工序和設備，根據生產工藝流程特點和環境溫濕度影響，選擇貯葉柜和煙絲立庫。由于在實際生產中，環境溫濕度和時間變化對煙草在制品表面含水率的影響較大，因此需要測定不同厚度物料在不同時間下的含水率變化。物料厚度選擇5、10 cm，時間選擇4、8、12、24、48 h。

2? 結果與分析

2.1? 不同環境溫濕度狀態下煙草在制品解吸濕特性

煙草在制品在不同的環境溫濕度條件下具有不同的平衡含水率，煙草平衡含水率是指煙草暴露在一定溫度和相對濕度的環境下，最終會達到的相對恒定的含水率，即吸濕和解吸速率相等，此時煙草所具有的含水率稱為平衡含水率。為確定不同溫濕度環境下煙草在制品平衡含水率的規律，通過模擬不同的環境溫濕度條件，進行煙草在制品含水率平衡試驗。試驗溫度設定為25 ℃，相對濕度設定為40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%共9個梯度。

從圖1至圖6可以看出，環境溫度在25 ℃的條件下，隨著相對濕度的上升，不同在制品解吸濕平衡含水率呈升高趨勢，且在同一溫濕度條件下，不同在制品解濕平衡含水率略高于吸濕平衡含水率。

從圖7和圖8可以看出，在同一溫濕度環境條件下，不同在制品的平衡含水率具有一定差異，甲類梗絲平衡含水率最高，廣東薄片平衡含水率最低，兩者平均值相差5.84個百分點，表明在所有試驗的在制品中梗絲吸濕性最好，造紙法薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，平衡含水率差異并不明顯，膨脹絲吸濕性稍低于葉片、葉絲及混合絲。

從平衡含水率的變化趨勢來看，隨著相對濕度的升高平衡含水率加速上升，并且不同在制品之間平衡含水率差值逐漸擴大。以梗絲和造紙法薄片為例，在溫度25 ℃、相對濕度40%的環境條件下，梗絲平衡含水率為9.28%，造紙法薄片為6.98%，二者差值為2.30個百分點;在溫度25 ℃、相對濕度80%的環境條件下，梗絲平衡含水率為30.75%，造紙法薄片為20.28%，二者差值為10.47個百分點。

對各種在制品解吸濕過程數據進行擬合分析，結果見表1和表2。從表1和表2可以看出，對煙草在制品解吸濕過程平衡含水率建立二次多項式擬合模型，相對濕度和平衡含水率相關性表現為極顯著。對于每種煙草在制品，在40%～80%的相對范圍之內，可求出任意與之對應的平衡含水率。反之，設定每種煙草在制品需要的平衡含水率，可確定與之對應的環境相對濕度。

2.2? 不同風送狀態下煙草在制品解吸濕特性

環境溫濕度對煙草在制品在風送過程中含水率的變化有較大的影響，根據制絲生產環境溫濕度分布和工藝流程特點，選擇烘梗絲風選機、葉絲就地風選機和混合絲風送喂料機作為試驗研究對象，對煙草在制品在風送設備前后的含水率變化進行試驗測定。

從表3可以看出，在環境溫度基本相同的條件下，隨著環境相對濕度的不同，不同的煙草在制品經過風送設備時含水率的變化相差較大?；旌辖z由于試驗時環境相對濕度為56.8%，風送前含水率接近其在此相對濕度下的平衡含水率，因此經過煙絲風送后含水率變化不大，僅下降0.05個百分點。葉絲和梗絲由于環境相對濕度較低，分別為34.8%和33.6%，因此經過風送后含水率下降較大，其中葉絲下降0.18個百分點，梗絲下降0.41個百分點，但梗絲下降幅度大于葉絲，說明梗絲的保濕性能小于葉絲，在環境溫濕度變化時其含水率容易發生變化。

2.3? 不同貯存狀態下煙草在制品解吸濕特性

環境溫濕度對煙草在制品在貯存過程中含水率的變化有較大的影響，貯存設備選擇要考慮到貯存工序對煙草在制品和成品煙絲含水率影響較大的工序和設備，根據制絲生產環境溫濕度分布和工藝流程特點，選擇貯葉柜和煙絲立庫作為試驗研究對象。在實際生產中，環境溫濕度和時間變化對煙草在制品表面含水率的影響較大，因此需要測定不同厚度物料在不同時間下含水率的變化。

從圖9和圖10可以看出，在一定的溫濕度環境條件下，不同的煙草在制品經過貯存設備時含水率逐漸接近于其在此環境溫濕度條件下的平衡含水率，并且含水率的變化有所不同。

環境溫濕度對貯存物料含水率的影響是從表面逐漸深入到內部，因此取不同厚度物料進行含水率檢測其變化有所不同，從圖9、圖10可以看出葉片和混合絲含水率隨著貯存時間的延長有降低的趨勢，距表面5 cm深度葉片比10 cm深度葉片含水率低，且隨著貯存時間的延長，差距有增大的趨勢。

3? 小結與討論

煙草在制品的含水率隨周圍空氣相對濕度的高低而變化?？諝庀鄬穸雀?，煙草的含水率就大，空氣相對濕度低，煙草的含水率就低。因為煙草是一種膠質毛細管多孔物質，其組織結構由毛細管和多孔體構成，含有蛋白質、果膠等膠體物質和水溶性糖、有機酸鹽類等親水性晶體物質，煙葉表現出非常敏感的吸濕和解濕特性[9]。所以，煙草在制品中梗絲的吸濕性最好，廣東薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，平衡含水率差異不明顯，膨脹絲吸濕性稍低于葉片、葉絲及混合絲。

煙草在制品的含水率和相對濕度的關系通常以等溫吸濕性表示，即煙草在制品在一定溫度條件下與各種不同的相對濕度的相應平衡含水率數值。因為煙草在制品與周圍空氣濕度達到平衡狀態時，吸濕速率就變得極其緩慢，所以計算平衡含水率數值必須經過足夠的時間后才能進行，然后將得出的結果繪成一條曲線，這條曲線就稱為等溫吸濕線。煙草在制品的含水率隨空氣相對濕度變化而變化，但這種變化不是按一定比例的。試驗結果表明，當相對濕度在10%以下時，煙草在制品的平衡含水率變動很顯著;10%～50%時，變化幅度較小;50%以上尤其在80%～100%時，變化則很大。

煙支中的成品煙絲通常由葉絲及摻配物（如梗絲、膨脹煙絲等）根據配方比例混配而成，這些組分的組織結構、化學特性均有一定的差異，因此吸濕特性也呈現不同的特性[10]。而煙草的安全含水率是實現物料貯存、風送的一項重要指標，在卷煙加工過程中，對各階段各組分的含水率有很嚴格的要求，因此對成品煙絲中各組分的解吸濕特性進行研究，可以為各組分各加工階段（回潮、干燥、風送、貯存等）目標含水率設計提供理論依據。

隨著相對濕度的上升，不同煙草在制品解吸濕平衡含水率呈升高趨勢，其中梗絲的吸濕性最好，薄片最差，葉片、葉絲及混合絲吸濕性居中，解濕過程平衡含水率略大于吸濕過程平衡含水率。環境溫濕度對不同煙草在制品解吸濕特性的影響總體趨勢相似，且經過風送和貯存環節后，不同在制品含水率有不同程度的降低。

參考文獻：

[1] 石懷彬.中式卷煙保潤技術研究的幾點思考[A].國煙草自主創新高層論壇文集[C].武漢：國家煙草專賣局，2007.594-599.

[2] 顧中鑄，吳? 薇.烤煙煙葉的等溫吸濕和解濕特性[J].南京師范大學學報（工程技術版），2005，4（4）：32-34.

[3] SAMEJIMA T，SOH Y，YANO T. Moisture sorption isotherms of various tobaccos[J].Agricultural and Biological Chemistry，1978， 42（1）：71-74.

[4] 韓? 聘.卷煙吸濕規律及機制研究[D].江蘇無錫：江南大學，2014.

[5] 趙春雷，張? 勇，蘇? 瑤.煙絲組分的吸濕模型研究[J].西安工程大學學報，2012，26（4）：521-523.

[6] 吳曉蕓，曹建平.不同煙草種類的水分吸收與解吸特征[J].中國煙草學報，2006，12（4）：11-11.

[7] 趙瑩潔.煙草平衡含水率及含水率變化過程的研究[D].鄭州： 鄭州煙草研究院，2000.

[8] 于華黨，李亞龍，查錄云，等.烤煙葉片水分分布狀態的研究[J].中國煙草科學，1981（2）：4-7.

[9] 黃嘉礽，謝劍平.卷煙工藝[M].第二版.北京：北京出版社，2000.

[10] 《卷煙工藝與設備》編寫組.卷煙工藝與設備[M].北京：輕工業出版社，1987.