全程實現打葉復烤均質化加工的研究進展

王發勇，張春磊，喻紹新，李一輝，可文庚，吳貴軒，楊石鋼，謝永軍，雷 佳，陳建軍

(1.紅云紅河集團紅河卷煙廠，云南彌勒 652300； 2.廣東中煙工業有限責任公司技術中心，廣東廣州 510310；3.華南農業大學煙草研究室，廣東廣州 510642)

國家煙草局頒布2016版《卷煙工藝規范》中，新增打葉復烤章節[1]。這是國家煙草局首次將打葉復烤納入卷煙工藝規范的標準化文件系統中，同時將打葉復烤的地位提升到新的位置。自替代掛桿復烤以來，打葉復烤就承擔了部分制絲工藝的任務，是卷煙工藝前移的重要實踐部分，為卷煙工藝的整個過程提高了效率，同時也創造了效益。21世紀初，煙草行業蓬勃發展，同時煙草行業對于原料的研究多集中于農產品階段，包括品種、農藝措施、生態區域劃分、田間煙葉烘烤等基于田間的原料研究。工業方面，制絲工藝與卷包工藝得到了快速的發展，而復烤工藝的發展卻相對滯后，相當一段時間僅停留于撕葉、烤干與打包的低層次階段，這在一定程度上阻礙了卷煙水平的提高。原料供應上水平不能單純地停留在品種選育、農藝栽培與初烤原料等農業階段，還應延伸到打葉復烤的層面。

面對新增打葉復烤工藝中提出的“三化一?！?即模塊化、均質化、純凈化與保香)，國家煙草局在2016年做出了重點控制成品煙堿和水分均勻性2項關鍵指標，深入實現均質化復烤加工工作的要求[2]?？梢姶蛉~復烤均質化加工已引起行業的足夠重視。鑒于此，筆者探討了全面實現均質化加工工藝技術的可能路徑，旨在為煙草行業層面上挖掘復烤工藝技術的質量潛勢。

1 均質化復烤加工是實現煙葉原料質量穩定性的重要路徑

原料質量穩定性一直受到行業研究者的關注。陳江華等[3]以“國際型優質煙開發項目”為依托，在全國范圍內對烤煙礦質元素含量以及主要化學成分進行研究，發現含氮量最小值為1.10%，最大值為3.27%，品種、部位與地域之間的差異均達到極顯著水平；鉀含量最小值為0.65%，最大值為4.21%，品種、部位與地域之間的差異也均達到極顯著水平。陳偉等[4]選擇在同一品種、同一農藝措施的栽培模式下，對不同生態區域的(7個省共12個縣)烤煙煙堿進行統計分析，得到不同生態區域間的煙堿含量存在廣泛變異、且差異極顯著的結果；同年不同生態區域內，相同部位與等級的煙堿含量均存在不同程度的變異，年際間亦然。李丹丹等[5]抽樣調查的結果也顯示，年際間烤煙的主要化學成分差異顯著。而閆新甫等[6]從工業企業調入的煙葉等級質量的合格率角度進行調查，發現工業企業收購調入的煙葉普遍存在混級現象，導致等級合格率較低(僅為 63.4%)。這些研究表明，無論是同一年份或不同年際間，不同品種、部位、生態區的煙葉主要化學成分(提取煙堿為代表)的差異是客觀存在的。除去品種的選擇、栽培技術的優化等可控因素，不同生態條件(基因型與環境互作效應)為人力難以調控的領域。此外，原料質量穩定性還受到調入原料等級合格率的人為因素制約，因此保證煙葉主要化學成分的穩定性存在極大難度。而田間原料的質量不穩定性給卷煙產品的質量穩定帶來了極大的挑戰。因此，研究打葉復烤均質化加工技術有重要意義。

2 均質化復烤加工對煙葉質量的影響

2.1原料混配均質化的影響近年來，國家煙草局提出“實施好均質化加工工藝策劃，重點實現投料等級比例和煙葉均勻混配2個核心需求”，行業內對原料混配均質化開展了新的探索與實踐。有研究認為，根據煙葉質量的相似性或近似性進行原料配打，其前提在于對煙葉原料的化學成分進行檢測與運用，基于化學成分進行配打才能減少片煙成品的質量波動[7-8]。肖明禮等[9]研究發現，按比例投料加貯柜混配模式有利于降低模塊煙葉的煙堿變異系數。楊凱等[10]抽取煙堿為因子，對化學成分調節模式、混合挑選模式以及兩者的組合模式對比分析，發現各控制模式下的煙堿變異系數都能得到較好的控制(平均值在4%以下)。云南煙葉復烤公司宣威復烤廠在原料配方混配時也進行了同樣的探索[11]，并優化了產品片煙煙堿變異系數。

隨著煙草行業的發展，中式卷煙技術已日趨成熟，充分重視卷煙工業中各環節并深度挖掘其潛力，才能保障企業的發展戰略得到貫徹落實。“原料上水平”在于保障卷煙的內在質量，提升卷煙產品的燃吸品質是卷煙產品風靡于市場的根本保證。原料混配均質化是穩定產品質量的必要手段，也是“原料上水平”的關鍵措施之一。國家煙草局充分重視并以實際制度政策推動打葉復烤環節原料的均質化加工，提出打葉復烤成品煙堿含量變異系數≤5%的標準，而原料混配是關鍵因素之一，復烤企業應結合煙葉加工生態、品種、等級、純度等自身實際，積極探索最佳的原料混配方案，從打葉復烤工序前沿至嚴抓“均質化”，保證原料的穩定性。

2.2水分控制均質化的作用原料復烤調制的作用在于將煙葉水分調制至適宜范圍，既利于煙葉的倉儲安全，又利于煙葉自身的發酵醇化，去除煙葉中的不利因素，彰顯出優質因子，為卷煙提供良好的原料。復烤產品水分的均質化是整個卷煙工藝中的重要環節之一。盡管倉儲過程中水分不均勻的煙葉間存在水分遷移現象，但烤后煙葉的吸濕性能大大減弱，水分遷移速度極為緩慢，加之包芯溫度的作用，微生物的活性存在強弱之分，所以同一時間內煙葉發酵的速度與程度存在差異，這必將引起煙葉質量穩定性的波動，從源頭上為卷煙產品質量的不穩定性埋下禍根。更有甚者，超出安全儲存的水分范圍時將導致煙葉霉變或碳燒，給企業帶來一定程度的損失。

潤葉過程是保證葉片結構均勻性的前提。蒸汽潤后煙葉水分含量的均勻性好，能有效避免水漬煙出現。復烤機加工過程中應保證單位時間內原料的流量穩定，控制涼房水分均勻性，利用蒸汽回潮技術保障機尾水分的均勻性。

2.3化學成分均質化與過程監控的影響近紅外光譜技術具有實時、快速、無損檢測煙葉化學成分的優勢，在打葉復烤中引入近紅外光譜檢測儀，實現過程質量檢測與控制。在積累大量生產數據的基礎上，生產企業可實現產品質控信息的深度挖掘，從而為加工工藝的改進提供依據[12]。

煙葉科研者們早已驗證，煙葉色澤與煙葉內在質量、化學成分存在顯著關聯，且煙葉色澤是主要的等級劃分依據之一[13-15]。此外，煙葉部分內在化學成分與耐加工性具有一定關聯。陳紅麗等[16]研究發現，當還原糖與鉀含量增加時，煙葉的耐加工性增強。王建民等[17]通過試驗發現，當設備、參數設置一定時，可溶性糖含量低、總氮含量高的煙葉造碎較嚴重，而可溶性糖含量高、總氮含量低的煙葉梗帶葉率較高，造成葉片損失。這是由于配方模塊中煙葉的化學成分差異造成的。

杜文等[18]認為，運用近紅外分析儀進行在線化學成分檢測，并制定加工工藝標準時，應考慮到實時模型效驗殘差較高的因素，把波動控制在較小范圍內。王宏鋁等[19]運用近紅外光譜實時檢測均質化加工的效果，發現均質化的成品煙堿變異系數、成品含水率及顏色變異系數降幅較大，三者的變異系數均控制在較小范圍內。

由此可以得出：①煙葉的色澤、抗破碎性與其內部化學成分含量密切相關，在打葉復烤和制絲卷制過程中選擇合理的工藝參數，以優化其化學成分，盡可能減少造碎，增加可用性；②制訂片煙成品控制工藝指標既要結合來料狀況，又要結合初烤煙葉與復烤后煙葉的檢測結果；③基于在線化學成分的配方混投是化學成分均質化的前提；④加工過程監測是保障片煙產品均質化的重要手段。

2.4葉片結構均質化對煙葉質量的影響研究證明，煙絲結構的差異是煙支卷制質量不穩定性的源頭。而控制煙絲結構的穩定應追溯到打葉復烤過程中葉片結構[20-22]。劉志平等[23]通過復烤后煙葉結構對煙絲尺寸影響的試驗得出，當復烤片煙大中片率(>12.7 mm的葉片)提高時，>3.2 mm的葉絲比例增加，但≤1.4 mm的葉絲降低。因此，提高打葉復烤大中片率是獲得較優葉絲結構的前提條件，而保障片煙結構的穩定性是關鍵之一。由此可見，打葉復烤葉片結構均質化加工意義重大。

就打葉工序而言，葉片結構的均質化加工取決于潤葉后煙葉的含水率與溫度。不同等級、部位的煙葉耐加工強度存在差異，所以對應的潤后煙葉含水率與溫度應作調整。例如，下部煙葉身份較薄、抗破碎性差，此時應該提高潤葉加工強度，以提高潤葉后煙葉的含水率與溫度，增加其耐加工性。而中部煙韌性好、抗破碎性強，適當的潤葉水分和溫度可滿足獲取良好葉片結構的條件，無需加大潤葉加工強度。同一等級、部位的條件下，在可調整的生產范圍內，隨著潤后煙葉溫度與水分的提高，可獲得較高的大中片率，而碎片與梗含葉相應減少[24-25]。

此外，葉片結構均質化加工還應關注打葉流量、打葉風分設備的高性能打刀、框欄形狀、尺寸、打輥轉速設置、各級風分效率布置等方面的內容[26-27]。

因此，葉片結構的均質化應關注潤前來料煙葉物理特性；潤后物料的溫度與水分是取得良好葉片結構的前提條件；在額定負荷內保障來料的穩定性；篩選高性能的打刀，取得良好的梗葉分離效果；設置適宜的打輥轉速，避免造碎過大或超大片比例增加；優化框欄開口尺寸，保證中片比例；維持適當的風分風速，確保每級風分器的出片量，避免合格葉片進入下級打葉器再次加工而增加小片或碎片率。

卷煙工藝環環相扣，上下游工序緊密銜接。其中，復烤葉片結構均質化加工為制絲乃至卷包穩把質量關，起到源頭控制的核心作用。

2.5裝箱結構均質化的影響平衡裝箱，需要加強對DVR值的關注力度。宜引用片煙密度偏差率檢測儀[28-31]進行過程平衡裝箱檢測?？刂坪醚b箱密度，避免煙葉結團結餅，一定程度上控制煙葉在醇化過程中的發酵速率、發酵程度，從而為卷煙質量的穩定性提供保障。通過在線檢測信息反饋，實現實時調整打包段布料方式、布料均勻性、主壓頭與復壓保壓時間等方面操作事項。

應增加過程在線檢測監控，探索不同品種、等級、部位、水分及配方模塊對應的設置參數。值得注意的是，崗位人員應關注煙箱密度的均勻性是由于設備布料不均，還是作業人員加減不均造成的。

3 展望與對策

模塊煙葉已成為支撐卷煙配方的重要部分，也是合理優化煙葉原料使用的舉措之一。復烤加工作為卷煙工業的前移工序，模塊煙葉的均勻混配是一項重要職能。無論物料混配均質化、化學成分均質化、葉片結構均質化、水分控制均質化，還是裝箱密度均質化，都要一一兼顧，在生產中突顯打葉復烤源頭質量控制的作用。

(1)對于預處理段，單純依靠鋪葉臺人工混配難以實現不同地區、等級煙葉混配均質化。因此，應作柜配模式嘗試：在鋪葉切斷后設置煙葉貯柜列，需要進行混配的煙葉以不同等級、地區分別進入不同列的貯柜中，出料時不同列的貯柜同時出料，在匯聚皮帶上實現混配，各過程保證物料流量的穩定性，而后于打葉段加工再次實現混配均勻?；蚪ⅰ案呒軒臁爆F代物流系統，煙葉于切斷機匯聚皮帶處檢測化學成分，后經柔性裝箱進行暫存，根據化學成分(以煙堿為因子)的高低混配，實現預處理段的物料均勻混配。

(2)潤葉后煙葉適宜的含水分率與溫度是獲得良好葉片結構的關鍵，同時在柔性化“保香”為主題的加工工藝中，潤后水分成為煙葉復烤機總溫度控制的制約點。為此，潤葉水分與溫度的控制要尋求低水分與良好葉片結構的最佳契合平衡點。關注打葉器的打輥長度、打輥額定負荷設計、打輥轉速、打刀性能、刀距。如果選擇較大的框欄開口尺寸，大片、超大片相應增加，此時應輔之于“立式篩分”技術，工藝設想為于片煙匯聚皮帶處設置“三級立式”振篩，一級位于最頂端，開口尺寸大于25.4 cm，篩選出大片與超大片應用分切技術加工為中片，二、三級的工藝任務在于篩出碎片。該工藝設想服務于葉片結構的均質化。

(3)經過梗葉分離的片煙，在開機前即要進行化學成分的均質化混配，以免后移到復烤機尾而影響到打包工序所必須的水分與包芯溫度。路線設計為：在打葉線后、復烤機前設置不同貯葉柜或裝箱立庫，前端配置化學成分檢測儀(以煙堿為主要指標)，設定值在某一范圍內，物料正常入柜進行緩存喂料，當來料偏移或超出設定值時，高出時進入一柜，低出時進入另一柜，然后高低進行混配拌勻，再經過化學成分檢測儀測定，如此削峰填谷，實現化學成分均質化的精確控制。中間需要電氣設備的有效支持。

(4)水分的均質化加工，一為保證片煙的倉儲安全，二為保證片煙在倉儲過程中醇化反應的速率與程度相對穩定一致。結合最大程度為原料“保香”的工藝，控制烤機總溫度是前提，同時要在滿足回潮均勻的條件，這意味著涼房煙葉水分必須處于“臨界含水率”才有助于水分均質化。一般現有打葉復烤設備中，復烤機設置為4個干燥區與2個回潮區，在低溫慢烤的主導加工條件基礎上，再添加1個干燥區和1個回潮區，為加長煙葉在干燥區的作用時間、相應降低烤機溫度、提高干燥區的烤透率；此外，在潤葉水分難以下調的情況下實現低溫慢烤，同時實現水分的均質化加工。

(5)打包段要實現裝箱密度的均質化，有效避免成品煙葉板結、壓油、霉變與碳燒等情況，有助于倉儲醇化過程中理化反應的速率與程度保持相對一致。裝箱密度均質化甚至制約了制絲工段是否“易切”的問題。因此，打包段應圍繞來料地域、等級、品種、部位等主因素，優化主壓下壓深度和時間、復壓時間、保壓深度。

打葉復烤工藝以“均質化”“保香”加工為趨勢，對開發均質化煙葉新工藝、新技術有重要意義。

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