雪茄型卷煙風送及卷制過程對梗絲比例的影響

劉玉葉，王建民，王 暉，李文偉*，王東飛，李 歡

1.河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠，河南省安陽市龍安區煙廠路1 號 455004

2.鄭州輕工業學院，鄭州高新技術產業開發區科學大道136 號 450001

卷煙煙絲是由葉絲、梗絲等按照產品設計要求以不同比例均勻摻配的混合體［1］。煙絲中各組分的比例決定了卷煙的感官品質和風格特征［2］，其摻配準確性和均勻性會直接影響卷煙感官品質的均質化水平。在卷煙加工過程中，摻配加香工序是影響煙絲摻配比例準確性和均勻性的關鍵環節［1］。但是，在風送和卷制過程中由于摩擦、碰撞等會造成煙絲造碎［3］，風速、煙絲含水率以及抗碎性等參數差異會導致煙絲各組分造碎程度不同［4-5］，葉絲、梗絲形態存在差異還可能會導致氣力配絲過程中出現煙絲分層現象。因此，提高風送和卷制過程中煙絲摻配比例的精確度，對于保證不同卷接機組之間產品的均勻性具有重要意義。目前關于煙絲摻配均勻性的研究大多集中于評價方法的建立［6-8］和提高摻配工序的混配效果［9-11］方面。范磊等［9］通過分析摻配過程中的影響因素發現煙絲的松散程度和瞬時流量的均勻性及穩定性是影響瞬時精度和實際摻配比例的主要因素。溫若愚等［10］以白肋煙摻配比例為預測指標建立了近紅外模型，研究了不同混絲模式對煙絲混合均勻度的影響。劉棟等［11］通過標準偏差和方差降低指數評價了卷煙加工過程中煙絲混合均勻度的變化規律，研究結果表明，風送過程中煙絲的混合均勻度降低，卷制過程中煙絲的混合均勻度提高。目前，不僅對摻配加香后風送及卷制過程中煙絲比例具體變化規律的研究鮮見報道，而且雪茄型卷煙煙絲組分變化規律的研究未見報道。

近紅外光譜技術基于不同分子中含氫基團在近紅外譜區合頻和倍頻吸收的波長和強度不同，可建立校正樣品吸收光譜與其成分濃度或性質之間的關系-校正模型，并應用于未知樣品的測定。該技術具有分析速度快、效率高、成本低、重現性好以及便于實現在線分析等優點，并在醫藥、化工、食品、環境保護和地質勘探等領域的定性和定量檢測中得到了廣泛的應用［12］。為此，采用近紅外技術建立一種梗絲比例檢測方法，通過對風送、卷制前后雪茄型卷煙樣品梗絲比例進行檢測，研究風送和卷制過程對雪茄型卷煙煙絲中梗絲比例的影響規律，旨在為減少不同卷接機組之間的差異性，提升雪茄型卷煙產品的均質化水平提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

“紅旗渠（雪茄型）”牌卷煙煙絲（河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠提供）。

DHG-9023A 型電熱鼓風干燥箱（上海一恒公司）；ST-07B 型400 g 多功能粉碎機（上海樹立儀器儀表公司）；ME204E/02 電子天平（感量0.000 1 g，上海梅特勒-托利多有限公司）；Antaeis II 型傅里葉變換近紅外分析儀（美國Thermo Fisher Scientific 公司）；ZJ17 型卷接機組（常德煙草機械有限責任公司，2 臺，編號1#、2#）；ZJ19 型卷接機組（許昌煙草機械有限責任公司，1 臺，編號3#）。

1.2 方法

1.2.1 取樣方法

如圖1 所示，選擇同一旋盤氣力式煙絲分配系統及其連接的3 臺卷接機組。其中1#、2#為ZJ17卷接機組，煙絲風送距離最近且機臺相鄰；3#為ZJ19 卷接機組，風送距離最遠且距離1#、2#機臺較遠。風分前后取樣點分別位于氣力配絲入口（A）、3 臺卷接機組后機身落料斗（B1、B2、B3）。卷制前后取樣點分別位于3 臺卷接機組后機身落料斗（B1、B2、B3）和卷接機組煙支出口（C1、C2、C3）。共取樣5 批次，每批次間隔20 min，每批次重復取樣5 次，共175 個樣品。其中，每次在A、B取樣點取煙絲100 g，C 取樣點取200 支卷煙，然后將樣品裝入自封袋中封存。自A 點開始取樣，A 與B、C 之間根據輸送距離、風速和卷制時間設定一定的時間延遲，其中A、B1 時間延遲為10 s，A、B2 為15 s，A、B3為25 s，同一卷接機組B、C間延遲均為5 s。

圖1 各取樣點及機臺示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling points and cigarette makers

1.2.2 樣品制備方法

將C 取樣點煙支樣品中的煙絲進行剝離，每個樣品各取50 g 煙絲放入電熱鼓風干燥箱，在39 ℃溫度下干燥4 h。之后利用粉碎機以2 900 r/min 轉速將煙絲粉碎1.5 min，放入自封袋中封存。

取15 g 所制備的煙末樣品放入5 cm 石英杯中壓實，在光譜范圍為10 000～4 000 cm-1，分辨率為8 cm-1，掃描頻率為64 次工作參數下，利用傅里葉近紅外光譜分析儀重復掃描5 次獲得平均光譜，并代入預先建好的以梗絲比例為參比值的近紅外預測模型［13］，實現梗絲比例的檢測。

已建立的梗絲比例近紅外預測模型［13］如圖2所示，模型的校正集相關系數為0.999 5，校正集均方根誤差為0.304，驗證集相關系數為0.999 0，驗證均方根誤差為0.440，外部驗證的平均絕對偏差為0.35%，精密度試驗的平均相對標準偏差為1.34%。

圖2 梗絲比例近紅外預測模型Fig.2 Near infrared model for cut stem proportion

2 結果與分析

2.1 風送及卷制過程對梗絲比例的影響

2.1.1 對梗絲比例均值的影響

表1 為不同取樣點煙絲中梗絲比例檢測結果，其中A 為風送前煙絲，B1～B3 為風送至1#～3#卷接機組的煙絲，C1～C3 為經1#～3#卷接機組卷制成卷煙后的煙絲，并對各取樣點進行LSD 多重比較，結果見表2。

由表1 和表2 可以看出，3 臺卷接機組所生產卷煙中的梗絲比例經風送和卷制后會發生顯著變化，分別平均升高10.66%、9.76%、8.33%。風送前后梗絲比例差異為極顯著，梗絲比例平均升高1.40 百分點，平均變化率為7.40%。卷制前后梗絲比例差異也為極顯著，梗絲比例平均升高0.41 百分點，平均變化率為2.05%。風送及卷制后，梗絲比例合計升高1.81 百分點，平均變化率為9.60%。

表1 不同取樣點和批次梗絲比例檢測結果Tab.1 Cut stem proportions from different sampling points of different batches

表1 （續）

表2 不同取樣點的多重比較結果Tab.2 Results of multiple comparisons of cut stem proportions from different sampling points

風送及卷制過程均會顯著影響雪茄型卷煙煙絲中的梗絲比例，這可能是因為雪茄型卷煙煙絲中晾曬煙葉絲與梗絲的造碎程度不同所致。在本試驗中，風送及卷制后梗絲比例極顯著升高，與雪茄型卷煙煙絲中晾曬煙用量較多、葉絲抗碎性相對較差［14］，導致風送及卷制過程中葉絲造碎程度高于梗絲有關。其中卷制前后梗絲比例變化幅度較小，與卷制過程中部分梗雜物質被分離出來有關。因此，綜合考慮葉、梗絲的抗碎性有利于提升風送及卷制前后梗絲比例的一致性。

以梗絲比例為響應變量，以取樣點、機臺和實驗批次為影響因素，采用一般線性模型法進行多因素方差分析，結果見表3。由表3 可以看出，試驗輪次、機臺及其與取樣點間的交互作用也達到了極顯著或顯著水平，即風送和卷制過程對梗絲比例的影響程度會因機臺不同而異，并會隨生產過程發生變化。盡管機臺間存在差異性，不同試驗輪次間也存在差異性，但均未改變梗絲比例的總體變化趨勢。

表3 多因素方差分析表Tab.3 Multi-factor variance analysis

2.1.2 對梗絲比例波動的影響

各取樣點5 輪次梗絲比例的變異系數見圖3。如圖3 所示，各個取樣點的梗絲比例變異系數介于2.57%～3.63%之間，總體變化趨勢為先升后降，這與劉棟等［15］的研究結果一致。以機臺為單位，采用Kruskal-Wallis 檢驗法對各輪次的變異系數進行多樣本秩和檢驗，結果如表4 所示。由表4可以看出，針對3 臺卷接機組的檢驗結果均為不顯著，說明風送及卷制過程雖然會影響煙絲中梗絲的比例，但不影響其波動程度，梗絲比例的波動程度主要取決于煙絲摻配環節。

圖3 各取樣點5 輪次梗絲比例的變異系數Fig.3 Coefficient of variation of cut stem proportion from different sampling points of five batches

表4 不同機臺各取樣點梗絲比例變異系數的Kruskal-Wallis 檢驗Tab.4 Kruskal-Wallis test of coefficient of variation of cut stem proportion from three sampling points at different cigarette makers

2.2 不同機臺間的對比分析

2.2.1 風送后梗絲比例在不同機臺間的對比分析

如圖3 所示，風送后該雪茄型卷煙煙絲中梗絲比例的變化在3 臺卷接機組上表現出相同的趨勢，但變化程度則因機臺而異，進而導致到達不同卷接機組的煙絲中的梗絲比例存在差異。表5 所示LSD多重比較結果表明，①風送至1#～3#卷接機組的煙絲中梗絲比例均極顯著升高，分別升高了2.01、1.16和1.03 百分點，平均升高1.40 百分點。②到達1#卷接機組的煙絲中梗絲比例與2#、3#卷接機組間存在極顯著差異，分別相差0.85 和0.98 百分點；到達2#、3#卷接機組的煙絲中梗絲比例差異不顯著。

相同的煙絲風送至不同的卷接機組后，梗絲比例升高的幅度不同，且表現為隨輸送距離延長（3#＞2#＞1#）而降低的趨勢，這顯然無法用葉、梗絲造碎程度不同來解釋。同時考慮煙絲分層或許能夠解釋上述現象。由于葉絲、梗絲形態的差異性，煙絲在風送管道入口處會產生分層現象，其中梗絲（尤其是膨脹效果差、密度大的梗絲）會向下沉降，導致煙絲中梗絲比例降低。輸送距離越遠、管道內的風速越低，分層現象越嚴重。因此，輸送距離短的機臺，風速高，分層現象較輕、煙絲中梗絲比例偏高，加之輸送過程中葉絲造碎更嚴重，導致風送后梗絲比例升高幅度大；輸送距離長的機臺，風速低，分層現象較嚴重、煙絲中梗絲比例偏低，加之輸送過程中葉絲造碎較輕，導致風送后梗絲比例升高幅度小。可見，風送后梗絲比例的變化是造碎及煙絲分層共同作用的結果，而由于不同卷接機組輸送距離不同及輸送風速的變化，導致造碎與分層現象或者相互疊加，或者相互抵消，從而導致相同煙絲風送至不同卷接機組后，梗絲比例存在差異性。

2.2.2 卷制后梗絲比例在不同機臺間的對比分析

如圖3 所示，卷制后梗絲比例的變化在3 臺卷接機組上同樣表現出相同的趨勢，但變化程度則因機臺而異，進而導致不同卷接機組卷制的煙支中梗絲比例也存在差異性。表6 所示LSD 多重比較結果表明：①1#卷接機組卷制前后煙絲中梗絲比例差異不顯著，2#、3#卷接機組的梗絲比例極顯著升高，分別升高了0.68、0.54 百分點。②1#與3#卷接機組卷制后煙絲中梗絲比例存在顯著差異性，平均相差0.44 百分點，1#與2#、2#與3#卷接機組間的差異不顯著。3 臺卷接機組卷制后煙絲中梗絲比例的分布趨勢與卷制前一致，說明到達各機臺煙絲中梗絲比例的差異性同樣也會在卷煙中體現出來。但機臺間的差異程度較卷制前有所降低，這應當與卷接機組機型及運行參數如剔梗率等的差異性有關。

表5 不同機臺風送前后梗絲比例的多重比較結果Tab.5 Results of multiple comparisons of cut stem proportion before and after pneumatic feeding

表6 不同機臺卷制前后梗絲比例的多重比較結果Tab.6 Results of multiple comparisons of cut stem proportion before and after cigarette making

3 結論

（1）雪茄型卷煙煙絲經風送和卷制后梗絲比例會發生顯著變化，3 臺卷接機組的平均變化率為10.66%、9.76%、8.33%，變化趨勢為經風送及卷制后梗絲比例遞次升高，且風送前后的變化程度大于卷制前后。

（2）雪茄型卷煙煙絲經風送和卷制后梗絲比例的變異系數整體呈先升后降的變化趨勢，但Kruskal-Wallis 檢驗結果為差異不顯著，即對同一臺卷接機組而言，風送及卷制過程不會明顯改變煙絲摻配的均勻性。

（3）雪茄型卷煙煙絲中梗絲比例的變化程度因卷接機組機臺而異，因而會導致不同機臺來料煙絲及卷制后煙支中梗絲比例存在差異性，部分機臺間的差異達到了顯著或極顯著水平。

綜上所述，風送及卷制前、后梗絲比例會發生變化，機臺間梗絲比例也存在差異，產生差異的主要原因是葉絲、梗絲的抗碎性不同，以及煙絲分層等。因此，應從改善原料特性、改進風送系統、優化運行參數等方面采取綜合措施減小差異性，提升卷煙產品的均質化水平。