基于灰色關(guān)聯(lián)法的短支煙加工工序間煙絲尺寸分布研究

王天怡，范 磊，史一軒，姚二民*，李 曉，楚 晗

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000)

【研究意義】煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙品質(zhì)的影響至關(guān)重要，煙絲在整個(gè)加工輸送環(huán)節(jié)中具有連貫影響性，前面的加工過(guò)程會(huì)對(duì)后面的加工過(guò)程產(chǎn)生影響，致使煙絲尺寸的分布發(fā)生波動(dòng)，它的波動(dòng)會(huì)影響整個(gè)卷煙生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性，而且不同規(guī)格的卷煙煙絲結(jié)構(gòu)波動(dòng)情況有所不同。【前人研究進(jìn)展】目前，國(guó)內(nèi)外的部分研究多針對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙物理指標(biāo)的影響[1-6]，申曉峰[7]等通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)來(lái)料煙絲的結(jié)構(gòu)對(duì)成品煙支單重和煙支密度及其穩(wěn)定性的影響進(jìn)行研究表明，煙絲結(jié)構(gòu)的不同分布對(duì)煙支密度、穩(wěn)定性和煙支單支重量的影響大不相同；堵勁松[8]等分析了用多種配方連續(xù)多次卷制的煙絲結(jié)構(gòu)區(qū)間分布與卷煙物理質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，煙絲尺寸與卷煙物理質(zhì)量指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性存在一定的極點(diǎn)，位于極點(diǎn)兩側(cè)的煙絲結(jié)構(gòu)的變化對(duì)卷煙物理質(zhì)量指標(biāo)的影響變化相反，當(dāng)煙絲結(jié)構(gòu)控制在一定尺寸范圍可以得到比較理想的卷煙物理質(zhì)量。現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)各個(gè)工序之間煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)研究較少，而類(lèi)似研究也只是針對(duì)常規(guī)卷煙，中短支卷煙方面沒(méi)有研究?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】因此，本研究對(duì)卷煙加工線上切絲后到煙絲條卷制前的重要工序(切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機(jī)料斗處)的煙絲進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并與常規(guī)卷煙進(jìn)行對(duì)比分析，具體全面地分析短支卷煙加工工序間煙絲結(jié)構(gòu)的波動(dòng)情況，明確短支卷煙的工藝需求?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】對(duì)調(diào)整短支卷煙制絲工序煙絲結(jié)構(gòu)提出合理性依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

品牌的全配方煙絲由許昌卷煙廠提供。主要儀器：Y2SJO型多功能檢測(cè)振篩(徐州市鐵建機(jī)械制造有限公司，篩網(wǎng)孔徑為：10.00、7.00、5.00、4.00、3.35、2.50、1.00 mm)； PL3001-SMettler電子天平(感量0.1 g，瑞士SMettler公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 煙絲樣品取樣 卷煙加工線穩(wěn)定生產(chǎn)后，分別在切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機(jī)料斗處對(duì)煙絲用取樣盤(pán)隨機(jī)取樣4000 g，單次取樣時(shí)間間隔20 min，每批次取樣4次。每次所取樣品混合均勻，采用四分法將其縮至1000 g，裝入密封袋中，貼好標(biāo)簽待用。

1.2.2 煙絲結(jié)構(gòu)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。用Y2SJO型多功能檢測(cè)振篩對(duì)制絲線上煙絲樣品按不同篩網(wǎng)孔徑篩分為8個(gè)區(qū)間，每個(gè)樣品煙絲篩分3次，每次篩分樣品煙絲質(zhì)量約1000 g。篩分條件：振動(dòng)頻率40.00 Hz，每間隔1 min變更1次旋轉(zhuǎn)方向，每次篩分3 min。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 灰色關(guān)聯(lián)法是基于各因素發(fā)展趨勢(shì)的相似性或差異性來(lái)衡量各因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法，它按照一定規(guī)則確立隨時(shí)間變化的母序列，把各個(gè)評(píng)估對(duì)象隨時(shí)間的變化作為子序列，運(yùn)用公式

2 結(jié)果與分析

2.1 切絲后煙絲結(jié)構(gòu)與烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)的分析

將切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機(jī)料斗處的各組煙絲樣品按照1.2中的方法進(jìn)行篩分測(cè)定獲得8層不同尺寸的煙絲分布，每個(gè)加工工序的煙絲結(jié)構(gòu)即為每層煙絲重量占總樣品重量的比例。

以烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)為母序列、以切絲后煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者之間的灰色關(guān)聯(lián)度(表1)，按照微關(guān)聯(lián)，弱關(guān)聯(lián)，較強(qiáng)關(guān)聯(lián)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)的作用強(qiáng)度對(duì)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖1)，并在表1標(biāo)注。

根據(jù)表1可發(fā)現(xiàn)，烘絲后3.35～4.0 mm尺寸的煙絲與切絲后3.35～10.0 mm尺寸的煙絲均有正的較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，其中與切絲后7.0～10.0 mm的煙絲關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度為0.7665，說(shuō)明切絲后7.0 mm以上的長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)烘絲后變短，大比例減小為3.35～4.0 mm尺寸煙絲；烘絲后2.5～3.35 mm尺寸的煙絲與切絲后5.0～7.0 mm尺寸的煙絲有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，關(guān)聯(lián)度為0.6495；烘絲后1.0～2.5 mm尺寸的煙絲與切絲后1.0～7.0 mm尺寸的煙絲關(guān)聯(lián)性均較強(qiáng)，且都呈正關(guān)聯(lián)性，其中與切絲后2.5～3.35 和4～5 mm尺寸的煙絲有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；烘絲后小于1.0 mm尺寸的煙絲與切絲后1.0～2.5 和3.35～4.0 mm尺寸的煙絲關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，呈負(fù)關(guān)聯(lián)，增加切絲后的整絲率可以降低烘絲后的碎絲率。切絲后各尺寸的煙絲不僅與烘絲后所對(duì)應(yīng)尺寸的煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，而且還與烘絲后對(duì)應(yīng)尺寸的下一尺寸的煙絲分布關(guān)系密切，適當(dāng)增加切絲后的長(zhǎng)絲率可以提高烘絲后的整絲率。

表1 切絲后煙絲結(jié)構(gòu)與烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)的分析Table 1 Analysis of the tobacco structure between shredded tobacco structure and drying tobacco structure

注：(1)、(2)、(3)、(4)分別對(duì)應(yīng)為微關(guān)聯(lián)、弱關(guān)聯(lián)、較強(qiáng)關(guān)聯(lián)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)。下同。

Note: (1), (2), (3) and (4) correspond to micro, weak, strong and strong associations. The same as below.

圖1 切絲后煙絲結(jié)構(gòu)與烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)結(jié)果Fig.1 Clustering results of correlation between shredded tobacco structure and drying tobacco structure

由圖1的整體聚類(lèi)結(jié)果可看出，切絲后煙絲層與烘絲后煙絲層有不同程度的關(guān)聯(lián)性，呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)的煙絲層有9個(gè)，關(guān)聯(lián)度分布在0.65～0.8之間；呈較強(qiáng)關(guān)聯(lián)的煙絲層最多，有27個(gè)，關(guān)聯(lián)度分布在0.5～0.6之間；呈弱關(guān)聯(lián)的煙絲層有17個(gè)，關(guān)聯(lián)度集中分布在0.35～0.5之間；呈微關(guān)聯(lián)的煙絲層有11個(gè)，關(guān)聯(lián)度多在0.3以下。

2.2 烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)與加香后煙絲結(jié)構(gòu)的分析

以加香后煙絲結(jié)構(gòu)為母序列、以烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者之間的灰色關(guān)聯(lián)度(表2)，并進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖2)。

根據(jù)表2可發(fā)現(xiàn)，加香后3.35～4.0 mm尺寸的煙絲僅與烘絲后同尺寸煙絲有強(qiáng)的正關(guān)聯(lián)性，關(guān)聯(lián)度為0.5021；加香后2.5～3.35 mm尺寸的煙絲與烘絲后4.0～7.0 mm尺寸的煙絲有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，關(guān)聯(lián)度分別為0.5742、0.4975，說(shuō)明加香后2.5～3.35 mm尺寸的煙絲主要來(lái)源是烘絲后長(zhǎng)度為4.0～7.0 mm的煙絲；加香后1.0～2.5 mm尺寸的煙絲與烘絲后3.35～4.0 和5.0～7.0 mm尺寸的煙絲關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，且為正關(guān)聯(lián)，即烘絲后的長(zhǎng)絲越多，加香后的短絲越多；加香后小于1.0 mm的煙絲與烘絲后2.5～3.35 mm的煙絲關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，但呈負(fù)關(guān)聯(lián)，說(shuō)明烘絲后整絲的增加，可以對(duì)加香后的造碎情況有改善。烘絲后各尺寸的煙絲大多與加香后所對(duì)應(yīng)尺寸的煙絲或?qū)?yīng)尺寸的下一尺寸煙絲有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，烘絲后煙絲的中長(zhǎng)絲對(duì)加香后煙絲的中短絲影響較大，因此，適當(dāng)調(diào)整烘絲后中長(zhǎng)絲分布比例，可以對(duì)加香后煙絲的整絲率上升和碎絲率下降有所改善。

表2 烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)與加香后煙絲結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果Table 2 Analysis of the tobacco structure between drying tobacco structure and flavoring tobacco structure

由圖2的整體聚類(lèi)結(jié)果可知，烘絲后煙絲層與加香后煙絲層大部分呈弱關(guān)聯(lián)和微關(guān)聯(lián)。呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用的有4個(gè)，關(guān)聯(lián)度在0.5以上；呈較強(qiáng)關(guān)聯(lián)的煙絲層有10個(gè)，關(guān)聯(lián)度分布在0.35～0.45之間；呈弱關(guān)聯(lián)的煙絲層有29個(gè)，關(guān)聯(lián)度分布在0.3～0.35之間；呈微關(guān)聯(lián)的煙絲層有21個(gè)，關(guān)聯(lián)度分布于0.255以下。

2.3 加香后煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙機(jī)料斗處煙絲結(jié)構(gòu)的分析

以卷煙機(jī)料斗處煙絲結(jié)構(gòu)為母序列、以加香后煙絲結(jié)構(gòu)為子序列，計(jì)算二者之間的灰色關(guān)聯(lián)度(表3)，并進(jìn)行聚類(lèi)分析(圖3)。

卷煙機(jī)料斗處5.0～10.0 mm尺寸的煙絲與加香后7.0～10.0 mm尺寸的煙絲有較強(qiáng)的正關(guān)聯(lián)性；卷煙機(jī)料斗處3.35～4.0 mm尺寸的煙絲與加香后3.35～5.0 和7.0～10.0 mm尺寸的煙絲有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性；卷煙機(jī)料斗處2.5～3.35 mm尺寸的煙絲與加香后2.5～7.0 mm尺寸的煙絲都有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，其中，與加香后同尺寸(2.5～3.35 mm)煙絲關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度為0.8006，說(shuō)明加香后的中絲對(duì)卷煙機(jī)料斗處的中絲影響較大，且呈正關(guān)聯(lián)作用；卷煙機(jī)料斗處1.0～2.5 mm尺寸的煙絲與加香后同尺寸的煙絲有正的較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。加香后各尺寸的煙絲多與卷煙機(jī)料斗處其對(duì)應(yīng)尺寸的煙絲具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，加香后中長(zhǎng)絲比例對(duì)卷煙機(jī)料斗處的中長(zhǎng)絲比例的影響大部分是較強(qiáng)的，要改善煙支卷制前煙絲尺寸分布的比例，可以對(duì)加香后的中長(zhǎng)絲比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖2 烘絲后煙絲結(jié)構(gòu)與加香后煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)結(jié)果Fig.2 Clustering results of correlation between drying tobacco structure and flavoring tobacco structure

加香后煙絲結(jié)構(gòu)層與卷煙機(jī)料斗處煙絲結(jié)構(gòu)層都有不同程度的關(guān)聯(lián)性，呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)的煙絲層有2個(gè)，關(guān)聯(lián)度在0.8以上；呈較強(qiáng)關(guān)聯(lián)的煙絲層有20個(gè)，關(guān)聯(lián)度在0.6～0.7之間；呈弱關(guān)聯(lián)的煙絲層有20個(gè)，關(guān)聯(lián)度分布在0.4～0.5之間；呈微關(guān)聯(lián)的煙絲層有22個(gè)，關(guān)聯(lián)度在0.4以下。

2.4 不同規(guī)格卷煙的煙絲尺寸對(duì)比

為明確短支卷煙在加工工序間煙絲結(jié)構(gòu)的變化，按照1.2的取樣和測(cè)定方法，對(duì)同一制絲生產(chǎn)線上的常規(guī)卷煙的煙絲結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，并將兩種規(guī)格的卷煙在加工工序間呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用的煙絲尺寸進(jìn)行對(duì)比(表4)。由表4可知，短支卷煙和常規(guī)卷煙在加工工序間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的煙絲結(jié)構(gòu)層有很大不同。在切絲后和烘絲后兩加工工序間，短支卷煙是切絲后4.0～7.0、2.5～3.35 mm與烘絲后1.0～4.0 mm呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)，常規(guī)卷煙是切絲后5.0～7.0 mm與烘絲后3.35～4.0 mm呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)；在烘絲后和加香后兩加工工序間，短支卷煙在烘絲后1.0～3.35、4.0～7.0 mm與加香后2.5～4.0 mm呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)，常規(guī)卷煙在烘絲后2.5～3.35 mm與加香后2.5～3.35 mm呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)；在加香后和卷煙機(jī)料斗處兩工序間，短支卷煙在加香后2.5～3.35 mm與卷煙機(jī)料斗處2.5～3.35 mm呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)，常規(guī)卷煙在加香后1.0～3.35 mm與卷煙機(jī)料斗處1.0～3.35 mm呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)。常規(guī)卷煙在加工過(guò)程中，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的煙絲層由長(zhǎng)絲逐漸向中絲轉(zhuǎn)移，關(guān)聯(lián)的煙絲層區(qū)間范圍較大，而短支卷煙在加工過(guò)程中，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的煙絲結(jié)構(gòu)由中長(zhǎng)煙絲逐漸轉(zhuǎn)移為中絲，關(guān)聯(lián)區(qū)間逐漸減小，可能是由于短支卷煙煙支長(zhǎng)度短，卷制時(shí)所需的煙絲結(jié)構(gòu)多為中絲，才能達(dá)到較好的卷制質(zhì)量。

表3 加香后煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙機(jī)料斗處煙絲結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果Table 3 Analysis of tobacco structure between flavoring tobacco structure and tobacco structure at cigarette hopper

表4 不同規(guī)格卷煙加工工序間呈強(qiáng)關(guān)聯(lián)的煙絲尺寸Table 4 Tobacco size strongly correlated between different specifications of cigarette processing

圖3 加香后煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙機(jī)料斗處煙絲結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度聚類(lèi)結(jié)果Fig.3 Clustering results of correlation between flavoring tobacco structure and tobacco structure at cigarette hopper

3 結(jié) 論

本研究運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法和聚類(lèi)分析對(duì)短支卷煙生產(chǎn)線上不同工序(切絲后，烘絲后，加香后，卷煙機(jī)料斗處)之間煙絲結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并與常規(guī)卷煙進(jìn)行對(duì)比。

(1) 短支卷煙切絲后4.0～7.0、2.5～3.35 mm的煙絲與烘絲后1.0～4.0 mm的煙絲有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，烘絲后1.0～3.35、4.0～7.0 mm的煙絲與加香后2.5～4.0 mm的煙絲有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，調(diào)整切絲后與烘絲后中長(zhǎng)絲分布比例，可以改善加香后整絲率；加香后2.5～3.35 mm的煙絲與卷煙機(jī)料斗處2.5～3.35 mm的煙絲有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，加香后的中長(zhǎng)絲對(duì)卷制前的中長(zhǎng)絲影響顯著。

(2) 對(duì)比常規(guī)卷煙和短支卷煙的煙絲結(jié)構(gòu)變化，常規(guī)卷煙關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的煙絲層由長(zhǎng)絲逐漸向中絲轉(zhuǎn)移，關(guān)聯(lián)的煙絲層范圍較大，而短支卷煙關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的煙絲層由中長(zhǎng)煙絲逐漸轉(zhuǎn)移為中絲，關(guān)聯(lián)區(qū)間逐漸減小。不同規(guī)格的卷煙在各工序間關(guān)聯(lián)的煙絲層不同，針對(duì)不同規(guī)格的卷煙，煙絲結(jié)構(gòu)的調(diào)整有不同的方向。

(3) 本研究的范圍貫穿短支卷煙整個(gè)制絲生產(chǎn)線以及卷煙卷制前的工序，可以通過(guò)相鄰工序之間不同尺寸煙絲的關(guān)聯(lián)性，針對(duì)性的查找對(duì)煙絲卷制前某一具體煙絲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響的前面工序的具體煙絲尺寸分布，為優(yōu)化短支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)，提高短支煙的卷制質(zhì)量提供全面的理論依據(jù)。