不同膨脹介質的膨脹煙絲工藝的應用研究及結果對比

鄧若飛 張宏杰

(北京航天試驗技術研究所，北京 100074)

0 引言

在卷煙配方中，膨脹煙絲的合理使用，可以節約煙絲，還可降低卷煙的焦油釋放量，并改善卷煙的感官品質[1]。國內外主流的煙絲膨脹方法主要有：CFCs煙絲膨脹法、二氧化碳膨脹法、氮氣膨脹法等[2]。近年來，隨著人類對安全及環保的要求越來越高，一些新型的膨脹工藝及設備相繼誕生，如SP系列膨脹法。SP系列膨脹法采用KC-2膨脹介質進行浸漬[3]，對應的設備有SP31和SP32兩種系列。其中，SP32煙絲膨脹設備主要采用低壓浸漬和微波膨脹相結合技術。但KC-2膨脹介質的ODP值不為零，未來發展受限，因此研發出了適用于SP32煙絲膨脹設備的ODP值為零、符合環保要求的新型膨脹介質KN-3。本文對兩種物料，按照所使用的不同膨脹介質(CO2、KC-2、KN-3)，采用相應的膨脹方式(CO2膨脹、SP32微波膨脹)，開展工藝應用研究及膨脹煙絲對比，同時獲得KN-3新型膨脹介質在工業化應用中的可行性研究數據及結論。

1 對比試驗

在進行工業化試驗前，KN-3新型膨脹介質已完成實驗室小試、5kg/h試驗線試驗、10kg/h試驗線試驗、特性參數及毒性測試等一系列開發測試流程，并在此流程基礎上對工藝參數進行研究，總結歸納出了適合膨脹介質特性的工業化應用中的系統工藝參數，將該工藝參數作為KN-3工業化試驗基本參數。CO2及KC-2介質的試驗過程，使用正常生產中穩定的工藝參數。

1.1 試驗原料及設備

1.1.1 試驗原料

B2煙葉和GY配方煙葉各1700kg(共3400kg)，分別經同一切絲機切制成相應牌號煙絲作為膨脹前原料煙絲，切絲寬度1.0±0.1mm，不加料不加香，含水率17%±1%，其他制絲參數按照日常生產中穩定的工藝參數。

1.1.2 試驗設備

(1)300kg/h SP32微波膨脹設備

SP32煙絲膨脹設備使用環保型膨脹介質，在一定的溫度、壓力、時間等綜合工藝條件下，在微波諧振腔中將浸入到煙絲中的膨脹介質蒸發，使煙絲膨脹，蒸發出的膨脹介質通過提純回收循環使用。整個系統由浸漬單元、膨脹單元、介質回收單元、膨脹煙絲后處理單元構成。

(2)CO2膨脹煙絲系統

使用干冰作為膨脹介質，將達到來料工藝要求的原料煙絲在一定的浸漬溫度、浸漬壓力和浸漬時間下進行浸漬作用，再使用熱氣流干燥，使煙絲中的干冰在一定溫度下升華，從而使煙絲膨脹。

1.2 試驗步驟

1.2.1 膨脹煙絲制備

取制備合格的B2煙葉及GY配方煙葉各500kg(共1000kg)原料煙絲進行CO2膨脹方式煙絲膨脹；取制備合格的B2煙葉及GY配方煙葉各1200kg(共2400kg)原料煙絲進行SP32微波膨脹方式(KC-2、KN-3兩種介質)煙絲膨脹。

1.2.2 膨脹后煙絲卷制

CO2膨脹方式的B2膨脹煙絲和GY膨脹煙絲各卷制20條卷煙。

SP32膨脹方式(KC-2介質)的B2膨脹煙絲和GY膨脹煙絲各卷制20條卷煙。

SP32膨脹方式(KN-3介質)的B2膨脹煙絲和GY膨脹煙絲各卷制20條卷煙。

2 結果及分析

將制備好的樣品按照煙草行業各相關標準進行物理指標、化學指標及主流煙氣檢測。

2.1 不同膨脹介質下煙絲物理指標的表現

2.1.1 B2煙葉膨脹煙絲物理指標

三種膨脹介質下的B2膨脹煙絲各取5組進行物理指標(含水率、填充值、整絲率、碎絲率)檢測，記錄5組平均值，結果如表1所示。

從檢測結果來看，使用SP32微波膨脹方式的兩種B2膨脹煙絲的物理指標表現均優于CO2膨脹方式的B2膨脹煙絲，其中KN-3介質的B2膨絲填充值、整絲率及碎絲率表現均優于另兩種膨絲。

2.1.2 GY配方煙葉膨脹煙絲物理指標

三種膨脹介質下的GY膨絲各取5組進行物理指標(含水率、填充值、整絲率、碎絲率)檢測，記錄5組平均值，結果如表2所示。

從物理指標檢測結果來看，使用SP32微波膨脹方式的兩種GY膨絲的整絲率和碎絲率均優于CO2膨脹方式的GY膨絲，但填充值略低于CO2膨脹方式的GY膨絲，其中KN-3介質的GY膨絲填充值稍低于KC-2介質的GY膨絲，但整絲率和碎絲率表現優于KC-2介質的GY膨絲。

表1 B2等級煙葉不同膨脹方式膨后物理指標

表2 GY配方煙葉不同膨脹方式膨后物理指標

2.2 不同膨脹介質下煙絲化學指標的表現

2.2.1 B2煙葉膨脹煙絲化學指標

三種膨脹介質下B2膨絲的化學指標如表3所示。

從檢測結果來看，與膨前生絲相比，三種膨脹介質下的B2膨絲總糖、還原糖含量略有升高，CO2膨脹方式的B2膨脹煙絲總植物堿含量、總氮含量低于另兩種膨脹方式，但鉀含量高于另兩種膨脹方式。

2.2.2 GY配方煙葉膨脹煙絲化學指標

三種膨脹介質下GY膨脹煙絲的化學指標如表4所示。

從檢測結果來看，與膨前生絲相比，三種膨脹介質下的GY膨絲總糖、還原糖含量均有升高，CO2膨脹方式的GY膨脹煙絲總植物堿含量、總氮含量低于另兩種膨脹方式，但鉀含量高于另兩種膨脹方式。

2.3 不同膨脹介質下主流煙氣的表現

主流煙氣檢測的樣品規格均為84.0mm，表5為六種膨絲的主流煙氣檢測結果。

由表5可以看出，各種膨絲卷煙煙支在重量基本相同的情況下，KC-2介質和KN-3介質的B2膨絲總粒相物、煙氣煙堿量、焦油量及CO量均高于CO2方式的B2膨絲，而KC-2介質的膨絲又高于KN-3介質；對于GY膨絲來說，CO2方式的GY膨絲總粒相物、煙氣煙堿量及焦油量高于另兩種介質的GY膨絲，而KN-3介質的GY膨絲CO量高于另兩種介質的GY膨絲。

表3 B2等級煙葉不同膨脹方式膨后化學指標

表4 GY配方煙葉不同膨脹方式膨后化學指標

表5 六種膨絲的主流煙氣檢測結果

3 結語

通過對兩種煙絲物料在三種膨脹介質下的膨脹處理及工藝應用研究，得到六種膨脹煙絲的物理指標、化學指標及主流煙氣檢測對比結果，綜合分析，SP32微波膨脹方式的膨脹煙絲整體表現優異，各項指標均能滿足實際生產的工藝要求，且與CO2膨絲相比，SP32微波膨絲在物理指標表現上優勢較為明顯。同時，從各項試驗檢測結果來看，KN-3新型膨脹介質在煙絲膨脹工藝的工業化試驗應用中表現良好，可以滿足卷煙企業的工藝應用要求，下一步可在KN-3新型膨脹介質的其他方面進行深入研究，以獲得完整的研究結論。