精細(xì)化分選對(duì)打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工的影響

衛(wèi)盼盼，吳曉梅，安銀立，馬建勛，杜家亮

（華環(huán)國(guó)際煙草有限公司，安徽 鳳陽 233100）

隨著模塊化配方的普及和均質(zhì)化加工的推廣，工業(yè)分選已成為打葉復(fù)烤前的必備環(huán)節(jié)。工業(yè)分選不僅能夠提高煙葉等級(jí)的純度，有效控制煙葉中各類雜物［1-5］，還可顯著提升成品片煙的均勻性控制效果［6］。因此，各復(fù)烤企業(yè)根據(jù)自身情況從探索新方法［7-8］、構(gòu)建新設(shè)備［9］、規(guī)范管理措施［10-11］等方面開展了系統(tǒng)的研究與應(yīng)用；但是重點(diǎn)品牌的快速發(fā)展、收購(gòu)計(jì)劃的壓縮、卷煙庫(kù)存的積壓等，造成了片煙原料結(jié)構(gòu)性矛盾日益加劇。為此多家工業(yè)企業(yè)在增加工業(yè)分選比例的基礎(chǔ)上提出增加分選類別數(shù)量，由2類增加至3類甚至5類。而目前關(guān)于精片選對(duì)原料精細(xì)化利用重要性的研究大多集中于選后煙葉質(zhì)量方面［12-13］，關(guān)于對(duì)成品片煙影響程度的研究甚少。本文通過對(duì)原料普選及精片選結(jié)果的對(duì)比分析，研究精片選對(duì)于煙葉利用率、片煙質(zhì)量的提升效果，以期為進(jìn)一步挖掘煙葉的使用潛能提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

某卷煙工業(yè)企業(yè)調(diào)入復(fù)烤企業(yè)的河南C2F等級(jí)初烤煙葉共計(jì)6.29萬擔(dān)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為科學(xué)評(píng)價(jià)精細(xì)化分選對(duì)打葉復(fù)烤均質(zhì)化加工的影響，僅引入“分選類別”作為試驗(yàn)因素，其余環(huán)節(jié)均采用相同的工藝路徑及加工方法。按照《打葉復(fù)烤 初烤煙選葉指南》(YC/Z 575—2018)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工業(yè)企業(yè)調(diào)撥的初烤煙葉進(jìn)行2次分選，試驗(yàn)設(shè)置3種分選模式，分別為不分選(C2F，分選量為507擔(dān))、普選(C2FA、C2FB，分選量共為3.12萬擔(dān))、精片選(C21、C22、C23、CXK、BK，分選量共為3.12萬擔(dān))。

1.3 儀器設(shè)備

Armor711 在線近紅外光譜儀（德國(guó)Carl Zeiss公司）、AntarisⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀（美國(guó)ThermoFisher 公司）、 FED115 熱風(fēng)循環(huán)烘箱（德國(guó)Binder 公司）、CSM-I 旋風(fēng)磨［60目（250 μm)網(wǎng)篩，北京一輕研究院研制］、DFS197 粉碎機(jī)（上海鼎廣機(jī)械設(shè)備有限公司）。

1.4 指標(biāo)檢測(cè)

1.4.1 工業(yè)分選 分選前制定各類別分選實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照閉環(huán)管理措施開展工業(yè)分選。分選過程中取樣以檢測(cè)樣品的外觀質(zhì)量及化學(xué)成分，評(píng)價(jià)其生產(chǎn)效果。

1.4.1.1 外觀質(zhì)量檢測(cè) 每次隨機(jī)抽取20片煙葉，參照外觀評(píng)分表，對(duì)每片煙葉進(jìn)行逐項(xiàng)打分。

1.4.1.2 選后半成品的化學(xué)成分檢測(cè) 每日上午下午各類別樣品分別取樣并檢測(cè)1次，采用Antaris Ⅱ傅里葉變換近紅外光譜儀檢測(cè)常規(guī)化學(xué)成分。

1.4.2 均質(zhì)化配方加工 經(jīng)工業(yè)分選后的各類別煙葉進(jìn)入高架庫(kù)，入庫(kù)過程實(shí)時(shí)檢測(cè)煙葉煙堿化學(xué)成分，經(jīng)高架庫(kù)自動(dòng)控制系統(tǒng)，生產(chǎn)出庫(kù)隊(duì)列，形成均質(zhì)化投料配方。

1.4.2.1 煙堿實(shí)時(shí)檢測(cè) 利用Armor711在線近紅外光譜儀，以6 s/次的頻次實(shí)時(shí)采集輸送帶上煙葉的煙堿信息；煙架裝滿后由計(jì)算機(jī)賦予相應(yīng)的煙堿信息到高架庫(kù)煙箱的RFID標(biāo)簽中。

1.4.2.2 成品片煙檢測(cè) 參照《煙葉 打葉復(fù)烤 工藝規(guī)范》(YC/T146—2010)檢測(cè)方法，每50箱取1個(gè)綜合樣(50 g)，干燥后使用旋風(fēng)磨磨制成60目粉末，利用Antaris Ⅱ傅里葉近紅外光譜儀檢測(cè)常規(guī)化學(xué)成分。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同分選模式的原料差異性分析

煙堿與卷煙產(chǎn)生的刺激性辣感有密切關(guān)系，煙堿含量的多少直接影響到卷煙的勁頭及吃味［14-15］。復(fù)烤企業(yè)也以煙堿均勻性作為衡量均質(zhì)化加工的指標(biāo)。總糖能夠促進(jìn)煙氣的酸堿平衡，降低其刺激性，提高煙葉的柔軟性，進(jìn)而影響其外觀質(zhì)量的表達(dá)［16-17］。糖堿比是評(píng)價(jià)煙葉內(nèi)在品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其能夠衡量煙葉的香氣、吸味、勁頭、濃度優(yōu)劣［18］。由表1可知，3種分選模式的原料煙堿均值范圍為2.82%～2.89%，總糖均值范圍為19.95%～20.87%，糖堿比均值范圍為7.12～8.09；方差分析結(jié)果表明，煙堿、總糖及糖堿比的平均值均未達(dá)到顯著性差異；普選和精片選模式的變異系數(shù)相差不大，且均顯著高于不分選模式的，這可能與樣品量有關(guān)，因此可進(jìn)一步考察不同分選模式對(duì)煙葉均質(zhì)化加工的貢獻(xiàn)程度。3種分選模式的煙葉的化學(xué)成分相差不大（圖1）。

圖1 3種分選模式原料的化學(xué)成分箱線圖

2.2 精細(xì)化分選后煙葉質(zhì)量差異分析

分選前強(qiáng)化仿制樣品管理，參照工業(yè)客戶制定的分選標(biāo)準(zhǔn)樣品。巡檢員、質(zhì)檢員、分選工分別制定標(biāo)準(zhǔn)樣、現(xiàn)場(chǎng)仿制樣和工位仿制樣，分選工制作的工位仿制樣經(jīng)審查合格后，方能開始分選生產(chǎn)，確保分選眼光的一致性。不同分選模式對(duì)應(yīng)的分選代碼及標(biāo)準(zhǔn)樣品外觀質(zhì)量特征見表2。

表2 各分選類別外觀質(zhì)量特征

2.2.1 精細(xì)化分選對(duì)原料使用價(jià)值的影響 從圖2可以看出，C2FA類別的煙葉占比達(dá)到66.62%，C21和C22類別占比合計(jì)達(dá)到66.76%；C2FB類別占比33.38%，C23、CXK和BK類別一共占比33.24%，其中BK和CXK總占比僅為3.24%，且它們?yōu)橘|(zhì)量較差等級(jí)，視為非主要等級(jí)。因此普選是對(duì)原料的細(xì)分，精片選是對(duì)普選煙葉的進(jìn)一步細(xì)分。

圖2 經(jīng)3種分選模式后各類別煙葉占比

2.2.2 精細(xì)化分選對(duì)煙葉外觀質(zhì)量的影響 由表3、表4綜合來看，C21的外觀質(zhì)量最佳，CXK和BK為外觀質(zhì)量最差類別；各類別的外觀質(zhì)量表現(xiàn)為：C21 ＞C2FA ＞C22 ＞C2F ＞C23 ＞C2FB ＞CXK/BK。普選和精片選的選后外觀質(zhì)量差異顯著，與內(nèi)在評(píng)吸質(zhì)量一致。從進(jìn)一步細(xì)分程度來看，C2F等級(jí)煙葉處于所有類別的中等位置，C2FA處于C21和C22的中間位置，即C21和C22是對(duì)C2FA的細(xì)分，C2FB處于C23、CXK和BK的中間位置即C23、CXK和BK是對(duì)C2FB的進(jìn)一步細(xì)分，這與外觀質(zhì)量評(píng)分結(jié)果相符，無質(zhì)量交叉現(xiàn)象。

表3 3種分選模式分選后各類別外觀指標(biāo)評(píng)價(jià)

表4 分選后各類別外觀質(zhì)量評(píng)分

2.2.3 精細(xì)化分選對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響 由圖3可以看出，相比于圖1，原料經(jīng)過工業(yè)分選后化學(xué)成分均勻性得到極大提升，僅有精片選CXK的煙堿值存在一個(gè)異常數(shù)據(jù)。原料分選前后的差異表現(xiàn)為：一是化學(xué)成分均值方面，隨著煙葉質(zhì)量的降低，普選和精片選的總糖和糖堿比均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。二是顯著性差異方面，C2F與除C2FA外的其他各類別煙堿和總糖的差異均達(dá)到顯著水平，表明通過分選有利于相似化學(xué)成分煙葉的集中加工，從而提升煙葉均勻性；C21與C22的煙堿和總糖的差異未達(dá)到顯著水平，相鄰等級(jí)類別間的外觀質(zhì)量具有相似性，其化學(xué)成分相對(duì)接近；C2FA與C2FB、C21與C23的煙堿和總糖的差異達(dá)到顯著水平，表明經(jīng)過煙葉分選，外觀質(zhì)量差異較大的跨等級(jí)煙葉實(shí)現(xiàn)了有效區(qū)分，避免了優(yōu)劣混雜的現(xiàn)象。

圖3 分選后各類別化學(xué)成分箱線圖

從表5中可以看出，經(jīng)過普選和精片選后，各類別化學(xué)成分的變異系數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在煙堿值方面，除BK和CXK這2個(gè)非主要等級(jí)外，其他主要等級(jí)的變異系數(shù)下降度均保持在20%～30%。在總糖方面，C2FA的變異系數(shù)下降度最大，其次是C21和C22的，說明經(jīng)過煙葉分選，優(yōu)質(zhì)煙葉的總糖均勻性得到大幅度提高。綜上，精片選是對(duì)原料的細(xì)分，各類別之間外觀質(zhì)量差異顯著，化學(xué)成分變化趨勢(shì)明顯。

表5 分選后各類別化學(xué)成分變異系數(shù)及下降度

2.3 精細(xì)化分選對(duì)均質(zhì)化加工的影響

2.3.1 不同分選模式對(duì)成品片煙水分均勻性的影響 片煙水分含量的大小和均勻性均會(huì)影響到煙葉儲(chǔ)存安全性，是保障煙葉安全儲(chǔ)存和最佳醇化的重要指標(biāo)，片煙水分含量的平均值和CV值均屬于打葉復(fù)烤的一類控制指標(biāo)。表6中各批次成品的片煙水分保持在11.50%～12.50%的加工指標(biāo)范圍之內(nèi)，可確保陳化期間煙葉儲(chǔ)存的安全性。通過成品片煙的水分變化幅度可以看出，未分選的C2F與普選煙葉C2FA和C2FB的片煙水分幅度基本一致；而精片選后4個(gè)成品片煙批次的水分波動(dòng)幅度范圍（1.24%～1.60%）明顯小于未分選和普選煙葉的。

表6 各成品批次水分情況

未分選的C2F片煙水分變異系數(shù)為4.54%，明顯高于普選和精片選的批次；普選的C2FA和C2FB的變異系數(shù)高于精片選的批次，表明高等級(jí)煙葉的片煙水分控制水平及均勻性比低等煙葉好。根據(jù)《打葉煙葉 烤煙質(zhì)量均勻性評(píng)價(jià)》（YC/T 366—2010）［19］，除不分選模式(原C2F)的含水率均勻性評(píng)價(jià)等級(jí)為b外，其余分選類別的含水率均勻性評(píng)價(jià)等級(jí)均為a。因此原料的分選模式不同，其成品片煙的水分波動(dòng)幅度不同，分選模式越精細(xì)，煙葉等級(jí)越高，水分波動(dòng)幅度越小，其穩(wěn)定性越好。

2.3.2 不同分選模式對(duì)成品片煙化學(xué)成分均勻性的影響 煙葉化學(xué)成分含量的多少主要取決于原料本身，煙葉分選和組配加工最主要的作用是提升其均勻性。由表7可知，C2FA的煙堿變異系數(shù)明顯大于C21和C22的；C2FB的煙堿變異系數(shù)明顯大于C23的，糖堿比變異系數(shù)表現(xiàn)出相似的規(guī)律。說明原料分選越精細(xì)，打葉復(fù)烤后成品片煙的煙堿均勻性控制水平越好。根據(jù)行業(yè)均勻性評(píng)價(jià)方法，所有批次的糖堿比均勻性均達(dá)到a水平。

2.3.3 不同分選模式對(duì)成品片煙葉片結(jié)構(gòu)均勻性的影響 通過對(duì)大片率、中片率、小片率及葉中含梗率等多個(gè)葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)的綜合分析，采用葉片結(jié)構(gòu)均勻性指標(biāo)評(píng)價(jià)打葉結(jié)果的穩(wěn)定性。葉片結(jié)構(gòu)均勻性指標(biāo)越小代表均勻性控制越好。由表8可以看出，精片選C21和C22的糖堿比均勻性指數(shù)均小于C2FA，精片選C23的糖堿比均勻性指數(shù)小于C2FB，表明原料分選越精細(xì)，煙葉質(zhì)量越好，均勻性指數(shù)越小，其均勻性控制效果越好。

表8 各成品批次片煙結(jié)構(gòu)情況

根據(jù)均勻性評(píng)價(jià)方法，形成綜合判定結(jié)果（表9）。由表9可知，除了HK外，其余各批次均達(dá)到了“好”的等級(jí)水平。C21的3項(xiàng)均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)均達(dá)到a水平，均勻性控制效果最好。本文參照的均勻性評(píng)價(jià)方法是2010年發(fā)布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)，而自2020年開始，我國(guó)煙葉公司持續(xù)深入開展了重點(diǎn)品牌原料區(qū)域加工中心標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)標(biāo)建設(shè)（中煙葉復(fù)〔2022〕79號(hào)），對(duì)煙葉均質(zhì)化加工的要求越來越高，該指標(biāo)已滿足不了工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)需求。

表9 各成品綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

本研究通過對(duì)原料至成品的三大環(huán)節(jié)均質(zhì)化加工指標(biāo)進(jìn)行跟蹤分析，詳細(xì)掌握了不同分選類別對(duì)于均勻性控制水平的影響。結(jié)果顯示，3種分選模式的煙堿、總糖及糖堿比無明顯差異，說明試驗(yàn)原料的內(nèi)在質(zhì)量差別不大。通過對(duì)各分選類別制定相應(yīng)分選實(shí)物標(biāo)樣及文字標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)分選結(jié)果表明，普選是對(duì)原料的細(xì)分，精片選是對(duì)普選的進(jìn)一步細(xì)分，無質(zhì)量交叉情況；同時(shí)分選越精細(xì)，其均勻性控制效果越好。

采用同樣的均質(zhì)化加工方法，精片選成品的水分波動(dòng)幅度明顯小于不分選和普選模式的，說明分選越精細(xì)，煙葉等級(jí)越高，成品的水分均勻性、化學(xué)成分均勻性及葉片結(jié)構(gòu)均勻性控制效果越好。雖然最終成品綜合判定結(jié)果顯示基本一致，但重點(diǎn)品牌區(qū)域加工中心除明確了片煙水分和煙堿變異系數(shù)的達(dá)標(biāo)指標(biāo)外，提出了更高要求的優(yōu)秀指標(biāo)，均勻性控制仍是行業(yè)今后繼續(xù)努力的目標(biāo)。

綜上，對(duì)初烤煙葉實(shí)施精片選不僅不會(huì)降低煙葉的使用價(jià)值，還可以進(jìn)一步提升煙葉的精細(xì)化利用程度，充分挖掘煙葉的使用潛能，尤其在上等煙原料緊缺的情況下，可以較好地緩解高端原料的結(jié)構(gòu)性矛盾，同時(shí)可針對(duì)性地處置基本無使用價(jià)值的雜色煙葉，優(yōu)化庫(kù)存片煙結(jié)構(gòu)，提升片煙原料的保障能力。