卷煙生產車間混合氣調及低溫殺蟲技術研究

張楚安，牛燕麗，王樂軍，劉德強，王 媛，張 龑，劉 勇，尹 鵬，李祥發

（1.湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠，武漢 430000；2.武漢東昌倉貯技術有限公司，武漢 430074）

卷煙生產車間裝有溫濕度和空氣調節設備，夏季溫度控制在（24±2）℃，冬季溫度控制在（22±2）℃，全年相對濕度控制在60%±5%［1］，為煙蟲創造了良好的生存條件［2］。煙草甲（Lasioderma serricorne）是生產車間常見的害蟲，有喜鉆蛀和在黑暗寂靜環境下活動的習性［3］。在卷煙生產過程中，煙絲煙塵會在設備內部累積，容易滋生煙草甲。當部分設備處于輪休待檢或大修閑置狀態時，隱蔽安靜的環境更加適合煙草甲生產繁殖［4］。

目前卷煙生產車間的煙草甲防治手段主要以物理清潔和化學防治為主。由于設備內部結構復雜，物理清潔無法有效拆卸和徹底清潔，費工費時，且存在設備損害風險［5］。由于生產車間粉塵較大，化學防治所施用的藥劑很快會被塵埃所覆蓋，難以持續發揮出效能，且反復大量使用化學藥劑會導致害蟲形成更強抗藥性，防治效果逐年下降［6］，同時化學藥劑防治還存在較大的安全管控和環保問題。充氮氣調殺蟲技術雖然可以有效解決以上問題，但目前該技術主要應用于倉庫密封煙垛，且殺蟲所需時間較長，充氮后需保持1%～2%的氧氣濃度25～40 d 才能達到100%殺蟲效果［7-9］。煙草甲采用氣門呼吸，開啟氣門呼吸的條件有2 種，即體內氧氣濃度過低和體內二氧化碳濃度過高［10］。在充氮降氧后再充入二氧化碳，能夠使煙草甲快速開啟氣門并刺激呼吸，使其快速吸入低氧氣體窒息，以達到快速殺蟲的目的［11，12］。

低溫對煙草甲有很好的防治效果，研究結果表明，各蟲態煙草甲耐低溫的順序從高到低依次是幼蟲、成蟲、卵。-20 ℃處理，各蟲態煙草甲死亡率都為100%；-10 ℃低溫條件下，處理1 h 以上，煙草甲卵和成蟲全部死亡，處理72 h 以上，煙草甲幼蟲全部死亡；5 ℃處理72 h 以上，煙草甲卵不再孵化，5 ℃處理20 d 不能使煙草甲幼蟲和成蟲完全致死，但影響幼蟲化蛹和成蟲產卵。各溫度處理中煙草甲幼蟲最終羽化率為0，成蟲單雌產卵量為0。0、5 ℃卵最高孵化率均為41.67%。對照中幼蟲最終羽化率為77%，卵最終孵化率為52%。因此，溫度低于-20 ℃及以下時，能夠快速（30～60 min）殺滅煙草甲各個蟲態；溫度為-15～5 ℃，通過延長處理時間，能夠有效殺滅煙草甲各個蟲態［13］。

成品煙絲在暫存過程中，受外界環境溫濕度、氧氣和煙蟲等因素影響，一方面存在理化性質變化導致煙絲質量指標超出產品標準的風險，另一方面存在煙絲生蟲導致污染浪費產品的風險。煙絲充氮儲存方式理論上能達到減小、避免上述風險及有利于煙絲長期儲存的目的，因此，擬進行庫存成品煙絲長期充氮儲存試驗，檢測分析煙絲充氮儲存過程中產品質量變化的情況，驗證煙絲充氮儲存是否對煙絲產生負面影響及煙絲充氮長期儲存的方式是否適用。

干冰清洗技術以顆粒狀的干冰作為清洗介質，通過壓縮空氣將干冰微粒高速噴向被清洗物表面，使被清洗物表面的污垢冷凍至脆化并爆裂。通常，干冰顆粒溫度低至-50 ℃以下，利用這一成熟技術和營造的低溫條件，本研究采用干冰清洗機針對卷煙生產車間蟲源隱患點進行處理，驗證低溫防蟲的效果。

本研究在卷煙生產設備閑置期同時采用充氮氣調、混合氣調（N2、CO2）及低溫殺蟲3 種殺蟲技術，對防蟲效果進行對比試驗與效果評價，旨在為卷煙生產車間閑置設備的煙蟲防治提供合適、高效的防蟲技術，解決卷煙生產車間閑置設備防蟲難題。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗閑置設備選取的是武漢卷煙廠卷接包車間的2 個卷接機臺。

試驗用蟲為煙草甲成蟲和幼蟲，由武漢東昌倉貯技術有限公司提供。

試驗設備有移動式制氮機（雙工制氮SG-20A型）、干冰清洗機（凱馳干冰清洗機IB 7/40 型）。

1.2 方法

1.2.1 混合氣調殺蟲效果研究

1）實驗室條件下混合氣調殺蟲效果驗證。挑選實驗室培養煙草甲成蟲及蟲卵，分別置于密封袋內，向密封袋內分別充入不同濃度氮氣及二氧化碳氣體，維持3、6、9、12、15、18 d，處理完畢取出蟲樣培養1 個月，觀察蟲樣死亡情況。

2）車間現場混合氣調殺蟲效果驗證。

①設備密封。a.部分斷開密封：斷開環境除塵、送絲管道與機臺連接處，斷開主線盒內部線路與機臺的連接處，斷開線盒旁除塵管道與機臺的連接處、斷開卷包機與卸盤機連接橋架連接處等，使用發泡膠和防火泥對機臺無法拆卸的電器線盒進行封堵。b.完全斷開密封：在部分斷開密封處理基礎上，將機臺電器線盒完全斷開進行密封處理。c.設備雙層密封：根據設備的大小制作內襯帳幕，如圖1 所示，內層帳幕按照設備的形狀制作，帳幕尺寸在設備尺寸的基礎上，長寬各增加20 cm，高增加50 cm，帳幕盡量貼合設備；根據機臺尺寸搭建外層帳幕框架，框架由鋁合金骨架拼接而成，連接采用鎖扣固定，組裝完成后框架整體穩固；外層帳幕覆蓋在框架外，長寬各增加40 cm，高增加100 cm?，F場整體布局及效果如圖2 所示。

圖1 帳幕密封示意

圖2 現場布局及效果

②氣調作業。充氮氣調操作流程：a.將制氮機進出風口與密封帳幕進出封口使用軟管連接，打開充氮氣管道閥門。b.將負壓抽風管與外層帳幕連接，開啟負壓，維持雙層帳幕之間負壓新風，確保周邊環境安全。c.開啟制氮機進行內層薄膜帳幕充氮氣，采用循環脫氧方式，降低內層密封帳幕內氧氣濃度。d.重復方式b、c，使用手持式氧氣檢測儀對密封帳幕內氧氣濃度進行檢測，使內層薄膜內氧氣濃度降至2%。

混合氣調（N2、CO2）操作流程：a 至d 與充氮氣調操作流程相同。e.將10 kg 干冰放入內層帳幕，等待干冰自然汽化。

③蟲樣制作與檢查。分別挑選20 頭煙草甲成蟲和幼蟲，置于盛有小麥胚芽、面粉和成品煙絲的玻璃培養瓶內。用紗網封口，保持瓶內、外的空氣流通和溫濕度一致。一共制作8 瓶蟲樣，充氮氣調試驗組的內層帳幕放置4 個，混合氣調試驗組內層帳幕放置4 個，分別在氧氣濃度穩定降至2%后的5、10、15、20 d 取出1 瓶蟲樣，記錄煙草甲成蟲與幼蟲的死亡情況。

1.2.2 充氮殺蟲對煙絲品質的影響研究 成品煙絲按外運膨絲方式裝箱，裝箱后密封充氮并長期儲存。將試驗煙絲按外運膨絲方式裝箱、碼垛、垛內密封充氮存放60 d。按上述試驗，驗證供試煙絲生蟲情況及煙絲物理結構、填充值、含水率、化學指標，檢測煙支物理、化學指標及煙支含水率，并組織感官質量評吸，綜合判定產品質量及試驗結果。

1.2.3 低溫殺蟲效果研究

1）不同處理時長低溫殺蟲效果。采用金屬盒裝煙草甲蟲樣，利用干冰清洗機對蟲樣進行直接處理，分別處理5、10、30 min，觀察蟲樣死亡情況。

2）卷煙生產車間低溫殺蟲效果。采用干冰清洗機針對卷包車間VE 底座腹腔、裝盤機底座腹腔、除麻除塊電機與振篩旁板夾縫、提升機爬釘縫隙等，每周處理1 次，針對各蟲源隱患點采用誘捕器加掛及現場蟲源隱患排查，檢測低溫殺蟲效果。

2 結果與分析

2.1 混合氣調殺蟲效果

2.1.1 實驗室條件下混合氣調殺蟲效果 從表2 可以看出，單一充氮殺蟲處理，在氧氣濃度2%以下時，處理12 d 可完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵；在氧氣濃度為2%～5%時，處理18 d 仍無法完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵。在添加少量（5%）二氧化碳的情況下，在氧氣濃度2%以下時，處理3 d 即可完全殺滅煙草甲成蟲（蟲卵需9 d）；在氧氣濃度為2%～5%時，處理9 d 可完全殺滅煙草甲成蟲（蟲卵需18 d）。在添加較高濃度（10%～15%）二氧化碳的情況下，在氧氣濃度2%以下時，處理6 d 可完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵；在氧氣濃度為2%～5%時，處理12 d 可完全殺滅煙草甲成蟲及蟲卵。

2.1.2 車間現場混合氣調殺蟲效果

1）卷包車間溫濕度變化。由圖3 可以看出，試驗期間，卷包車間的室內溫度維持在25～27 ℃，室內相對濕度維持在55%～65%。此環境條件適宜煙草甲成蟲和幼蟲的生長繁殖。

2）不同密封方式帳幕內氧氣濃度維持情況。由圖4 可以看出，采用部分斷開的密封方式，垛內氧氣濃度無法降低至目標值2%以下，具有較大殺蟲失敗風險；采用完全斷開方式，垛內氧氣濃度可以較好地維持在2%以下。因此，建議卷煙生產車間充氮殺蟲時，需要將設備進行完全斷開，以保證更好的密封條件，確保殺蟲質量。

圖4 不同密封方式垛內氧氣濃度變化

3）帳幕內氣體濃度變化。由圖5 可知，整個試驗期間，2 個試驗組的內外層帳幕之間氧氣濃度均為21%，說明內層帳幕氣密性良好，沒有明顯的氣體泄露。充氮氣調試驗組和混合氣調試驗組的內層帳幕氧氣濃度均在2 d 后降至2%以下，且后續充氮氣調試驗組沒有進行充氮，氧氣濃度維持在1.5%～1.6%；混合氣調試驗組沒有進行充氮，但加入干冰后，二氧化碳濃度在4 d 內逐漸上升，最高升至17.2%，隨后逐漸降低，最終降至8.0%，氧氣濃度同步表現為先降低至1.0%，再緩慢升至1.2%。說明干冰氣化后的二氧化碳可以使帳幕內氧氣濃度進一步降低。

圖5 內層帳幕氣體濃度變化

4）殺蟲效果對比。由表3 可知，充氮氣調試驗組的成蟲在10～15 d 全部死亡，幼蟲在15～20 d 全部死亡；混合氣調試驗組的成蟲和幼蟲均在5～10 d 全部死亡。說明混合氣調（N2、CO2）的殺蟲效果優于充氮氣調。

2.2 充氮殺蟲對煙絲品質的影響研究

2.2.1 物理性質分析

1）煙絲質量指標分析。由表4 可知，煙絲經過60 d 充氮后，煙絲質量各指標（長絲率、短絲率、整絲率、碎絲率、填充值）均無明顯影響，煙絲含水率有略微降低（表層較中心煙絲水分低），但屬于正常煙絲水分。

2）煙支物理指標分析。由表5 可知，煙支各物理指標（質量、總通風率、硬度、開放吸阻、圓周）無明顯變化，均在正常指標范圍內，煙支狀態正常。

3）煙支含水率。由表6 可知，試驗前后煙支含水率無明顯變化，屬于正常范圍以內。

2.2.2 化學成分分析

1）常規化學成分分析。由表7 可知，充氮前后煙絲常規化學成分無明顯變化。隨儲存時間的延長，總糖含量略微降低，但較對照樣品好；總煙堿量有所上升，較對照上升多；氯、鉀含量無明顯變化。

2）煙氣分析。通過對主流煙氣檢測和評價（表8）可以看出，試驗煙絲煙氣無明顯變化。煙氣煙堿量稍降低，焦油量稍上升，一氧化碳含量稍上升，依據GB 5606.5，判定主流煙氣結果合格。

2.2.3 評吸結果分析 對試驗煙絲充氮儲存2 個月后卷制的煙支感官質量變化情況進行差異性評價，采用三點評吸法，對比評價煙絲充氮后煙支與未充氮煙支感官質量（同一批煙絲）。由評吸情況（表9）可以看出，15 名評吸員中，12 人評價樣品間無差異，3 人評價有差異；在有差異的樣本中，評價充氮后煙支質量變好的1 人，變差的1 人，無差異的1 人。

2.3 低溫殺蟲效果研究

2.3.1 不同處理時長低溫殺蟲效果 由表10 可知，采用干冰清洗機處理蟲樣，處理時間較短（1 min）的情況下，由于蟲樣內部溫度仍較高，無法達到殺滅效果；采用處理時長較長（≥5 min），可使蟲樣內溫度降低至-38 ℃以下，能夠實現對煙草甲成蟲和幼蟲的殺滅效果。

表1 不同濃度充氮及充氮+二氧化碳殺蟲處理

表3 兩種氣調技術的殺蟲效果對比

表4 煙絲質量指標檢測情況

表5 煙支物理指標檢測情況

表6 煙支含水率檢測情況（單位：%）

表7 常規化學成分檢測

表9 評吸結果

表10 不同處理時長蟲樣死亡情況

2.3.2 卷煙生產車間低溫殺蟲效果 由表11 可知，對照組蟲源隱患點均出現不同程度蟲情反復現象；針對A 線提升機、A 線除麻機采用持續性低溫處理，未出現蟲情反復情況；針對卷包機105 VE 底座、105裝盤機底座采用持續性低溫處理，仍然出現蟲情反復現象。

表11 低溫處理蟲情檢查結果

3 小結與討論

通過混合氣調殺蟲研究，卷煙生產設備在溫度為25～27 ℃、相對濕度為55%～65%的環境條件下，充氮氣調需要20 d 才能殺死煙草甲成蟲和幼蟲，混合氣調（N2、CO2）只需要10 d 即可完全殺死煙草甲成蟲和幼蟲。本研究得出綜合結論如下。

1）針對卷煙生產車間開展充氮殺蟲，宜將設備進行完全斷開密封，確保充氮殺蟲氣密性及殺蟲效果。

2）開展充氮殺蟲，宜將氧氣濃度維持在2%以下，方可確保針對煙蟲具有徹底的殺滅效果。

3）在時間不充裕的情況下，為縮短充氮殺蟲時長，宜在垛內投入適當比例（10%以上）二氧化碳，可將充氮殺蟲周期縮短至10 d 以內。

4）煙絲通過60 d充氮處理，煙絲物理、化學、評吸均無較明顯影響，充氮殺蟲對煙絲品質無明顯影響。

有研究表明，1%氧氣濃度對煙草甲的殺蟲效果明顯優于1.5%［14，15］，但本研究中，帳幕內氧氣濃度降至1.5%后，制氮設備很難在短時間內繼續降低氧氣濃度，針對制氮效率更高、可將帳幕內氧氣濃度降低至1%以下的制氮設備，或采用二氧化碳進一步降低氧氣濃度至1%及以下，仍需開展一定的研究工作。

10%～20%的二氧化碳濃度可以刺激煙草甲開啟氣門，使其呼吸速率加倍，對氧氣的需求更大。更高濃度的二氧化碳會對昆蟲產生麻痹作用，這可能更有利于殺蟲，也可能是昆蟲的自我保護機制［16］，有待進一步研究。同時，高濃度的二氧化碳生產成本和調控難度均會增加［17］。因此，混合氣調（N2、CO2）殺蟲技術可以滿足卷煙生產車間閑置設備的殺蟲需求，是一項綠色、高效、低成本的殺蟲技術。

低溫殺蟲研究表明，采用低溫處理，能夠實現對部分蟲源隱患點防蟲治理效果；卷接機VE 底座、裝盤機底座腹腔可能因孔洞較多，干冰氣體無法完全充斥整個腹腔，導致不能完全實現對空腔內的整體降溫效果，因此導致低溫殺蟲效果不佳。針對卷煙生產車間能夠采用干冰清洗機進行直接降溫處理的蟲源隱患點，每周落實1 個頻次干冰反復低溫殺蟲作業，能夠實現低溫防蟲目的。