烟草在制品解吸湿特性研究

刘博 李洪涛 徐风仓 刘怀波

摘要：为探索烟草在制品在不同环境条件下的解吸湿特性，通过单因素试验方法考察了叶片、叶丝、混合丝、梗丝及薄片在不同环境温湿度条件下平衡含水率的变化规律，拟合出解吸湿特性曲线。结果表明，随着相对湿度的上升，不同烟草在制品解吸湿平衡含水率呈升高趋势，其中梗丝的吸湿性最好，薄片最差，叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中，解湿过程平衡含水率略大于吸湿过程平衡含水率;在环境温湿度相对较低的条件下，梗丝经过风送后含水率下降幅度明显大于叶丝;在环境温湿度条件基本相同的条件下，距表面5 cm深度叶片含水率比10 cm深度叶片含水率低，且随着贮存时间的延长，相差有增大的趋势。总之，环境温湿度对不同烟草在制品对解吸湿特性总体影响趋势相似，经过风送和贮存环节后，不同在制品含水率有不同程度的降低。

关键词：烟草在制品;解湿;吸湿;含水率

中图分类号：S572         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）23-0105-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.23.025           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

烟草是多孔性固体，它的组织结构存在大量毛细管和多孔体，并且含有果胶、蛋白质等胶体物质和水溶性糖、有机盐等亲水性物质，具有极其敏感的吸湿性能[1]，它与烟叶的贮存、加工以及最终卷烟感官品质各个环节均有着密切的关系。国内外学者对卷烟吸湿特性进行了相关研究[2-4]，而且对不同烟草组分吸湿特性进行了分析[5-8]，但是针对烟草在制品如烟叶、叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝、混合丝等在生产过程中经过回潮、干燥、输送、贮存等环节的解吸湿特性未见相关研究。本试验通过对不同类别的烟草在制品含水率解吸湿特性进行研究，找出其在不同环境温湿度的平衡含水率以及不同风送和贮存状态下的解吸湿特性，拟合分析出解吸湿特性曲线，确定其在不同输送和贮存工序下适合的环境温湿度控制条件，旨在减少环境温湿度和季节变化对烟草在制品含水率的影响，从而保证各烟草在制品含水率的稳定性。

1  材料与方法

1.1  材料与仪器

烟草在制品（叶片、叶丝、混合丝、梗丝、高档膨胀丝、广东薄片等）;取样袋;样品盒;PB153-S型电子天平（感量0.001 g，瑞士METTLER TOLEDO公司）;FED-240烘箱（德国BINDER公司）;KBF240恒温恒湿箱（德国BINDER公司）。

1.2  方法

1.2.1  不同在制品解吸湿特性试验  试验环境温湿度的选择要综合考虑在制品的特性和卷烟生产环境温湿度的要求，各种在制品环境温湿度的试验方案如下，温度设定：25 ℃，湿度设定：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%。选择一种在制品，按照其温湿度设定要求，首先选择温度，湿度设定从最高到最低，然后从最低到最高，测量并记录其在不同湿度条件下的平衡含水率，平衡时间72 h。

按照同样方法进行其他在制品的试验。

1.2.2  不同风送状态解吸濕特性研究  风送设备选择要考虑到风送对成品烟丝含水率影响较大的工序和设备，根据生产工艺流程特点和环境温湿度的影响，选择烘梗丝风选机、叶丝就地风选机和混合丝风送喂料机。选择一种在制品，在其风送设备前后取样进行含水率测定，同时记录试验时环境温湿度条件、风送风速以及物料流量和物料温度。

按照同样方法进行其他在制品的试验。

1.2.3  不同贮存状态解吸湿特性研究  贮存设备选择要考虑到贮存工序对在制品和成品烟丝含水率影响较大的工序和设备，根据生产工艺流程特点和环境温湿度影响，选择贮叶柜和烟丝立库。由于在实际生产中，环境温湿度和时间变化对烟草在制品表面含水率的影响较大，因此需要测定不同厚度物料在不同时间下的含水率变化。物料厚度选择5、10 cm，时间选择4、8、12、24、48 h。

2  结果与分析

2.1  不同环境温湿度状态下烟草在制品解吸湿特性

烟草在制品在不同的环境温湿度条件下具有不同的平衡含水率，烟草平衡含水率是指烟草暴露在一定温度和相对湿度的环境下，最终会达到的相对恒定的含水率，即吸湿和解吸速率相等，此时烟草所具有的含水率称为平衡含水率。为确定不同温湿度环境下烟草在制品平衡含水率的规律，通过模拟不同的环境温湿度条件，进行烟草在制品含水率平衡试验。试验温度设定为25 ℃，相对湿度设定为40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%共9个梯度。

从图1至图6可以看出，环境温度在25 ℃的条件下，随着相对湿度的上升，不同在制品解吸湿平衡含水率呈升高趋势，且在同一温湿度条件下，不同在制品解湿平衡含水率略高于吸湿平衡含水率。

从图7和图8可以看出，在同一温湿度环境条件下，不同在制品的平衡含水率具有一定差异，甲类梗丝平衡含水率最高，广东薄片平衡含水率最低，两者平均值相差5.84个百分点，表明在所有试验的在制品中梗丝吸湿性最好，造纸法薄片最差，叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中，平衡含水率差异并不明显，膨胀丝吸湿性稍低于叶片、叶丝及混合丝。

从平衡含水率的变化趋势来看，随着相对湿度的升高平衡含水率加速上升，并且不同在制品之间平衡含水率差值逐渐扩大。以梗丝和造纸法薄片为例，在温度25 ℃、相对湿度40%的环境条件下，梗丝平衡含水率为9.28%，造纸法薄片为6.98%，二者差值为2.30个百分点;在温度25 ℃、相对湿度80%的环境条件下，梗丝平衡含水率为30.75%，造纸法薄片为20.28%，二者差值为10.47个百分点。

对各种在制品解吸湿过程数据进行拟合分析，结果见表1和表2。从表1和表2可以看出，对烟草在制品解吸湿过程平衡含水率建立二次多项式拟合模型，相对湿度和平衡含水率相关性表现为极显著。对于每种烟草在制品，在40%～80%的相对范围之内，可求出任意与之对应的平衡含水率。反之，设定每种烟草在制品需要的平衡含水率，可确定与之对应的环境相对湿度。

2.2  不同风送状态下烟草在制品解吸湿特性

环境温湿度对烟草在制品在风送过程中含水率的变化有较大的影响，根据制丝生产环境温湿度分布和工艺流程特点，选择烘梗丝风选机、叶丝就地风选机和混合丝风送喂料机作为试验研究对象，对烟草在制品在风送设备前后的含水率变化进行试验测定。

从表3可以看出，在环境温度基本相同的条件下，随着环境相对湿度的不同，不同的烟草在制品经过风送设备时含水率的变化相差较大。混合丝由于试验时环境相对湿度为56.8%，风送前含水率接近其在此相对湿度下的平衡含水率，因此经过烟丝风送后含水率变化不大，仅下降0.05个百分点。叶丝和梗丝由于环境相对湿度较低，分别为34.8%和33.6%，因此经过风送后含水率下降较大，其中叶丝下降0.18个百分点，梗丝下降0.41个百分点，但梗丝下降幅度大于叶丝，说明梗丝的保湿性能小于叶丝，在环境温湿度变化时其含水率容易发生变化。

2.3  不同贮存状态下烟草在制品解吸湿特性

环境温湿度对烟草在制品在贮存过程中含水率的变化有较大的影响，贮存设备选择要考虑到贮存工序对烟草在制品和成品烟丝含水率影响较大的工序和设备，根据制丝生产环境温湿度分布和工艺流程特点，选择贮叶柜和烟丝立库作为试验研究对象。在实际生产中，环境温湿度和时间变化对烟草在制品表面含水率的影响较大，因此需要测定不同厚度物料在不同时间下含水率的变化。

从图9和图10可以看出，在一定的温湿度环境条件下，不同的烟草在制品经过贮存设备时含水率逐渐接近于其在此环境温湿度条件下的平衡含水率，并且含水率的变化有所不同。

环境温湿度对贮存物料含水率的影响是从表面逐渐深入到内部，因此取不同厚度物料进行含水率检测其变化有所不同，从图9、图10可以看出叶片和混合丝含水率随着贮存时间的延长有降低的趋势，距表面5 cm深度叶片比10 cm深度叶片含水率低，且随着贮存时间的延长，差距有增大的趋势。

3  小结与讨论

烟草在制品的含水率随周围空气相对湿度的高低而变化。空气相对湿度高，烟草的含水率就大，空气相对湿度低，烟草的含水率就低。因为烟草是一种胶质毛细管多孔物质，其组织结构由毛细管和多孔体构成，含有蛋白质、果胶等胶体物质和水溶性糖、有机酸盐类等亲水性晶体物质，烟叶表现出非常敏感的吸湿和解湿特性[9]。所以，烟草在制品中梗丝的吸湿性最好，广东薄片最差，叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中，平衡含水率差异不明显，膨胀丝吸湿性稍低于叶片、叶丝及混合丝。

烟草在制品的含水率和相对湿度的关系通常以等温吸湿性表示，即烟草在制品在一定温度条件下与各种不同的相对湿度的相应平衡含水率数值。因为烟草在制品与周围空气湿度达到平衡状态时，吸湿速率就变得极其缓慢，所以计算平衡含水率数值必须经过足够的时间后才能进行，然后将得出的结果绘成一条曲线，这条曲线就称为等温吸湿线。烟草在制品的含水率随空气相对湿度变化而变化，但这种变化不是按一定比例的。试验结果表明，当相对湿度在10%以下时，烟草在制品的平衡含水率变动很显著;10%～50%时，变化幅度较小;50%以上尤其在80%～100%时，变化则很大。

烟支中的成品烟丝通常由叶丝及掺配物（如梗丝、膨胀烟丝等）根据配方比例混配而成，这些组分的组织结构、化学特性均有一定的差异，因此吸湿特性也呈现不同的特性[10]。而烟草的安全含水率是实现物料贮存、风送的一项重要指标，在卷烟加工过程中，对各阶段各组分的含水率有很严格的要求，因此对成品烟丝中各组分的解吸湿特性进行研究，可以为各组分各加工阶段（回潮、干燥、风送、贮存等）目标含水率设计提供理论依据。

随着相对湿度的上升，不同烟草在制品解吸湿平衡含水率呈升高趋势，其中梗丝的吸湿性最好，薄片最差，叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中，解湿过程平衡含水率略大于吸湿过程平衡含水率。环境温湿度对不同烟草在制品解吸湿特性的影响总体趋势相似，且经过风送和贮存环节后，不同在制品含水率有不同程度的降低。

參考文献：

[1] 石怀彬.中式卷烟保润技术研究的几点思考[A].国烟草自主创新高层论坛文集[C].武汉：国家烟草专卖局，2007.594-599.

[2] 顾中铸，吴  薇.烤烟烟叶的等温吸湿和解湿特性[J].南京师范大学学报（工程技术版），2005，4（4）：32-34.

[3] SAMEJIMA T，SOH Y，YANO T. Moisture sorption isotherms of various tobaccos[J].Agricultural and Biological Chemistry，1978， 42（1）：71-74.

[4] 韩  聘.卷烟吸湿规律及机制研究[D].江苏无锡：江南大学，2014.

[5] 赵春雷，张  勇，苏  瑶.烟丝组分的吸湿模型研究[J].西安工程大学学报，2012，26（4）：521-523.

[6] 吴晓芸，曹建平.不同烟草种类的水分吸收与解吸特征[J].中国烟草学报，2006，12（4）：11-11.

[7] 赵莹洁.烟草平衡含水率及含水率变化过程的研究[D].郑州： 郑州烟草研究院，2000.

[8] 于华党，李亚龙，查录云，等.烤烟叶片水分分布状态的研究[J].中国烟草科学，1981（2）：4-7.

[9] 黄嘉礽，谢剑平.卷烟工艺[M].第二版.北京：北京出版社，2000.

[10] 《卷烟工艺与设备》编写组.卷烟工艺与设备[M].北京：轻工业出版社，1987.