分切工艺对打叶复烤全过程加工质量的影响

张腾健，肖锦哲，杨全忠，王芳，陈良元，徐大勇，卢敏瑞

1 福建武夷烟叶有限公司，福建省南平市邵武市紫金大道1号 354000；

2 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

分切打叶方式直接影响着润叶效果、叶片结构，间接影响卷烟原料的综合利用[1-4]。近年来国内外针对打叶复烤过程烟叶分切、分类加工技术开展了较多研究，对分类加工技术的探索起到了积极的推动作用。李穗明等[5]发明一种烟叶分切打叶复烤方法，将烟叶精细分切为叶基和非叶基两部分后再进行打叶复烤，这种方法对加工过程烟叶的造碎、叶梗分离后叶片结构的均匀性、烟叶含青、杂比率、出片率和纯净度方面有一定的改善和提高。张晖、刘江豫等[6-10]通过对烟叶化学成分进行分析，判定了分切位置，改进了打叶复烤分切刀机设备，对分类加工技术提高起到了一定作用，但在打叶复烤烟叶在线分切与分类加工技术研究上未作深入开展。本文在传统铺叶解把方式的基础上，针对烟叶不同位置外观质量、物理特性、化学成分、感官质量的差异，研发了一套在线可调式铺叶切断装置，实现分切方式可选、分切长度可调，满足烟叶最佳形态的控制要求，减少烟叶内外在质量差异。通过该装置的应用，系统分析烟叶不同分切形式和分切加工工艺对润叶效果、片形结构、烟碱变化和感官质量的影响，为改善烟叶加工质量、提升烟叶利用价值提供参考。

1 设备系统组成

1.1 设备系统结构及工作原理

在线可调式铺叶分切切断装置主要由传送带、挡把调节杆、圆盘切断刀、收集皮带、在线称重自动装箱（袋）功能以及对应的机架、传动组件、螺杆、电控元器件等组成。其结构示意图见下图1、2、3，在线分切总体机械结构见下图4。

如下图1所示，在线可调式铺叶烟叶叶基切断单元装置，机架上横向设置有用以运输待分切烟叶的传送带，传送带的出料端的左右两侧分别设置有用以容纳分切刀凹部，分切刀具可拆设置，上下圆盘刀分别经传动组件与驱动电机相联接；对烟叶叶基实现单切或双切，并可以在上圆盘刀传动轴上快速轴向移动上圆盘刀和对刀，在下圆盘刀的传动轴上快速轴向移动下圆盘刀和对刀，在一定范围内任意调整切断位置，用于切下等距离的叶基。

如下图2、3所示，可调式铺叶分切切断装置叶身切断单元装置，设备后段设置一把切把刀，两把切断刀。若前段已切除叶基，将切把刀提起，切断刀按照加工要求调整位置，以实现两刀三段或一刀两段分切工艺；切把刀、切断刀可根据加工需求提起或拆除，实现三刀四段或两刀三段工艺。烟叶经不同方式分切后，分切后的叶身和叶基通过收集皮带分开，并单独进行分装、入库。

图1 在线可调式铺叶叶基分切切断装置结构图Fig.1 Structure of online adjustable under base cutting device

图2 在线可调式铺叶分切切断装置结构示意图Fig.2 Structure of online adjustable intersected blade cutting device

图3 在线分切后切烟叶收集装置结构示意图Fig.3 Structure of the collection device for cutting tobacco leaves after the online parting

图4 在线分切设备实体结构图Fig.4 Structure diagram of on-line cutting equipment

2 材料与方法

2.1 材料

福建南平地区2016年度产初烤烟叶，等级C3F，品种云烟87。

2.2 仪器设备

自行设计与制造的烟叶可调式铺叶分切切断设备、CA813型片烟大小及分布测定系统（昆明船舶设备集团有限公司、郑州烟草研究院）、烘箱（弗利斯仪器有限公司）、 FOSS 9103型旋风磨（丹麦FOSS公司）、Antaris-Ⅱ型傅里叶近红外光谱仪（赛默飞世尔科技有限公司）、电子天平（感量0.0001 g，梅特勒-托利多公司）、卷尺、QS-Ⅱ型试样切丝机（郑州嘉德机电设备有限公司），BINDER恒温恒湿箱（德国BINDER公司）。

2.3 试验方法

打叶机的打刀与框栏尺寸相匹配下，通过设计其单因素试验，分析烟叶在一刀两断、两刀三段、三刀四段以及一刀两段在不同工艺流程处理下的烟叶润透率、烟碱值、打后烟叶片形结构特征及感官质量评价变化。每个试验的烟叶量100000 kg，共设计5个试验。

2.3.1 试验1：烟叶按一刀切叶基进行切断、加工模式，工艺流程如下。

2.3.2 试验2：烟叶按叶基、叶身两刀三段进行切断、加工模式，工艺流程如下。

2.3.3 试验3：烟叶按叶基、叶身三刀四段进行切断、加工模式，工艺流程如下。

2.3.4 试验4：烟叶按一刀切叶基进行切断，叶基分类加工模式，工艺流程如下。

2.3.5 试验5：烟叶按一刀切叶基进行切断，叶基和叶身分别单独加工模式，工艺流程如下。

2.4 检测指标及评价方法

润透率：每次随机抓取20片二润出口烟叶，分别沿着叶尖顺下撕扯，叶片容易撕下且烟梗光滑，即为润透烟叶，计算其烟叶润透率；取样点为二润出口，检测频次为1次/h。

按照《YC/T147-2010 打叶烟叶 质量检验》测定常规化学成分（烟碱），检测打叶去梗后片烟大小分布，得出叶片的矩形度、圆形度和细长度[11-13]。

（1）矩形度：烟叶经打叶去梗后叶片片形接近矩形的程度，ɑ=S/S0，ɑ值范围（0-1），值越大片形越接近矩形。

式中：ɑ为矩形度，S为片烟面积，S0为最小外接矩形面积。

（2）圆形度：烟叶经打叶去梗后叶片片形接近圆形的程度，β=4×π×S/C2，β值范围（0～1），值越大片形越接近圆形。

式中：β为圆形度，S为片烟面积，C为片烟周长。

（3）细长度：烟叶经打叶去梗后叶片片形细长的程度，θ=W/L，θ值范围（0～1），值越大片形越接近正方形。

式中：θ为细长度，W为最小外接矩形宽，L为最小外接矩形长。

打叶去梗后片烟结构检测频次为1次/h，利用片烟大小及分布测定系统，检测打叶去梗后烟片的面积、周长等，按《片烟大小及其分布的测定 叶面积法》[14]测定并计算烟片的矩形度、圆形度及细长度。

感官质量评价：参考YC/T 138-1998烟草及烟草制品感官评价方法，单料烟评吸指标主要从风格程度、香气特性（香气质、香气量、杂气、透发性）、烟叶特性（劲头、浓度、细腻程度、柔和程度）以及口感特性（刺激程度、干燥程度、回甜、余味）4大类共计13项指标评吸，每项按5分制积分，计算单支评分总分[15-19]，判断各试验样品各项感官质量指标的变化方向和改善程度；取样点为烤机出口，取样频次为每30 min取一个样。

2.5 数据处理

采用 Excel 2010、SPSS 21.0进行数据处理和统计分析。

3 结果与分析

3.1 烟叶分切效果及不同分切方式、相同加工工艺对润叶效果的影响

在线可调式铺叶切断装置研发改造完成后，经过生产试验及改进，切断装置设备运行正常，在线可调式铺叶切断装置按照工艺要求，可准确实现一刀、两刀和三刀分切且叶基与叶身分离并分别装箱（袋）的分切工艺，烟叶切断装置分切长度如表1所示。试验烟叶分切情况如表2所示。由表2可知，烟叶分切效果好，叶身、叶基长度达到工艺要求。针对以上3种分切方式，对烟叶润后润透率数据进行方差分析（见表3），同一分切方式和不同分切方式下烟叶的润透效果通过表3数据分析可知：在30组统计数量F下，不同分切方式下自由度df=2、同一分切方式下自由度df=9，均方根MS为1863.33和20.74的情况下，不同分切方式P1-value = 4.60E-08＜0.05，润透率F =49.81＞F crit =3.55，相同分切方式下P2-value = 0.82＞0.05，润透率F = 0.55＜F crit =2.46，经方差分析，结果显示，就烟叶润透率而言，相同分切方式处理与润叶效果无显著差异，不同分切方式处理后润叶效果的差异达显著水平，说明不同分切方法对加工过程润叶处理起到一定作用。

表1 在线可调式铺叶切断装置分切长度Tab.1 Tobacco leaves are divided in different ways

表2 实验烟叶3种分切方式及分切长度Tab.2 Three cutting methods and length of tobacco leaves in experiment

表3 不同分切方式烟叶润透率方差分析表 （α=0.05）Tab.3 Variance analysis of tobacco leaves in different parting ways（α=0.05）

3.2 不同分切方式、不同加工工艺对打叶去梗后叶片片形结构的影响

不同分切加工方式打叶去梗后叶片片形不同区间面积百分比见表4，烟叶经打叶去梗后，叶片大小主要集中在2000 mm2以下，其中300 ～1000 mm2区间范围内所占比例大，约占35%。叶片面积超过2500 mm2和5000 mm2，一刀、两刀分切常规打叶和一刀分切叶基单独加工比例少，三刀分切存在叶片切尖现象，致使打后面积＞2500 mm2和＞5000 mm2叶片增多，一刀分切分类加工和叶身单独加工大片（片烟面积≥25.4 mm×25.4 mm）和超大片（片烟面积≥50.8 mm×50.8 mm）的大面积叶片比例大，超大片面积占比分别为10.37%和13.67%。

表4 不同分切加工方式打叶去梗后叶片片形不同区间面积占比Tab.4 The area of different sections of leaf blade after the leaf blade is divided into different sections %

不同分切加工方式打叶去梗后叶片片形结构见表5，一刀分切打叶去梗后叶片片形矩形度值为0.725，即叶片趋于矩形状较多；两刀和三段分切叶片圆形度值和细长度值变大，圆形度分别为0.750和0.745，细长度为0.768和0.694，片形呈正方形或者圆形状多，满足打叶后片形的工艺质量要求。一刀分切分类加工和叶身、叶基单独加工叶片圆形度和细长度均有所降低，矩形度提高，叶片整体片形向矩形转变，偏离质量要求。结合表6可知，从碎片得率数据可以看出，不同分切加工方式下碎片得率差异不明显，不同分切加工过程中造碎影响程度小。

表5 不同分切加工方式打叶去梗后叶片片形结构Tab.5 Leaf blade profile structure shaped bydifferent cutting processing modes

表6 不同分切加工方式下碎片得率统计表Tab.6 Statistics of fraction rate in different cutting processing modes %

3.3 不同分切方式、不同加工工艺对打叶去梗后烟叶烟碱变化的影响

不同分切加工方式对打叶去梗后烟碱变化影响结果见表7，不同分切加工方式片烟烟碱平均值趋于稳定不变，叶基单独加工方式烟碱值低于其他加工方式，符合烟叶不同部位烟碱值大小的分布[20]，烟叶分切刀数越多，叶片数量越多，叶片大小均匀性提升，有利于提高烟叶混配掺配程度，提高烟碱均匀性。结合表8可知，两刀和三刀分切常规生产显著值为0.219和0.376，Sig.＞0.05，检验差异不显著；一刀分切不同加工方式生产显著值Sig.＜0.05，此分切加工方式对片烟烟碱变异系数CV值的影响为显著性。烟叶一刀分切，叶基分类加工后烟碱变异系数CV值较一刀分切常规生产烟碱变异系数CV值均匀性差0.76%，在加工过程叶身和叶基比例不一，流量波动较大，导致混配均匀性效果不太理想。一刀分切叶身、叶基单独方式烟碱变异系数CV值均匀性略优于一刀分切常规生产，但差异不明显。

表7 不同分切加工方式片烟烟碱含量Tab.7 Content of nicotine in different cutting processing methods %

表8 不同分切加工方式对片烟烟碱含量影响的分析Tab.8 Analysis of the influence of different cutting processing methods on nicotine content of tobacco slices

3.4 不同分切方式、不同加工工艺对片烟感官质量的影响

将烟叶样品在22 ℃和65%相对湿度下平衡后，组织7名专业评吸员开展对各分切加工方式烟叶进行对比评吸，结果见表9、图5，不同分切方式及不同加工工艺对片烟感官质量影响情况为：试验5-叶身＞试验3≈试验2＞试验1＞试验4＞试验5-叶基。叶基和叶身的外在物理特性和内在化学成分差异明显的前提下，对比全叶加工，分类加工中叶身单独加工有利于片烟感官评吸质量的提高，拓宽烟叶原料使用。

表9 不同分切对产品感官质量的影响Tab.9 Effects of different cuts on the sensory quality of products

图5 不同分切加工方式的感官质量评吸结果Fig.5 Sensory quality evaluation results of different cutting processing methods

4 结论

打叶复烤烟叶在线可调式铺叶切断设备的研发与应用，实现了烟叶按要求长度准确多刀分切，满足分类加工工艺要求。（1）通过设计单因素试验，在相同原料烟叶时，分切刀数增加，烟叶润透率提升；（2）由于分类加工过程叶身和叶基比例不一，原烟立体库在叶基和叶身出库比例上存在差别，流量波动较大，降低出库效率，一定程度上影响烟叶混配均匀性；（3）两刀分切方式时，打叶去梗后片形面积区间在300～1000 mm2范围内占比较大，片形形状呈正方形或者圆形较多，基本满足工业公司对打叶去梗后片形的工艺质量要求；（4）分切刀数越多，片烟烟碱均匀性越好；叶基、叶身分类加工后内在感官质量变化较大，多刀分切常规加工方式及叶身单独加工方式的片烟感官质量结果较一刀分切加工方式的整体风格特征、香气特性、烟气特性和口感特性等多个方面有所提升，有利于烟叶综合利用价值提高。

[1]谢剑平. 形势与未来:烟草科技发展展望[J]. 中国烟草学报,2017, 23(3):1-7.XIE Jianping. On the development prospects of tobacco science and technology in China [J]. Chinese Tobacco Science, 2017,23(3): 1-7.

[2]杜如万, 戴培刚, 王剑, 等. 凉山山地原生态特色烟叶开发实践与思考[J].中国烟草科学, 2016, 37(5): 87-91, 97.DU Ruwan, DAI Peigang, WANG Jian, et al. The exploration and thoughts on development of characteristic tobacco relying on the original ecological in liangshan area [J]. Chinese Tobacco science,2016,37(5): 87-91, 97.

[3]万丽娟, 尹本涛, 谭科军.中式卷烟加工工艺技术探讨[J]. 智能城市, 2017,3(2): 86.WAN Lijuan, YIN Bentao, TAN Kejun. Discussion on processing technology of Chinese-style cigarette [J]. Intelligent City,2017,3(2):86.

[4]石锦辉, 叶为民, 文俊, 等.发展特色烟叶的卷烟工业使用基础探讨——以始兴烟叶在广东中烟使用为例[J]. 广东农业科学,2011,38(3): 33-36.SHI Jinhui, YE Weimin，Wen Jun, et al. Discussion on the use of cigarette industry with characteristic tobacco leaf [J]. Guangdong agricultural sciences, 2011,38(3):33-36.

[5]李穗明, 张建华, 武凯, 等.一种烟叶分切打叶复烤方法: 云南,CN101999752A[P]. 2011-04-06.LI Huiming, ZHANG Jianhua, WU Kai, et al. A method of tobacco leaf cutting and roasting: Yunnan, CN101999752A[P]. 2011-04-06.

[6]张晖, 邓昌健, 张其龙, 等.打叶复烤烟叶分切加工设备: 湖南,CN204409564U[P]. 2015-06-24.ZHANG Hui, DENG Changjian, ZHANG Qilong, et al. Leaf cutting and cutting equipment: Hunan, CN204409564U[P]. 2015-06-24.

[7]杨凯, 陈清, 徐其敏, 等.打叶复烤配方均匀性控制模式研究[J].烟草科技,2012(12): 14-17.YANG Kai, CHEN Qing, XU Qimin, et al. Study on Control Mode for Formulation Uniformity During Tobacco Threshing and Redrying [J]. Tobacco Science & Technology,2012(12): 14-17.

[8]马云参, 陆俊平, 王俊, 等. 一种可调式烟叶分切刀机装置:云南,CN106108101A[P]. 2016-11-16.MA Yuncan, LU Junping, WANG Jun, et al. A adjustable tobacco blade cutter : Yunnan, CN106108101A[P]. 2016-11-16.

[9]刘江豫, 杜阅光, 武广鹏, 等.基于烟叶分级标准的烟叶分切方法:河南,CN104138025A[P]. 2014-11-12.LIU Jiangyu, DU Yueguang, WU Guangpeng, et al. The method of tobacco leaf cutting based on the standard of tobacco leaf classification: Henan, CN104138025A[P]. 2014-11-12.

[10]汪显国, 王跃昆, 华一崑, 等.一种基于主成分分析与最优分割法的烟叶分切判定方法:云南,CN103353509A[P]. 2013-10-16.WANG Xianguo, WANG Yuekun, HUA Yikun, et al. A method based on principal component analysis and optimal segmentation method: Yunnan,CN103353509A[P]. 2013-10-16.

[11]武凯, 徐大勇, 王晓辉, 等.利用图像分析法测定烟梗长梗率的方法:云南,CN102359963A[P]. 2012-02-22.WU Kai, XU Dayong, WANG Xiaohui, et al. A method for determining the length of stem of tobacco stem by image analysis:Yunnan, CN102359963A[P]. 2012-02-22.

[12]徐大勇, 李新锋, 范明登, 等, 复烤温度对片烟收缩率及大小分布的影响[J]. 烟草科技, 2013(3): 12-16.XU Dayong, LI Xinfeng, FAN Mingdeng , et al. The influence of curing temperature on the shrinkage and size distribution of tobacco smoke [J]. Tobacco science and technology, 2013 (3): 12-16.

[13]罗登山, 曾静, 刘栋, 等. 叶片结构对卷烟质量影响的研究进展[J]. 郑州轻工业学院学报（自然 科学版）, 2010. 25(2): 13-17.LUO Dengshan, ZENG Jing, LIU Dong, et al. Research progress of the influence of leaf structure on cigarette quality [J]. Journal of Zhengzhou University of Light Industry (NATURAL SCIENCE),2010.25 (2): 13-17.

[14]国家烟草专卖局, YC/T449-2012 烟叶 片烟大小及其分布的测定 叶面积法[S]. 北京:中国标准出版社, 2012:1-12.YC/T449-2012 Tobacco Determination of the size and distribution of Flue-cured Tobacco Leaf area method [S].

[15]常兆金, 王仕海, 王蓉, 等.烤烟品种（系）比较试验[J]. 贵州农业科学, 2000,28(S): 26-29.CHANG Zhaojin, WANG Shihai, WANG Rong, et al. Comparison test of Flue-cured Tobacco Varieties (lines) [J]. Guizhou agricultural sciences, 2000,28(S): 26-29.

[16]吕芬, 邓盛斌, 李卓膦.烤烟品种小区比较试验[J]. 西南农业学报, 2005, 18(6): 724-727.LU Fen, DENG Shengbin, LI Zhuolin. Comparison test of Fluecured Tobacco Varieties[J]. Southwest Agricultural Journal, 2005,18(6): 724-727.

[17]穆彪, 杨健松, 李明海.黔北大娄山区海拔高度与烤烟烟叶香吃味的关系研究[J]. 中国生态农业学报, 2003, 11(4): 148-151.MU Biao, YANG Jiansong, LI Minghai. Study on the relationship between elevation in Dalou and jealous of the aroma of flue-cured tobacco leaves[J]. Chinese Journal of ecological agriculture, 2003,11(4): 148-151.

[18]汤朝起, 王平, 窦玉清, 等.河南烤烟主要化学成分对吸食品质的影响[J].中国烟草科学, 2009, 30(5): 43-45, 49.TANG Chaoqi, WANG Ping, Dou Yuqing, et al. The effect of the main chemical components of Henan flue-cured tobacco on the absorption quality[J]. Chinese Tobacco Science, 2009,30(5): 43-45, 49.

[19]胡建军, 马明, 李耀光, 等.烟叶主要化学指标与其感官质量的灰色关联分析[J]. 烟草科技, 2001, (1): 3-7.HU Jianjun, MA Ming, LI Yaoguang, et al. Grey correlation analysis between the main chemical indexes of tobacco leaves and their sensory quality [J]. Tobacco Science & Technology, 2001, (1): 3–7.

[20]刘晓乐, 窦佳宇, 陈清.烟叶不同位置常规化学成分比较[J]. 生产技术, 2010, (1): 30-34.LIU Xiaole, DOU Jiayu, CHEN Qing. Comparison of conventional chemical composition in different positions of tobacco leaves [J].Production technology, 2010, (1): 30-34.