基于矩形树图的烟梗形状分析

雷海波，雷杰杰

（陕西中烟工业有限责任公司延安卷烟厂，陕西延安 716000）

烟草是茄科烟草属植物，烟梗即是烟叶之粗梗叶脉，约占叶重的25%～30%。烟梗是烟草工业的副产物，其所含成分种类与烟叶成分基本一致，作为膨胀梗丝添加到卷烟配方中是烟梗利用的主要途径之一，加工良好的梗丝能增加烟丝的填充值，降低成本，提高烟支的支撑性、燃烧性，降低烟气焦油量，重视烟梗及其制品的加工处理可提高卷烟的内在质量和烟草企业的经济效益。传统工艺制出的梗丝多为片状，在中低档卷烟中使用的比例较大，影响与叶丝掺配的均匀度，使卷制后的烟支重量、吸阻、密度等物理指标变化较大。梗丝在高档卷烟产品中的使用主要存在3个方面的问题：①梗丝在形态上与叶丝、膨胀丝等烟丝组分差别较大，不利于梗丝与其他烟丝组分的均匀掺兑，影响卷烟吸阻等卷制质量的稳定性；②梗丝在形态和色泽上与烟丝差异较大，在烟支中容易被消费者识别，从而影响高档卷烟产品形象；③梗丝在感官质量上存在先天性缺陷，会在一定程度上影响卷烟的感官品质，限制了梗丝在高档卷烟中的使用。

因此，为了提高梗丝在高档卷烟中的可用性，需要对梗丝的加工形态进行调整和改变。

1 工艺任务

《卷烟工艺规范》规定，制梗丝工段应设置烟梗回潮、压梗、切梗丝、梗丝膨胀干燥、梗丝风选等工序，可设置梗丝加料、梗丝加香等工序。卷烟厂烟梗处理工艺任务如下：

（1）备料：准备烟梗原料，核查质量与数量，确保投入烟梗符合产品设计要求。

（2）筛分与杂物：筛除烟梗中梗拐，以及长度小于10.0 mm、直径小于2.5 mm 的碎梗；剔除烟梗中的非烟草杂物。

（3）回潮：增加烟梗的含水率和温度，提高烟梗的耐加工性；去除烟梗表面灰尘；沉淀出烟梗中金属和非金属重杂物。

（4）贮梗：使烟梗内外部的含水率趋于一致；平衡缓冲前后工序的加工时间和生产能力。

（5）增温：增加烟梗温度，提高烟梗的柔韧性及耐加工性。

（6）压梗：挤压烟梗，疏松烟梗组织结构；使烟梗呈片状，便于烟梗经切丝后呈丝状。

（7）切梗丝：将烟梗按设定要求切成厚度均匀地梗丝。

（8）加料：按比例准确、均匀地对切后梗丝施加料液；适当提高梗丝的温度和含水率。

（9）膨胀干燥：去除梗丝中部分水分；提高梗丝的弹性、填充能力和燃烧性。

（10）风选：分离梗丝中梗签、梗块及非烟草杂物，提高梗丝的纯净度。

（11）加香：按比例准确、均匀地对梗丝施加香液。

（12）贮梗丝：平衡梗丝含水率，促进香液充分吸收；平衡制梗丝与制叶丝工段之间的加工时间。

梗丝质量指标要求：填充值≥6.5 cm3/g，填充值允差±0.5 cm3/g，纯净度≥99.0%，整丝率≥85.0%，碎丝率≤2.0%，含水率标准偏差≤0.17%，含水率允差±0.5%。

2 问题提出

在制梗丝过程中，烟梗预处理工序的原梗中含有长梗、梗拐、碎梗、短梗，因振动筛分设备网孔较小，易堵塞，且筛分效果随时间增加而下降，有效筛分率低，若剔除不干净，此物料进入后续工序后，梗拐不易润透、易压溃，压梗工序易堵料、易断流，在切丝干燥过程中易造碎，形成粉尘；烟梗中的长梗率低，碎梗过多，切丝时跑梗现象就很严重，切后梗丝整丝率、纯净度低，梗签、梗头多，干燥后填充值相对较低。目前，梗丝成丝技术主要还是依托常规烟梗加工设备进行工序和工艺参数的调整来实现。其研究主要集中于压梗切丝技术，通过烟梗切前排列，压梗和切梗丝厚度的参数调整，以及多次压梗和梗丝复切技术实现梗丝的丝状结构，该组合工艺和技术基本实现了烟梗成丝的目的。

3 实验方法

卷烟厂在提高梗丝加工过程的稳定性方面开展了诸多研究，针对制梗丝优化工艺参数的研究较多。为了提高梗丝的丝状效果，增加梗丝和叶丝之间的配伍性，河南中烟丁美宙等采用了正交试验方法，对烟梗工艺参数的影响进行了分析，结果显示，压梗间隙对填充值、梗块数量的影响非常明显，切梗丝宽度对整丝率、碎丝率、出丝量和除尘性质的影响明显，梗头变形对梗块数量的影响明显。山东中烟李洪涛等采用正交试验分析方法，对洗梗温度、贮梗时间、压梗间隙和切梗丝等影响梗丝物理质量及感官质量等参数进行了方差分析，研究了烟梗回潮对切梗丝过程的影响。刘新建等也采用正交试验分析方法，对压梗间隙、切梗丝宽度等参数进行了分析，探讨了切梗丝对干燥工艺参数的影响。河北中烟郑松锦等采用正交试验方法，对滚筒式烘梗丝机的加工参数（蒸汽压力、滚筒干燥温度组合参数）进行分析优化，得出梗丝的填充值、整丝率在最佳状态下的加工参数。河南中烟姚光明等以单因素和正交试验为基础，对低速梗丝干燥装置的加工参数进行了分析、优化，达到提高梗丝加工质量的目标。一些企业还对制梗丝设备进行了改造和升级。福建烟草饶如祥等为提高制梗丝线的整体性能，改造了落料提、剔拐机等，改造后梗拐剔除有所提高，筛分功能良好，设备性能更加完善。海南烟草杜小华等改造洗梗机，提高设备筛选性能，解决排污管堵塞问题，提高梗丝线的连续生产稳定性。汉南烟草焦胜利等通过改造梗丝风选和梗签收集，提高烟支卷制质量。以上研究、实践对提升梗丝加工性能，提升过程能力稳定性方面取得了良好效果。

产地和部位是影响烟草品质的重要因素，根据产地和部位所反映的烟草品质特生进行配方设计，可以显著提高卷烟的配方质量。然而迄今为止，对烟草产地和部位的研究大多以叶片为对象，对于不同产地不同部位烟梗的品质，则少见系统的研究报道。为了解烟梗形状对切制的影响，本文认为，在目前烟梗大量富余的情况下，研究不同产地不同部位烟梗品质的差异，从而筛选出品质较好的烟梗用于卷烟配方，也是改善梗丝吃味、提高烟梗利用价值的重要途径。为此，本文拟选择某牌号配方烟梗，在预处理工段对烟梗按照《卷烟工艺规范》要求，采用人工分拣方式，进行长梗（长度＞20 mm）、梗拐（烟叶与烟杆的连接物）、碎梗（长度＜10 mm，直径＜2.5 mm）重量统计。

4 数据统计

从表1 可得出，1912110X 批次A 类梗中，C 省产区的优质梗含量最高，为83.84%；B 省产区的梗拐含量最低，为11.27%；C 省产区的碎梗含量最低，为4.04%。

表1 1912110X批次含量统计表 单位：g

从表2 可得出，2001130X 批次A 类梗中，C 省产区的优质梗含量最高，为82.41%；D 省产区的梗拐含量最低，为14.81%；F 省产区的碎梗含量最低，为1.18%。

表2 2001130X批次含量统计表 单位：g

从表3 可得出，2001150X 批次A 类梗中，E 省产区的优质梗含量最高，为80.39%；D 省产区的梗拐含量最低，为12.77%；F 省产区的碎梗含量最低，为1.92%。

表3 2001150X批次含量统计表 单位：g

数据结论：表4可得出，2002120X 批次A 类梗中，D 省产区的优质梗含量最高，为80.53%；D 省产区的梗拐含量最低，为13.64%；C 省产区的碎梗含量最低，为3.09%。

表4 2002120X批次含量统计表 单位：g

从表5 可得出，2002170X 批次A 类梗中，C 省产区的优质梗含量最高，为74.63%；D 省产区的梗拐含量最低，为12.61%；B 产区的碎梗含量最低，为1.65%。

表5 2002170X批次含量统计表 单位：g

5 数据分析

矩形树状热力图把具有层次关系的数据可视化为一组嵌套的矩形，可直观地以颜色表示类目，以面积及色深表示数值，所有矩形面积之和表示整体的大小，各个小矩形的面积表示每个子项的占比，矩形面积越大，表示子数据在整体中的占比越大，擅长可视化带权重的数据关系。

从图1图可知：同省产区烟梗在打叶复烤之后，关键物理指标存在差异，即长梗、梗拐、碎梗、短梗含量不同。

图1 各省份烟梗含量矩形树状热力分析

6 分析结论

（1）打叶复烤时，宜按照卷烟厂使用要求，通过优化工艺参数，对烟叶进行梗、叶分离，并对分离出的烟片和烟梗进一步筛分，提高烟叶利用率及长梗率，降低梗拐、碎梗、短梗率，保证打后烟片和烟梗满足制丝生产的要求。

（2）卷烟厂制丝环节烟梗预处理工段，在烟梗筛分工序宜设置短梗和梗拐筛除装置，除杂工序宜采用风选除杂装置，提高烟梗中碎梗的筛分力度，减少烟梗中碎梗的比例，减少梗拐、梗签的含量，减少梗丝中的碎末含量，能较好地提高梗丝加工质量。