基于不同投料模式的打叶复烤投料环节均质化控制研究

宋照凯，李彦周，张长安

（1. 黑龙江烟草工业有限责任公司原料管理部，黑龙江哈尔滨 150001；2.天昌国际烟草有限责任公司 技术中心，河南 许昌 450002）

打叶复烤作为烟草行业原料供应的上游环节，其功能不再仅仅是梗叶分离、复烤干燥，而是要延伸至原料特性研究、模块化配方、参数化控制、信息化生产、智能化制造、均质化加工等技术的研究和应用。打叶复烤环节作为影响卷烟产品品质均匀性的重要因素之一，其产品的均匀性是指片烟产品品质的一致性、稳定性，应包括外观、内在、化学特性等所有烟叶品质要素的一致性、稳定性，越来越被卷烟工业企业关注[1-3]。卷烟工业大品牌战略的加速推进对烟叶原料的均匀稳定提出了更高的要求，打叶复烤均质化成为行业重点品牌持续发展的内在需求，对卷烟产品品质稳定性具有重要影响[4]。当前，复烤企业多采用模块配方打叶模式，以人工铺叶投料对多等级、小批量烟叶进行混配加工，自动化水平低，工艺控制能力较弱，配方精准度和均质化水平亟待提升。以自动化精准配方投料为研究对象，考查不同投料模式对原料均质化（烟碱CV 值和感官品质） 的影响，通过对当前投料模式下提升均质化控制能力进行探索研究，并对原料烟碱数据分析应用的平库预混投料模式、投料环节精细化控制能力提供有力支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、设备和仪器

材料：2021 年许昌C3F。

设备：1 条设计产能为6 000 kg/h 的打叶复烤生产线，自动化精准配方投料设备及定制烟筐（详见专利CN211003636U 和CN211983752U）[5]。

仪器：Nicolet Summit 型傅里叶变换近红外光谱仪，美国赛默飞世尔科技（Thermo Scientific） 公司产品；FED240 型电热烘箱，德国Binder 公司产品；CSM-III 型旋风磨（带40 目网筛），上海度柯自动化科技有限公司产品。

1.2 方法

1.2.1 取样方法

在皮带汇总处，每隔2 h 横截面取样1 次，每次3 kg，共取3 d，一共36 个样品。

1.2.2 化学成分近红外检测方法

将烟叶样品剔除烟梗，经切丝、混匀后采用四分法获取检测样品，将检测样品置于40 ℃烘箱中，干燥至含水率为6%~10%；将烟叶样品放入旋风磨中研磨，过分样筛后制成烟末样品，置于20~25 ℃环境下平衡约4 h，取约16 g 烟样, 装入石英杯中，用280 g 的“图章”形压样器压平杯中样品后, 放到光谱仪器台上扫描[6]。近红外仪器检测参数如下：波数分辨率8 cm-1，间隔4 cm-1，扫描次数72 次，波数范围4 000~10 000 cm-1，测定烟叶中烟碱、总糖含量。

1.2.3 感官品质评价方法

按1.2.1 方法取样3 kg，手工去梗、切丝，混合均匀后采用四分法选取感官评吸所需烟丝，然后制作成标准烟，置于温度22 ℃，湿度60%恒温恒湿箱中平衡48 h，由7 名专业评吸人员进行感官品质评价。

1.2.4 感官品质的量化评价方法

采用天昌公司《原烟质量评价规程》中的量化评价方法，品质特征各指标得分按照表1 指标权重计算品质的特征得分。

表1 品质特征指标权重（Yi）

式中：P——感官品质特征得分；

Xi——第i个感官品质指标得分；

Yi——第i个感官品质指标权重值。

品质特征指标权重（Yi） 见表1。

1.2.5 数据处理方法

采用SPSS 17.0 进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 人工铺叶投料模式对投料环节均质化的影响

根据原烟来料烟碱高、中、低3 个梯度设置人工铺叶16 个台位的比例，在投料皮带汇总处形成完整的原烟配方，待生产运行0.5 h 后各参数稳定，在皮带汇总处每2 h 横截面取样1 次，进行实验室制丝、卷制、感官质量评价及烟碱含量的测定。

人工投料模式下原烟感官品质得分及烟碱含量见表2，原烟感官品质及烟碱含量均匀性描述统计见表3。

表2 人工投料模式下原烟感官品质得分及烟碱含量

表3 原烟感官品质及烟碱含量均匀性描述统计

感官品质指标是配方模块形成过程中的最终检验、判断和配方调整的依据，是判断模块配方是否达到混配目标或工业企业需求目标的最重要指标之一[7]。由表2 和表3 可知，人工铺叶台投料模式下，不同时间段样品感官品质具有一定的波动性，其中感官品质指标CV 值波动性最大的是余味，余味CV值8.74%，波动性最小是干燥感。从感官指标CV 值来看，人工铺叶台投料对感官品质指标影响较大，烟碱CV 值14.92，也反映出人工铺叶台投料模式下配方精准性的欠缺。主要原因可能是人工投料的随机性和随意性造成配方最小周期的配方比例误差，尤其是工人夜班后精力不集中，人工误差引起原烟配方比例不精确，缺乏可控性，直接影响感官品质的稳定性。

2.2 自动化精准投料对投料环节均质化的影响

为了保证正常生产流量，按照来料烟碱高、中、低设置合适的投料比例，输入6 台自动投料机的运行系统， 系统运行0.5 h 后生产流量稳定取样、实验室制样、评吸及烟碱含量测定。

自动精准投料模式下原烟感官品质得分及烟碱含量见表4，原烟感官品质及烟碱均匀性描述统计见表5。

表4 自动精准投料模式下原烟感官品质得分及烟碱含量

表5 原烟感官品质及烟碱均匀性描述统计

由表4 和表5 可知，襄县C3F 在来料前按烟碱高、中、低3 个梯度形成自动化精准配方投料均质化配比方案，经过自动化精准投料后不同时间段样品感官品质有所区别，由表5 可知，采用自动精准投料模式下，烟碱CV 值11.77，原烟感官品质各指标变异系数均小于4%，各指标稳定性较好，也反映了自动化精准投料模式运行下，投料环节均质化效果较好。

2.3 人工铺叶投料与自动化精准投料两种模式下投料环节原料均质化的比较

2 种模式下品质特征权重总分见表6，配方模块感官品质均匀性描述统计见表7，2 种模式下成对样本检验见表8。

表6 2 种模式下品质特征权重总分

表7 配方模块感官品质均匀性描述统计

表8 2 种模式下成对样本检验

为了更好地体现对投料环节均质化的影响，按照方法1.2.4 计算原烟品质特征得分，由表7 可知，人工铺叶台投料模块配方品质特征得分CV 值4.39，自动化精准投料模块配方品质特征得分CV 值2.72。采用SPSS17.0[8]对2 组数据进行配对样本T检验处理，2 种模式下模块配方感官品质具有显著性差异。人工铺叶投料模式下投料环节烟碱CV 值14.92，自动化精准配方投料模式下投料环节烟碱CV 值11.77，烟碱CV 值下降了21.11%。综上所述，自动化精准投料模式投料环节配方模块均质化效果明显优于人工铺叶台投料。

2.4 “双循环”投料模式对模块配方均质化的影响研究

为了更进一步提升配方模块投料环节的均质化效果，在自动化精准投料模式研究的基础上，提出了“双循环”投料模式，即人工铺叶投料+自动精准投料，其技术原理为：“循环一”是人工铺叶台把单等级烟叶按配方比例形成全配方的模式，“循环二”是“循环一”形成的全配方模块运用自动化精准投料再次混配的模式，进一步提升模块配方投料的精准性、均匀性。为了明确“双循环”投料模式下对模块配方的均质化的影响，采用常规人工铺叶投料+自动化精准投料模式进行投料，其中铺叶台16 工位，自动化精准投料台位6 台，按1.2.1 和1.2.2方法规定取样、磨粉、烟碱含量测定。

“双循环”模式样品烟碱含量见表9，3 种模式配方模块烟碱变异系数对比见表10。

表9 “双循环”模式样品烟碱含量

表10 3 种模式配方模块烟碱变异系数对比

由表10 可知，“双循环”模式投料时，配方模块烟叶烟碱变异系数由常规模式的14.92%下降到8.95%，变异系数下降幅度为40.01%。相较于自动化精准投料时，烟碱变异系数11.77%下降到8.95%，变异系数下降幅度为23.96%说明配方模块经过“双循环”模式投料，投料环节烟叶烟碱相较于常规模式、自动化精准投料模式投料更加趋于一致，有效满足卷烟品牌发展和产品创新对打叶复烤片烟的均匀性和稳定性的原料需求。

3 结论

原烟打叶复烤加工过程中原烟来料的烟碱变异系数通常是从24%~30%下降到成品的2%~5%，下降最显著的是配方投料工序，贡献率为40%~50%。由于投料环节是为后工序提供原料，铺叶后物料断面的配方完整性是影响整体配方均质化水平的主要因素，此投料环节对均质化贡献度也是有一定的限度，后续加工过程中一润、二润、叶梗分离、储叶柜、复烤加工等工序的均质化调控，从而达到批内、批间加工过程中的烟碱、感官品质的过程稳定性。

通过对打叶复烤投料环节不同投料模式对配方模块均质化的影响研究，“双循环”投料模式烟碱CV 值相较于人工铺叶投料下降40.01%，相较于自动化精准投料下降了23.96%，“双循环”投料模式配方模块感官评吸品质的均匀与稳定，提高了烟叶间的混合均匀度，消除了烟叶原料间的品质差异，保证配方模块的稳定性和一致性，提升成品品质，为卷烟品牌创新发展提供有力的原料保障。