基于混料设计的叶片结构对烟丝结构及中支卷烟物理指标的影响

权发香，缪祥凯，李春梅，尹国辉

（红云红河烟草（集团）有限责任公司会泽卷烟厂，云南 曲靖 654200）

0 引言

随着对中支卷烟制作和处理技术的深入了解，烟草工业在研究烟丝组成部分的同时，基本确立了“控长、控碎”的制丝工艺处理理念，并逐渐认识到叶片结构对中支卷烟制丝质量的重要影响，从而将其延伸到卷烟加工的上游即打叶复烤环节。但叶片结构如何调节烟草物理特性，以及哪些物理特性目前尚不清楚[1]。针对上述问题，朱波[2]以烟丝特征长度表征烟丝形态，采用烟丝形态调控技术，分析了中支卷烟烟丝不同特征长度与质量指标及稳定性关系。其结果表明：烟丝特征长度为2.35 ～2.85 mm（卷制前），中支卷烟物理指标稳定性较好，烟支密度标准偏差和密度分布一致性系数η值均随特征长度减小呈先降低后增大的趋势。祁林[3]探索了筒壁温度前高后低，前低后高变温干燥和一段式恒温干燥对烟丝理化特性及产品感官质量的影响规律。结果表明：滚筒变温干燥模式均能够提高叶丝长丝率，整丝率和填充性能，而恒温干燥模式则有利于提升叶丝结构的分布均匀性；不同干燥模式对叶丝挥发性香味成分的形成与积累影响较小，采用125 ℃/145 ℃变温干燥和135 ℃一段式恒温干燥低强度处理模式更有利于提升叶丝化学成分的协调性和香味成分的积累量[4]。

因此，本项目拟利用混炼装置对不同组织特性的烟叶进行混炼，分析混炼过程中各组织特性的变化规律，明确混炼过程叶片结构对烟丝组织特性和物理特性的强关联性，此论证符合我国现行"减大、增中、控小"的指导思想，为我国现阶段烟叶质量的提升提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和仪器

原料：采用云南中烟A 级精支卷烟丝的工艺，不加梗塞，不加膨胀丝；云南中烟A 品牌中支烟制品，规格为97 mm（67+30）mm × 17 mm。设备：常德烟草公司生产的YJ118B 型卷烟机；TQ-2 型刀片式摇摆式筛板（郑州烟叶研究所）；YQ-2 型卷烟丝滤网（郑州烟叶研究所）；成都瑞拓技术有限公司生产的RTV 型卷烟机和滤筒集成试验机；MV4420 型微波炉香烟水分浓度计（德国TEWS）；桨叶连续振荡筛（自行研制的装备，参考TQ-2 桨叶振动筛的筛面大小）；YDX— III 型端线测量机（中国科学院光学精密机械研究所，合肥威尔仪电子技术股份有限公司）[5]。

1.2 试验方法

1.2.1 叶片结构混料设计

根据选叶后的烟片大片率、中片率、小片率的总数为100%，利用Minitab 统计分析软件，进行极限定点混合料设计，得到的叶片结构如图1 所示。得到的叶片结构混合物设计方案见表1。

表1 中支卷烟叶片结构混料设计方案

图1 叶片结构

1.2.2 片型配比方式

选用按A 牌号大生产叶组配方，准备8000 kg 原材料，经过多次测量，准确测定出叶片成分，并对其进行了研究[1]。分叶后，均匀取样2000 kg，采用叶片连续振动分选筛，将烟叶分为大片（大于25.4 mm），中片（12.7～25.4 mm），小片（6.35～12.7 mm），以及小碎片（≤6.35 mm），保证所筛出的各片型烟片质量比与配方烟叶叶片结构基本一致。根据每种组合的混合料，分析了大、中、小片需要添加的比例，以及小碎片需要补添的比例。根据计算结果，余下的6000 kg 烟叶被分成了5 组，每组烟叶的品质在800 ～1200 kg 之间，分别配上相应的大片、中片、小片和小碎片，分别存放在不同的烟叶储藏箱里[6]。

1.2.3 中支卷烟样品制备

根据混合后的烟草叶片结构，按121 A 系列烟草叶型的技术规范进行烟草叶型的制作。其烟草均是由同一操作人员和同一卷包机，根据A 品牌卷包技术规范中所确定的技术指标进行卷包和包装。

1.2.4 物理指标检测及分析方法

叶片结构的测量：在选叶步骤后，按照参考文献所指定的方式，测量配方烟叶的叶片结构，不低于10次，并测量其大片率（≥25.4 mm）、中片率（12.7 ～25.4 mm）、小片率（6.35 ～12.7 mm）及小破片率（≤6.35 mm）的平均值[2]。

确定烟草纤维的组织：采用参考资料中所述的方法，对烘烤出口、加香出口以及烟草纤维的组织进行三次以上的测量，并将烟草纤维的长丝率（≥6.70 mm）、中丝率（3.35 ～12.7 mm）、整丝率（≥3.35 mm）、短丝率（1.00 ～3.35 mm）、破丝率（≤1.00 mm）计算平均数。

卷烟的物理指标测定：用参考文献[3,4]中描述的方法测定。

卷烟浓度测定：按照参考文献[5,7]描述的测定。

1.3 数据处理

采用Minitab 统计分析软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 叶片结构对烟丝结构的影响

2.1.1 烟丝结构变化

在对烟丝整条卷烟的烘丝、加香、卷制（卷筒出口）三大关键环节的烟丝组织进行了测量，结果表明，在该工艺中烟丝结构表现为整丝率和长丝率逐渐减小，中丝率和短丝率逐渐增大，从长丝率到短丝率逐渐增大，整体由长到短。在各工艺过程中，烟丝整体结构呈现为N∶1∶1（长丝、中丝、短丝率比值）的特征，即烟丝中丝率、短丝率之间的关系十分密切，且受长丝率的反向作用，长丝率越高，中丝率、短丝率就会越低，根据烟丝长丝率的变化，可以进行推测中丝率、短丝率的变化。在烘烤中，不同叶片结构组合的烟丝成丝率差异较大；添加调味料后不同配方的成丝速度差异减小；而采用机烟枪后成丝速度的差异进一步增大，如图2 所示。

图2 烟丝结构变化

2.1.2 混料回归分析

从初步研究结果可以看出，不同叶片结构会使烟草的组织形态发生较大的变化，进而会影响烟草的品质。为进一步阐明不同叶片结构对烟丝结构的影响机制，采用混合回归方法对烟丝形态结构进行分析，得出不同叶片结构对烟丝结构的变化规律[7]。

分析所建立的回归模型（表2），得出烘丝后各工艺的烟丝结构均与叶片结构呈一定的相关关系，但该回归模型的调整后R2 均不高，说明叶片结构只对烟丝结构有一部分的影响，而切丝、烘丝等工艺对其有很大的影响。当烟草到达加香机时，该回归模型的一致性有所提高，整丝比R2 达到93.06%，调整后R2达到86.12%（P=0.069，接近005），说明叶片结构对最终的烟草有一定影响；在卷烟机相对高强度卷制之后，叶片结构混合料回归模型的拟合度更是发生了变化，中丝率模型呈现出较高的拟合度，R2 为98.84%，调节后R2 为95.38%（p=0.137>0.05），表明不同叶片结构对卷烟烟支中丝的影响不显著。进一步分析了具有较高拟合能力的混合料回归方程中的因素得出：在卷烟前，增加宽幅比有利于提高整条烟叶的成丝率，降低破丝率（采用A_sl 法计算）；在卷制后，中片率和小片率的提高有助于提高碎片率（p=0.18）。通过模型系数比分析（A_rs 和C_rs），叶片结构对整丝率的影响程度排序为C≤A≤B（小片≤大片≤中片），对碎丝率影响排序为（A≤C≤B）（大片≤小片≤中片）。

表2 混料回归分析模型

2.2 叶片结构对烟支物理指标的影响

在研究烟丝结构时，测量分析了中支卷烟烟支物理指标，从中选取了与叶片结构有一定关系的检测指标。研究表明，叶片结构对烟叶物理性质有一定影响，而这种影响的大小不仅是影响烟叶品质的一个重要指标，更是评判烟叶品质的重要因素。

通过混合线性回归显示（表3），烟支密度变异系数、开吸吸阻、闭吸吸阻和端部丝率等参数与各参数之间的关系都比较密切，R2 都在90%以上，经修正后R2 的最小值为88.41%（P 值在0.05 附近），说明回归模型能够用来对各参数进行合理的描述，从某种意义上说明各参数之间存在着一种关系。回归模型研究表明，中片率模型因子（B_sl）一般比大片率和小片率的模型因子（A_sl 和C_sl）小得多，说明提高中片率可以实现对中支卷烟物理指标（望小）的效果。通过对模型系数的分析，对烟支密度变异系数、端部落丝量的影响次序为C≥A≥B（小片>大片>中片），对开吸吸阻的作用次序为A≥C≥B（大片>小片>中片）。综合各项指标对烟叶质量的影响，提出了在提高烟叶中薄层厚度的同时还应减小厚层厚度，并对小层厚度进行有效调控以提高烟叶质量。

表3 叶片结构混料设计的烟支物理指标

3 结语

采用混料试验法对烟叶在精制卷烟中所占比例进行试验，并与成品烟叶物理性质进行比较。本项目拟采用混合线性回归分析方法，研究中支卷烟物理指标与叶片结构的关系，揭示粗、中、小三种烟叶结构对中支卷烟物理指标的影响规律。结果表明：

（1）在加工过程中，烟丝结构与叶片结构及反映中支烟稳定性的某些物理指标有密切联系。

（2）叶片结构在一定程度上影响着烟丝结构，但随生产过程的变化表现出一定的规律性，卷曲后烟丝形态均呈N∶1∶1（长中短丝）之比。

（3）增加中片率、减少大片率、控制小片率，可显著改善中支烟叶的物理性能。