正交试验法优化茶再造烟叶片基制备工艺

熊 珍，张梦源，王小升，陈宇超，马 润，王志鹏，蒋云龙，李忠任

（中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司，云南 玉溪 653100）

茶渣的合理化利用，成为茶行业及相关行业关注的热点问题［1-3］。茶渣价格低廉，但含有茶多酚、茶多糖、茶氨酸、咖啡碱、氨基酸、微生物和矿物质等大量有用成分，在农牧业、工业、食品、医药和环保等领域具有广阔的应用前景［4-6］。茶叶应用到卷烟中，可以改善卷烟的抽吸品质，降低或消除卷烟烟气中的有毒有害成分；茶叶中的有机酸、氨基酸能溶解烟草中的糖类物质，丰富卷烟香气成分［7-9］。再造烟叶产品为适应市场需求不断创新［10，11］，本研究以茶渣为原料，探索茶再造烟叶生产工艺，对拓展再造烟叶风格特征，提高茶渣的综合利用率，提升茶叶产业链的可持续性具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶原料由云南省某茶企业提供，木浆来自加福林产品（亚洲）有限公司，罗望子多糖由中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司提供。

1.2 仪器与设备

TYM-8L 型细胞级超微粉碎机（济南天宇专用设备有限公司）；Jan-25 型打浆机（美国PTI 公司）；FDA 动态纸页成型器BP251，纸页烘干器（Tehpap FRANCE）；F81502 型抗张强度测试仪（FRANKPTI）；ZJ-100 型打浆度测定仪，ZH-4 型厚度测定仪，ZDYQ-100 型定量圆形取样器（长春纸张试验机有限责任公司）；RH-TQ100-B 型透气度测定仪（广州润湖仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 制备工艺流程 制备工艺流程如图1 所示。

图1 茶再造烟叶片基制备工艺流程

1.3.2 单因素条件选择 将茶渣干燥粉碎后研磨成粉，按照茶再造烟叶片基制备工艺进行制备，将木浆和已研磨成粉的茶渣混合均匀，依据混合液绝干重量添加2%的罗望子多糖，再按照造纸法再造烟叶片基的制备工艺进行制备。按照设定的单因素试验进行考察，设定茶渣粒径为100、200、300、400、500目；木浆打浆度为50、55、65、75、80°SR；木浆添加比例为10%、15%、20%、25%、30%，制备得到茶再造烟叶片基后，测定其厚度、抗张强度和透气度3 项物理指标。

1.3.3 正交优化试验设计 试验中对样品性能的影响因素较多，针对片基抗张强度和透气度的变化会导致定量和厚度等指标的变化，因素之间又存在交互关系，同时结合烟草粉体造纸工艺前期研究，试验采用三因素四水平正交试验设计的方式进行考察，L9（34）试验因素与水平见表1。

表1 正交试验因素水平设计

1.3.4 物理指标检测方法 茶再造烟叶片基在温度20 ℃±2 ℃、湿度60%±2%下平衡48 h，分别按GB∕T 12914—2008《纸和纸板抗张强度的测定》［12］、GB∕T 458—2002《纸和纸板透气度的测定（肖伯尔法）》［13］和GB∕T 451.3—2002《纸和纸板厚度的测定》［14］测定其抗张强度、透气度和厚度。

2 结果与分析

2.1 单因素试验分析

2.1.1 茶渣粒径对茶再造烟叶片基物理指标的影响 选定打浆度为55°SR，木浆添加比例为20%，将茶渣研磨成不同粒径样品，研究茶渣粒径对茶再造烟叶片基厚度、抗张强度、透气度的影响，其结果如图2 所示。通过对比分析发现，低目数条件下粉体成型工艺制备得到的茶再造烟叶片基厚度较高，随着茶渣粒径的增加，厚度逐步降低，透气度也随之降低，但茶渣粒径为300 目时，抗张强度最强且趋于平衡。因此，初选茶渣粒径为300 目。

2.1.2 打浆度对茶再造烟叶片基物理指标的影响 确定茶渣粒径为300 目后，设定木浆添加比例为20%，考察打浆度对茶再造烟叶片基厚度、抗张强度、透气度的影响，其结果如图3 所示。由图3 可知，随着打浆度从45 °SR 提升至85 °SR，茶再造烟叶片基的透气度从309.9 CU 降低至201.2 CU，这可能是由于随着打浆度的提升，细小纤维含量提升，茶再造烟叶片基的致密度提升，导致其透气度大幅降低。茶再造烟叶片基的透气度影响其涂布载量，因此，需适度控制茶再造烟叶片基的透气度，所以初选打浆度为65°SR。

2.1.3 木浆添加比例对茶再造烟叶片基物理指标的影响 在确定茶渣粒径为300 目，打浆度为65 °SR的前提下，考察木浆添加比例对茶再造烟叶片基厚度、抗张强度、透气度的影响，其结果如图4 所示。由图4 可知，在不同木浆添加比例的茶再造烟叶片基样品中，纵向抗张强度的最小值为848.49 N∕m，透气度为142.1 CU，这与粉体抄造工艺有一定关联性。随着木浆添加比例的增加，茶再造烟叶片基表面的空隙逐渐增加，片基内部纤维结构变得疏松，有利于液体从片基的表面空隙渗透，该结果与文献报道一致［15］。打浆度、茶粉体和定量一定的情况下，10%的木浆添加比例的抗张强度比15%的木浆添加比例处理高，可能是因为木浆量少，纤维间的结合能力较弱，导致抗张强度低［16，17］，所以初选木浆添加比例为25%。

图4 木浆添加比例对茶再造烟叶片基物理指标的影响

2.2 正交试验结果分析

根据单因素试验，初选茶渣粒径、打浆度、木浆添加比例各个参数后进行正交优化试验。确定主要影响因素后，按照“1.3.3”节方法进行三因素四水平L9（34）正交试验，试验设计见表1，试验结果见表2。

表2 正交试验结果

由表2 可知，对茶再造烟叶片基厚度的影响程度大小依次为茶渣粒径、木浆添加比例、打浆度，这是由于在抄片过程中，茶渣粒径越大，其留着率可能越高；茶渣粒径越小，抄片过程中流失越多，导致厚度的主要影响因素为茶渣粒径大小。对茶再造烟叶片基抗张强度的影响程度大小依次为木浆添加比例、打浆度、茶渣粒径，结果与单因素试验考察结果一致。对茶再造烟叶片基透气度的影响程度大小依次为茶渣粒径、木浆添加比例、打浆度，随着木浆添加比例的增加，片基表面的空隙逐渐增加，片基内部纤维结构变得疏松，小粒径茶粉进入空隙的几率就越高，导致透气度降低。考虑茶再造烟叶片基后续需再进行涂布工艺，需着重考虑其厚度和透气度两个指标因素，通过综合平衡各因素对厚度和透气度指标的影响，最终选定的最优方案为A1B1C1，即茶渣粒径200 目，打浆度55°SR，木浆添加比例15%。

3 结论

本研究通过正交试验优化茶再造烟叶片基制备工艺，确定最佳制备工艺条件。结果表明，①影响茶再造烟叶片基物理指标（厚度、抗张强度、透气度）的因素主次顺序是茶渣粒径、木浆添加比例、打浆度；②制备茶再造烟叶片基的最佳方法为茶渣粒径200目，打浆度55°SR，木浆添加比例15%。此试验方案能得到可满足后续加工的茶再造烟叶片基，为后续茶再造烟叶的开发提供理论和数据参考。