原料预混处理在造纸法再造烟叶生产中的应用研究

刘恩芬，李 波，武士杰，陈正春，龚永康，王茜茜，周国福

(1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650106；2.云南中烟工业有限责任公司 技术中心，云南 昆明 650231)

原料预混处理在造纸法再造烟叶生产中的应用研究

刘恩芬1，李 波1，武士杰1，陈正春1，龚永康1，王茜茜1，周国福2*

(1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650106；2.云南中烟工业有限责任公司 技术中心，云南 昆明 650231)

利用源于4个烤烟主栽区的烟梗、末棒及烟叶碎片等3类再造烟叶原料，通过生产实验，探讨了3类再造原料化学成分的均匀性和预混处理对原料均匀化、产品批次间化学成分稳定性的影响。实验结果表明：烤烟生物学特性和气候环境条件决定了烟梗、末棒及烟叶碎片3类原料的钾、总氮、烟碱等化学成分含量差异性，其差异性达到极显著水平(Plt;0.05)，并且空间变异度较大(12.70%～66.02%)。预混处理能显著提高烟梗、末棒及烟叶碎片等3种原料的均匀性，各类原料的各项化学成分含量的变异系数都能稳定在5%内。预混处理对产品批次间的质量稳定具有较好作用，尤其是总氮、烟碱、钾和氯的含量，在批次间的差异性未达到显著水平(Plt;0.05)。

烟梗；末棒；烟叶碎片；再造烟叶；预混处理

0 引言

烟梗、末棒及烟叶碎片是再造烟叶的核心原料[1-4]，由于其来源地复杂多样、烤烟成熟度参差不齐，加之各植烟区域土壤条件、生态环境条件和主栽品种的差异突出，导致烟梗、末棒及烟叶碎片的各类化学成分及含量的空间变异度高，这为再造烟叶生产依据配方投料环节带来了不确定性、难以把控性，产品的质量稳定性难以保证，增加了产品精准投料的难度[5-8]。目前再造烟叶生产预处理环节大部分都只针对废弃烟叶把烟进行梗叶分离处理，没有针对原料预混的均质化处理，而原料及配方混配均匀性对造纸法烟草薄片物理质量与内在质量及其稳定性具有决定性的作用[9-10]。为此，有必要开展原料预混对原料的均质化和产品批次间质量稳定性的影响研究[11-12]。

1 材料与方法

1.1实验原料及关键设备

实验原料源于主要植烟区的烟梗、末棒和叶碎片3类卷烟废弃物。设备采用秸秆揉丝机、组合物料混合柜等。

1.2实验设置

取源于4个烤烟主栽区(A、B、C、D)的原料进行实验，实验预混工艺流程如图1，实验共设置2个处理，处理1：将烟梗、末棒及烟叶碎片3类主要原料分别进行预混处理，再按照产品配方进行配比、生产。具体来说，梗原料预混是将4个不同来源的烟梗直接进行搓揉粉碎、混合形成均匀的预生产原料；末棒预混是将4个不同来源的末棒直接进行搓揉粉碎、混合形成均匀的预生产原料；碎片预混是将4个不同来源的碎片直接进行搓揉粉碎、混合形成均匀的预生产原料(图2)。处理2：烟梗、末棒及烟叶碎片3种原料不进行预混处理，直接按照产品配方进行生产(图3)。每个处理都进行4次重复，随机抽样进行生产。

图1预混工艺流程

图2 处理1工艺

图3 处理2工艺

1.3指标检测及数据分析方法

材料中总氮采用烟草及烟草制品总氮的连续流动法(YC/T 161─2002)测定，烟碱采用烟草及烟草制品总植物碱的连续流动(硫氰酸钾)法(YC/T 468─2013)测定，总糖采用烟草及烟草制品水溶性糖的连续流动法(YC/T 159─2002)测定，钾采用烟草及烟草制品钾的火焰光度法(YC/T 173─2003)测定，氯采用烟草及烟草制品氯含量的连续流动法(YC/T 162─2011)测定，硝酸盐采用烟草及烟草制品硝酸盐的连续流动法(YC/T 296─2009)测定。实验数据利用Excel软件进行处理，SPSS 18.0软件进行处理的统计分析与作图，利用单因素方差(one-way ANOVA)对各指标差异进行分析，方差分析F检验达显著水平(Plt;0.05)时，采用Duncan多重比较分析。

2 结果与分析

2.1原料差异性分析

通过对烟梗、末棒和烟叶碎片3类原料的成分进行检测分析，结果(表1)表明：烟梗、末棒和烟叶碎片3类原料的化学成分含量具有显著差异。烟梗总氮、烟碱、总糖、钾、氯和硝酸盐的平均含量和变异系数分别为1.87%、11.08%，0.44%、14.43%，20.12%、12.70%，5.13%、5.23%，1.82%、24.85%和1.37%、39.27%；末棒总氮、烟碱、总糖、钾、氯和硝酸盐的含量和变异系数分别为2.45%、9.57%，1.94%、20.55%，14.18%、12.70%，2.57%、14.01%，0.71%、24.85%和0.51%、33.56%；烟叶碎片总氮、烟碱、总糖、钾、氯和硝酸盐的含量和变异系数分别为2.97%、11.37%，2.30%、19.64%，10.96%、29.65%，2.84%、19.41%，1.44%、33.20%和1.13%、44.46%。造成原料化学成分的差异主要原因：一方面是3类原料来源于烤烟的不同部位，其化学成分含量本身就存在显著差异。其中，烟梗是烟叶叶柄，木质化程度高，所以含钾量和总糖量较高；烟叶碎片是烟叶片破碎的产物，木质化程度不如叶柄，所以总氮和烟碱含量较高；末棒是烟叶的叶脉(经)及叶碎片、烟梗碎粒混合物，所以其化学指标介于烟梗和烟叶碎片之间。另一方面是烟梗、烟末和烟叶碎片3种原料来自不同烤烟种植区，各区域的烤烟品种、生产管理措施及环境条件等因素不同，加剧了各原料间的差异性。

烟梗、末棒和碎片等再造烟叶原料的化学成分含量不仅在种类上存在较大差异，而且同一种原料内部的化学成分也有显著性差异(图4)。同一原料内部差异一方面是由烤烟产地小环境气候条件、烤烟成熟度、烤烟品种及植烟土壤条件的差异所造成，比如烟叶的成熟度直接影响烤烟的总糖，土壤速效钾含量直接影响烟叶中钾的含量等；另一方面是由烤烟复烤过程及仓储陈化过程中温度、湿度、氧气浓度等因素的变化造成，比如，在仓储及烟叶加工过程中，温度、湿度、氧气浓度等各种条件变化，催化了氮素的消化、反硝化反应。烟叶的陈化过程是烟叶致香物质的转化和稳定过程，在此过程中，烟叶中氮的形态也会发生变化，其转化数量受烟叶部位的影响[13]。钾含量的变异系数相对较小，在仓储及加工过程中比较稳定。抽样检测结果表明，3类原料的各种化学成分含量的变异系数都较大，其中，在总氮方面：烟梗最大变异系数达到14.42%，末棒最大变异系数达到13.10%，碎片最大变异系数达到12.78%；在烟碱方面：烟梗的最大变异系数为10.70%，末棒最大变异系数达到31.92%，碎片最大变异系数达到29.09%；在总糖方面：烟梗的最大变异系数为13.93%，末棒最大变异系数达到25.64%，碎片最大变异系数达到35.92%；在钾方面：烟梗的最大变异系数为11.68%，末棒最大变异系数达到21.59%，碎片最大变异系数达到26.19%；在氯方面：烟梗的最大变异系数为35.91%，末棒最大变异系数达到33.87%，碎片最大变异系数达到66.54%；在硝酸盐方面：烟梗的最大变异系数达到65.31%，末棒最大变异系数达到45.61%，碎片最大变异系数达到119.64%。综上，硝酸盐和氯含量的变异最大，这主要与它们烤烟不同部位的分配有关，硝酸盐的含量可能还与烤烟的陈化过程、仓储条件有关。

表1 各原料化学指标含量分布

图4 不同原料类别化学成分差异性

2.2预混处理对原料均匀性的影响

预混是通过物理搅拌、混合，让成分不均匀的混合物成分均匀化的方法，混合物粒径、搅拌方式、搅拌时间是影响预混效果的重要因素。本实验采用T2型秸秆搓揉粉碎机对预混原料进行破碎处理，破碎粒径≤30 mm；采用混合柜进行原料的混合，原料在混合柜内实现上下左右各方向的运动，能保证混合物的均匀化处理。从表2中可以看出，各种原料通过预混处理都能有效提高混合物的均匀性，变异系数均小于5%，相比较而言，预混处理在烟梗和烟叶碎片上的均化效果好于末棒。预混试验结果表明，烟梗类总氮变异系数降低10.31个百分点，烟碱变异系数降低11.14个百分点，总糖变异系数降低12.57个百分点，钾变异系数降低12.32个百分点，氯变异系数降低22.34个百分点，硝酸盐变异系数降低55.45个百分点；末棒类总氮变异系数降低9.38个百分点，烟碱变异系数降低22.34个百分点，总糖变异系数降低26.55个百分点，钾变异系数降低15.91个百分点，氯变异系数降低27.71个百分点，硝酸盐变异系数降低39. 09个百分点；碎片类总氮变异系数降低11.61个百分点，烟碱变异系数降低22.00个百分点，总糖变异系数降低33.44个百分点，钾变异系数降低16.60个百分点，氯变异系数降低36.46个百分点，硝酸盐变异系数降低54.97个百分点。

表2 各原料的预混效果 %

2.3预混处理对产品质量稳定性的影响

从原料仓库中随机4次抽取A、B、C和D原料，并按照产品配方进行配比生产，一部分采用处理1工艺进行生产，另一部分采用处理2工艺生产，生产成品的化学成分检测结果见表3。实验结果表明，在无预混处理的产品中，总氮、烟碱、总糖、钾、氯及硝酸盐等各项指标在4批次间都存在显著差异性(Plt;0.05)；在预混处理的产品中，总氮、烟碱、总糖、钾、氯及硝酸盐等指标中只有硝酸盐和总糖两个指标在4个批次间有显著性差异，其余4项指标的差异性都未达到显著性(Plt;0.05)；说明预混处理对产品批次间的质量稳定具有较好作用。

表3 预混处理对产品质量稳定性的影响

3 结论与讨论

综上所述，预混处理能显著提高烟梗、末棒及烟叶碎片等3类原料的均匀性，经预混处理后，各类原料的各项化学指标变异系数都能稳定在5%内，预混处理可以降低产品内在质量的波动，对产品质量稳定具有较好作用，尤其是总氮、烟碱、钾和氯4项指标，在批次间的差异性均未达到显著水平(Plt;0.05)。不同产区原料、不同原料种类的内在化学成分差异显著，因此有必要掌握每批入库原料各项内在化学成分含量及变化范围，通过预混处理的方法对不同产区、种类的原料进行预混，为产品原料配方设计的配伍性、均匀性和稳定性提供保障，同时为产品模块化配方奠定基础。原料预混处理适合于原料来源复杂、产品种类较多的企业，尤其是在订单生产中发挥更重要作用。由于本次实验仅侧重于预混与无预混处理产品的差异性分析，未考虑预混处理中的原料粒径、布料速度和预混时间等预混参数，建议进一步开展相关研究，确立最佳预混工艺。

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(责任编辑：许晶晶)

ResearchonApplicationofRawMaterialsPremixedProcessinginProductionofReconstitutedTobaccobyPaper-makingProcess

LIU En-fen1, LI Bo1, WU Shi-jie1, CHEN Zheng-chun1,GONG Yong-kang1, WANG Qian-qian1, ZHOU Guo-fu2*

(1. China Tobacco Yunnan Reconstituted Tobacco Limited Company, Kunming 650106, China;2. Technology Center, China Tobacco Yunnan Industrial Limited Company, Kunming 650231, China)

The tobacco stem, tobacco stick and tobacco scrap from 4 major tobacco production regions were used as the raw materials of paper-making reconstituted tobacco. The effects of raw materials premixed processing on the uniformity of chemical compositions in raw materials and the stability of chemical compositions in different batches of reconstituted tobacco products were researched through production experiments. The experimental results indicated that the biological characteristics of flue-cured tobacco and the climatic conditions decided the differences in chemical compositions among 3 types of raw materials; there were very significant differences in the content of potassium, total nitrogen and nicotine among tobacco stem, tobacco stick and tobacco scrap, and their spatial variability was relatively big (12.70%～66.02%). Raw materials premixed processing could dramatically improve the uniformity of raw materials. The variation coefficients of content of various chemical compositions in three types of raw materials were within 5%. Raw materials premixed processing could well assure the quality consistency of different batches of paper-making reconstituted tobacco products.

Tobacco stem; Tobacco stick; Tobacco scrap; Reconstituted tobacco； Premixed processing

S572

A

1001-8581(2017)12-0072-05

2017-08-14

云南中烟重点科技项目“再造烟叶生产废水零排放关键技术研究及应用”(2015GY01)。

刘恩芬(1969─)，女，工程师，主要从事分析检测研究。*通讯作者：周国福。