打叶复烤工艺对提升烟叶叶片结构均匀性的影响研究现状

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作者:无, 字数:20855

  摘 要 烟叶在加工过程中要经历原料准备、真空回潮、润叶、打叶风分和烤叶等一系列打叶复烤环节。为了保证烟叶制品中烟丝的质量,行业对复烤后的叶片质量提出了一定的要求。基于此,综合分析国内外打叶复烤工艺与叶片结构之间关系的研究现状,介绍打叶复烤各环节的典型工艺参数对叶片结构的影响规律,为进一步优化打叶复烤工艺,提高产品均质化水平奠定理论基础。
  关键词 烟草;打叶复烤;叶片结构;工艺技术
  中图分类号:S572 文献标志码:B DOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.100
  国家烟草局颁布的2016版《卷烟工艺规范》将打叶复烤环节纳入卷烟工艺规范的标准化文件系統,强调了打叶复烤的重要性[1]。叶片结构是指打叶后不同大小的叶片所占的比例,是衡量片烟均匀性加工水平的重要指标。打叶复烤后烟叶送入后续卷烟加工企业进行制丝等工艺加工,加工后成品烟丝质量主要受烟叶叶片结构的影响。叶片尺寸越大,切丝后整烟丝的比例也会相应升高。在一定范围内,烟丝的填充能力随着烟丝的长度而增加[2-4]。
  通常根据叶片的尺寸,采用大片率(>25.4 mm)、中片率(12.7~25.4mm)、小片率(6.35~12.7 mm)、碎片率(<6.35 mm)、大中片率(>12.7 mm)、出片率(>6.35 mm)、叶中含梗率等指标来衡量烟叶结构。其中,>12.7 mm和≤12.7 mm叶片的比例直接影响烟叶制品中>3.2 mm和≤1.4 mm叶丝的比例[5-6]。因此,为提高卷烟质量均匀性,需尽可能控制大片率,提高大中片率和中片率,减少碎片率和叶中含梗率。烟草行业标准也明确指出叶中含梗率和梗中含叶率应分别≤2.0%和≤1.2%[7]。
  原烟在打叶复烤过程中要经历真空回潮、润叶、打叶和复烤等数个加工环节,各环节的工艺途径和参数设置对叶片结构都具有一定的影响[8-9]。同时,这些叶片结构的指标会随着工艺相互转化,具有很强的相关性[10-11]。基于此,综合分析目前国内外关于打叶复烤工艺对叶片结构的影响,为进一步改善打叶复烤后的叶片结构提供依据。
  1 烟叶原料对叶片结构的影响
  不同等级和不同产地烟叶的抗张力、断裂伸张量以及叶质重等物理性能存在明显差异。例如福建烟区三明、龙岩和南平产地的烟叶含梗率以中部叶最高,下部叶次之,上部叶最低[12],而湖南张家界桑植叶基部分烟叶含梗率远高于中间部分烟叶[13]。不同的物理性能导致在相同的打叶方式下,打叶效果不同[14]。对于较薄的烟叶,打后的大片率低于较厚的烟叶片[15]。除了物理性能之外,烟叶的含水量和温度也会影响打叶后的叶片结构质量[16]。但在打叶分风之前,原烟会先后经过真空回潮和润叶等环节以控制打前含水量和温度,因此在原料准备环节只需要根据烟叶原料的物理性能选择合适的工艺即可。
  2 真空回潮对叶片结构的影响
  真空回潮又被称为预回潮阶段,是通过对来料烟叶进行抽真空后,再进行增温增湿的处理工艺。真空回潮一方面利用负压和高温使得原烟中混杂的甲虫、螟虫及其虫卵死亡,有效减少烟叶的杂气和刺激性[17];另一方面可以在一定范围提高原烟含水率和温度,从而提高其抗破碎性,减小打叶风分中产生的碎片率,有利于提高叶片结构质量[17-18]。欧清华等发现,经过真空回潮预处理的烟叶烤后>12.7 mm的叶片较未经真空回潮的烟叶平均高出1.08%,而<3.18 mm的叶片比例平均降低了0.04%[19]。陈彩霞等的研究中经真空回潮后再经65 ℃滚筒回潮的“哈德门(清香)”卷烟比直接经75 ℃滚筒回潮大片率提高了2.69%,碎片率降低了0.12%[20]。
  但有研究表明,真空回潮会使得烟叶总糖、还原糖、总碱及糖碱比降低,导致烟气浓度和香气量降低[20-21]。
  除此之外,真空回潮也会增加一定的生产成本。所以应综合考虑生产成本、感官质量和叶片结构来选择是否需要真空回潮工序。通常在来料原烟水分<16%或者有结块现象时,对其进行真空回潮处理[19]。经真空回潮后将烟叶温度控制在50~75 ℃,水分控制在16%~19%[7]。为防止水分和温度散失,回潮后的烟叶不宜储存过久,应及时进行铺叶解把处理。
  3 铺叶解把对叶片结构的影响
  烟叶经人工选叶和原烟初步混配后,在铺叶台进行铺叶解把。通过对烟叶进行分切,可使解把率大于90%,为后续的润叶和打叶做准备[7]。烟叶的分切方式主要有“一刀两段式”和“两刀三段式”。针对不同地区或部位的烟叶选择不同的分切方式,可以改善叶片结构质量。可以将分切段采用分别加工的形式,形成特色配方模块,以实现精细化加工。
  不同烟叶的物理化学特性不同,甚至同一叶片的叶尖、叶中和叶基的内在化学成分含量和热失重比也存在差异,所以针对不同的烟叶采用不同的分切方式是非常有必要的[12-13]。当来料烟叶的韧性较弱时,采用一刀两段式,有利于提高叶片的大中片率,减少碎片率;当烟叶韧性较强时,采用两刀三段式,在保障叶片结构的前提下可以进一步提高润叶润透率和复烤后的水分均匀性[22]。杨洋等认为分切方式应综合考虑对感官质量的影响,建议下部叶采用“两段式”全叶加工方式,中部叶采用“两段式”去叶基加工方式,上部叶采用“三段式”全叶加工方式[23]。烟叶分切解把后经储柜或者高架库进入润叶,不仅能提高原烟混配均匀性,还能实现定量喂料,减少调整频次,提高生产过程的稳定性。
  4 润叶对叶片结构的影响
  虽然烟叶经过真空回潮后温度和水分都有了一定程度提高,但是还没有达到打叶风分对来料的要求。且烟叶真空回潮后还要经过其他工序才能进行打叶,会导致水分和温度散失,所以在打叶风分之前需要进行润叶加工。润叶过程主要包含一润和二润两个环节。一润主要用来提高烟叶的含水率,而二润用来提高烟叶的温度和松散程度,并补充烟叶在“一润”后散失的水分。   在一定范围内,烟叶韧性随含水率的增加而增加,但含水率过高时,其韧性反而降低。在含水率合适的情况下,烟叶的梗片结合部位的强度比其他部位低,叶片能顺利整齐地从结合部被撕下来,得到尺寸较大、形状较好的叶片,且梗上基本不带叶片。当烟叶含水率和温度都偏高时,烟叶易缠绕在打刀或框栏上,出现堵塞现象。而且在打叶过程中,叶片不易被从烟梗上撕裂分离,即使撕裂下来,由于烟叶含水率较高,也不易被风分。烟叶含水率低时,在叶梗分离过程中梗片结合部位难以整齐分离,梗上留下大量锯齿状小叶片。这些小叶片经打叶后转化成为碎末,会增加打叶碎片率。烟叶的含水量主要在一润环节进行调节,所以一润环节的水分和温度对大中片率的影响显著,对碎片率和叶含梗率影响极其显著[24]。刘其聪等发现,延长一润后的贮叶时间,可以使得水分更加充分地渗透进入烟叶内部,烟叶内水分分布更加均匀,从而增加打叶后的大中片率和长梗率[25]。虽然与一润相比,二润的水分和温度对大中片率的影响较小。但王强发现,出片率和二润水分、温度正相关,因此在满足其他要求的前提下,可以适当提高二润水分和温度来提高出片率[26]。
  总而言之,润叶后烟叶的温度和水分应当在一个合适的范围内,以保证叶片的韧性,一般相对含水量在18%~20%,温度在65~75 ℃时打叶质量较好[16,27]。润叶后水分和温度主要通过调节蒸汽压力、蒸汽(水)用量以及风机频率等润叶机设备参数来调节[28-29]。其中温度主要受蒸汽(水)和风机频率的影响,当实际温度偏离预设温度范围较小时,主要通过调节热风风机的频率来实现温度微调;而若温度较大程度偏离预设值时,则需要调整蒸汽压力和蒸汽量来快速升降温。水分主要受蒸汽量和水用量的影响,为防止温度和水分过高引起的蒸片烟和水渍烟现象,蒸汽与水的比例通常设为7∶3,且在冬天只采用蒸汽进行润叶。润后合格的烟叶可进行后续打叶风分,不合格的烟叶进行回掺或者按烟叶损耗处理。
  5 打叶风分对叶片结构的影响
  经过润叶环节的增温增湿后,烟叶的抗破碎性已经有了较大程度提高。打叶风分环节通过打刀和框栏之间的摩擦力和拉扯力将叶片与叶梗分离,再利用风分器将叶片风分出来,从而达到叶梗分离的目的。在实际生产过程中,打叶风分通常采用“柔打细分”技术,即以多打多风分的方式来减少碎片率,提高大中片率。在四打十一分的生产模式中,出片率随着打叶级数下降。其中一级打叶单元最为关键,出片率达62%~65%,因此需要优先考虑调整一级打叶单元的结构和打叶方式,以获得最大的效率。第二、三、四级出片率分别在22%、10%和3%左右时,打叶后叶片结构质量较为理想[25,30]。
  打叶器是影响打后叶片结构的核心单元,包括框栏形状、尺寸和打刀形状、排列等,目前以菱形框栏和矩形打刀使用最为普遍[31]。山东中烟工业公司技术中心青岛研究所对比7.62 cm框栏代替8.89 cm框栏,发现采用7.62 cm框栏后大中片率、中片率、长梗率均略有提高,碎片率有所降低[32];安徽中烟工业有限责任公司采用六边形框栏替代菱形框栏,打叶后大片率降低13%,中片率提高12%,叶含梗下降0.5%[33];咸阳烟叶复烤有限责任公司采用加密菱形框栏,打刀采用矩形和梯形混用形式,打刀以品字形排列,使大片率降低了12.37%,中片率提高了18.22%[34];红河卷烟厂对打叶框栏孔径进行了改进,增大1、2、6、7排的孔径,缩小3、4、5排孔径,改进后大中片率提高了0.7%,超大片率减小了4.8%[35]。
  除了改变打叶器结构外,当叶片结构偏离理想范围时,可以通过调节调整打辊转速和风分频率等设备参数来优化叶片结构[36]。不同地区、不同品种和等级烟叶的收缩特性和韧性不同,同一工艺条件下所得的叶片结构也会有所差异,所以需根据原料的特性,结合流量的大小来确定合适的加工强度[37-38]。其中,打辊转速主要影响大中片率、中片率和叶含梗率。提高打叶机的打辊转速(强度)有利于提高打叶风分后烟片的中片率和长梗率,并降低叶中含梗率[32]。风分频率主要是影响叶中含梗率,如果叶含梗率过高,可以考虑适当减小风分频率。但是考虑到风分效率和梗中含叶率,风分频率不宜调整过低。安徽中烟工业有限责任公司技术中心[39]通过降低流量,提高打辊转速,降低风机频率和皮带速度的参数优化方法,成功将叶中含梗率由1.35%降低至0.86%。但由于各参数共同作用于叶片结构,所以各参数的调节程度和组合方式还需进一步探索。
  6 复烤对叶片结构的影响
  烟叶经过打叶风分之后,葉片结构基本成型。受温度和水分变化,打后烟叶在复烤过程中会发生一定皱缩或者伸展,改变实际叶面积的大小。行业标准规定烟叶的收缩率需控制在上等烟<4%,中等烟<5%,下等烟<6%[7]。
  复烤过程分为干燥、冷却和回潮三个阶段。在干燥阶段和冷却阶段,烟叶主要受干燥温度和冷却温度的影响,会发生失水收缩的现象。在烟叶干燥的快速脱水阶段,烟叶收缩速度随着含水率的降低而降低,通常收缩速度下部烟>中部烟>上部烟。因此采用低温慢烤方式,可适当降低烟叶脱水速度,有效控制烟叶收缩[40-41]。低温复烤主要靠尽可能降低主网带速度和烟叶厚度、降低干燥温度和冷却温度,提高回潮区的雾化质量来实现。其中复烤温度不能超过100 ℃,冷却区温度在35~45 ℃[42]。简辉等认为,复烤温度保持在80~90 ℃有利于叶片结构的改善和致香成分的保留。在回潮阶段,烟叶因内部水分含量的回升而伸展[43]。王金明等发现,叶片皱缩率与回潮区蒸汽压力和蒸汽量呈正线性关系,而与水用量呈负线性关系[44]。所以在保证水分达标的情况下,尽量减少蒸汽用量,增加水用量可以减小皱缩率,改善叶片结构质量。当烟叶复烤后皱缩率过高时,应及时降低各阶段温度,同时降低网带速度来提高复烤时间,补充所需热量,且回潮区尽量减少蒸汽用量,保障烟叶回潮后的伸展性,从而改善叶片结构质量。   7 结语
  综上所述,打叶复烤各个阶段的工艺均会不同程度影响烟叶打后的叶片结构。为了保障烟叶叶片质量,提高叶片结构均匀性,还应从整体把握,依靠在线检测手段,建立完整的打叶复烤质量与工艺参数控制流程库,优化调整设备参数和打叶复烤工艺过程,在兼顾本阶段的叶片结构质量的同时,应尽可能考虑对后续工序质量的影响,实现整体的参数协调控制,实现打叶复烤均质化提升,推动行业技术的发展。
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  (责任编辑:赵中正)

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