（机械工程专业论文）卷烟制丝分组加工工艺技术研究与应用.pdf

卷烟制丝分组加工工艺技术研究与应用摘要2 0 0 3 年我国制定并发布了中国卷烟科技发展纲要，为中国烟草科技发展明确了主攻方向。国卷烟科技发展纲要在全面、客观分析中国卷烟科技现状的基础上，明确提出了大力发展中式卷烟。特色工艺分组加工工艺技术是在卷烟原料特性、分组原则、相关技术、控制技术、设备性能等基础研究和共性研究的基础上，卷烟企业根据产品特点、原料特性、企业实际，实旌特色工艺技术进行卷烟原料分组及分组加工处理。是系统化体现产品设计风格目标的新型卷烟工艺技术，充分发挥原料潜质，提升在加工过程中智能化控制水平，已成为中式卷烟内涵的重要组成部分。本文对原料的加工特性、设备的加工特性以及满足加工需求关键设备的改造等方面，作了比较全面的阐述与分析。文章阐述与分析的内容主要有以下几方面：1 ) 根据卷烟感官质量的形成和评价方法，分析影响卷烟感官质量的相关因素。2 ) 分析制丝流程工序感官质量变化，了解不同原料加工特性的变化趋势，比较不同原料加工过程感官质量差异，为原料的分组和工艺加工参数的设置提供参考。3 ) 根据卷烟加工过程可控制的主要工艺参数，结合原料的加工特性、设备的加工特性，分析分组加工技术的可行性。4 ) 对加工工艺流程的设计进行的研究，对加工过程的关键设备进行了改造以及改造后的验证。5 ) 分组加工技术在产品中的综合运用，对运用的结果进行总结。关键词：中式卷烟感官质量工艺分组加工工艺流程c i g a r e t t e sg r o u p i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n sa b s t r a c ti n2 0 0 3 o u rc o u n t r y st o b a c c od e p a r t m e n tc o n s t i t u t e da n di s s u e d “t h et o b a c c o ss c i e n c ea n dt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tp r o g r a mi nc h i n a ，w h i c hh e a dt h ec h i e fa s p e c to fc h i n at o b a c c od e v e l o p m e n t o nt h eb a s i so fc o m p r e h e n s i v ea n do b j e c t i v ea n a l y s i so ft h ec i g a r e t t e s s t a t u so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi nc h i n a ，t h ep r o g r a mc l e a r l ym a d et ov i g o r o u s l yd e v e l o pc h i n e s ec i g a r e t t e s f e a t u r e sc r a f t sg r o u p i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi ss u c hat e c h n o l o g y , w h i c hb a s e do nt o b a c c om a t e r i a l si d e n t i t y , ap r i n c i p l ea n dr e l a t e dt e c h n o l o g y , c o n t r o lt e c h n o l o g y ,e q u i p m e n ta n do t h e rb a s i cr e s e a r c ha n dc o m m o nb a s i sf o rt h es t u d y c i g a r e t t ee n t e r p r i s e sp r a c t i c ef e a t u r e sg r o u p i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi nat o b a c c o p r o c e s s i n ga n dm a t e r i a l so nt h eb a s i so fp r o d u c tc h a r a c t e r i s t i c s ，m a t e r i a l sp r o p e r t i e s ，b u s i n e s sr e a l i t ya n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs u c ht e c h n o l o g y i ti sas y s t e m a t i co b j e c t i v eo ft h en e wt o b a c c op r o d u c td e s i g ns t ) 7 l ec r a f t st e c h n o l o g y , t h a tg i v e sf u l lp l a yt ot h ep o t e n t i a lo fr a wm a t e r i a l s ，p r o c e s s e si nt h ec o u r s eo fu p g r a d i n gt h el e v e lo fi n t e l l i g e n tc o n t r o l ，h a sb e c o m ea l li m p o r t a n tp a r to ft h ec o n t e n t so fc h i n e s ec i g a r e t t e s t h i sa r t i c l em a k e sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sa tt h er a wm a t e r i a l sf o rp r o c e s s i n gi d e n t i t y , a n da tt h ec h a r a c t e ra n dp r o c e s s i n ge q u i p m e n tt om e e tt h ep r o c e s s i n gn e e d so ft h et r a n s f o r m a t i o no fk e ye q u i p m e n t a r t i c l e s a n a l y s i so nt h ec o n t e n to ft h ef o l l o w i n gm a i na r e a s ：1 ) a c c o r d i n gt ot h ec i g a r e t t e ss e n s o r yq u a l i t yf o r m a t i o na n de v a l u a t i o nm e t h o d s ，i ta n a l y z e ss o m er e l e v a n tf a c t o r st h a ta f f e c tc i g a r e t t e ss e n s o r yq u a l i t y 2 ) i ta n a l y z e ss e n s o r yq u a l i t yc h a n g e so nf l o wp r o c e s s e s ，r e a l i z e st h ec h a n g e si nd i f i e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so f t h er a wm a t e d a l sp r o c e s s i n gt r e n d s c o m p a r e sd i f f e r e n tm a t e r i a l sp r o c e s s i n gs e n s o r yq u a l i t yd i f f e r e n c e sf o rt h ep r o c e s s i n go fr a wm a t e r i a l sg r o u p i n ga n dp r o c e s s e sp a r a m e t e r sc h a r a c t e r i s t i c so f ar e f e r e n c e 3 ) a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o l l a b l ec h a r a c t e r i s t i c so f t o b a c c op r o c e s s i n gt e c h n i q u e sp r o c e s s i n gw i t h i nr a wm a t e r i a l sa n de q u i p m e n tp r o c e s s i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，i ta n a l y z e so nt h ef e a s i b i l i t yo fg r o u p i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s 4 ) i tp r o c e s s e st h ed e s i g ns t u d yo ft h ep r o c e s s i n gc r a f t sf l o w , r e c o n s t r u c t st h ek e ye q u i p m e n tf o rt h ep r o c e s s i n ga n dc e r t i f i c a t e st h er e c o n s t r u c t i o n 5 ) i tc o n t a i n st h ei n t e g r a t e du s eo fg r o u p i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dt h es u m m i n gu po f t h er e s u l t sk e y w o r d s ：c h i n e s ef e a t u r e sc i g a r e t t e ，s e n s o r yq u a l i t ) r ，p r o c e s s i n gc r a f t sg r o u p i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y ，p r o c e s s i n gc r a f t sf l o w图2 - i图2 - 2图2 3图2 - 4图2 - 5图2 - 6图2 7图2 - 8图2 - 9图2 一1 0图2 一儿图2 一1 2图2 1 3图3 1图3 2图3 - 3图3 4图3 5图3 6图3 - 7图3 - 8图3 9图3 一i o图3 一l l图3 - i 2图3 一1 3图3 1 4图3 一1 5图3 一1 6图3 1 7图3 一1 8图3 一1 9图3 2 0图3 2 i图3 2 2插图清单卷烟工艺流程图6卷烟燃烧时发生的主要过程示意图7正在燃烧的卷烟示意图8试验工艺流程图1 1工序间香气特性变化趋势图- - 1 2工序间烟气特性趋势图一1 2工序间口感特性趋势图1 2不同地区、等级原料工序加工后感官质量对比图1 3加工过程糖含量变化图1 6加工过程烟碱含量变化图1 6加工过程氯离子含量变化图1 6加工过程钾离子含量变化图1 7加工过程挥发碱含量变化图1 7两种干燥模式下香气特性感官质量变化对比图2 2两种干燥模式下烟气特性感官质量变化对比图2 2两种干燥模式下口感特性感官质量变化对比图2 2两种干燥模式下香气特性感官质量变化对比图2 3两种干燥模式下烟气特性感官质量变化对比图2 4两种干燥模式下口感特性感官质量变化对比图2 4两种干燥模式下香气特性感官质量变化对比图2 5两种干燥模式下烟气特性感官质量变化对比图2 5两种干燥模式下口感特性感官质量变化对比图2 6试验流程图2 8干燥后物料混合流程图2 9加料比例控制图3 1加料热风温度控制图3 l干燥水分控制图3 2排潮风门及热风控制图3 2加香系统控制图3 3路线布局设计图3 4新型掺配模式布局图3 6相关性分析图4 1不同批次温度折线图4 l改造前工艺流程布局图4 3改造后工艺流程布局图4 3图4 一l产品设计技术路线图4 5图4 2叶丝干燥工艺流程图4 7表2 一l表2 2表2 3表2 4表2 5表3 一l表3 - 2表3 3表3 4表3 5表3 - 6表3 7表3 8表3 - 9表3 1 0表3 - 1 1表3 1 2表3 1 3表4 一l表4 2表4 - 3表4 4表4 5表格清单国家卷烟感官质量评分表式样1 0卷烟生产工序品质评价表式样1 0感官质量评价结果汇总表1 1原料工序感官质量变化对比表1 4化学指标检测结果1 5部位因素分析表1 9两种干燥模式下感官质量评价对照表2 1两种干燥模式下感官质量评价对照表2 3两种干燥模式下感官质量评价对照表2 5试验条件表2 7试验条件下感官评价得分2 7试验条件表2 7不同工艺参数条件下感官质量评价得分表2 8比例跟踪掺配瞬时掺配精度3 7两种模式下烟丝结构比较3 7烟支的烟气烟碱量3 8烟支中烟丝化学成分3 8烟支物理指标3 9产品配方结构对比表4 6专家感官质量评分4 7主流烟气指标4 8产品化学指标4 8卷烟物理指标4 8独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得：盒匿王些盍堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：歹李弧签字日期；枷6 年参月f7 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金蟹王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒魍王些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名南弧签字目期：p 如年f 月，1 日学位论文作者毕业后去向工作单位：通讯地址：导师签名签字日期；2 w 舂年月7 日电话邮编致谢作为在职研究生，本人在四年的学习和工作中克服了很多困难，在工作紧张的情况下，较好的完成了学习任务，取得了一些成绩。这些成绩的取得离不开各方面的支持和帮助，因此，在论文的最后时刻我要向关心和支持我的老师、领导、同事、家人表示衷心的感谢。衷心的感谢我的导师陈科教授。感谢您对我学术上的启迪，感谢您对我论文的指导，感谢您对我论文的精心修改。您的和蔼为人和严谨治学上对我产生深厚影响，让我终生收益。衷心的感谢合肥工业大学韩江院长、刘志峰教授。在四年的学习中您们给了我无微不至的关怀和指导。感谢我的同事潘志敏高工、陈东风。你们在我做论文的时候给了我很多帮助。感谢黄山卷烟总厂合肥卷烟厂党委书记周思海、技术中, b l 毅主任、陈春雷主任等有关领导。你们在我学习的时候给了我很多支持，领导的支持让我增强了信心，在做好工作的同时较好的完成了学习。感谢我家人的支持。感谢所有关心我的人。作者：李国龙2 0 0 6 年5 月1 0 日第一章绪论1 1 概述随着我国加入世界贸易组织和签署烟草控制框架公约“1 ，中国烟草面临愈来愈严峻的竞争压力和社会压力，社会对吸烟与健康问题的关注不断加强，烟草发展的外部环境将受到更加严格的限制”“。烟草行业面临的社会压力和政策压力不断加大，给科技创新工作提出了更高的要求和更大的挑战。新形势下，为了推进科技进步与创新，增强烟草企业核心竞争力，提高中国烟草总体竞争实力，实现行业持续、稳定、健康发展，2 0 0 3 年，我国制定并颁布了中国卷烟科技发展纲要“，明确提出了中国卷烟科技发展的方向与任务。中国卷烟科技发展纲要指出，“中国卷烟科技发展的方向和目标是以市场为导向，保持和发展中国卷烟的特色，大力发展中式卷烟，巩固发展国内市场，积极开拓国际市场，提高中国卷烟产品市场竞争力和中国烟草核心竞争力，保持中国烟草持续、稳定、健康发展”。中式卷烟是指能够满足中国广大卷烟消费者需求、具有独特香气风格和口味特征、拥有自主核心技术的卷烟。而卷烟配方和加工工艺的特色是自主核心技术的重要内容之一。新形势下，必须大力发展中式卷烟，开展中式卷烟特色工艺技术研究，增强中式卷烟的市场竞争力。3 。特色工艺技术包括以下几方面的内容”：1 ) 在对原料加工特性、感官特性和化学特性研究、分析的基础上，建立原料分组的基本原则。2 ) 企业根据原料分组基本原则，针对特定品牌和原料特点，初步建立配方模块，确定不同模块适宜的加工路径、加工条件和料液。3 ) 通过对加工过程质量要素控制和设备性能的研究，为设备改造和新设备的开发提供技术支撑；确定主要工序过程控制图，提高生产过程加工精度和产品质量。特色工艺技术实现的目标”1 ：1 ) 提高产品感官质量，实现产品“个性化”、“差异化”，突出中式卷烟香气风格和口味特征，保持卷烟产品质量的相对稳定；在卷烟原料配方及加料成本不变的前提下，提升卷烟产品的质量，增强中国卷烟产品的市场竞争力和国际竞争力。2 ) 在卷烟质量、风格基本不变的前提下，拓宽原料使用范围，提升原料使用价值，降低卷烟原料成本。本项目是在卷烟原料特性、分组原则、控制技术、设备性能等基础研究和共性研究的基础上，根据卷烟企业产品特点、原料特性、设备状况等企业实际需求，实施特色工艺技术进行卷烟原料分组及分组加工处理。最终实现产品“系统化设计”、“精细化加工”和“智能化控制”，提升和稳定产品感官质量，突出产品的个性化、差异化，充分发挥卷烟原料的潜质和使用价值，拓宽卷烟原料的使用范围，降低卷烟成本，为打造拥有自主知识产权和核心技术的特色工艺和设备提供技术保证，使卷烟产品质量的控制能力显著提高，并打造出适应与满足中式卷烟特色工艺加工要求新型工艺路线”1 。1 2 分组加工在特色工艺加工中的作用目前，国内卷烟产品配方设计与加工工艺技术，存在着诸多与中式卷烟的发展要求不相适应的方面。“”3 ，主要表现为：1 ) 不同卷烟产品所用卷烟原料、加工设备、加工工艺流程及工艺指标设定类同。2 ) 生产加工过程是卷烟原料的混合加工，加工的条件和参数设定不能充分发挥不同卷烟原料的潜能。3 ) 注重对生产过程中物理质量的控制，不能对生产过程稳定性及产品内在质量进行有效控制。这些现状直接导致：1 ) 不同卷烟产品的香气风格和口味特征不明显，产品同质化现象较为普遍。2 ) 卷烟原料的潜能不能得到充分发挥，卷烟产品使用高价位配方、高等级原料问题比较突出，卷烟生产的成本较高。3 ) 工艺对卷烟产品质量的控制能力不强，产品质量及稳定性差，难以形成具有国际竞争实力的大品牌。4 ) 在卷烟降焦的同时，不能有效地保持卷烟的香气质和香气量，不能持续满足消费者对卷烟香气的需求。因此，需要更进一步地提高我国卷烟加工的工艺技术水平，提高工艺对卷烟产品质量的控制能力，充分发挥卷烟原料的特性和使用价值，实现在卷烟降焦基础上保持卷烟的香气质和香气量o 1 ，进一步提高中国卷烟产品对消费者的满足程度。通常一个产品的叶组配方是由多个不同类型、不同等级、不同地区和不同年份的原料组成，不同原料的品质特征和在叶组中所起作用均不同“。在传统的加工工艺中，一个产品的加工过程采用的是相同的加工方式、加工路线和加工参数，对叶组中不同原料只能是一种“斩首去尾”的折中式处理，造成卷烟香气和甜味感的过度损失，不良气息不能被充分去除或掩盖，物理性能也得不到综合提高。这种加工工艺处理模式表面上的一致性，掩盖了不同处理对象之间的质量的差异性，实际上导致加工结果与设计目标相背离“”1 。而分组加工技术就是将加工工艺与产品内在品质紧密结合的具体体现。分组加工技术是指针对不同品质、不同类型、不同特性的原料，依据工序评价论证结果，结合产品设计要求和单等级原料感官评价结果，有针对性地制定合适的加工工艺参数、工艺路线、加工方式，提升在线加工工艺的水平，一方面最大限度地保留原料原有的优异品质；另一方面有效去除原料本身的不良因素，以充分突出产品的个性特征，生产出满足消费者需求、具有市场竞争力的高品质产品。1 3 国内外同类研究的现状和发展趋势国内卷烟的设计与生产过程一般是先配方后加工，由于配方中使用的卷烟原料等级、部位、地区、年份的不同，其外观质量、化学成分、感官质量及加工特点等都有很大的差别”。对于产品配方中的原料，由于采用相同的工艺处理方式，在卷烟加工过程中造成某些原料加工强度过度，而另一些原料加工强度不足，卷烟原料的使用价值不能充分发挥，使得卷烟产品配方中卷烟原料成本较高，在卷烟降焦的同时，不能保持卷烟的香气质和香气量。近两年部分生产企业在生产线改造中，有叶丝线采用传统干燥方式( 即滚筒式烘丝机) ，也有采用气流干燥方式( 即h x d 、h d t 、s h 9 ) ，即“一头两身两尾”等叶丝加工工艺流程，但该方法也只是分等级或牌号进行叶丝加工，且正处于生产摸索阶段，尚未根据各企业的品牌发展战略和原料的理化特性，对同一个牌号的卷烟叶组配方进行分组加工，从而形成中式卷烟特色工艺的加工技术路线。在生产与质量的控制方面，我国卷烟工业企业的工艺路线和工艺装备基本上是参照国外的工艺路线设计或引进的“”“，对适应我国原料加工特性的工艺过程、影响质量因素、控制手段等研究较欠缺，对过程j j n q - 的方式方法、过程品质控制的研究非常薄弱，没有真正掌握适合中国卷烟产品生产的工艺路线与工艺条件，包括产品配方设计理念，原料的合理使用、制丝工艺过程的温度、湿度、水分、压力、风等参数的控制。实际生产过程中，各工序在加工特定产品时一般执行统一的加工工艺参数，加工过程控制管理、质量评估多以加工后的物理指标来衡量评价，忽视加工过程对烟气质量影响的评价，从而导致偏重对物理工艺指标的控制，片面追求加工物理指标的表面一致性，而对体现加工内在质量指标的工艺参数研究不多，导致加工水平与产品质量以及消费者关注的内在质量相背离。随着市场竞争的加剧和卷烟消费水平的提高，消费者在注重卷烟外在质量的同时，更加追求产品的内在质量。因此，只有采用过程参数的控制，实现控制方式由结果、指标的控制向过程、参数控制的转变，才能既可以控制加工的物理质量，同时又能有效控制内在质量，达到物理质量与内在质量的平衡，更好地满足卷烟消费者的需求。而且由于加工质量控制思想和方式不能适应新的发展要求，致使目前我国卷烟产品质量和焦油量的稳定性较差。跨国烟草公司在生产的质量控制方面均采取了积极有效的措施，生产过程控制的精度和产品质量的控制精度均较高。“”如美国菲利普莫里斯公司卷烟烟气的焦油量指标允差可控制在0 5 m g ，“5 5 5 ”卷烟的吸阻、重量和总稀释率及烟气指标的稳定性都高于我国的卷烟产品，感官质量的稳定性同样存在较大差距。随着装备技术水平的提高，加工工艺技术对卷烟质量的影响也越来越大，工艺指标参数的设置也越来越灵活，从而为真正实现过程的可控性提供了可能。通过对制丝j n i 过程的加工手段的有效性、工艺参数的合理性、过程控制的可靠性进行研究；对不同原料( 配方叶组) 的物理、化学加工特性进行分析，研究卷烟工艺对改进卷烟产品感官质量的作用，根据原料、产品、环境条件的不同，制订相应的工艺参数、工艺路线、加工方式和加香加料技术，提高工序加工质量控制和工序加工工艺参数控制水平，以参数控制保障结果，促使工艺加工技术功能化、柔性化、精细化，使之富有针对性，加快工艺控制( 管理) 由目前结果控制向过程控制转变、由控制指标向控制参数转变、由人工控制经验决策向自动化控制科学决策( 计算机决策支持) 转变。实现产品设计、加工工艺、设备的有机结合。因此，研究中式卷烟特色工艺技术将成为我国卷烟工艺技术发展的必然趋势“。“”国内的分组加工研究主要有三种模式：红河卷烟厂的模式，将所有等级的原料归成几个等级，在制丝过程分成若干个模块，不同模块的不同配比，形成不同的产品；二是长沙卷烟厂模式；三是青岛的模式。长沙和青岛的模式的特点是片烟预混柜较多，在加料环节将原料分为若干个模块，进行针对性的加料处理，贮后分为2 个模块，采用两种不同的干燥方式进行处理。“”国外在分组加工方面主要有三个方面的特点：一是在复烤厂己较为普遍地实行了配叶打叶技术，且在此方面具有独特的技术优势：二是在混合型卷烟的制丝生产中，对不同理化特性的烟叶分别进行不同的加工处理后再进行配比掺和，如美式混合型卷烟需要对白肋烟和马里兰烟进行特殊的加料和烘焙处理后放入配叶柜内；三是卷烟牌号规格少，集中度高，为卷烟生产过程的分组处理创造了有利的条件。由于美式混合型的产品设计和加工工艺具有十分显著的特点，从而形成了美式混合型卷烟独特的烟味风格。1 4 分组加工工艺目标充分体现配方设计理念。分组加工工艺充分利用制丝工艺流程的叶丝干燥并联工艺，采用原料分组处理模式，按工艺温度处理强度进行分组处理。一方面最大限度的保留原料特有的香气成分，另一方面有效去除原料本身的不良气息，同时兼顾卷烟物理指标，丰富产品的个性特征n ，。通过加工过程品质的提升，充分体现出香气浓郁高雅、口感饱满干净、回味甘甜舒适的特征，提高烟丝填充性能和抗造碎性等综合物理指标，降低卷烟烟丝密度，降低卷烟焦油量和一氧化碳量“3 。41 5 本课题研究的工作内容1 ) 根据目前卷烟发展的要求，系统分析卷烟加工过程中需要解决的问题，以及国内外烟草加工工艺发展的状况。2 ) 分析卷烟制丝过程中加工工序感官质量的变化，了解原料的加工特性。3 ) 通过不同地区、不同年份和不同等级单等级原料加工过程的研究，为下一步分组加工原料的工艺流程和工艺参数的选择提供支持。4 ) 工艺加工流程的研究，为分组加工的工艺路线的实现提供技术保证。5 ) 设备加工特性研究，了解设备对产品质量的影响，为设备的技术改造提供参考。6 ) 原料分组方法研究，通过多方面的研究，选择合适的分组和加工方法。7 ) 效果的验证。8 ) 总结与展望。第二章卷烟加工工艺对卷烟质量的影响2 1 卷烟工艺基本流程卷烟工艺流程又称生产流程或加工流程，是从原料投入至成品产出，按照一定的顺序连续地通过各个工序加工的生产过程。”。“，一般由制丝工艺和卷接包工艺组成。制丝工艺是卷烟工艺流程中的一个重要环节，其工艺加工水平的高低直接影响到卷烟产品质量。因此，在卷烟工艺研究中把制丝工艺作为卷烟工艺研究的重点。制丝工艺的工艺任务是按产品设计的要求，将不同等级、品种的烟叶( 烟梗) 和掺配物组成的叶组配方，通过相应的加工工序，利用蒸汽、水和气的综合作用，实现烟片( 烟梗) 的形状、尺寸、成分和性质的不断变化，生产出符合设计要求的卷烟产品。制丝工艺一般由制叶片、制叶丝、制梗丝、混丝掺配、烟丝加香和烟丝贮存等工序段组成。如图2 1 所示。烟梗哥 h 抻i h i h ! 爿i h l h i h 翥h 曩糊| | 爿嚣h i h | | h 嚣h i h ! h i h i h | | h i h i h l h is料液s r香液一温度测量位o - 水分探测仪- 一金属探测仪一计量s 一沙土及1 0 口m 以下的短梗s r 一梗块、应整、杂物m 2 1o m m 以下的烟丝和碎末m 卜】s m 以下及i 5 m m 至6 i 的两种碎片图2 - 1 卷烟工艺流程图2 2 卷烟加工工艺对卷烟感官质量的影响2 2 1 卷烟感官质量的形成“2 m ”卷烟的主要功能是燃吸品，也是一种特殊的消费品，为消费者所使用的是占烟支重量约8 0 部分，通过燃吸产生的烟气对人的感官所形成的作用，感官接6阱料糊+炯片预配一受的信息使人产生好与坏、强与弱、满与欠等不同的感受，这就组成了感官质量。卷烟在燃吸过程中，通过热解、合成、蒸馏各种反应而形成复杂烟气，烟气成分中一部分与烟草原有的成分相同，而大部分是燃烧过程中的新生产物。烟叶和烟气中的化学成分非常复杂，已弄清楚烟叶中的化学成分有3 0 0 0 多种，烟气中化学成分有4 0 0 0 种左右，随着分析和鉴定技术的发展，烟叶和烟气中新的化学成分不断被发现。烟草质量的优劣最终是通过燃吸卷烟产生的烟气反映到人的感官，以感官来评价0 1 。烟气是消费者感觉器官的感受，直接影响消费者对卷烟质量的评价，是消费者非常关注的焦点。“4 1 在卷烟燃吸过程中，当温度上升到3 0 0 时，来自烟草挥发性物质进入烟气；到4 5 0 时，烟草发生焦化；6 0 04 c 时，烟草就被点燃雨开始燃烧；抽吸时最高温度可达到9 0 0 。c 。当卷烟被点燃时，在烟支的一端形成燃烧区。在抽吸期间，空气经过燃烧区被吸入，同时产生主流烟气。在抽吸之间的间歇期，燃烧区周围的空气向上方向的自然对流维持着燃烧，并产生侧流烟气，烟气的产生与卷烟的燃烧状态密切相关。卷烟燃烧时发生的主要过程如图2 - 2 和图2 3 1所示。燕溜一热解区燃烧区图2 - 2 卷烟燃烧时发生的主要过程示意图抽吸阴燃气体空气自然对流气流a ：燃烧区b ：热解与蒸馏区氧气i：图2 - 3 正在燃烧的卷烟点燃的烟支，按其燃烧过程的温度变化和化学反应不同，可划分为燃烧区和热解与蒸馏区。燃烧区位于烟支前端，呈锥体状，主要由致密的碳化体组成。抽吸时，温度约在7 0 0 。c 和9 0 0 。c 之间，燃烧锥表面氧气供应充足，在这里发生碳的氧化放热反应，产生的热量被热气流带走，进入热解与蒸馏区。燃烧区生成的产物主要是气相物质，如二氧化碳、一氧化碳和水等，留下烟草无机物灰分。在燃烧区域的下游即为热解与蒸馏区，抽吸时，温度约在2 0 0 。c 和6 0 0 。c 之间，氧气量供应不足。通过前端热气流提供热量，大部分烟气产物在这个区域通过各种各样机制产生，这些反应基本上都是吸热的。从烟草蒸馏出来的物质包括各种饱和的与不饱和的脂肪族和萜类烃，内酯类，酯类，羰基化合物，醇类，甾醇类，生物碱类，氨基酸类和脂肪胺类。化合物的直接转移与其挥发性及其所带的功能团和热稳定性有关。“。热解与蒸馏区产生的烟气，经过烟支后端的过滤冷却，烟气中的低挥发性成分随着温度的降低开始冷凝，与烟支燃烧形成的碳粒、有机物的碎片等形成颗粒，这些颗粒随烟气前行中，一部分被烟丝和滤嘴截流，一部分随主流烟气进入人的口腔。从烟草蒸馏出来的挥发性和半挥发性气体等，对卷烟质量起到决定性作用o 。2 2 2 卷烟感官质量的评价方法我国卷烟感官质量评价方法包括两部分，一部分是卷烟产品内在质量的评价标准，执行国家颁布的卷烟标准，即g b 5 6 0 6 4 - 2 0 0 5 0 ”的规定。内在质量包括光泽、香气、协调、杂气、刺激性和余味六项指标，如表2 1 所示。本评价体系对产品质量只能是结果评价，对影响质量的过程和因素不能判别，无法判别加工过程质量变化趋势“，对加工过程质量的控制指导性差，导致了卷烟工艺对工序指标和工艺参数设置以物理指标为考虑重点，忽视了卷烟加工工序、工艺参数和加工技术条件对卷烟感官质量的影响，造成卷烟内在质量稳定性差。同时与目前工艺控制由结果控制向过程控制转变的工艺理念不相符。2 0 0 1 年，国家局实行卷烟生产工序品质评价方法“，其实质是通过对工序加工质量的评价，比较对卷烟感官质量影响比较大工序，如松片回潮工序、切叶丝工序、干燥工序等工艺处理前后感官质量的变化，综合判定感官质量的变化的方向是变好或变坏，处理的强度是过度、适中或不足。从而根据产品设计的要求，合理设计工序的工艺指标和工艺技术参数以及工艺技术条件。该评价方法分香气特性、烟气特性和口感特性三部分，香气特性包括香气质、香气量和丰满程度；烟气特性包括浓度、劲头、成团性和细腻程度；口感特性包括杂气、刺激性、干燥感、干净程度、甜度和回味，如表2 2 所示。表2 - 1国家卷烟感官质量评分表式样项目光泽香气协调杂气刺激性余味样53 261 22 05分数段品ii ii i iii ii i iii ii i iii ii i iii ii i iii ii i i台判编设计定牌龚号计5323 2嚣2 4654垃1 081 71 5历恐2 0名望值l工序名称表2 2 卷烟生产工序品质评价袭式样慕香气特性烟气特性口感特性香主细干香成刺干各气满浓劲腻杂净甜回气团激燥注质程度头程气程度味量性性感度度度档次说明：( 9 )( 8 )( 5 ) ( 2 )( 1 )( 9 )( 8 )( 5 ) ( 2 )( 1 )香气质：好较好中等较差差杂气：较小有中等较大大香气量：足较足中等有较少刺激程度：较小有中等较大大谐调性：好较好中等较差差干燥感：弱较弱中等较强强浓度：浓较浓中等较小小干净程度：干净较干净中等尚干净不干净劲头：大较大中等较小小甜度：强较强中等较弱弱成团性：强较强中等较弱弱回味：留长长中等短暂短少细腻程度：细腻较细腻中等稍粗糙粗糙2 2 3 制丝流程工序感官质量变化烟草加工过程是流程性的过程，主要通过一系列的加湿和干燥处理，最终实现符合设计要求的产品”“。烟草原料中化学成分很复杂，在经过一定的工序处理后，部分化学成分和致香物质以及部分不良物质会有所变化，一部分向好的方面转化，形成令人感到愉悦的香气，一部分向不好的方面转化，形成令人感到不愉快的杂气”2 “。为研究制丝各主要工序原料质量特性的变化情况，我们选择单等级原料进行研究，采用生产工序品质评价方法，重点研究松片回潮、切叶丝、烟丝干燥前后的质量特性变化。以高档卷烟产品中使用单等级原料y n c f 2 为例，分析工序加工过程的感官质量变化，试验验工艺流程如图2 4 。此单等级原料主要特征是香气特征明显，香气质较好，香气量足，烟气浓度高，口感较舒适。经过工序加工后，香气特性、烟气特性和在口感特性方面发生明显的变化，见感官评价得分表2 - 3 。综合分析，在香气特性方面，香气质向好的方向转化，体现此等级价值指标香气量稍有损失，说明加工过程处理强度可以适当降低，如图2 5 。烟气特性方面，各指标有不同程度的好转，如图2 - 6 。口感特性方面，杂气明显减少，甜度有所下降，其余指标基本保持不变，如图2 7 。综合工序感官特性的变化分析，松片回潮和烟丝干燥工序加工的强度可适当降低。原料图2 4试验工艺流程图表2 - 3 感官质量评价结果汇总表指标香气特性烟气特性口感特性香气香气丰满成团细腻刺激干燥千净编码浓度劲头杂气甜度回味质量程度性程度性感程度原料7 0 06 7 l6 2 96 3 65 6 46 2 l7 16 3 66 5 76 4 36 7 90 75 5 7松片8 667 96 5 06 5 75 7 96 5 06 5 76 0 76 2 96 2 l6 5 05 8 65 6 4切丝6 7 96 46 5 76 6 45 7 l6 4 36 6 46 2 96 6 40 76 _ 5 75 7 95 5 0干燥7 1 46 6 46 8 66 5 75 6 44 36 9 36 5 77 96 4 36 8 65 7 95 6 4图2 - 5 工序间香气特性变化趋势图图2 - 6 工序间烟气特性趋势图图2 7 工序间口感特性趋势图从加工流程分析各工序对感官质量的影响，松片回潮工序主要影响香气质、香气量、丰满程度、细腻程度、杂气、刺激性、干燥感和甜度；切叶丝工序主1 2要影响香气质、细腻程度、干燥感和甜度；烟丝干燥工序主要影响香气质、香气量、丰满程度、细腻程度、杂气、刺激性、干燥感和甜度。从总体上分析，加工工序主要影响感官指标有香气质、香气量以及口感特性等。2 3 不同原料加工过程感官质量比较生产中使用的原料来自全国各地不同年份和不同等级烟叶，由于各地气候、土壤条件不同，生产出原料在烟质特性上存在比较大的差异o “啪1 。原料的特性的差异性，决定原料在产品配方中的用途。“，根据产品设计的风格特性，部分原料在产品配方中作为主料，对产品风格起主要作用；部分原料产品配方中作为辅料，起到填充作用；部分原料产品配方中对卷烟风格起到修饰作用。不同原料在加工过程中的特性变化情况不尽相同，为了合理有效的使用原料，必须掌握不同原料的加工特性，为产品设计提供了技术支撑。下面选取四个不同地区、不同等级烟叶原料，a 、b 、c 、d 四个原料，等级由低到高，经过关键工序加工后感官质量变化差异明显。a 等级经过干燥后，感官得分急剧下降，经过超热气流干燥后，感官质量综合得分低于薄板干燥，其余三个等级加工过程感官综合得分工序问差异不大，如图2 8 所示。但是在香气特性、烟气特性和口感特性上存在差异，实际生产中，原料采用的加工强度和何种加工方式必须根据产品设计中的作用和需要决定。以原料b 与原料c 感官质量评价为例，分析不同原料加工后的感官质量特性指标之间变化趋势，见表2 - 4 。结果表明不同原料的加工特性有明显的差异性，不同原料加工特性呈不同趋势，相同加工参数处理不利于原料综合品质的提高。不同加工形式下原料f 卷烟1 感官质量特性表现出了差异性和多样性。这些品质的差异性和多样性具有较强互补性，它们构成了特色工艺分组加工技术实现的基础j 。图2 - 8 不同地区、等级原料工序加工后感官质量对比图表2 4 ：原料工序感官质量变化对比表感官指标原料b原料c香气质fff香气量0if丰满程度ff浓度i劲头iif成团性lt细腻程度fff杂气ii刺激性ftf干燥感ff干净程度f甜度f tl回味f注：ff 明显改善，4l 明显下降，f 改善，l 下降，一无明显变化。2 4 加工过程化学成分的变化及对产品品质的影响分析化学成分与烟叶内在质量关系密切，烟气的香气、吃味、生理强度和刺激性由不同的化学成分体现出来m 。烟气的的吃味是反映在口腔内包括酸、甜、苦等味觉的综合感受。吃味质量的优劣主要取决于糖量与氮量之间的平衡，如烤烟含氮量和烟碱量过高，糖量过低，则酸碱度不平衡，烟气偏于碱性，吃味粗糙。如糖量过高，含氮量和烟碱量过低，则烟气偏于酸性，吃昧平淡，香气不足。”。烟叶中的糖一方面与氨基酸发生美拉德化学反应，形成多种有香味的化合物，这些物质可以改进烟草的香味，另一方面，其本身在卷烟燃烧的高温条件下，发生焦糖化反应，形成一些低分子量的化合物，这些物质是构成烤烟特征香的重要成分啪“3 。生理强度主要是刺激性和劲头，使消费者感到兴奋的程度，主要是对喉部和口腔的刺激作用。刺激性主要来自那些呈碱性的化学成分，这些物质大都是烟草中含氮化合物高温分解的产物，其中以氮及其衍生物的影响比较大o ”。卷烟的燃烧性对产品质量影响大，烟草中的钾离子在卷烟燃烧中起到助燃作用，而氯离子在卷烟燃烧中起到阻止燃烧作用，如果烟草中氯离子的含量超过1 ，燃吸过程中易熄火。一般来说，钾多氯少，燃烧性好，反之则差”1 。1 4卷烟产品中糖、烟碱、钾、氯和挥发碱含量的高低以及它们之间的平衡对卷烟内在质量有很大的影响”3 3 ”。，研究原料在加工过程中糖、烟碱、钾、氯和挥发碱变化规律，为产品设计中叶组的配方设计提供理论依据。以a h c f d 2 等级原料为例，分析加工过程中糖、烟碱、钾、氯和挥发碱含量的变化，指标检测结果见表2 5 。从流程上分析，松片回潮工序对糖含量降低比较明显，贮存一段时间后，切丝后糖含量上升，薄板干燥糖含量降低量大，气流干燥糖含量明显上升，见图2 9 。烟碱含量在松散回潮、切丝和薄板干燥工序变化不明显，但是气流干燥烟碱含量有一定的上升，见图2 1 0 。钾含量在松片回潮工序含量有所上升，与原料相比，切丝工序和干燥工序钾含量都处于下降趋势，薄板干燥下降最为明显，见图2 - 1 1 。氯含量在薄板干燥工序上升量大，与原料相比，其余各工序变化不大，见图2 - 1 2 。挥发碱含量在各工序后的总体变化不明显，见图2 一1 3 。从化学指标在各工序的变化结果分析可知，原料在分组加工中采用何种加工方式，一方面取决于感官质量在加工工序中的变化，另一方面要考虑到不同干燥模式下化学指标的差异，保证产品中化学指标的平衡。表2 - 5 化学指标检测结果检测项目工序总糖烟碱氯钾挥发碱( )( )( )( )( )原料1 5 8 23 1 61 o q0 9 7o 2 3松散回潮1 5 4 63 1 41 0 40 9 60 2 4切丝1 5 9 33 2 01 0 0o 9 80 2 4薄板干燥1 5 5 83 1 70 9 31 0 8o 2 3气流干燥1 6 4 03 2 6o 9 80 9 80 2 4图2 - 9 加工过程糖含量变化图图2 1 0 加工过程烟碱含量变化图图2 - 1 1 加工过程氯离子含量变化图图2 1 2 加工过程钾离子含量变化图图2 1 3 加工过程挥发碱含量变化图2 5 本章小结本章通过对卷烟感官质量的形成以及评价方法的介绍，了解卷烟感官质量的基本知识；对制丝过程工序感官质量变化、不同原料n i 过程感官质量比较和加工过程化学指标的变化的分析，以工序质量评价来判断工序质量变化的趋势，确定原料加工的差异性以及工序之间的差异性，为不同品质、不同类型、不同特性的原料的确定不同的处理方法提供依据。第三章分组加工工艺技术可行性研究分组加工工艺技术涉及到原料分组的原则，即分组的依据、分组原料在生产中的实现、原料的加工特性( 主要是感官特性) 、加工设备性能以及加工工艺流程的实现等等，对这些因素进行工艺性分析是分组加工工艺技术应用的前提。3 i 制丝过程可控制的主要工艺参数制丝处理线分为六个工序段，分别为片烟处理段、叶丝处理段、梗处理和梗丝处理段、配比加香段、烟丝贮存段以及送丝段。每个段设置p l c 及相应的器件，对各段分别实行控制。每个工序段有不同的工艺任务，片烟处理段主要实现片烟切片、回潮、松散、加料、提高水分和温度、贮叶等功能。叶丝处理段主要实现贮叶、切丝、膨胀、干燥、冷却定型等功能。梗处理和梗丝处理段主要实现烟梗回潮、洗梗增湿、润梗、贮梗、切梗丝、加料、膨胀、干燥、冷却定型、贮丝等功能。配比加香段主要实现烟丝掺配、加香、混合烟丝等功能。贮丝主要实现烟丝水分的平衡、生产的衔接等功能。送丝段主要实现烟丝的出料。制丝线的工艺控制参数在卷烟加工过程中起到保证产品质量稳定的功能，工艺控制主要参数包括：片烟处理段制可控制工艺参数是物料水分、温度、过程加水量、蒸汽施加量、滚筒简体转速、热风温度、热风风量、排潮量。叶丝干燥段主要控制工序是叶丝干燥工序，可控制工艺参数筒体转速、筒体温度、蒸汽压力、热风温度、热风风量、排潮量、物料水分( 烘丝干燥) ；热风温度、热风风速、蒸汽流量、物料水分( 超热气流干燥) 。配比加香段可控制工艺参数是掺配比例、掺配精度、加香精度等。3 2 分组加