烤烟抗破碎指数最佳试验条件的测定

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1、烤烟抗破碎指数最佳试验条件的测定卫盼盼 1，于建军1*，杜阅光 2，崔登科2，陈红丽 1，代惠娟 3，叶贤文1（1 河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州市文化路 95号 450002，2 天昌国 际烟草有限公司，河南许昌 461000；3 河北中烟工业公司，石家庄市工农路360 号 050051） 摘 要：以河南平顶山中烟 100 为试材，验证了用烟叶抗破碎指数评价烟叶抗破碎性的可行 性和稳定性，通过十个相对湿度梯度和正交试验，分析总结出烟叶抗破碎指数的最佳测定条 件。结果表明：抗破碎指数的最佳测定条件为，烟叶在T= （221） C, RH= （852） %的 条件下平衡水分48h，

2、称取3g烟片粉碎3s后过申1.0mm的筛网。关键词：烤烟；抗破碎指数；最佳测定条件中图分类号：TS4111文献标识码：A 文章编号：Research on the optimum Condition of Flue-cured Tobacco ShatterResistance IndexYu Jian-jun1, Wei Pan-pan1, Du Yue-guang2，Cui Deng-ke2,Chen Hong-li1, Dai Hui-Juan3, Ye Xian-wen1（1.Henan Agricultural University, National Tobacco Cultiva

3、tion&Physiology&Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002, Henan, China; 2 Tianchang International Tobacco Co.Ltd，.Xuchang 461000,China;3.Hebei Branch of China Tobacco Industrial Corporation, Shijiazhuang050051, Hebei, China）Abstract: The ZhongYan100 of Ping Dingshan was taken as experimental m

4、aterial , in order to verify the feasibility and stability of evaluating tobacco shatter resistance by Shatter Resistance Index.The optimum test condition of tobacco resistance index was analyzed by 10 relative humidity gradient tests and orthogonal tests.The results indicated that: the optimum cond

5、ition of tobacco shatter resistance index was that, tobacco leaf was equilibrium moisture 48h in the condition of T=（221）C，RH=（852）%, weighed 3g tobacco leaf , smashed 3s , and sifted through 申 1.0mm.Key words: flue-cured tobacco; shatter resistance index; the optimum condition烟草是特殊的农产品，以对叶片加工处理来实现其

6、经济价值的。烟叶在储藏、运输及工 业加工过程中不可避免的会受到挤压、切割、撞击、摩擦、撕裂等不同程度不同方向的机械 外力的作用，尤其是在在打叶复烤加工过程中，难免会产生一些造碎，成为碎末和碎片，这 大大降低了烟叶的可用性，影响烟草企业的经济效益1。对于已经进入复烤企业的烟叶来说， 如何降低其造碎，最大程度的实现其工业价值，是企业长期以来比较重视的问题之一。目前，针对降低烟草的破碎，研究重点已经从如何在加工过程中降低烟叶的破碎率27， 转向了减少烟叶在新机器应用中的造碎 810。烟叶的造碎不仅与其自身内在的化学物质有 关，还受外界因素的影响，如烟叶加工过程中的周围环境温湿度 1113，加工机械的

7、工艺参 数 1416等。对于烟叶的抗破碎性虽然在烟草教材及相关参考文献中经常提到，但也只是通基金项目：河南省烟草专卖局资助项目作者简介：于建军（1957-），学士，教授，河南农业大学烟草学院烟草加工系，从事烟草化学和烟草加工工艺研究。E-mail: yujj5655收稿日期：过眼观、手摸得出的一个模糊的概念，而对烟叶抗破碎性的测定方法以及如何评价这一重要 因素，在国家标准及ISO标准中一直是个空白。本文从实验室条件出发，验证了用烟叶抗破 碎指数评价烟叶抗破碎性的可行性和稳定性，找出测定烟叶抗破碎指数的理论最佳条件，为 以后的进一步理论研究提供参考，也为以后的打叶实际生产提供指导。1 材料与方法

8、1.1 试验材料材料：选自2008年平顶山烤烟烟叶，品种为中烟100，等级 B2F、C3F、X2F。仪器：m307996微型植物粉碎机，筛网孔径(p3.0mm、申2.5mm、申2.0mm、申1.0 mm), LRH-150-S 恒温恒湿培养箱；1.2 试验设计为方便试验数据的记载与分析，提出烟叶的抗破碎指数定义为：在一定试验条件下，未 通过筛孔的烟叶质量占样品质量的百分比。1.2.1 可行性实验方法设计烟叶回潮后取15片，分别在叶尖、叶中、叶基(尽量避开主脉和支脉)裁2cmx1cm的 烟片，将烟片放置于T= (221)C, RH= (502) %、(652) %、(852) %的环境中平 衡水

9、分48h,后称取10g烟片放入粉碎机，粉碎5s后，将烟样用不同型号筛网过筛，分别 对未过筛烟样称重，抗破碎指数较大的烟叶抗破碎能力较强，反之，则较差。通过对上中下 三部位烟叶的抗破碎指数比较与实际生产的吻合程度来验证试验的可行性。1.2.2 重现性实验方法设计烟叶回潮后取15片，分别在叶尖、叶中、叶基(尽量避开主脉和支脉)裁皿乂1皿的烟 片，将烟片放入环境温湿度为T= (221)C，RH= (652) %的恒温恒湿箱中平衡水分48h, 后称取10g烟片放入粉碎机，粉碎5s后过4种不同型号筛网测定烟叶的抗破碎指数。对13三 份烟叶样品进行重复性实验，每个烟样做3次平行测定，每次均进样5次取平均值

10、，若3次平 行测定的变异系数均小于5，则表示本法测定烟叶抗破碎性的重复性较好。1.2.3 最佳试验条件设计水分条件设计：将各规格烟叶放在T= (221)C，RH=50、55、60、65、70、75、80、 85、90、95%下平衡水分48h后称取10g烟片放入粉碎机，粉碎5s后过4种不同型号筛网，通 过对比确定其最佳水分条件。最佳试验条件:烟叶重量A=3、5、7g,粉碎时间B=3、4、5 s，筛网孔径=申1.0mm、(p2.0mm、 申2.5mm做L9 (34)正交表进行试验。2 结果与分析2.1 可行性试验通过对不同部位烟叶样品在不同相对湿度条件下抗破碎指数的测定，结果如下(表1)：表 1

11、不同部位、不同相对湿度下烟叶的抗破碎指数Table 1 Shatter resistance index of different position in different relative humidity过不同型号筛网烟叶抗破碎指数(%)部位温度(C)相对湿度()Shatter Resistance Index in differents sizePositionTemperature Relative humidity申 3.0mm 申 2.5mm 申 2.0mm 申 1.0mm上2215032.0841.2752.1572.03中2215046.0057.4567.8778.22下2

12、215025.4836.0349.0064.10上2216529.7747.0059.4178.50中2216550.0057.9868.3780.35下2216522.3541.5656.1772.00上2218538.0053.9364.4081.53中2218553.0061.4771.8983.94下2218530.7344.7359.3276.20由表1可知，在同一相对湿度条件下，烟叶抗破碎指数表现为中部上部下部。烟叶抗 破碎性的大小与化学成分（总糖、还原糖、烟碱、总氮、苹果酸等）、细胞壁结构性生物聚合 物（总细胞壁物质、纤维素、半纤维素、果胶、木质素）和周围环境等密切相关4。烟叶吸

13、湿 性不同是烟叶抗破碎性差异的主要因素17，吸湿性较强的中部叶抗破碎性较好，吸湿性较差 的下部叶抗破碎性较差。在同一湿度条件下，中部烟所含的细胞壁物质较大于上部，上部略大 于下部，理论分析，烟叶的抗破碎性表现为中部上部下部。因此，试验的结果与实际经验 和理论分析是相吻合的，可见采用抗破碎指数法测定烟叶的抗破碎性是可行的。2.2 重复性试验 利用平均数表示参数的集中趋势，标准差表示离散程度，变异系数表示稳定性。由表2 可知，过4种不同型号筛网的3次平行测定值较为稳定，标准偏差较小，其变异系数均小于3， 说明试验数据很理想。结果表明用烟叶抗破碎性指数法测烟叶抗破碎性的数据具有重复性， 是稳定的。表

14、 2 烟叶抗破碎指数重复性试验Table 2 Repeatability test of Shatter Resistance Index筛网孔径Screendiameter样品编号Samplenumber抗破碎指数测定值（）Shatter Resistance Index平均值Mean标准偏差SSD变异系数（）variationcoefficientsgOmm131.2331.7531.5231.5000.2610.827240.7941.0839.9840.6170.5701.404328.2429.0527.9528.4130.5702.007q2.5mm143.3843.8142.95

15、43.3800.4300.991256. 9057.0355.9756.3360.6091.080339.0037.8538.4538.4330.5751.497q2.0mm158.9457.6857.1957.9370.9031.558269.1268.9867.9768.6900.6270.913357.4555.3755.5056.1071.1652.077ql.Omm177.9177.3976.7977.3630.5600.724282.5183.3382.9582.9300.4100.495369.9370.8871.5070.7700.7911.1172.3 最佳试验条件2.3.1

16、 最佳水分条件 烟叶是一种吸湿性很强的物料，在一定水分条件下保持一定的含水率11。烟叶的实际 加工性能与烟叶性质以及环境湿度有很大关系。通过对湿度的调节，减少烟叶在加工过程中 的造碎、提高烟叶原料利用率，对降低能源消耗具有非常重要的意义。本实验以中部叶为材 料，分析在不同水分条件下烟叶的抗破碎性，用试验数据说明水分对烟叶抗破碎性的重要影 响。表 3 不同相对湿度下烟叶含水率和抗破碎指数分析与比较Table 3 Analysis on tobacco moisture content and Shatter Resistance Index in dfrent relative humidity

17、试验Test温度(C)Temperature相对湿度(%)Relative humidity含水率(%)Moisturecontent过不同型号筛网的烟叶抗破碎指数(%)Shatter Resistance Index in differents sizeq3.0mmq2.5mmq2.0mm申 1.0mm1221508.6346.8356.3267.7776.262221559.1848.8956.4067.7977.0832216010.8349.1657.0667.9978.0242216511.6149.6458.0168.3279.2652217012.0950.1958.2268.6

18、379.7662217513.5950.2459.0069.9480.3172218014.8451.0259.7370.4080.6082218515.9053.0961.3571.6882.5892219017.1353.1061.4171.9182.31102219517.2553.1261.4271.3582.20从表 3 中可以直观的看出，不论用哪种型号的筛网，烟叶抗破碎指数均随相对湿度的增 加而持续增加，但增加幅度较小。其中相对湿度为85%时，含水率为 15.90%，此时烟叶抗破碎指数增幅最大或达最大值，此后趋于平稳或略微下降，由此可见，可将烟叶抗破碎测定的最佳环境温湿度设定为T=

19、 (221)C, RH= (852) %，即烟叶抗破碎指数测定的最佳环境温湿度。2.3.2 最佳抗破碎指数测定方法正交试验 18是一种使用正交表来安排多因素多水平试验，并利用统计分析方法来分析试验结果的一种试验设计方法。对于多因素多水平试验，通常都希望找出影响因素的主 次关系和最优搭配条件。用正交试验可以找出测定烟叶抗破碎指数的最佳参数。表 4 正交试验因素水平Table 4 Orthogonal test factor level水平Level TestA烟叶重量(g)Tobacco weightB粉碎时间(s)Crushing timeC 筛网孔径 Screen diameter133申

20、2.5mm254申 2.0mm375申 1.0mm表5 L9 (34)正交试验安排及结果Table 5 ResUt of L9 (34)orthogonal analysis experiment试验Test烟叶质量(g)ATobacco weight粉碎时间(s)BCrushing time筛网孔径(mm)CScreen diameter抗破碎指数(%)Shatter Resistance Index111182.83212262.37313333.59421241.25522318.50623146.01731318.04832140.93933217.06K1j/359.59747.37

21、356.590K2j/335.25340.60040.227K3j/325.34332.22023.377Rj34.25315.15333.213最优水平组合A1B1C1Combination of best level影响因素排序ACB烟叶重量、粉碎时间、筛网孔径是抗破碎指数法测定主要因素，试验设置三因素三水平， 按照L9(34)正交表进行试验。从表5中可以直观看到，此试验的最优水平组合为ABC, 即抗破碎指数测定的最佳工作参数为ABC,即3g烟片粉碎3s后过申1.0mm的筛网。从 Rj可以看出因素影响排序为ACB，即影响烟叶抗破碎指数的测定的因素排序是烟叶质量 A筛网孔径C粉碎时间B。正交

22、试验不能区分是由于各因素的水平变化而导致试验结果的差异，还是由于试验的随 机波动而导致试验结果的差异。为解决此问题，需要对试验结果做方差分析。方差分析结果 见表6。结果表明，因素A和因素C的P值小于0.05，即因素A和因素C对试验结果影响 显著，而因素 B 的 P 值小于 0.1，即因素 B 对试验结果有一定的影响。因此，因素 A 和因 素 C 为主要因素，因素 B 为次要因素，这和表6 中得到的直观分析结果是一致的。表 6 方差分析表Table 6 Variance analysis变异来源均方MSF值F-critP-值p-valueVariation sources平方和SS自由度DFx(

23、1)0.18620.09392.2870.010x(2)0.03520.01717.1190.055x(3)0.16520.08381.9210.012误差error0.00220.001总和Sum0.3892.3.3 验证最佳实验条件 为验证用粉碎机测定烟叶抗破碎指数的可靠性及稳定性，做以下实验：取3 份烟叶，按 照粉碎机最佳工作参数测定烟叶抗破碎指数，测定结果见表7。由表 7 可以看出， 3 份烟叶 的抗破碎指数测定结果的变异系数均小于2%，由此进一步说明，用抗破碎指数法测定烟叶 抗破碎性的方法是可靠的，测定结果是稳定的。表 7 验证试验Table 7 Verification test样

24、品抗破碎指数(%)平均值标准偏差变异系数(%)SampleShatter Resistance IndexMeanSDvariation coefficients180.3680.7182.0181.0270.8691.073280.4780.7382.0781.0900.8591.059380.9581.3083.2081.8171.2111.4803 结论与讨论烟叶的抗破碎指数与烟叶含水率、样品重量、粉碎时间、筛网孔径相关，因此在这些条 件相同的情况下，烟叶的抗破碎性也可以通过抗破碎指数反映。抗破碎指数法从实验室的条件出发模拟烟叶加工中各个方向各个强度的受力，试验从可 行性和重复性方面论证

25、了用抗破碎指数分析烟叶抗破碎性的可行性操作。以此为基础通过试 验确定了在实验室条件下测定烟叶抗破碎指数的最佳条件。抗破碎指数的定义为：取代表性 的烟样15片，回潮后分别在叶尖、叶中、叶基(尽量避开主脉和支脉)裁成尺寸为2cmxlcm 的烟片，在T= (221)C, RH= (852) %的条件下平衡水分48h，称取3g烟片粉碎3s 后过p 1.0mm的筛网，用未穿过筛网的烟片重量占测试烟叶样品重量的百分比值表征烟叶的 抗破碎性，定义为“烟叶抗破碎指数(Shatter Resistance Index，简称SRI) ”。SRI值越大， 表明烟叶抗破碎能力越强，这是继抗张力，抗张强度，延伸率后烟叶

26、机械加工性能的又一重 要物理指标。本试验从实验室的小面积起点，从理论上论证抗破碎指数对生产的指导作用，但是理论 与现实的差距要通过进一步的试验来解决，因此，将这一理论应用到实际的生产季节、温湿 度和与之配套的生产链条也是一项艰巨的任务。参考文献：1 陈家东, 陶智麟, 刘全喜. 打叶复烤加工过程造碎及碎烟处理工艺研究 J. 烟草科技, 2000(4): 47.2 胡开文.烟叶打叶复烤工艺与设备M.化学工业出版社,2002.3 金闻博.烟叶复烤理论与技术M.南昌：江西科学出版社,1995.4 黄嘉礽，童谷余，徐亚中，等.卷烟工艺M.北京：北京出版杜,1993.宫长荣，于建军.烟草原料初加工M.中

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