烟草在制品解吸湿特性研究

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1、烟草在制品解吸湿特性研究刘博;李洪涛;徐风仓;刘怀波【摘要】 In order to study the characters of moisture desorption and absorption in different conditions, by using single factor test method, the change rule of equilibrium moisture content of lamina, cut tobacco, mixing tobacco, cut stem and sheet were studied in different temp

2、erature and humidity conditions, characteristic curves of moisture desorption and absorption were fitted. The results show that, with the increasing of relative humidity, different tobacco work in process showed increasing trend, the moisture absorption of cut stem was best, sheet was worst, lamina,

3、 cut tobacco and mixing tobacco were in the middle. Equilibrium moisture content of moisture desorption was slightly above moisture absorption. In the lower temperature and humidity conditions, the reduction of moisture content of cut stem was higher than cut tobacco significantly. In the same tempe

4、rature and humidity conditions, the lamina moisture content of 5 cm depth was lower than the lamina moisture content of 10 cm depth, and with increasing of storing time, difference showed increasing trend. In a word, the influencing trend of environmental temperature and humidity on characters of mo

5、isture desorption and absorption of different tobacco work in process were same, after air conveying and storage, the moisture content of different tobacco work in process were reduced in a certain extent.%为探索烟草在制品在不同环境条件 下的解吸湿特性，通过单因素试验方法考察了叶片、叶丝、混合丝、梗丝及薄片在 不同环境温湿度条件下平衡含水率的变化规律，拟合出解吸湿特性曲线.结果表明， 随着相

6、对湿度的上升，不同烟草在制品解吸湿平衡含水率呈升高趋势，其中梗丝的 吸湿性最好，薄片最差，叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中,解湿过程平衡含水率略大 于吸湿过程平衡含水率;在环境温湿度相对较低的条件下,梗丝经过风送后含水率下 降幅度明显大于叶丝;在环境温湿度条件基本相同的条件下,距表面5 cm深度叶片 含水率比10 cm深度叶片含水率低，且随着贮存时间的延长相差有增大的趋势总 之,环境温湿度对不同烟草在制品对解吸湿特性总体影响趋势相似，经过风送和贮 存环节后，不同在制品含水率有不同程度的降低.【期刊名称】湖北农业科学【年(卷)，期】2018(057)023【总页数】5页(P105-108,117)

7、【关键词】烟草在制品;解湿;吸湿;含水率 【作者】刘博;李洪涛;徐风仓;刘怀波【作者单位】山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂仙东青岛266101;山东中烟 工业有限责任公司技术中心,山东青岛266101;山东中烟工业有限责任公司青岛 卷烟厂仙东青岛266101;山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂仙东青岛 266101【正文语种】中文【中图分类】S572烟草是多孔性固体，它的组织结构存在大量毛细管和多孔体，并且含有果胶、蛋白 质等胶体物质和水溶性糖、有机盐等亲水性物质，具有极其敏感的吸湿性能1, 它与烟叶的贮存、加工以及最终卷烟感官品质各个环节均有着密切的关系。国内外 学者对卷烟吸湿特性进行了相

8、关研究2-4，而且对不同烟草组分吸湿特性进 行了分析5-8，但是针对烟草在制品如烟叶、叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝、 混合丝等在生产过程中经过回潮、干燥、输送、贮存等环节的解吸湿特性未见相关 研究。本试验通过对不同类别的烟草在制品含水率解吸湿特性进行研究，找出其在 不同环境温湿度的平衡含水率以及不同风送和贮存状态下的解吸湿特性，拟合分析 出解吸湿特性曲线，确定其在不同输送和贮存工序下适合的环境温湿度控制条件， 旨在减少环境温湿度和季节变化对烟草在制品含水率的影响，从而保证各烟草在制 品含水率的稳定性。1材料与方法1.1材料与仪器烟草在制品（叶片、叶丝、混合丝、梗丝、高档膨胀丝、广东薄片等）；取样

9、袋； 样品盒；PB153 - S型电子天平（感量0.001 g，瑞士 METTLER TOLEDO公司）； FED - 240烘箱（德国BINDER公司）；KBF240恒温恒湿箱（德国BINDER公 司）。1.2方法1.2.1不同在制品解吸湿特性试验试验环境温湿度的选择要综合考虑在制品的特性 和卷烟生产环境温湿度的要求，各种在制品环境温湿度的试验方案如下，温度设定: 25C,湿度设定：40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%。选择一种在制品，按照其温湿度设定要求，首先选择温度，湿度设定从最高到最低， 然后从最低到最高，测量并记录其在不同湿度条件下的平衡含水率，平衡

10、时间72 h。按照同样方法进行其他在制品的试验。1.2.2不同风送状态解吸湿特性研究风送设备选择要考虑到风送对成品烟丝含水率 影响较大的工序和设备，根据生产工艺流程特点和环境温湿度的影响，选择烘梗丝 风选机、叶丝就地风选机和混合丝风送喂料机。选择一种在制品，在其风送设备前 后取样进行含水率测定，同时记录试验时环境温湿度条件、风送风速以及物料流量 和物料温度。按照同样方法进行其他在制品的试验。图1叶片解吸湿曲线（25C）1.2.3不同贮存状态解吸湿特性研究贮存设备选择要考虑到贮存工序对在制品和成 品烟丝含水率影响较大的工序和设备，根据生产工艺流程特点和环境温湿度影响， 选择贮叶柜和烟丝立库。由于

11、在实际生产中，环境温湿度和时间变化对烟草在制品 表面含水率的影响较大，因此需要测定不同厚度物料在不同时间下的含水率变化。 物料厚度选择5、10 cm,时间选择4、8、12、24、48 h。2结果与分析2.1不同环境温湿度状态下烟草在制品解吸湿特性烟草在制品在不同的环境温湿度条件下具有不同的平衡含水率，烟草平衡含水率是 指烟草暴露在一定温度和相对湿度的环境下，最终会达到的相对恒定的含水率，即 吸湿和解吸速率相等，此时烟草所具有的含水率称为平衡含水率。为确定不同温湿 度环境下烟草在制品平衡含水率的规律，通过模拟不同的环境温湿度条件，进行烟 草在制品含水率平衡试验。试验温度设定为25C，相对湿度设定

12、为40%、45%、 50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%共 9 个梯度。从图1至图6可以看出，环境温度在25C的条件下，随着相对湿度的上升，不同 在制品解吸湿平衡含水率呈升高趋势，且在同一温湿度条件下，不同在制品解湿平 衡含水率略高于吸湿平衡含水率。从图7和图8可以看出，在同一温湿度环境条件下，不同在制品的平衡含水率具 有一定差异，甲类梗丝平衡含水率最高，广东薄片平衡含水率最低，两者平均值相 差5.84个百分点，表明在所有试验的在制品中梗丝吸湿性最好，造纸法薄片最差， 叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中，平衡含水率差异并不明显，膨胀丝吸湿性稍低于 叶片、叶丝及混合丝。从平衡含水率的

13、变化趋势来看，随着相对湿度的升高平衡含水率加速上升，并且不 同在制品之间平衡含水率差值逐渐扩大。以梗丝和造纸法薄片为例，在温度25C 相对湿度40%的环境条件下，梗丝平衡含水率为9.28%，造纸法薄片为6.98% , 二者差值为2.30个百分点；在温度25C、相对湿度80%的环境条件下，梗丝平 衡含水率为30.75%，造纸法薄片为20.28%，二者差值为10.47个百分点。图2叶丝解吸湿曲线（25C）图3混合丝解吸湿曲线（25C）图5高档膨胀丝解吸湿曲线（25C）图7不同在制品解湿对比（25C）对各种在制品解吸湿过程数据进行拟合分析，结果见表1和表2。从表1和表2 可以看出，对烟草在制品解吸湿

14、过程平衡含水率建立二次多项式拟合模型，相对湿 度和平衡含水率相关性表现为极显著。对于每种烟草在制品，在40% - 80%的相 对范围之内，可求出任意与之对应的平衡含水率。反之，设定每种烟草在制品需要 的平衡含水率，可确定与之对应的环境相对湿度。图4梗丝解吸湿曲线（25C）图6广东薄片解吸湿曲线（25C）图8不同在制品吸湿对比（25C）2.2不同风送状态下烟草在制品解吸湿特性环境温湿度对烟草在制品在风送过程中含水率的变化有较大的影响，根据制丝生产 环境温湿度分布和工艺流程特点，选择烘梗丝风选机、叶丝就地风选机和混合丝风 送喂料机作为试验研究对象，对烟草在制品在风送设备前后的含水率变化进行试验 测

15、定。表1烟草在制品解湿过程平衡含水率拟合结果项目叶片叶丝混合丝甲类梗丝高档 膨胀丝广东薄片解湿曲线拟合方程Y=c+bX+aX2 Y1=0.134 51-0.415 33X+0.711 3X2 Y2=0.131 77-0.410 8X+0.711 47X2 Y3=0.139 33-0.438 33X+0.729 13X2 Y4=0.173 09-0.556 02X+0.900 52X2 Y5=0.128 42-0.394 41X+0.664 37X2 Y6=0.168 09-0.515 88X+0.695 06X2Adj.R-Square 0.999 0 0.999 3 0.999 0 0.99

16、8 7 0.998 9 0.997 8显著性极显著极显著极显著极显著极显 著极显著表2烟草在制品吸湿过程平衡含水率拟合结果项目叶片叶丝混合丝甲类梗丝高档 膨胀丝广东薄片吸湿曲线拟合方程Y=c+bX+aX2 Y1=0.142 51-0.443 23X+0.732 16X2 Y2=0.142 06-0.447 46X+0.739 83X2 Y3=0.151 07-0.480 52X+0.762 6X2 Y4=0.179 71-0.579 83X+0.918 83X2 Y5=0.140 11-0.435 43X+0.696 19X2 Y6=0.178 49-0.553 49X+0.725 02X2

17、相关性 R2 0.998 4 0.998 9 0.998 6 0.998 1 0.998 5 0.997 1显著性极显著极显著极显著极显著极显 著极显著从表3可以看出，在环境温度基本相同的条件下，随着环境相对湿度的不同，不 同的烟草在制品经过风送设备时含水率的变化相差较大。混合丝由于试验时环境相 对湿度为56.8%，风送前含水率接近其在此相对湿度下的平衡含水率，因此经过 烟丝风送后含水率变化不大，仅下降0.05个百分点。叶丝和梗丝由于环境相对湿 度较低，分别为34.8%和33.6%，因此经过风送后含水率下降较大，其中叶丝下 降0.18个百分点，梗丝下降0.41个百分点，但梗丝下降幅度大于叶丝，

18、说明梗丝 的保湿性能小于叶丝，在环境温湿度变化时其含水率容易发生变化。表3不同风送状态下烟草在制品含水率含水率项目叶丝差值0.18混合丝0.05甲 类梗丝位置风选前风选后风送前风送后风送前风送后均值/%12.96 12.78 12.25 12.20 13.31 12.900.41 标偏 0.04 0.05 0.06 0.07 0.39 0.04 备注环境温度 27.3C, 环境相对湿度34.8%环境温度26.2C，环境相对湿度56.8%环境温度27.8C，环 境相对湿度33.6%2.3不同贮存状态下烟草在制品解吸湿特性环境温湿度对烟草在制品在贮存过程中含水率的变化有较大的影响，贮存设备选择 要

19、考虑到贮存工序对烟草在制品和成品烟丝含水率影响较大的工序和设备，根据制 丝生产环境温湿度分布和工艺流程特点，选择贮叶柜和烟丝立库作为试验研究对象。 在实际生产中，环境温湿度和时间变化对烟草在制品表面含水率的影响较大，因此 需要测定不同厚度物料在不同时间下含水率的变化。从图9和图10可以看出，在一定的温湿度环境条件下，不同的烟草在制品经过贮 存设备时含水率逐渐接近于其在此环境温湿度条件下的平衡含水率，并且含水率的 变化有所不同。图9混合丝含水率随贮存时间的变化趋势图10叶片含水率随贮存时间的变化趋势环境温湿度对贮存物料含水率的影响是从表面逐渐深入到内部，因此取不同厚度物 料进行含水率检测其变化有

20、所不同，从图9、图10可以看出叶片和混合丝含水率 随着贮存时间的延长有降低的趋势，距表面5 cm深度叶片比10 cm深度叶片含 水率低，且随着贮存时间的延长，差距有增大的趋势。3小结与讨论烟草在制品的含水率随周围空气相对湿度的高低而变化。空气相对湿度高，烟草的 含水率就大，空气相对湿度低，烟草的含水率就低。因为烟草是一种胶质毛细管多 孑L物质，其组织结构由毛细管和多孔体构成，含有蛋白质、果胶等胶体物质和水溶 性糖、有机酸盐类等亲水性晶体物质，烟叶表现出非常敏感的吸湿和解湿特性9。所以，烟草在制品中梗丝的吸湿性最好，广东薄片最差，叶片、叶丝及混 合丝吸湿性居中，平衡含水率差异不明显，膨胀丝吸湿性

21、稍低于叶片、叶丝及混合 丝。烟草在制品的含水率和相对湿度的关系通常以等温吸湿性表示，即烟草在制品在一 定温度条件下与各种不同的相对湿度的相应平衡含水率数值。因为烟草在制品与周 围空气湿度达到平衡状态时，吸湿速率就变得极其缓慢，所以计算平衡含水率数值 必须经过足够的时间后才能进行，然后将得出的结果绘成一条曲线，这条曲线就称 为等温吸湿线。烟草在制品的含水率随空气相对湿度变化而变化，但这种变化不是 按一定比例的。试验结果表明，当相对湿度在10%以下时，烟草在制品的平衡含 水率变动很显著；10% 50%时，变化幅度较小；50%以上尤其在80% 100% 时，变化则很大。烟支中的成品烟丝通常由叶丝及掺

22、配物（如梗丝、膨胀烟丝等）根据配方比例混配 而成，这些组分的组织结构、化学特性均有一定的差异，因此吸湿特性也呈现不同 的特性10。而烟草的安全含水率是实现物料贮存、风送的一项重要指标，在 卷烟加工过程中，对各阶段各组分的含水率有很严格的要求，因此对成品烟丝中各 组分的解吸湿特性进行研究，可以为各组分各加工阶段（回潮、干燥、风送、贮存 等）目标含水率设计提供理论依据。随着相对湿度的上升，不同烟草在制品解吸湿平衡含水率呈升高趋势，其中梗丝的 吸湿性最好，薄片最差，叶片、叶丝及混合丝吸湿性居中，解湿过程平衡含水率略 大于吸湿过程平衡含水率。环境温湿度对不同烟草在制品解吸湿特性的影响总体趋 势相似，且

23、经过风送和贮存环节后，不同在制品含水率有不同程度的降低。参考文献：【相关文献】1 石怀彬.中式卷烟保润技术研究的几点思考A.国烟草自主创新高层论坛文集C.武汉： 国家烟草专卖局，2007.594 - 599.2 顾中铸，吴薇烤烟烟叶的等温吸湿和解湿特性J.南京师范大学学报(工程技术版)， 2005,4 (4):32 - 34.3 SAMEJIMA T , SOH Y , YANO T.Moisture sorption isotherms of various tobaccosJ .Agricultural and Biological Chemistry , 1978,42 ( 1 ):71

24、 - 74.4 韩聘.卷烟吸湿规律及机制研究D.江苏无锡：江南大学，2014.5 赵春雷，张勇，苏瑶.烟丝组分的吸湿模型研究J.西安工程大学学报，2012 ,26 (4): 521-523.6 吴晓芸，曹建平.不同烟草种类的水分吸收与解吸特征J.中国烟草学报，2006 ,12 (4 ): 11-11.7 赵莹洁.烟草平衡含水率及含水率变化过程的研究D .郑州：郑州烟草研究院，2000.8 于华党，李亚龙，查录云，等.烤烟叶片水分分布状态的研究J.中国烟草科学，1981 (2):4-7.9 黄嘉初，谢剑平.卷烟工艺M .第二版.北京：北京出版社，2000.10卷烟工艺与设备编写组.卷烟工艺与设备M.北京：轻工业出版社，1987.