保潤劑對降低絲狀梗絲造碎性研究

孫德坡，石志發，曾 池，施 鳴，段安凌，資文華，夏 非，楊彥明，堯珍玉*

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保潤劑對降低絲狀梗絲造碎性研究

孫德坡1，石志發2，曾 池2，施 鳴2，段安凌1，資文華1，夏 非1，楊彥明1，堯珍玉1*

(1. 云南瑞升煙草技術（集團）有限公司，云南昆明650106；2. 貴州中煙工業有限責任公司技術中心，貴州貴陽 550001)

為研究保潤劑對絲狀梗絲造碎的影響，對添加煙用保潤劑（山梨醇、丙二醇、癸酸乙酯）的絲狀梗絲，在模擬造碎后的尺寸分布及造碎率變化進行分析。結果表明：（1）超過總量85%的絲狀梗絲尺寸分布在2.5 mm以下，其中1~2 mm梗絲占總量的65%~75%，該部分梗絲造碎后易產生大量尺寸小于1 mm的碎梗絲；（2）丙二醇的添加量大于3%時，添加量與梗絲的造碎率呈正相關關系；癸酸乙酯的添加量小于1.5%時，添加量與造碎率呈負相關關系；山梨醇對梗絲降碎效果不明顯。

絲狀梗絲；保潤劑；造碎率

絲狀梗絲是近年來出現的新型梗絲，絲狀梗絲外觀與煙絲接近，長度略短，形態、色澤、抽吸品質及煙氣指標均優于傳統梗絲。絲狀梗絲與煙絲葉組有較好的匹配性，適用于包括細支煙在內的多種卷煙葉組中。目前，絲狀梗絲加工成型后，梗絲的耐加工性、柔韌性均有所下降，在生產、運輸過程中，受到壓力、振動、翻轉等因素的作用，使梗絲造碎增加。一般來說，尺寸小于1 mm的煙、梗絲，用到卷煙中會對煙支的端部落絲量、空頭率及煙支物理指標影響較大[1-5]，生產中通常會把小于1 mm的煙、梗絲，作為碎絲而篩分分離。梗絲造碎的增加會造成產率降低、成本提升，并且導致梗絲與葉組的摻配均勻性降低。

煙、梗的耐加工性、含水率和造碎率有一定的相關性，有研究表明，煙、梗絲含水率在15%~20%范圍時，耐加工性最強，但是煙、梗絲含水率較高，不利于卷煙的燃燒，且存放時間較長時，易發生煙、梗絲霉變[6-8]。保潤劑一般是用于保持梗絲的含水率，但對提高梗絲的耐加工性也有較好的效果[9-10]。目前，利用梗絲中添加保潤劑，從而減少梗絲造碎的影響的研究，尚未見報道。本文通過在梗絲中添加不同保潤劑，分析其對梗絲造碎的影響，篩選出對降低梗絲造碎有顯著效果的保潤劑及其添加量，用于梗絲生產，對提升梗絲產率，降低生產成本有重要作用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

絲狀梗絲（云南瑞升煙草技術（集團）有限公司提供）；丙二醇（AR.山東濟南國太化工）；山梨醇（AR.山東濟南國太化工）；癸酸乙酯（AR.山東濟南國太化工）；體積分數為95%酒精。

FT-2000系列脆碎度檢查儀（南京溫諾儀器有限公司）；Retsch公司，篩網孔徑為1.00 mm、1.50 mm、2.00 mm、2.50 mm、3.00 mm；恒溫恒濕箱（Binder KBF，德國）；水分測定儀（MA150，德國sartorius公司）；電子天平（量感：0.001 g，型號ML303，瑞士Mettler公司）；電子天平（量感：0.1 g，型號TC3K-H，雙杰電子天平）。

1.2 樣品處理

取5 kg絲狀梗絲摻配均勻后待用；分別取300 g梗絲添加不同比例（0%、0.5%、1%、1.5%、3%、5%、8%）山梨醇，丙二醇，癸酸乙酯；將梗絲在溫度20 ℃，濕度60%環境中平衡48 h；將平衡后的絲狀梗絲平均分成3份，作為平行樣，然后迅速轉移到脆碎機中，翻轉造碎，造碎條件為30 r/min轉速，900轉；將造碎完成的梗絲轉移至振篩中，振動篩分，篩孔孔徑為3 mm、2.5 mm、2 mm、1.5 mm、1 mm；篩分完成后，稱量各層存留的梗絲質量，計算樣品在各尺寸分布的百分比。

1.3 數據處理

根據參考文獻[11-13]，為準確描述絲狀梗絲分布及造碎率情況，計算公式如下：

絲狀梗絲結構：

絲狀梗絲特征：

絲狀梗絲造碎率：

（1）~（3）式中：：篩上絲狀梗絲累積量（%）；：篩孔孔徑（mm）；、為參數，可通過表1中數據擬合求解得出參數具體數值，其中為絲狀梗絲尺寸均勻性系數，可表示絲狀梗絲尺寸分布的均勻性和集中度，越大，表明絲狀梗絲結構的正態分布區間越窄，集中度越高，絲狀梗絲分布越均勻；：篩上絲狀梗絲累積重量50%時對應的絲狀梗絲尺寸，越大，則絲狀梗絲整體尺寸越長；：絲狀梗絲造碎率；D：絲狀梗絲破碎前尺寸；D：絲狀梗絲破碎后尺寸。

2 結果與討論

2.1 保潤劑對絲狀梗絲尺寸分布的影響

表1為添加了3種不同比例保潤劑的絲狀梗絲，經過造碎后，各層篩網上質量分布百分比。圖1~圖3為添加3種保潤劑的絲狀梗絲在各層篩網上質量百分比變化量，主要描述各層篩網上絲狀梗絲的增減量。

表1 保潤劑對絲狀梗絲尺寸分布的影響

由表1可知，各層篩網上絲狀梗絲質量比在一定的范圍內，隨著保潤劑的種類和添加量不同，而有一定的差異。各層篩網上絲狀梗絲的分布比例由大到小順序為1~1.5 mm、1.5~2 mm、（小于1 mm）、2~2.5 mm、2.5~3 mm、3 mm以上。絲狀梗絲的尺寸分布主要集中在1~2 mm之間，約占總比例的65%~75%，各絲狀梗絲樣品中，小于1 mm的碎梗絲含量在11%以上。

圖1 山梨醇對絲狀梗絲尺寸分布的影響

圖2 丙二醇對絲狀梗絲尺寸分布的影響

圖3 癸酸乙酯對絲狀梗絲尺寸分布的影響

由圖1可知，與對照2（造碎）梗絲相比，山梨醇對降低絲狀梗絲碎絲率沒有顯著效果，添加量小于8%時，絲狀梗絲碎絲率反而增加。添加山梨醇的梗絲，與對照2相比，各層篩網上的分布比例有較大的差異，其中1~1.5 mm和2~2.5 mm尺寸范圍的梗絲比例顯著降低，小于1 mm的碎梗絲增加明顯。

由圖2可知，與對照2（造碎）梗絲相比，丙二醇的梗絲降低絲狀梗絲碎絲率有一定的作用，碎絲率隨著丙二醇添加量的增加而降低，較高添加量的丙二醇對減少梗絲造碎有一定效果。當添加量為3%和5%時，梗絲的碎絲率分別為14.53%和14.28%，與造碎處理對照梗絲碎絲率13.46%接近，當添加量為8%時，梗絲的碎絲率為12.84%，與未做任何處理的對照1（未造碎）梗絲碎絲率11.13%接近。

由圖3可知，與對照2（造碎）梗絲相比，癸酸乙酯對降低絲狀梗絲碎絲率有較好的效果，在較低添加量時，梗絲造碎與對照樣1和2接近，梗絲碎絲率隨著癸酸乙酯添加量的增加而增加。癸酸乙酯添加比例小于1.5%時，梗絲碎絲率小于12.99%，小于對照2（造碎）絲狀梗絲的碎絲率。

2.2 保潤劑對絲狀梗絲造碎率的影響

結合式（1）、（2）、（3）求出表1中的絲狀梗絲均勻性系數，特征尺寸，造碎率。對不同添加量和添加種類的保潤劑，在絲狀梗絲中的造碎效果，進行分析，結果見表2。

由表2中可知，絲狀梗絲均勻性系數，隨保潤劑的添加量和添加種類不同，有較大的差異。對照1（未造碎）絲狀梗絲的值最大，梗絲的均勻性最好，集中度最高。添加保潤劑，對阻止絲狀梗絲造碎效果最好的，是添加了8%丙二醇的梗絲，與對照1接近，其次是添加了0.5%癸酸乙酯和5%丙二醇的絲狀梗絲，略差于對照1（未造碎），優于對照2（造碎）梗絲，最后是添加了8%山梨醇，1%癸酸乙酯和3%丙二醇，略差于對照2（造碎）。絲狀梗絲的均勻性隨著丙二醇添加量的增加而增加，隨著癸酸乙酯添加量的增加而降低?？傮w來看，丙二醇和癸酸乙酯對降低絲狀梗絲造碎有較好的效果，山梨醇效果一般，較高的丙二醇添加量和較低的癸酸乙酯添加量，對降低造碎效果較好。

表2 保潤劑對絲狀梗絲造碎的影響

為絲狀梗絲造碎率，表示各尺寸絲狀梗絲在造碎過程中，整體梗絲的造碎情況。從表2可以看出，對照2（造碎）梗絲的造碎率為2.61%，添加大于3%的丙二醇、少于1.5%的癸酸乙酯、8%的癸酸乙酯及添加8%山梨醇的絲狀梗絲樣品，梗絲的造碎率與對照2（造碎）相當或更小。

2.3 保潤劑與絲狀梗絲含水率及碎絲率關系

保潤劑對提升煙、梗絲的含水率，有較好的效果，但是在干燥的環境中，保潤劑對煙、梗的保水性有較大的差異。圖4為絲狀梗絲從20 ℃，60%濕度到20 ℃，40%濕度條件下，梗絲的平衡含水率。

由圖4可知，在空氣濕度降低的條件下，保潤劑的保水性差異很大。絲狀梗絲的平衡含水率隨著丙二醇添加量的增加而逐漸增高，而添加癸酸乙酯和山梨醇的絲狀梗絲，平衡含水率隨添加量變化波動不大，但是癸酸乙酯的平衡含水率穩定在12%~14%，高于未添加保潤劑的梗絲，而山梨醇的平衡含水率則與未添加保潤劑梗絲相當，處于較低水平。

圖4 保潤劑與絲狀梗絲平衡含水率的關系

圖5 保潤劑與絲狀梗絲碎絲率的關系

如圖5所示，絲狀梗絲的碎絲率（小于1 mm的梗絲占比），隨著保潤劑的種類和添加量差異較大。丙二醇添加量與絲狀梗絲造碎率呈二次相關性，拋物線開口向下，具體為，當添加量小于5%時，碎絲率與丙二醇添加量呈正相關關系，當添加量大于5%時，碎絲率與添加量呈負相關關系。而癸酸乙酯添加量與絲狀梗絲造碎率呈二次相關性，拋物線開口向上，具體為，碎絲率隨著添加量的增加而降低。山梨醇添加量與梗絲的碎絲率，相關性不明顯。

結合圖4和圖5分析可以發現，保潤劑對減少絲狀梗絲造碎，有重要的作用。保潤劑通過改善絲狀梗絲的物理性能，包括含水率和耐加工性，來減少梗絲造碎。但是絲狀梗絲的含水率、耐加工性與造碎之間，沒有簡單的相關性。添加丙二醇時，絲狀梗絲的平衡含水率明顯提升，當含水率達到15%以上時，絲狀梗絲的耐加工性大于加工過程中，受到的機械造碎強度，從而減少絲狀梗絲造碎。添加癸酸乙酯時，絲狀梗絲的平衡含水率維持在12%~14%，而低添加量的癸酸乙酯，能顯著提升梗絲的耐加工強度，從而減少梗絲在加工過程中造碎。

3 結 論

（1）絲狀梗絲尺寸分布在2.5 mm以下的占總量的85%以上，其中尺寸在1~2 mm的絲狀梗絲占總量的65%~75%，加工過程中易產生小于1 mm的碎梗絲。

（2）部分保潤劑對減少絲狀梗絲造碎有效果，不同保潤劑的降碎效果有差異；丙二醇對絲狀梗絲的降碎效果，隨著添加量的增加而增加，當添加量大于3%時，梗絲造碎率顯著降低；癸酸乙酯對絲狀梗絲的降碎效果，隨著添加量的增加而降低，當添加量小于1.5%時，絲狀梗絲的造碎率顯著降低；山梨醇對絲狀梗絲的降碎效果不顯著。

圖5展示了在NBA數據集中，PPVPS協議和VPS協議在服務器數量從2增長到8的過程中的計算時間變化曲線。從圖中可以看出，隨著服務器數量從2增加到5，協議運行時間從19.013 s增加到63.354 s，當服務器數量逐漸增加到8時，VPS協議和PPVPS協議的計算時間出現波動，這是因為數據集的分布影響錨點篩選，從而影響協議運行時間。

（3）保潤劑對絲狀梗絲中的降碎，主要是提升絲狀梗絲的耐加工強度，但不同保潤劑的實現方式有區別。丙二醇通過提高梗絲含水率，來提升耐加工強度，而癸酸乙酯在保持正常梗絲平衡含水率的同時，顯著提升梗絲的耐加工強度，從而降低梗絲造碎。

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Reduction in Breakage Rates of Filamentous Stems by Humectants

SUN De-po1, SHI Zhi-fa2, ZENG Chi2, SHI Ming2, DUAN An-ling1, ZI Wen-hua1, XIA Fei1, YANG Yan-ming1, YAO Zhen-yu1*

(1.Yunnan Reascend Tobacco Technology (Group)Co.,Ltd.,Kunming650106, China; 2. Research and Development Center, China Tobacco Guizhou Industrial Co., Ltd., Guiyang 550001, China)

To study influences of humectants on breakage rates of filamentous stems, tobacco humectants (sorbitol, propylene glycol, ethyl decanoate) were added into filamentous stems, and changes of breakage rates and size distributions were analyzed after simulation breakings. Results showed that: (1) more than 85% of the total filamentous stems was smaller than 2.5 mm, of which the sizes between 1 to 2 mm were accounted for 65%~75% of the total mass, and these stems were the main source of broken stems produced less than 1 mm; (2) The addition amount was positively correlated with the breakage rates of the stems when the amount of propylene glycol was more than 3%; the addition amount was negatively correlated with the breakage rates when the ethyl decanoate in stems was less than 1.5%; sorbitol did not have obvious effects on stem breakage rates.

filamentous stem; humectant; breakage rate

TS41

A

2095-3704（2016）04-0287-06

2016-05-03

孫德坡，碩士研究生，主要從事煙草工藝研究，hxgcsundepo@sina.com；

堯珍玉，高級工程師，yaozhenyu@reascend.com。