CN103404961A - 采用hdt降低卷烟有害成分释放量和h值的烘丝工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种采用HDT降低卷烟有害成分释放量和H值的烘丝工艺方法，所述有害成分为卷烟烟气中氨、一氧化碳和NNK，具体的工艺参数如下：物料入口含水率：24％；蒸汽施加量：850kg/h。本发明的有益效果是，控制制丝工艺关键点--烘丝工序，在保持卷烟感官质量稳定的前提下，对烘丝设备进行参数组合调整，达到降低卷烟H值和卷烟主流烟气中氨、一氧化碳、NNK释放量的目的，探索了卷烟减害降焦的新途径，具有重要的理论意义和实际应用价值。本发明对烘丝工序中的重点参数进行筛选认定并在生产工艺范围内进行优化，在保证卷烟感官质量稳定的前提下，有效降低H值和烟气中氨、一氧化碳、NNK释放量。
Description
技术领域
本发明属于卷烟减害领域，涉及一种同时降低卷烟H值、降低氨释放量、降低一氧化碳释放量、降低NNK释放量的卷烟加工工艺方法，具体是，在卷烟加工的制丝工艺，采用HDT过热蒸汽干燥烘丝机降低H值，降低氨释放量、一氧化碳释放量、NNK释放量的一种烘丝工艺。
背景技术
《烟草控制框架公约》中“防止接触烟草烟雾”、“烟草成份管制与披露”两个准则要求各国政府制订出更为严厉的“控烟”法律法规，促使卷烟生产企业在降低卷烟焦油释放量的同时，更要严格控制卷烟烟气中主要有害成分的释放量，进一步加大了行业减害降焦的压力，吸烟与健康是烟草行业面临的主要挑战，减害降焦关系到烟草行业的生存和发展。
为解决这些问题，国家烟草专卖局于2006年6月16日印发了《国家烟草专卖局关于进一步推进减害降焦工作的通知》（国烟科〔2006〕412号），对减害降焦工作提出了新的要求。该通知将包括氨、一氧化碳、NNK在内的卷烟烟气7种有害成分作为表征卷烟主流烟气生物危害性的重要指标。
卷烟危害性评价方法是将卷烟烟气中CO、HCN、NNK、NH3、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛7种有害成分作为表征卷烟主流烟气生物危害性的重要指标，通过检测和计算七种有害成分含量得出卷烟危害性评价指数H值来衡量卷烟的安全性。
氨是大气中的一种碱性气体，主要来源于烟叶调制与发酵过程中氨基酸、蛋白质、硝酸盐、铵盐、酰胺、生物碱及含氮杂环化合物。主流烟气中的氨在气相和粒相中都有存在。在卷烟中，适量的氨对于碳水化合物和有机酸较多的卷烟是必要的，但过量的氨会产生强烈的刺激性，引起吸烟者喉部出现收缩作用，感到呛咳，鼻腔、舌头有辛辣难忍的感觉，长期吸入会对人体造成较严重的危害。
一氧化碳(CO)作为烟气有害物质之一，它是烟丝的裂解产物，在180℃开始形成，于1050℃结束。在卷烟燃烧锥中心，氧的供应不足，较易形成一氧化碳。一氧化碳对人体的危害在于它被吸入肺内以后，就很快进入血液与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，一氧化碳与血红蛋白的亲和力远比氧气和血红蛋白的亲和力大(高于氧气200倍)，而又比氧气和血红蛋白的解离要缓慢得多。所以一氧化碳一经吸入，即与氧气争夺同血红蛋白结合，一旦形成碳氧血红蛋白就不易分离，从而使血液的正常携带氧的功能发生障碍，造成机体缺氧，导致缺氧血症，因而使组织细胞乏氧。
NNK全称为4-（甲基亚硝胺）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮，是烟草特有亚硝胺（TSNA）的一种，其可能的形成机理是：烟碱在烟草的调制、加工、卷烟燃吸或者是在烟气吸入的瞬间，亚硝化形成。NNK是强烈的动物致癌物，可诱发小白鼠、大白鼠及叙利亚金色田鼠发生肺癌。
为进一步促进烟草行业减害降焦战略性课题的实施，推进卷烟减害降焦工作的深入开展，国家烟草专卖局于2008年8月27日印发了《国家烟草专卖局关于进一步推进减害降焦工作的意见》（国烟科〔2008〕471号），明确提出，到2010年，全国卷烟在选择性降低氨等7种有害成分方面取得显著突破，形成一批具有自主知识产权的核心技术并在行业重点骨干卷烟品牌中得到应用。并认为应加强烟叶原料、卷烟加工工艺和辅助材料设计对卷烟烟气中有害成分释放量的影响研究，为减害降焦应用技术研究和低危害产品开发提供理论基础。
目前，对低H值卷烟的研究主要是烟叶原料、辅助材料方面，而从卷烟加工工艺的角度鲜见报道。中国专利ZL201010288196.0公开了一种降低H值的卷烟加工工艺方法，从微波松散、松散回潮和HT+烘丝三个工序分别进行工艺参数优化，均达到降低卷烟H值的目的，从而达到优化整个制丝工艺参数而降低H值的目的，专利中烘丝段采用的是滚筒薄板式烘丝机，未对其它类型的烘丝设备进行限定。
现有技术中，降低卷烟主流烟气中的氨含量相关研究主要是通过对烟用滤嘴材料的改良，而对于通过工艺方法降低卷烟主流烟气氨释放量的报道较少。中国专利ZL201010288157.0公布了一种降低氨含量的卷烟加工工艺方法，从微波松散、松散回潮和HT+烘丝三个工序分别进行工艺参数优化，均达到降低卷烟烟气中氨释放量的目的，从而达到优化整个制丝工艺参数而降低氨释放量的目的，专利中烘丝段采用的是滚筒薄板式烘丝机，未对其它类型的烘丝设备进行限定。
降低卷烟主流烟气中的一氧化碳含量相关研究主要是在卷烟中加入特殊材料或添加剂、改变卷烟燃烧性或使用烟草薄片、膨胀梗丝等。如中国专利所公布的申请号为200610032237.3的发明专利提出了一种由无机盐与聚乙烯醇或有机羧酸络合而成的卷烟添加物，将其应用到烟丝，能降低烟气中一氧化碳含量。中国专利ZL201010288102.X公开了一种降低一氧化碳含量的卷烟加工工艺方法，从微波松散、松散回潮和HT+烘丝三个工序分别进行工艺参数优化，均达到降低卷烟烟气中一氧化碳释放量的目的，从而达到优化整个制丝工艺参数而降低一氧化碳释放量的目的，专利中烘丝段采用的是滚筒薄板式烘丝机，未对其它类型的烘丝设备进行限定。
降低卷烟主流烟气中的NNK释放量相关研究主要是通过在卷烟中加入添加剂、使用特殊材料制成的滤嘴或利用卷烟调制技术。如中国专利所公布的申请号为200910263548.4的发明专利提出了一种含有生物组合物的复合滤嘴，采用该滤嘴可以明显降低卷烟烟气中的NNK释放量。中国专利ZL201010288153.2公开了一种降低NNK含量的卷烟加工工艺方法，从微波松散、松散回潮和HT+烘丝三个工序分别进行工艺参数优化，均达到降低卷烟烟气中NNK释放量的目的，从而达到优化整个制丝工艺参数而降低NNK释放量的目的，专利中烘丝段采用的是滚筒薄板式烘丝机，未对其它类型的烘丝设备进行限定。
烘丝是卷烟生产的关键工序，烘丝工艺参数会对烘后叶丝物理、感官和化学质量产生重要影响，是制丝工艺研究的重点。本专利采用特定类型的烘丝设备——HDT过热蒸汽干燥烘丝机，其工作原理是通过高温高湿处理，在封闭的膨胀管中，高温蒸汽和叶丝充分混合在一起，其最高温度可达300℃；高温高热含的过热蒸汽把热量迅速传递给叶丝，叶丝细胞壁内的水份瞬时被加热并汽化，由于叶丝细胞壁内的水分汽化时体积迅速膨胀，而汽化气不能及时排出细胞壁，使壁内压力超过壁外（膨胀管道内）气压，细胞向外扩张而把叶丝膨胀起来。整个处理过程时间很短，在膨胀管道的后段，高温过热蒸汽把叶丝中多余的水分蒸发掉，使叶丝干燥达到下道工序所需的水分，整个过程在瞬间快速而均匀地将水分抽出并定型。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中存在如下技术问题：
1、各研究机构忽略了特定烘丝设备工艺参数对卷烟H值和烟气中氨、一氧化碳、NNK的释放量的影响；
2、不同烘丝设备对卷烟H值和卷烟烟气中氨、一氧化碳、NNK的释放量影响差异巨大；
3、由于烟草制品的特殊性，对烘丝出口水分有严格的要求，一般为12%±0.5%，在保证设备安全运行和产品可用性前提下，只能选取组合参数在各自可调范围内进行控制，且确定一个参数组合需要经过大量的研究实验；
4、生产试验成本大，一次试验仅原材料投入5-8吨，成本40万以上，且在试验过程中需要保障产品不能成为废品，增加了获取试验数据的难度；
5、通过调整烘丝工艺的参数来降低有害气体释放量，使降害效果达到最佳的同时，还要保证卷烟的感官质量保持在较高水平难度大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种通过调整设备工艺参数降低卷烟H值，及卷烟主流烟气中氨、一氧化碳、NNK释放量并保持现有卷烟产品感官品质的烘丝工艺方法。
本发明的目的是这样实现的：提供一种采用HDT降低卷烟有害成分释放量和H值的烘丝工艺方法，所述有害成分为卷烟烟气中氨、一氧化碳和NNK，具体的工艺参数如下：
1）物料入口含水率：24％；
2）蒸汽施加量：850kg/h。
本发明的有益效果是控制制丝工艺关键点——烘丝工序，在保持卷烟感官质量稳定的前提下，选择特定的烘丝设备——HDT过热蒸汽干燥烘丝机进行参数组合调整，达到降低卷烟H值，及卷烟主流烟气中氨、一氧化碳、NNK释放量的目的，探索了卷烟减害降焦的新途径，具有重要的理论意义和实际应用价值。
本发明对烘丝工序中的重点参数进行筛选认定并在生产工艺范围内进行优化，在保证卷烟感官质量稳定的前提下，有效降低卷烟H值，以及氨、一氧化碳和NNK的释放量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
本实施例所用过热蒸汽干燥烘丝机的型号为HDT，德国HAUNI公司设计生产。将企业制定的既定卷烟制丝工艺参数生产得到的烟草样品作为空白样品；在制丝工序，按照以下优化后参数进行工艺调整：物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，其余工序工艺参数不变，生产得到的烟草样品为优化样品。优化样品与空白样品中H值和感官质量结果见表1。
表1优化样品与空白样品H值和感官质量结果
。
由表1可以看出，在HDT烘丝工艺参数优化组合下生产得到的样品H值比空白样品降低了0.41，且感官评吸得分为83.0，与空白样品比较，感官质量保持稳定。
本发明通过试验设计，首先对设备中各可控参数进行筛选，然后确定重要的试验参数，并将这些参数进行组合优化，优化过程的具体步骤如下：
（1）针对型号为HDT的过热蒸汽干燥烘丝机，选定对卷烟H值有重要影响的物料入口含水率和蒸汽施加量两个工艺参数作为试验因素，并确定参数水平。
（2）对上述参数进行均匀设计，按照设计的试验方案进行试验，并计算样品的H值。结果见表2。
表2试验设计方案及试验样品H值
。
（3）运用DPS11.0对以上数据进行分析，得到方程如下：
Y=9.20139074+0.003677950908X2-0.000003390824531X2*X2-0.00003381856528X1*X2
该方程中，Y为H值，X1为物料入口含水率，X2为蒸汽施加量。
（4）根据上述方程式的信息，以最低H值为优化目标，得到物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，经过验证，采用优化后的参数进行烘丝，经检测样品H值为9.19。
实施例2
本实施例所用过热蒸汽干燥烘丝机的型号为HDT，德国HAUNI公司设计生产。将企业制定的既定卷烟制丝工艺参数生产得到的烟草样品作为空白样品；在制丝工序，按照以下优化后参数进行工艺调整：物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，其余工序工艺参数不变，生产得到的烟草样品为优化样品。优化样品与空白样品中氨释放量和感官质量结果见表3。
表3优化样品与空白样品氨释放量和感官质量结果
。
由表3可以看出，在HDT烘丝工艺参数优化组合下生产得到的样品烟气中的氨释放量比空白样品降低了4.95%，具有降低氨释放量的效果，且感官评吸得分为83.0，与空白样品比较，感官质量保持稳定。
本发明通过试验设计，首先对设备中各可控参数进行筛选，然后确定重要的试验参数，并将这些参数进行组合优化，优化过程的具体步骤如下：
（1）针对型号为HDT的过热蒸汽干燥烘丝机，选定对卷烟主流烟气中氨释放量有重要影响的物料入口含水率和蒸汽施加量两个工艺参数作为试验因素，并确定参数水平。
（2）对上述参数进行均匀设计，按照设计的试验方案进行试验，并检测样品主流烟气的氨释放量。结果见表4。
表4试验设计方案及试验样品主流烟气中氨释放量
。
（3）运用DPS11.0对以上数据进行分析，得到方程如下：
Y=5.02607197+0.24998882973X1+0.008796846852X2-0.0004741538783X1*X2该方程中，Y为主流烟气氨释放量，X1为物料入口含水率，X2为蒸汽施加量。
（4）根据上述方程式的信息，以最低氨释放量为优化目标，得到物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，经过验证，采用优化后的参数进行烘丝，经检测主流烟气中氨释放量为8.83μg/cig。
实施例3
本实施例所用过热蒸汽干燥烘丝机的型号为HDT，德国HAUNI公司设计生产。将企业制定的既定卷烟制丝工艺参数生产得到的烟草样品作为空白样品；在制丝工序，按照以下优化后参数进行工艺调整：物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，其余工序工艺参数不变，生产得到的烟草样品为优化样品。优化样品与空白样品中一氧化碳释放量和感官质量结果见表5。
表5优化样品与空白样品一氧化碳释放量和感官质量结果
。
由表5可以看出，在HDT烘丝工艺参数优化组合下生产得到的样品烟气中的一氧化碳释放量比空白样品降低了13.06%，具有明显降低一氧化碳释放量的效果，且感官评吸得分为83.0，与空白样品比较，感官质量保持稳定。
本发明通过试验设计，首先对设备中各可控参数进行筛选，然后确定重要的试验参数，并将这些参数进行组合优化，优化过程的具体步骤如下：
（1）针对型号为HDT的过热蒸汽干燥烘丝机，选定对卷烟主流烟气中一氧化碳释放量有重要影响的物料入口含水率和蒸汽施加量两个工艺参数作为试验因素，并确定参数水平。
（2）对上述参数进行均匀设计，按照设计的试验方案进行试验，并检测样品主流烟气的一氧化碳释放量。结果见表6。
表6试验设计方案及试验样品主流烟气中一氧化碳释放量
。
（3）运用DPS11.0对以上数据进行分析，得到方程如下：
Y=16.10553356-0.21289475016X1-0.0000030421151166X2*X2+0.00009704695145X1*X2
该方程中，Y为主流烟气一氧化碳释放量，X1为物料入口含水率，X2为蒸汽施加量。
（4）根据上述方程式的信息，以最低一氧化碳释放量为优化目标，得到物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，经过验证，采用优化后的参数进行烘丝，经检测主流烟气中一氧化碳释放量为10.78mg/cig。
实施例4
本实施例所用过热蒸汽干燥烘丝机的型号为HDT，德国HAUNI公司设计生产。将企业制定的既定卷烟制丝工艺参数生产得到的烟草样品作为空白样品；在制丝工序，按照以下优化后参数进行工艺调整：物料入口含水率为24%，蒸汽施加量为850kg/h，其余工序工艺参数不变，生产得到的烟草样品为优化样品。优化样品与空白样品中NNK释放量和感官质量结果见表7。
表7优化样品与空白样品NNK释放量和感官质量结果
。
由表7可以看出，在HDT烘丝工艺参数优化组合下生产得到的样品烟气中的NNK释放量比空白样品降低了11.79%，具有明显降低NNK释放量的效果，且感官评吸得分为83.0，与空白样品比较，感官质量保持稳定。
本发明通过试验设计，首先对设备中各可控参数进行筛选，然后确定重要的试验参数，并将这些参数进行组合优化，优化过程的具体步骤如下：
（1）针对型号为HDT的过热蒸汽干燥烘丝机，选定对卷烟主流烟气中NNK释放量有重要影响的物料入口含水率和蒸汽施加量两个工艺参数作为试验因素，并确定参数水平。
（2）对上述参数进行均匀设计，按照设计的试验方案进行试验，并检测样品主流烟气的NNK释放量。结果见表8。
表8试验设计方案及试验样品主流烟气中NNK释放量
。
（3）运用DPS11.0对以上数据进行分析，得到方程如下：
Y=4.57137381-0.021512994256X1-0.0000008956280996X2*X2+0.000016148037727X1*X2
该方程中，Y为主流烟气NNK释放量，X1为物料入口含水率，X2为蒸汽施加量。
（4）根据上述方程式的信息，以最低NNK释放量为优化目标，得到物料入口含水率为24.0%，蒸汽施加量为850kg/h，经过验证，采用优化后的参数进行烘丝，经检测主流烟气中NNK释放量为3.74ng/cig。
Claims (1)
1.一种采用HDT降低卷烟有害成分释放量和H值的烘丝工艺方法，所述有害成分为卷烟烟气中氨、一氧化碳和NNK，其特征在于，具体的工艺参数如下：
1）物料入口含水率：24％；
2）蒸汽施加量：850kg/h。
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