CN104634693B - 一种获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，所述方法为：将配方内各不同产地或等级的原料烟叶去梗切成同一规格的片烟，对所述片烟在相同温度和湿度条件下进行加湿平衡获得各样品片烟；按照配比将不同样品片烟混合形成配方片烟；检测各样品片烟和配方片烟的重量随时间变化至达到平衡的数据；根据数据获得重量随时间变化的干燥特性曲线；根据样品片烟和配方片烟的重量随时间变化数据获得干基含水率随时间变化的数据；根据数学模型获得混打烟叶的混合模型和混打烟叶的干燥特性参数。本发明中方法可以应用于混打烟叶的复烤工艺中，为配方烟叶的工艺加工提供了新的思路和方法。

Description

一种获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法

技术领域

本发明涉及烟草烟叶，具体涉及一种获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法。

背景技术

烟叶复烤是将烟叶从农产品转变为工业原料的整理准备性加工过程。其主要作业是干燥，是烟叶调制后的又一次干燥，故称复烤。复烤加工时还要剔除霉变和不符合等级的烟叶，除去杂物和砂土，在加热干燥的同时也起到杀虫的作用。复烤后的烟叶，水分约为12％，适合于长期储存醇化或人工发酵。复烤工艺有两种:1、挂杆复烤，传统的复烤工艺，将扎把的原烟跨“挂”在烟杆上送入复烤机干燥。这种工艺简单，大部分工序是手工操作，劳动强度大，作业场所空气含尘量高。2、打叶复烤，用打叶机分离叶片和烟梗，然后分别干燥，叶片和烟梗采用专门的烤片机和烤梗机干燥。烤后叶片用预压机包装，预压机可以根据包装重量和尺寸的要求，对叶片进行定量并且初步压缩成形，供进一步打包、装箱或装桶。

当前烟叶的复烤工艺调节方法主要依靠的是操作工人的经验进行控制，以及监控质量指标反复调节的反馈控制方法。上述方法在过去以单等级烟叶为主的复烤干燥下，基本能满足烟叶水分控制的要求，但随着卷烟工业企业对打叶复烤企业的需求，已经从过去简单的单等级打叶发展为以“卷烟上水平”为目的的配方打叶。在配方模式下，不同等级、不同产地、不同部位甚至是不同年份的初烤后原烟按卷烟企业及品牌要求进行配打及复烤，并根据不同的搭配比例来进行混配加工。由于原料烟叶的配比方式多种多样、千变万化，已很难通过单纯的经验总结方式进行复烤工艺调节进行设置，反馈控制方法也更为困难，对配方下的烟叶水分内在均匀性更难兼顾。为此，迫切需要一种更加具有指导意义的烟叶复烤工艺调节方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种混打烟叶复烤工艺调节方法，克服了现有技术中无法控制混打配方模式下烟叶内在水分均匀性技术问题。

为实现上述目的及其他目的，本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，所述方法为：

1)将配方内各不同产地或等级的原料烟叶去梗切成同一规格的片烟，对所述片烟在相同温度和湿度条件下进行加湿平衡获得各样品片烟；

2)按照配比将不同样品片烟混合形成配方片烟；

3)检测各样品片烟和配方片烟的重量随时间变化至达到平衡的数据；

4)根据数据获得重量随时间变化的干燥特性曲线；

5)根据样品片烟和配方片烟的重量随时间变化数据获得样品片烟和配方片烟干基含水率随时间变化的数据；

6)根据数学模型获得混打烟叶的混合模型和混打烟叶的干燥特性参数。

优选地，步骤1)中对所述片烟在相同温度和湿度条件下进行加湿平衡获得各样品片烟的工艺为：加湿平衡的温度为15～30℃；相对湿度为70～90％；所述样品片烟的干基含水率为20～40％。

更优选地，加湿平衡的温度为30℃；相对湿度为80％。

优选地，步骤3)中所述重量随时间变化数据是通过包括以下步骤的方法获得的：

a)取相同重量份的各样品片烟和配方片烟；各样品片烟和配方片烟都作为待测样品；

b)将待测样品在50～90℃，相对湿度20～40％的条件下进行干燥，检测各待测样品的重量随时间变化至达到平衡的数据。

更优选地，步骤b)中干燥的温度为70℃，相对湿度为25％。

优选地，步骤5)中的干基含水率是指样品片烟或配方片烟在50～90℃、相对湿度20～40％的条件下进行干燥一定时间段后重量的减少量与样品片烟或配方片烟的干基质量的比值。

优选地，所述干基质量是通过标准烘箱法测试获得，所述标准烘箱法中的温度为100℃，时间为2h。

优选地，步骤6)中的数学模型为MR＝exp(-kt)，其中公式中决定系数R²不小于0.99，卡方χ²为10^-4，其中MR为含水比，exp为以自然常数e为底的指数函数，k是指干燥特性参数，t是指干燥时间。

优选地，步骤6)中所述混合模型为MR_mix＝exp(-k_mixt_mix)，其中MR_mix为混打烟叶的含水比，所述exp是以自然常数e为底的指数函数，所述k_mix为混打烟叶的干燥特性参数，所述t_mix为混打烟叶的干燥时间，所述混打烟叶是指在复烤工艺中按照混打烟叶配方由不同样品片烟混合形成的片烟。

优选地，k_mix为每一种样品片烟在混打烟叶的片烟中的分配系数与其干燥特性参数的乘积之和，所述k_mix由以下公式表示：k_mix＝Σ(M_ik_i)，其中M_i为混打烟叶中第i种样品片烟在混打烟叶的片烟中的分配系数，k_i为混打烟叶中第i种样品片烟的干燥特性参数；且M_i和k_i由以下公式表示：

M_i＝m_i(MR_0,i－MR_e,i)/(Σm_iMR_0,i－Σm_iMR_e,i)，其中m_i为混打烟叶的片烟中第i种样品片烟的干基质量占混合片烟的干基质量的百分含量，MR_0,i为第i种样品片烟的初始干基含水率，MR_e,i为第i种样品片烟干燥至平衡时的干基含水率，Σm_iMR_0,i为混合片烟中每一种样品片烟的干基质量占混打烟叶中的片烟的干基质量的百分含量与混合片烟中每一种样品片烟的初始干基含水率的乘积之和，Σm_iMR_e,i为混合片烟中每一种样品片烟的干基质量占混合烟叶中的片烟的干基质量的百分含量与混合片烟中每一种样品片烟干燥至平衡时的干基含水率的乘积之和；

k_i由公式MR_i＝exp(-k_it_i)获得，即：k_i＝(-lnMR_i)/t_i，其中MR_i为混打烟叶中的片烟中第i种样品片烟的含水比，t_i为混打烟叶中的片烟中第i种样品片烟在50～90℃，相对湿度20～40％的条件下的干燥时间。

优选地，混打烟叶中的片烟中第i种样品片烟的含水比MR_i是由以下公式获得的：

MR_i＝(MR_t,i-MR_e,i)/(MR_0,i-MR_e,i)，其中MR_t,i为第i种样品片烟在50～90℃、相对湿度20～40％的条件下干燥了t时间后的干基含水率，MR_e,i为第i种样品片烟在50～90℃、相对湿度20～40％的条件下干燥至平衡时的干基含水率，MR_0,i为第i种样品片烟在初始时的干基含水率。

本发明还公开了一种由上述所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法在混打烟叶复烤工艺中的应用。

本发明中对不同样品混合下的混打烟叶进行模型参数的数学模型推导，进而通过数学理论的方法对混打烟叶干燥特性参数进行预测，得到相关的参数预测值。

进一步地，对预测模型的理论参数进行验证，比较实验得到的干燥特性参数。评价并分析配方预测模型的结果。通过分析比较，得到混打烟叶的干燥特性参数关系模型，并可以进一步的得到混打烟叶中各样品片烟间干燥特性的内在关系，以指导工艺条件的设置。即可以通过获得的干燥特性参数进一步的指导复烤工艺中的干燥时间和干燥湿度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

解决了目前复烤加工中无相关配方烟叶工艺控制方法指导问题，为配方烟叶的工艺加工提供了新的思路和方法。基于对原料的内在干燥特性参数及不同配方烟叶干燥特性的关系，利于对烟叶干燥内在规律性，增强了控制的科学性。通过基于原料特性的主动控制方法，既利用了经验又解决经验无法解决的问题和矛盾。

本发明克服了现有技术中的种种缺陷而具有创造性。

附图说明

图1为不同产地C2F等级烟叶在不同配比下的干基含水率随时间变化，其中：干燥温度为70℃、干燥湿度为25％；

图2为由平顶山烟叶形成的样品片烟的数学模型的实验值与拟合值对比曲线；其中：干燥温度为70℃、干燥湿度为25％；

图3为由驻马店烟叶形成的样品片烟的数学模型的实验值与拟合值对比曲线；其中：干燥温度为70℃、干燥湿度为25％；

图4为平顶山烟叶的样品片烟和驻马店烟叶的样品片烟以2：1比例混合形成的混打烟叶的片烟的数学模型的实验值、拟合值与计算值对比曲线；其中：干燥温度为70℃、干燥湿度为25％；

图5为平顶山烟叶的样品片烟和驻马店烟叶的样品片烟以1：1比例混合形成的混打烟叶的片烟的数学模型的实验值、拟合值与计算值对比曲线；其中：干燥温度为70℃、干燥湿度为25％；

图6为平顶山烟叶的样品片烟和驻马店烟叶的样品片烟以1：2比例混合形成的混打烟叶的片烟的数学模型的实验值、拟合值与计算值对比曲线；其中：干燥温度为70℃、干燥湿度为25％。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

1.试验部分

a.选取某批次河南平顶山、驻马店代表性烟叶原料，品种为中烟100、等级为C2F，将样品烟叶去梗切成较为统一规则的片烟混合均匀，将两种烟叶在相同条件30℃，80％相对湿度下平衡两天至恒重。

b.称量相同重量河南平顶山、驻马店C2F等级样品片烟各2克，结合生产配比情况称量配比样，如为平顶山/驻马店＝3/1，分别称量平顶山烟叶形成的样品片烟1.5克、驻马店烟叶形成的样品片烟0.5克，称重后将两产地烟叶进行混合形成配方片烟；相同重量的样品片烟和配方片烟都作为待测样品。

c.将待测样品进行干燥处理，其中设置干燥温度为70℃，相对湿度为25％，检测各样品在该条件下重量随时间的变化至达到该条件下的烟叶干燥平衡时的重量数据，并获得重量随时间变化的干燥特性曲线。

具体地，通过专利号CN201034900Y公开的一种用于烟草热湿处理的在线分析装置进行检测。

d.结束后根据标准烘箱法检测各样品的干基质量，标准烘箱法中干燥温度为100℃，干燥时间为2h。并根据样品重量随时间的变化，推算整个干燥过程待测样品的干基含水率变化，得到干燥时待测样品的含水率变化曲线，如图1所示，为不同产地样品片烟及在不同配比下的配方片烟的干基含水率随时间变化。

其中，干基含水率为干燥过程中在单位干燥时间内重量的减少量与待测样品干基质量的比值。

2.数据分析部分

e.计算中的含水比MR按照以下公式进行：MR＝(MR_t-MR_e)/(MR₀-MR_e)

其中MR_t、MR₀和MR_e分别为t时刻干基含水率、初始干基含水率和平衡干基含水率。

基于烟叶特点选用常用的薄层物料模型，本发明中选择Newton模型建立混合干燥模型，Newton模型的公式如下：

MR＝exp(-kt)

其中MR为在干燥温度为70℃，相对湿度为25％下干燥了t时间的含水比，k为此过程的干燥特性参数，exp是以自然数e为底的指数函数。

按照上述方法进行单产地拟合结果见图2与图3，拟合结果见下表1，决定系数R²都在0.99以上，卡方χ²误差都在10^-4级别。

f.混合模型建立：

平顶山烟叶形成的样品片烟的模型为：MR₁＝exp(-k₁t)

驻马店烟叶形成的样品片烟的模型为：MR₂＝exp(-k₂t)

其中k₁,k₂分别为两种样品片烟的干燥特性参数，MR₁和MR₂分别为两种样品片烟的含水比；

并且，

MR₁和MR₂通过以下公式获得：

MR₁＝(MR_t,1-MR_e,1)/(MR_0,1-MR_e,1)；

MR₂＝(MR_t,2-MR_e,2)/(MR_0,2-MR_e,2)；

其中，MR_t,1和MR_t,2分别为两种样品片烟在干燥了t时间后的干基含水率；

MR_e,1和MR_e,2分别为两种样品片烟在干燥至平衡时的干基含水率；

MR_0,1和MR_0,2分别为两种样品片烟在初始时的干基含水率。

接着，混打烟叶的含水比MR_mix用以下公式表示：

MR_mix＝M₁MR₁+M₂MR₂

其中，M₁和M₂为分配系数，

具体为：

M₁＝m₁(MR_0,1-MR_e,1)/(m₁MR_0,1+m₂M_0,2-m₁MR_e,1-m₂MR_e,2),

M₂＝m₂(MR_0,2-MR_e,2)/(m₁MR_0,1+m₂M_0,2-m₁MR_e,1-m₂MR_e,2)；

上式中：

m₁和m₂分别为混打烟叶的片烟中两种样品片烟的干基质量占混合片烟的干基质量的百分含量，

MR_0,1和MR_0,2为两种样品片烟的初始干基含水率，MR_e,1和MR_e,2为两种样品片烟干燥至平衡时的干基含水率；

根据泰勒展开式还可以得到混打烟叶的片烟的干燥特性参数为：k_mix＝M₁k₁+M₂k₂。

则MR_mix＝exp(-k_mixt_mix)

g.对于Newton混合干燥模型进行计算与实验验证。图4至图6表示3种不同配比混打烟叶的片烟干基含水率的实验值、拟合值、计算值曲线。从图中可以发现实验值的拟合曲线与计算值基本吻合。结合下表1所示，参数k的实验拟合值和通过混合模型计算值非常接近。

表1.模型参数的拟合值与计算值对比

本发明中实施例得到两种样品片烟构成的混打烟叶的干燥特性参数及混打烟叶的混合模型，通过上述方法即可以对任何比例的相混合的样品片烟的混打烟叶进行预测，得到原料样品片烟间干燥特性的内在关系，最终根据其关系指导复烤工艺中复烤温度和复烤湿度条件的设置。

实施例2

按照实施例1中方法及步骤对三个原料进行配比加工复烤的：具体干燥过程，测试过程和计算过程相同。

其结果为：

混打烟叶的片烟的干燥特性参数为：k_mix＝M₁k₁+M₂k₂+M₃k₃。

混打烟叶的片烟的复烤工艺的干燥模型为：MR_mix＝exp(-k_mixt_mix)

分配系数为:

M₁＝m₁(MR_0,1-MR_e,1)/(m₁MR_0,1+m₂M_0,2+m₃M_0,3-m₁MR_e,1-m₂MR_e,2-m₃MR_e,3),

M₂＝m₂(MR_0,2-MR_e,2)/(m₁MR_0,1+m₂M_0,2+m₃M_0,3-m₁MR_e,1-m₂MR_e,2-m₃MR_e,3)；

M₃＝m₃(MR_0,3-MR_e,3)/(m₁MR_0,1+m₂M_0,2+m₃M_0,3-m₁MR_e,1-m₂MR_e,2-m₃MR_e,3)；

其中，m₁、m₂和m₃分别为混打烟叶的片烟中三种样品片烟的干基质量占混合片烟的干基质量的百分含量，

MR_0,1、MR_0,2和MR_0,3为三种样品片烟的初始干基含水率；

MR_e,1、MR_e,2和MR_e,3为三种样品片烟干燥至平衡时的干基含水率。

各样品片烟的干基含水率为MR₁、MR₂和MR₃，其通过以下公式获得：

MR₁＝(MR_t,1-MR_e,1)/(MR_0,1-MR_e,1)；

MR₂＝(MR_t,2-MR_e,2)/(MR_0,2-MR_e,2)；

MR₃＝(MR_t,3-MR_e,3)/(MR_0,3-MR_e,3)；

其中，MR_t,1、MR_t,2和MR_t,3分别为三种样品片烟在干燥了t时间后的干基含水率；

MR_e,1、MR_e,2和MR_e,3分别为三种样品片烟在干燥至平衡时的干基含水率；

MR_0,1、MR_0,2和MR_0,3分别为两种样品片烟在初始时的干基含水率。

其它过程都相同。

本发明中实施例得到三种样品片烟形成的混打烟叶的干燥特性参数及混打烟叶的混合模型，通过上述方法即可以对任何比例的相混合的样品片烟的混打烟叶进行预测，得到原料样品片烟间干燥特性的内在关系，最终根据其关系指导复烤工艺中复烤温度和复烤湿度条件的设置。

由此可以推广到四种、五种等多种样品片烟形成的混打烟叶的复烤工艺中的应用。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，所述方法为：

1)将配方内各不同产地或等级的原料烟叶去梗切成同一规格的片烟，对所述片烟在相同温度和湿度条件下进行加湿平衡获得各样品片烟；

2)按照配比将不同样品片烟混合形成配方片烟；

3)检测各样品片烟和配方片烟的重量随时间变化至达到平衡的数据；

4)根据数据获得重量随时间变化的干燥特性曲线；

5)根据样品片烟和配方片烟的重量随时间变化数据获得样品片烟和配方片烟干基含水率随时间变化的数据；

6)根据数学模型获得混打烟叶的混合模型和混打烟叶的干燥特性参数。

2.如权利要求1所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，步骤1)中对所述片烟在相同温度和湿度条件下进行加湿平衡获得各样品片烟的工艺为：加湿平衡的温度为15～30℃；相对湿度为70～90％；所述样品片烟的干基含水率为20～40％。

3.如权利要求1所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，步骤3)中所述重量随时间变化至达到平衡的数据是通过包括以下步骤的方法获得的：

a)称取相同重量份的各样品片烟和配方片烟；各样品片烟和配方片烟都作为待测样品；

b)将待测样品在50～90℃，相对湿度20～40％的条件下进行干燥，检测各待测样品的重量随时间变化至达到平衡的数据。

4.如权利要求1所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，步骤5)中的干基含水率是指样品片烟或配方片烟在50～90℃、相对湿度20～40％的条件下进行干燥一定时间段后重量的减少量与样品片烟或配方片烟的干基质量的比值。

5.如权利要求4所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，所述干基质量是通过标准烘箱法测试获得，所述标准烘箱法中的温度为100℃，时间为2h。

6.如权利要求1所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，步骤6)中的数学模型为MR＝exp(-kt)，其中公式中决定系数R²不小于0.99，卡方χ²为10^-4，其中MR为含水比，exp为以自然常数e为底的指数函数，k是指干燥特性参数，t是指干燥时间。

7.如权利要求6所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法，其特征在于，k_mix为每一种样品片烟在混打烟叶的片烟中的分配系数与其干燥特性参数的乘积之和，所述k_mix由以下公式表示：k_mix＝Σ(M_i k_i)，其中M_i为混打烟叶中第i种样品片烟在混打烟叶的片烟中的分配系数，k_i为混打烟叶中第i种样品片烟的干燥特性参数；且M_i和k_i由以下公式表示：

M_i＝m_i(MR_0,i－MR_e,i)/[Σ(m_iMR_0,i)－Σ(m_iMR_e,i)]，其中m_i为混打烟叶的片烟中第i种样品片烟的干基质量占混合片烟的干基质量的百分含量，MR_0,i为第i种样品片烟的初始干基含水率，MR_e,i为第i种样品片烟干燥至平衡时的干基含水率，Σm_iMR_0,i为混合片烟中每一种样品片烟的干基质量占混打烟叶中的片烟的干基质量的百分含量与混合片烟中该种样品片烟的初始干基含水率的乘积之和，Σm_iMR_e,i为混合片烟中每一种样品片烟的干基质量占混合烟叶中的片烟的干基质量的百分含量与混合片烟中该种样品片烟干燥至平衡时的干基含水率的乘积之和；

k_i由公式MR_i＝exp(-k_it_i)获得，即：k_i＝(-lnMR_i)/t_i，其中MR_i为混打烟叶中的片烟中第i种样品片烟的含水比，t_i为混打烟叶中的片烟中第i种样品片烟在50～90℃，相对湿度20～40％的条件下的干燥时间；

混打烟叶中的片烟中第i种样品片烟的含水比MR_i是由以下公式获得的：

MR_i＝(MR_t,i-MR_e,i)/(MR_0,i-MR_e,i)，其中MR_t,i为第i种样品片烟在50～90℃、相对湿度20～40％的条件下干燥了t时间后的干基含水率，MR_e,i为第i种样品片烟在50～90℃、相对湿度20～40％的条件下干燥至平衡时的干基含水率，MR_0,i 为第i种样品片烟在初始时的干基含水率。

8.一种由权利要求1～7任一所述获得复烤工艺中混打烟叶的干燥特性参数的方法在混打烟叶复烤工艺中的应用。