高温高湿法梗丝膨胀技术综述.摘要现代卷烟生产要求降低卷烟成本，降低卷烟中焦油 的含量，提高卷烟安全性膨胀梗丝是实现上述要求的手段 之一针对目前梗丝质量存在的问题，加大对梗丝处理方法 的研究力度，提高梗丝的品质，改进其在卷烟产品中的可用 性具有重要意义本文把膨胀技术大致分为三类：高温高湿 法、微波膨胀法和ESS技术其中着重介绍了高温高湿法膨 胀梗丝的技术路线关键词高温高湿梗丝膨胀技术综述随着 人民生活水平的不断提高和科学技术的进步，吸烟对健康的 影响越来越受到关注降低焦油含量是当今卷烟工业发展急 需解决的问题之一卷烟焦油量受烟丝组分 烟支燃烧物质 数量、燃烧条件及过滤、稀释等因素的影响梗丝对于改善 卷烟燃烧有着重要作用，使用膨胀梗丝是降低卷烟焦油量的 方法之一本文对现有梗丝膨胀技术作了简要的综述，其中 着重介绍了高温高湿法膨胀梗丝的技术原理和具体的技术 工序一、梗丝膨胀技术原理烟梗结构中约有70%是毛细管 和细胞部份，30 %属于木质支撑部分水份渗透到烟梗的全 部组织结构中，烟梗的体积将增大；再经高温高湿的气流处 理，使梗丝组织结构内水蒸汽的分压力增加，造成毛细管和 细胞结构进一步胀大，然后将烟梗内的水份含量快速降至某 一定值，固定其膨胀了的体积。
由于烟梗主要是由皮层、木 质部 韧皮部、形成层 芯等构成，细胞壁较厚，纤维等坚 韧物质含量多梗丝在高温湿条件下，经水 汽冲散浸润, 梗丝细胞组织能够充分吸湿胀大，同时内含亲水性物质也吸 湿胀大在干燥脱水时，这些亲水性物质分子团重新排列, 支链状结构变成复杂网状结构，使得梗丝细胞组织结构进一 步膨松胀大因此，梗丝膨胀主要原因在于膨胀介质对梗丝 组织结构的浸润湿胀作用二、高温高湿法技术简介高温高 湿的处理方法：即以水为膨胀介质，以高温、高湿为手段, 使烟梗内部的水蒸汽压力增大，从而导致烟草的毛细管和细 胞胀大，其体积明显扩大，然后快速干燥在此过程中，把 梗丝中某些纤维的高填充容积固定下来，完成梗丝膨胀的目 的梗丝膨胀工序流程图现有工序评价1、洗梗工序洗梗是烟梗预处理中的关键 工序之一其目的是增加烟梗的含水率，提高烟梗的柔软度 和可塑性，减少在压梗 切梗等工序中的损耗，简便易行的 方法就是目前国内外常用的蒸梗和洗梗洗梗工艺是利用恒 温循环水对打后烟梗进行处理设备的波纹状槽底便于 水在一定流速下形成波纹以冲击烟梗，使烟梗在水槽中连续 翻滚而得以充分清洗然后经滤水网带进入储梗柜进行回软烟梗经过洗梗及回软后，水分一般增加15%左右，能满足切 丝工艺的要求。
对采用洗梗前后梗丝质量进行综合对比，结 果见表I \表2从表1、表2可以看出，洗梗与未洗梗相比, 梗签剔出率比原来下降15%以上填充值提高15%左右梗 丝的总体质量水平和梗丝的有效利用率明显的上升烟梗经 水洗预处理后，切后的梗丝手感柔软，梗签、梗块少，梗丝 膨胀效果很好，烘后的梗丝颜色比原来深，接近烟丝的色泽 很明显洗梗工序能提高烟梗的预处理效果，对提高梗丝质量 有很大帮助水速与水位对烟梗的影响洗梗工艺用的是恒温 循环水，水速过慢，槽内水流平稳，烟梗浮在水面上平稳地 飘过水槽，烟梗洗净率差；如果水流达到一定速度，形成湍 流，烟梗随波纹状水流翻滚而过，则洗净率高另外，若水 位过高，则水流波纹状不明显，烟梗在经过水槽时受不到底 槽的撞击作用，不利于提高洗净率水温对烟梗的影响水温 升高，有利于增大烟梗表面一些亲水性物质的溶解度，削弱 烟梗表面的“屏障作用S增加水分子动能，加快水分向烟 梗内部的扩散速度，所以适当提高水温是提高烟梗洗净率、 缩短储梗时间的有效途径但水温过高易造成烟梗回软后水 分过大一般认为，水温设定在50 C左右、储存时间为3h 的条件下，梗丝质量较理想而且在50C左右，蒸汽消耗大 大降低，蒸汽压力达到0. 6MPa即可满足生产要求。
落水速度烟梗在进料端的垂直落水速度越大，烟梗越充分浸入水中, 有利于其在水中翻滚，提高洗净率表1采用水洗方式表2未采用水洗方式2、储梗：储梗时间与膨胀率的关系由于烟梗吸收水分的能力较差，润梗加潮时，水分多吸附在梗的表皮层上因 此，润梗后烟梗必须储存一定的时间，才能使水分得到充分 平衡，内外一致，此时的烟梗韧性好，切出的梗丝均匀 柔 软，给后道工序的增温增湿提供良好的条件，使梗丝能够在 短时间内获得膨胀塔所要求的来料温度和水分梗丝经过膨 胀塔后，膨胀均匀，膨胀率高反之，储存时间短，因水分 不能充分渗透到烟梗内部，外绵内硬，切丝时易出现跑块、 切碎现象，且均匀性差，膨胀率必然低图1储梗时间与膨 胀率的关系曲线图从图1中可以看出，储梗时间在0-2小时之间时，随着 时间延长，填充值增加明显；储梗时间在2-4小时之间时, 填充值增加幅度有所减缓；储梗时间超过4小时以上，对填 充值增加不明显因此，要求储梗时间不低于4小时，但是 由于受储梗柜数量和生产任务的限制，储梗时间保证一般在 2-4小时之间3、压梗膨胀梗丝要达到较好的效果，要求梗 丝宽度适宜、组织结构破损较少 成丝率要高组织结构破 坏严重的梗丝，不仅无法膨胀，而且造碎严重。
压梗是解决 上述问题的重要手段目前，国内专家对梗丝形变过程，普 遍提出了 “厚压薄切”的工艺观点，也有的提出不压梗的工 艺观点提出不压梗的专家认为：无论怎样压梗，都会不同 程度破坏烟梗内部结构，并且降低烟梗弹性，致使烟梗在切 丝过程中再次受压形变时，不容易形成坚实的“烟饼”导致 跑梗现象增加尤长虹等研究后认为甲级烤烟型卷烟的压梗 厚度值宜取1・2T. 4mmo表3压梗厚度对梗丝质量的影响4、切梗切梗厚度对烟梗膨胀的影响传统的制梗工艺规定，切梗宽度为0.2-0.25 mmo目前，大多数烟厂采用"厚压薄切”工艺，使切丝宽度小于0・2nim有报道认为，切梗 宽度为0.1-0. 12mm时梗丝膨胀效果良好，但是切丝难度较大不同的切梗宽度对应着不同的梗丝整丝率、碎丝率、填 充值以及剔梗率要使梗丝取得较好的膨胀效果，成丝率高, 含末量与含杂量少，就要求有适宜的切丝宽度切梗丝过宽, 烘后梗丝缺乏弹性，过窄则造碎大，含末率高在烟支重量 基本相同的情况下，烟支吸阻 抽吸口数、总粒相物、焦油 和一氧化碳量随切丝宽度的增加呈先下降后上升的趋势，结 果见表4O切梗角度对烟梗膨胀的影响切梗角度是指烟梗轴 线与切刀间的夹角。
从表5可知，切梗角度在0-45之间， 切梗角度越小，填充值越高，烟梗内部易膨胀的组织细胞增 加了与水接触的比表面积，膨胀效果好在45-90之间， 切后梗丝填充值较低，与切梗角度呈非线性关系，变化缓慢 在实际操作中发现，0T5不压梗情况下，切丝造碎较大, 填充值降低若轻压梗后再切，成丝率高，造碎小，填充值 增大但此时切出的梗丝截面积过大，特别是长梗丝在卷制 中易形成烟丝填充值不均的状况，且膨胀后其燃烧性大大提 高，也易使烟支燃烧不均匀一般认为切梗角度以20-30切丝水分在适宜的湿度下切梗能得到较大的填充值, 在湿度较高和湿度较低的情况下切出的梗丝，梗丝膨胀后填 充值都较小，一般认为切梗水分在25%-35%之间比较合适二次切丝用复切式制梗丝法加工的梗丝在卷烟烟支中的分 布均匀性最好，并且烟支吸阻和烟气焦油量较低，较好地解 决了以往梗丝尺寸过大、影响掺配均匀度和卷烟感官质量的 问题虽然复切式制梗丝工艺较直接切梗丝工艺的损耗略高, 但由于烟梗的成本相对较低，其损耗的增加幅度微乎其微， 如果从提高卷烟生产的稳定性、达到用较少投入生产高质量 产品的目的的要求来看，复切式制梗丝工艺整体上优于直接 切梗丝工艺。
5、烘丝烘丝前的含水率烟草像其它植物一样， 是一种纤维状结构的毛细管组织木质纤维吸湿体积膨胀， 当干燥时其体积就会收缩多数研究者指出，开始收缩的这 一点是纤维饱和点大多数植物的纤维饱和点的含水率为28%烟梗的纤维饱和点的含水率一般为35 %-38%,此时烟 梗纤维体积最大当烟梗含水率低于纤维饱和点的含水率时 烟梗开始收缩，所以，膨胀梗丝烘丝前梗丝最佳含水率理论上为35%-38%表4不同梗丝宽度卷烟烟气分析结果表5切梗角度与填充值的关系烘丝工艺对填充值的影响在烘梗丝工序中，高温高湿的空气介质是梗丝快速干燥的重要条件H T流化床流出的梗 丝在10 oc以上的高温下，其组织内部的水已呈沸腾状态， 再进入120-150C高温气流中，梗丝表面水分在极短的时间 内全部蒸发，与此同时在高温和蒸汽压力差的作用下，梗丝 内部吸附水份迅速向组织表面运动在此过程中，梗丝组织 内部的毛细管和细胞由于水分子剧烈运动而被扩大，又由于 脱水过程相当短，而使扩大后的形态固定，从而完成梗丝膨 胀的全过程影响烘后梗丝填充值的因素包括筒壁蒸汽压力、 热风温度进风风量 排潮风量和滚筒转速烘丝筒的转速： 滚筒转速对梗丝填充值的影响不太明显。
在一定范围内，适 当提高滚筒转速，可减少梗丝与筒壁接触时间，减轻梗丝的 收缩，有利于提高填充值烘丝筒的温度：在一定范围内，no筒温升高，梗丝卷曲度增大，从而使填充值增大但筒温过 高，梗丝易烤焦，且梗丝组织细胞收缩僵化 弹性下降 碎 丝率增大筒温过低，则脱水速度减慢，填充值亦低热风 风量与排湿能力：在热风温度恒定的情况下，随着风流量的 增大，梗丝干燥速度加快排湿能力过高而空气含湿量过低, 则梗丝易烤焦 变黑，并产生大量的梗末，甚至出现火星,膨胀效果差；若排湿能力过低，空气含湿量过高，则梗丝脱水速度减慢，烘后梗丝因含水率过高，填充值降低因此，适当增加热风风量，减少排湿能力，使烘筒内保持较高的湿 度，可减少梗丝在干燥过程中的收缩6、蒸汽温度与压力 对膨胀效果的影响温度是影响烟梗膨胀的重要因素之一，通 过提高温度，使梗丝组织膨胀开来，实验证明每升高10 C, 梗丝填充值升高0.2 5-0. 28cm3o蒸汽压力升高可促进梗丝 组织结构的疏松，使水分迅速渗透，体积增大，柔韧性增加 根据热力学原理，在梗丝膨胀塔内，蒸汽压力越高，系统内 的温度越高梗丝细胞内部的水份迅速向外部转移并汽化, 使梗丝体积迅速膨胀，膨胀后的梗丝水份为1 4%左右。
若蒸 汽压力低，则温度也低，梗丝膨胀效果较差由此可见，蒸 汽压力也是影响梗丝膨胀效果的最重要因素，在适当的范围 内，蒸汽压力越高，膨胀效果越好但是若能使梗丝膨胀温 度降低，又能取得较好的膨胀效果，将大大节约热源，这一 问题有待于作进一步的探讨梗用添加剂仁常规加料梗丝 在燃吸时香气淡薄，杂气 木质气重、刺激性较大与烟叶 相比，烟梗类物质主要由纤维素、半纤维素 木质素等大分刺激性大以及余味欠舒适通过加料处理可子量的化合物组成因而在燃吸时烟味淡薄，杂气、木质气 重，烟气粗糙，以抑制木杂气，降低刺激性，改善余味，协调烟香常规加料有如下分类掩杂、减刺、矫味剂该类原料很多，结合梗丝除杂、减刺、增香的要求，经多次试验，我们发现有机酸类的作用最显著经有机酸的混合液处理不同类型的梗丝， 均可起到较好地减刺除杂的作用除了有机酸外，在试验过 程中还发现一些新型的甜味剂，对于减刺减杂，矫味的效果也十分明显如：在料液中增加0.02%的二甲基烟叶酮，不 但能大大地降低了木质类杂气，而且可使主流烟气产生清甜 的香气和香味，使余味更纯净和舒适增香剂选用天然的烟 草提取物，能弥补梗丝本身烟香不足的缺陷，添加后，与烟 香协调，赋烟香予天然感。
保润剂加入保润剂，既可减少空 气湿度对梗丝的影响，增加梗丝的持水力、弹性和韧性，又可降低燃吸时的灼口感大多选用多元醇作为保润剂2、 特殊加料特殊加料选用不同的比例调配成的料液要能克服 梗丝对燃吸品质的不良影响，能增强梗丝的香气、吸味、改 善余味减轻杂气 减小刺激，而且经加料处理后的梗丝。