探索烟丝含水率快速测定方法

摘 要：成品烟丝含水率控制是烟草加工企业十分重要的环节，在线水分仪精度校准需按卷烟国标规定的“标准烘箱法”进行。当新品牌试样、配方调整、季节性投产时，“标准烘箱法”测定时间（3h-4h）过长，不能满足整批次烟丝水分控制的需求，对参数调整的指导性滞后。文章通过方案对比、质量屋、试验设计等，对成品烟丝含水率的快速测定方法进行研究，形成一套“快速烘箱法”操作流程。

关键词：烟丝含水率；试验设计；快速烘箱法

TM710e型在线红外水分仪为目前国内卷烟生产的主力在线水分测定仪器，能够实现生产过程中烟叶、烟丝含水率的快速测定。按卷烟国标规定，在实际使用过程中，需对TM710e水分仪的测量精度进行校准。校准周期从取样、制样、烘制、冷却、称重、计算到修正环节耗时约3.5小时。校准周期较长，不能满足整批次烟丝水分控制的需求，对过程参数调整的指导性滞后。参考食品行业对淀粉、大米中含水率的测定方法，特进行本次研究，以找出快速测量成品烟丝含水率的参数、方法及流程。

1 测定原理对比

（1）标准烘箱法测定含水率的原理：利用水分受热气化的性质，将样品处于100℃条件下干燥2小时，使烟丝中水分蒸发出来。

（2）快速测定含水率的原理：通过提高烘箱温度的方法，来缩短干燥处理时间，同时使烟丝中水分气化散失与标准烘箱法尽量一致，从而用最短的时间测定出烟丝的含水率。

2 试验材料和方法

（1）试验材料：利群（新版）成品烟丝。

（2）试验方法：通过“质量功能展开”工具，展开对烘箱参数的分析，找出影响快速烘箱法准确性的工艺参数。随后通过“响应曲面优化”及“噪音因子控制”进行参数优化及控制。最后形成“快速烘箱法”操作流程。

3 试验实施

3.1 选择参数

采用“零部件展开”阶段的质量功能展开，将“方法要求”作为质量屋的左墙，将“可调特性”作为天花板，展开对烘箱参数的分析，如图1所示。

根据质量屋，烘箱方法所涉及的温度、风速、样品重量、烘制时间、箱内烘制位置、样品平铺六个影响因素的“工艺参数的重要度hj”表现分别为87、69、24、87、21、28，其中温度（℃）、风速（%）和烘制时间（min）重要度更强。因此，将该三参数纳入参数优化，将其余参数进行噪音控制。

3.2 参数设计

为进行参数优化，需将噪音变量固化，减少其对试验结果的影响。噪音变量固化方式为：样品重量――采用标准取样手法，约10g左右；箱内放置位置――烘箱中层，居中；样品平铺――30×20（cm）样品盘，全面积平铺。

因所选参数是三个连续型变量，响应变量应是与标准烘箱法得出的水分差异值，快速法与标准法必须一一对应，属于破坏性试验，且是望小指标。因此，采用响应曲面设计，并分两步进行试验：第一阶段，用最速上升法寻找试验的最优区域；第二阶段，在已确认的最优区域的范围内进行响应曲面试验。

第一阶段：最速上升法

采用最速上升法，根据标准烘箱法与快速烘箱法的差值（y%）来调整工艺参数，寻找最优区域。试验结果如表1、图2所示。

如图2，试验4-7为试验最优区域，可以在该区域内采用响应曲面设计，寻找最优参数。

第二阶段：中心复合表面设计

我们对试验数据进行分析，调整不显著项后试验结果如图3。

对“中心复合表面设计”试验结论进行分析：回归项P值为0，判定模型总体有效；拟合R-sq与修正后较为接近；残差正常；温度、风速、烘制时间均与水分差值y呈负相关；温度有二次方影响。接下来通过响应优化器选择最优值，如图4所示。

根据响应优化器及曲面图，确定最优工艺参数为：温度=120℃、风速=100%、烘制时间=6min，该组参数的复合合意性为1。

4 流程标准化

（1）开启烘箱，设定120℃，预热。

（2）取样――标准取样手法，约取10g；纪录水分仪显示值Y。

制样――快速称重（M0），平铺至样品盘。

烘制――烘箱中层，居中，6min。

（3）称重――快速称重（Mi）

计算――计算“快速烘箱法”水分值Y'

Y'=（Mi-M0）/Mi*100%

（4）调整――校准水分仪（r）

r=r0+（Y-Y'）*0.618；其中，r0为水分仪原斜率。

参考文献

[1]朱尊权，郁源培，孙瑞申，等.卷烟工艺[M].郑州：河南科学技术出版社，2002.

[2]马林，何桢.六西格玛管理[M].北京：中国人民大学出版社，2004.

[3]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[S].中央文献出版社，2003.

[4]于建军，等.卷烟工艺学[M].中国农业出版社，2009.

作者简介：陈兴旺（1974，5-），男，汉族，四川省绵阳市人，四川中烟绵阳卷烟厂，产品维护员，助理工程师，现主要从事卷烟产品维护及制丝工艺相关工作。

喻刚（1987，8-），男，汉族，河南省信阳市人，四川中烟绵阳卷烟厂，工艺管理员，中质协注册六西格玛黑带，工学学士，现主要从事烟草加工工艺相关工作。