基于DOE分析法的打叶复烤长梗得率工艺优化

摘要 ［目的］优化打叶复烤长梗得率工艺，提高烟草打叶复烤长梗得率。［方法］以陕甘产区的中部烟配打模块为供试材料，以打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速为研究对象，采用全因子试验设计及DOE，探索打叶流量、三打打辊转速和四打打辊转速对长梗得率的影响，并构建相应的数学回归模型。［结果］打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速3个因子主效应及打叶流量与三打打辊转速间的交互作用对长梗得率均有显著影响，而打叶流量与四打打辊转速间的交互作用、三打打辊转速与四打打辊转速间的交互作用对长梗得率均没有显著影响。长梗得率与打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速及打叶流量与三打打辊转速间的交互作用四者间存在有效的回归模型。最优的指标参数为打叶流量9 500 kg/h、三打打辊转速650 r/min、四打打辊转速750 r/min，平均长梗得率达到最大值15.285 0%，合意度最好。［结论］长梗得率与打叶流量、三打打辊转速和四打打辊转速存在一定的回归关系，通过回归关系确定了最佳长梗得率的打叶流量、三打打辊转速和四打打辊转速指标参数。

关键词 烟草；DOE分析法；打叶流量；三打打辊转速；四打打辊转速；长梗得率

中图分类号 TS 44+3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）20-0163-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.040

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Optimization of Long Stem Yield in Tobacco Leaf Processing Based on DOE Analysis Method

GUAN Sai-sai， XU Hong-yu， WANG Zi-zhong et al

（China Tobacco Gansu Industrial Co.， Ltd.， Lanzhou， Gansu 730050）

Abstract ［Objective］ In order to optimize the process of long stem yield and improve the long stem yield in tobacco leaf processing. ［Method］ Taking the middle leaf of Shaanxi-Gansu flue-cured tobacco as test materials and taking flow rate， three beating roller speed， four beating roller speed as the objects， by the principle of full factor experiments and DOE analysis method， mathematical regression models between long stem yield and flow rate， three beating roller speed， four beating roller speed were constructed. ［Result］ The results showed that： flow rate， three beating roller speed， four beating roller speed and interaction of flow rate with three beating roller speed had significant influence on the long stem yield， the interaction of flow rate with four beating roller speed and the interaction of three beating roller speed with four beating roller speed had no significant influence on the long stem yield. There was an effective regression model between long stem yield and flow rate， three beating roller speed， four beating roller speed and interaction of flow rate with three beating roller speed. When flow rate was 9 500 kg/h， three beating roller speed was 650 r/min， and four beating roller speed was 750 r/min， the average long stem yield reached the maximum value of 15.285 0% and the best. ［Conclusion］ Comprehensive comparison suggested that there is a certain regression relationship between long stem yield and flow rate， three beating roller speed， four beating roller speed， the optimal parameters of flow rate， three beating roller speed， four beating roller speed for long stem yield were determined through the certain regression relationship.

Key words Tobacco;DOE analysis method;Flow rate;Three beating roller speed;Four beating roller speed;Long stem yield

长梗不仅是烟草工业企业打叶复烤回收的副产品［1-2］，还是制造卷烟的重要原料［3］，优化烟草打叶复烤长梗得率工艺，提高烟草长梗得率，能够增强烟草工业企业长梗保障能力。范兴等［4］研究发现，长梗糖的质量分数偏高，呈现高钾、低碱、低木质素的特点。李炎强等［5］研究发现，烟梗中的醛类物质中性香味成分约是叶片的2.31倍。祁林等［6］研究发现，随着梗丝长度缩短，挥发性有机酸总量呈线性升高趋势，挥发性致香物质及两类挥发性化学物质总量呈逐渐升高的抛物线形变化趋势。在烟叶打叶复烤过程中，长梗质量受多种因素影响，肖雷雨［7］研究发现，为了提高打叶后的长梗率，中下部叶适当降低打叶机转速，上部叶适当提高打叶机转速。刘利锋等［8］研究发现，7.62 cm框栏下的长梗率较8.89 cm框栏略有提高。白寅良等［9］研究提出了一套提升打叶复烤成品长梗率的关键参数模型，提升成品长梗率。梁淼等［10］研究发现，长梗率随筛分片烟尺寸减少逐级降低。孙承顺等［11］研究发现，把叶分离后长梗率平均增幅达2.4%。孙革等［12］提出了一种打叶复烤线全悬浮式流量控制方案，准确控制了打叶复烤烟叶流量。但通过单个工艺参数调控长梗得率，作用有限。近几年，甘肃烟草工业有限责任公司采购的长梗供不应求，为了进一步提高长梗的自给水平，笔者通过全因子试验设计，分析长梗得率与打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速间的关系，研究多个工艺参数对长梗得率的影响，优化打叶复烤长梗得率的工艺，旨在为适宜长梗得率下打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速最优参数的确定提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

供试材料为陕甘产区的中部烟配打模块（陕西C3L-AB等级烟叶和甘肃C3L-AB等级烟叶）。试验于2021年在咸阳烟叶复烤加工生产线进行，甘肃烟草工业有限责任公司2020年度陕甘产区中部烟模块的平均长梗得率为13.83%。

1.2 试验设计

采用全因子试验设计，甘肃烟草工业有限责任公司的打叶复烤人员和咸阳烟叶复烤有限责任公司人员根据打叶复烤经验，共同分析选择了与长梗得率密切相关的3个试验因子及因子水平，即打叶流量（高水平9 500 kg/h、低水平8 500 kg/h）、三打打辊转速（高水平750 r/min、低水平650 r/min）、四打打辊转速（高水平850 r/min、低水平750 r/min），做3因素2水平全因子试验，以长梗得率为响应变量，设置打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速3个因子，安排4个中心点，共12个试验处理（即23+4），各因子相应的水平设计如表1所示。

用MINITAB16.0软件对试验处理进行随机化试验排序［13-14］，结果如表2所示。

1.3 测定指标及方法

每个处理设置1个生产班次，在烟叶打叶复烤过程中，每个生产班次在预回潮工序前统计投烤原烟过磅质量，在烟梗包装工序收集长梗，并对其进行称重，计算长梗得率。

Y=G1G2×100%（1）

式（1）中：Y为长梗得率（%）；G1为长梗质量（kg）；G2为投烤原烟质量（kg）。

1.4 统计分析

用MINITAB16.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 拟合选定模型

试验以长梗得率为响应变量，分析打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速3个因子对长梗得率的影响，结果见表3。

通过MINITAB16.0软件对试验结果数据进行模型拟合，保留显著项打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速3个因子主效应，打叶流量与三打打辊转速交互效应，剔除不显著项打叶流量与四打打辊转速交互效应、三打打辊转速与四打打辊转速交互效应，综合可得打叶流量、三打打辊转速、四打打辊转速对长梗得率影响的回归模型为：

Y=14.535 0+0.458 7×X1-9 000500-0.298 8×X2-70050-0.136 2×X3-80050+0.143 8×X1-9 000500×X2-70050（2）

式（2）中：Y为长梗得率；X1为打叶流量；X2为三打打辊转速；X3为四打打辊转速。

2.1.1 分析评估回归的显著性。回归显著性能通过主效应、失拟项和弯曲项的P值衡量。若主效应P值大于0.05，说明回归模型总体无效；失拟项的P值小于0.05，说明模型缺失重要项；弯曲项的P值小于0.05，说明模型中自变量因子需进行变换［13-14］。由表4可知，主效应P=0.000，小于0.05，说明回归总效果是显著的；弯曲项P=0.77 大于0.05，可以认为该数据并无弯曲现象；失拟项P=0.676，大于0.05，可以认为回归并无失拟现象。综合以上分析，说明回归模型有效。

2.1.2 分析评估回归的总效果。确定系数（R-Sq）及调整的确定系数能够衡量拟合的总效果［13-14］。由表5可知，R-Sq 和R-Sq调整、R-Sq和R-Sq预测之间的差距较小，且R-Sq调整为93.32%，说明回归效果较好；3个因子主效应、打叶流量与三打打辊转速交互效应的P值均小于0.05，说明这些效应在统计上是显著的，表明模型整体效果较好。

2.1.3 分析评估回归各项效应的显著性。由表5可知，打叶流量项、三打打辊转速项、四打打辊转速项、打叶流量与三打打辊转速交互效应项的P值均小于0.05，说明回归模型中的3个自变量因子效应、打叶流量与三打打辊转速交互效应均是显著的，模型整体效果较好。