箱装烟叶高频-脉动真空杀虫防霉装备及工艺研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 02 月 06 日 作者简介:王慕昊(1973),男,汉族,河南郑州人,山东中烟工业有限责任公司,研究方向:烟草养护。-118-箱装烟叶高频-脉动真空杀虫防霉装备及工艺研究 王慕昊 戴由宗 李 昊 雷登文 李俊(通讯作者)山东中烟工业有限责任公司,山东 济南 250014 摘要:摘要:为有效防止真空环境中高频加热时出现辉光放电,避免对烟叶本身造成损害,本研究对箱装烟叶高频-脉动真空杀虫防霉装备进行重新设计。将高频加热腔体与真空腔体分段装配,二者通过辊台连接以确保可实现连续式生产,在此基础上开展装备验证试验。结果表明:烟叶温度加热 20min
2、 后通过脉动真空辅助可有效降低烟叶水分,加热 26min 后通过脉动真空辅助可有效杀灭各形态的虫和虫卵。经感官评吸结果表明该技术处理可有效提升吸食口感,同时对外观品质无显著影响。关键词:关键词:高频;脱水防霉;杀虫;烟叶养护 中图分类号:中图分类号:TS210.4 0 引言 据国家烟草专卖局数据统计,2022 年,我国烟草行业税利总额超 1.4 万亿元1。随着烟草工业和加工的发展,对烟叶原料质量、结构和安全的要求也越来越高2。烟叶原料是关乎烟草生产安全稳定的战略性物资,我国每年储存的烟叶达 200 万吨以上3。复烤后的烟叶还需要 11.5 年的储藏醇化周期,但由于烟叶中含有碳水化合物、含氮化合
3、物、含氮杂环化合物、有机酸、酚类化合物、色素等适宜微生物生长的营养物质,当烟叶中的水分含量较高(高于 13%)时,在温度适宜的情况下微生物开始利用烟叶中的营养物质和水分进行繁殖,最终导致烟叶发生霉变3,4,5。此外,烟叶在储藏期间极易受到烟草甲和烟草粉螟等害虫的侵袭,进而导致叶片结构受损、品质下降。为应对上述问题,研究人员和烟草生产企业采用多种物理、化学和生物手段开展防霉杀虫技术攻关。将烟叶含水率控制在安全水分以下是行之有效的防霉技术,目前以倒库、通风和套袋为主,但一定程度上影响了烟叶的醇化进程6。化学熏蒸杀虫是目前应用最广泛的烟草杀虫技术,常用的化学熏蒸药剂有磷化氢、溴甲烷等,但该技术对环境
4、和烟叶造成不可逆的污染,并对人体造成极大的安全隐患,而害虫随时间推移产生的抗药性使得该方法逐渐失效7。考虑到微生物和害虫的生长繁衍与氧气密切相关,烟库管理人员用聚丙烯等材料的薄膜将片烟烟箱密封包裹后,通过抽真空或充入氮气8的方式有效降低烟箱内部的氧气浓度,最终抑制好氧性霉菌繁殖和害虫的存活;该方法可同步实现防霉、杀虫处理,具有操作便捷等优势而在片烟仓储防霉杀虫领域广泛应用9,10;但该方法延缓了烟叶的醇化进程,且在一定程度上。生物防治是借助天然获取或人工提取的有益菌或植物提取物实现霉菌防治,但因其具有极高的技术壁垒,该方法仅存在于实验室环境中。微波作为一种介电加热技术,在农 产品杀虫杀菌领域获
5、得广泛的技术认可,研究人员曾将该技术应用于松散烟叶的虫害防治,当处理温度高于 65时,虫卵灭杀效果可达 100%11。由于微波杀虫为纯物理性的杀虫手段,对环境、人体均友好,在未来的烟草工业中具有极大的应用前景12,但受限于波长较短、穿透深度较低(小于 10cm),无法满足箱装烟叶的生产要求。高频加热原理与微波加热类似,但由于其具有更低的频率和更长的波长,高频能量在箱装烟叶中的穿透深度可达 1.3m 以上,因此可满足烟叶储藏醇化周期内的杀虫防霉热处理过程。项目团队已根据高频加热对片烟主要化学成分的影响规律开展初步探索,结果表明:高频加热至 45时对片烟内氮碱类、糖类和钾离子等营养物质影响较小13
6、。在此基础上,本研究融合防霉和杀虫工艺,设计制造了一套高频-脉动真空防霉杀虫装备并开展设备性能检测试验,为该技术在烟草行业的应用提供了技术指导。1 装备设计简介 1.1 装备整机介绍 中国科技期刊数据库 工业 A-119-本研究所设计制造的片烟高频-脉动真空防霉杀虫装备为避免真空环境下极易出现的辉光放电效应,将高频加热腔体与真空腔体分离;从另一角度考虑,分离式设计可以实现多条加热线并联以提升单批次处理效率,实现防霉杀虫处理的连续式作业,从而满足实际生产需求。该设备总装机容量 60 kVA,最大输出功率 50 kW,高频发生器标称震荡频率为 13.56 MHz,极限真空度 0.009 MPa。内
7、部设置有两块垂直极板,配备有光纤温度传感器,单批次处理量 2 箱。1.2 结构与功能 该设备结构与功能详细介绍如下:加热腔体:防霉处理时,高频电磁场根据物料含水率选择性地加热受潮部位烟叶,在相同处理时间内使该部分烟叶温度显著高于烟叶含水率较低部位;杀虫处理时,由于虫害常爆发于水分含量较高的部位,因此可有效加热该部位。腔体内两块竖直安置的极板分别设于两侧,另一端则与射频输出模块相连,用于向待加热烟箱提供高频电磁场。真空腔体:防霉处理时,真空腔体内压力脉动变化的真空环境可高效作用于加热后的整箱烟叶,使得受潮部位多余的水分被快速脱除;杀虫处理时,真空环境可有效抑制成虫和幼虫的呼吸作用,并脱除虫卵内用
8、于生长繁殖的水分;真空腔体内压力由真空泵组提供。真空泵组:为满足真空腔体处理效率和真空度要求,选择水环式真空泵与罗茨泵构成真空泵组,以-0.07 MPa 为界,低于该真空度后罗茨泵启动。输送辊台:前存储辊台和导向辊台用于将烟叶从上料位置输送至加热腔体,中间存储辊台用于将加热后的烟叶从加热腔体输送至真空腔体。2 材料与方法 2.1 试验材料 试验所用箱装烟叶由山东中烟工业济南卷烟厂提供,为验证设备防霉处理效果,选择库中由于梅雨季节、长途运输等外界因素而局部受潮的烟叶,烟箱尺寸为 1136 mm725 mm720 mm(长宽高)。杀虫试验所用烟草甲(Lasioderma serricorne)成虫
9、、幼虫和虫卵由郑州烟草研究院提供。2.2 防霉试验流程 根据山东中烟工业有限公司济南卷烟厂气候环境和仓储烟叶贮存情况,制定本次试验防霉处理工艺:综合考虑烟叶品质和脱水速度,防霉试验时烟箱内加热最高温度分别设置为 40、45、50 和 55,当受潮部位烟叶温度到达设定温度后辅以脉动真空处理:先行降压至-0.095MPa 时停止降压,保持 23min 后升至-0.04MPa,保持 23min 后降压再至-0.095MPa,如此循环 23 次后停止真空处理,卸压、开门、卸料。2.3 杀虫试验流程 烟箱中的虫害主要爆发于箱盖一侧,由表面向下30 cm 范围内。为贴合实际生产情况,将成虫、幼虫和虫卵各
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