煙葉是卷煙生產(chǎn)的原料，其物理特性對貯存工藝、煙葉加工、卷煙配方設(shè)計等均有極其重要的影響，是煙葉品質(zhì)、加工性能及經(jīng)濟性的關(guān)鍵評價指標(biāo)［１-４］．煙葉的力學(xué)特性不僅是其主要物理特性之一，也是判斷煙葉耐加工性能的重要依據(jù)［５］．為使煙葉耐加工性能達(dá)到最佳狀態(tài)，需要對煙葉的相關(guān)力學(xué)特性進行研究．目前，關(guān)于煙葉力學(xué)特性的研究主要集中在煙葉拉力［６］、抗張強度［７-８］、抗破碎指數(shù)［９ -１１ ］等與煙葉品質(zhì)的相關(guān)性分析方面．隨著卷煙加工工藝水平的不斷提高，相關(guān)技術(shù)人員創(chuàng)新了研究方法，通過質(zhì)構(gòu)儀建立了煙葉柔軟性［１２］、黏附力［１３ －１４］、穿透力［１５-１６］、剪切力［１７］及質(zhì)構(gòu)特性［１８］等煙葉力學(xué)特性檢測方法，豐富了煙葉力學(xué)研究的內(nèi)容．

質(zhì)構(gòu)儀又稱物理特性測試儀，主要通過模擬人的觸覺對樣品進行檢測分析，是一種精確的感官量化測試儀器［1９］．質(zhì)構(gòu)儀操作簡單科學(xué)，不受人為因素干擾，檢測靈敏度高，不僅可對樣品的主要物理特性做出數(shù)據(jù)化的表述，還能有效解釋樣品在儲藏、運輸及加工過程中的物性變化．目前，利用質(zhì)構(gòu)儀對煙葉力學(xué)特性進行檢測尚處于發(fā)展階段，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，就質(zhì)構(gòu)儀在煙葉力學(xué)特性檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行綜述，并指出存在問題及今后的發(fā)展方向，旨在為豐富煙葉力學(xué)特性研究內(nèi)容、有效提高卷煙原料利用率等提供理論依據(jù)．

１　質(zhì)構(gòu)儀在煙葉力學(xué)特性檢測中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的煙葉力學(xué)特性檢測指標(biāo)包括煙葉拉力、抗張強度、延伸率等，但這些指標(biāo)主要通過拉伸煙葉檢測其縱向延伸作用力，而煙葉在實際運輸、加工過程中的受力是多方面的，這在一定程度上限制了煙葉相關(guān)力學(xué)特性的研究及其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用［２０］．近年來，利用質(zhì)構(gòu)儀檢測煙葉的力學(xué)特性已逐漸成為評價煙葉耐加工性能的重要技術(shù)手段．

１.１　煙葉柔軟性檢測

柔軟性是指生物體與非生物體在力的作用下可彎曲的性能［２１］，它能客觀反映物體的柔軟程度，屬于物體的一種物理特性．煙葉的柔軟性與煙葉外觀品質(zhì)、物理特性、化學(xué)成分均顯著相關(guān)，可作為判斷煙葉品質(zhì)好壞的重要依據(jù)［２２］．

傳統(tǒng)的煙葉柔軟性檢測多采用眼觀、手摸等感官評價方法，這些方法耗時耗力、檢測效率低，且無法量化煙葉的柔軟程度，具有一定的主觀性和不確定性．為進一步精確評價煙葉柔軟性，徐向麗等［２３］借鑒紙張柔軟性檢測方法對不同等級的烤煙進行柔軟性檢測，結(jié)果表明，該方法所測煙葉的柔軟性與其外觀品質(zhì)鑒定結(jié)果的吻合度達(dá)９０．１ ９％以上，可用于評價煙葉的柔軟性．王亮等［２４］在研究細(xì)小纖維對造紙法煙草薄片基片物理性能的影響時，利用柔軟度儀檢

測基片的共振挺度以表征其柔軟性，結(jié)果表明，隨著細(xì)小纖維平均長度的降低，基片共振挺度上升，即柔軟性變差．占俊文等［２５］為明確烤煙柔軟性與煙葉外觀品質(zhì)的關(guān)系，利用柔軟度儀檢測了４８０ 份取自江西省的烤煙樣品的柔軟

性，并評定了其外觀品質(zhì)，結(jié)果表明，煙葉柔軟性與顏色、油分、色度呈極顯著正相關(guān)，與成熟度、葉片結(jié)構(gòu)、身份、總分呈極顯著負(fù)相關(guān)．

質(zhì)構(gòu)儀可模擬抓握過程，真實反映人手對樣品整體柔軟程度的感知．沈進等［１２］依據(jù)這一原理，利用質(zhì)構(gòu)儀建立了再造煙葉柔軟性檢測方法，研究結(jié)果表明，國內(nèi)外不同造紙法再造煙葉的柔軟性差異顯著，該方法可用于評價造紙法再

造煙葉的柔軟性．相較于傳統(tǒng)的感官評價方法及柔軟度儀檢測方法，質(zhì)構(gòu)儀操作簡單、方便，檢測結(jié)果更準(zhǔn)確，更能整體把握樣品的柔軟性［２６］．

１.２　煙葉黏附力檢測

煙葉黏附力主要指煙葉細(xì)胞內(nèi)溢出的、具有黏性的液體或半液體脂類等大分子物質(zhì)附著于煙葉表面的能力［５］．煙葉黏附力與其含水率、環(huán)境溫度密切相關(guān)，且隨含水率、環(huán)境溫度的上升呈先增大后減小的趨勢，通過分析煙葉黏附力與其含水率、環(huán)境溫度的關(guān)系，可為打葉復(fù)烤過程中打葉水分、溫度的設(shè)定提供數(shù)據(jù)支撐［２７-２８］．張玉海等［１ ４］利用質(zhì)構(gòu)儀的圓柱形探頭，以4500ｇ 的力對煙葉進行壓縮測試，通過分析所得曲線參數(shù)建立了煙葉黏附力的檢測方

法．胡夢巖等［１３］為表征再造煙葉的表面黏性，利用質(zhì)構(gòu)儀建立了再造煙葉黏附力的檢測方法，為提高再造煙葉的加工性提供了參考．婁元菲等［２９］分析了３個地區(qū)主栽烤煙品種的黏附力，研究結(jié)果表明，河南許昌中煙１ ００ 的黏附力最小，福建三明翠碧１ 號的黏附力較大，綜合煙葉黏附力和其他力學(xué)檢測指標(biāo)，最后得出福建三明翠碧１ 號煙葉身份中等至略厚，煙葉持水能力略強，煙葉韌性較好．這與徐波等［３０］的研究結(jié)果一致．

煙葉黏附力還能體現(xiàn)煙葉的油分，其值越大表明油分越充足．有研究指出，煙葉油分含量與煙葉品質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系，可通過煙葉黏附力判斷煙葉油分，進而判斷煙葉等級［３１ ］．瑜奇?zhèn)サ龋郏常玻堇觅|(zhì)構(gòu)儀比較了不同等級煙葉的黏附力差異，結(jié)果表明，黏附力最大的煙葉等級均為Ｃ１ Ｆ，最小分別為Ｂ４Ｆ 和Ｘ４Ｆ．無論是天然煙葉還是造紙法再造煙葉，質(zhì)構(gòu)儀均能精確客觀地評價其黏附力大小，檢測結(jié)果與煙葉油分、水分、等級等密切相關(guān)，可更好地指導(dǎo)煙葉工業(yè)加工，但該方法較為耗時，對樣品水分、溫度的要求也較高．

１.３　煙葉穿透力、拉力和剪切力檢測

穿透力是煙葉力學(xué)檢測指標(biāo)的重要反映，可為煙葉加工過程中的造碎提供數(shù)據(jù)支持．拉力和剪切力是指煙葉在一定水分條件下被拉伸、剪切至斷裂時所能承受的最大外力，可通過質(zhì)構(gòu)儀的拉伸、剪切模式進行檢測［３３］．煙葉的穿透力、拉力是反映煙葉韌性的重要指標(biāo)，與煙葉的成熟度密切相關(guān)，成熟度好的煙葉，穿透力、拉力較大，柔韌性較好，煙葉的耐打性也越好；煙葉的剪切力則反映煙葉結(jié)構(gòu)的疏松程度，與煙葉厚度密切相關(guān)，煙葉越厚、越緊密，其剪切力越大［３０］．

中國煙草總公司鄭州煙草研究院［１５］依據(jù)煙葉物理特性的差異，利用質(zhì)構(gòu)儀對煙葉樣品進行穿刺實驗，建立了煙葉穿透力的檢測方法．瑜奇?zhèn)サ龋郏常玻堇觅|(zhì)構(gòu)儀研究煙葉各部位的穿透力、拉力和剪切力，發(fā)現(xiàn)煙葉穿透力、拉力、剪切力與煙葉部位的差異均達(dá)到顯著水平，其中，上部煙葉較中部煙葉和下部煙葉的差異更明顯．剪切力也是再造煙葉重要的力學(xué)特性之一．張玉海等［１７］利用質(zhì)構(gòu)儀對造紙法再造煙葉剪切力與其切絲過程的關(guān)系進行了研究，發(fā)現(xiàn)垂直纖維剪切力與切絲刀棍電流呈顯著正相關(guān)關(guān)系，是影響切絲性能的重要因素．張玉海等［３４］利用質(zhì)構(gòu)儀對造紙法再造煙葉進一步研究發(fā)現(xiàn)，造紙法再造煙葉的剪切力、拉力與其真密度、截面纖維形態(tài)密切相關(guān)：真密度越大，再造煙葉內(nèi)部空隙容積越小、結(jié)構(gòu)越緊實，拉力、剪切力越大；而剪切力、拉力較大的再造煙葉截面形態(tài)不平整，粗條纖維明顯，纖維之間相互纏繞．

煙葉原料打葉特性是其自身力學(xué)特性的綜合反映，利用質(zhì)構(gòu)儀檢測量化煙葉的穿透力、拉力和剪切力，可為打輥轉(zhuǎn)速等打葉工藝參數(shù)的設(shè)定提供依據(jù)［２９］，然而，拉力、剪切力的檢測方法對樣品大小、形狀要求較高，可能無法適用于煙片處理工段，可重新對探頭選型，探究適用于較小尺寸結(jié)構(gòu)煙葉的探頭．

１.４　煙葉質(zhì)構(gòu)檢測

ＴＰＡ測試又稱兩次咀嚼測試，是食品中通用的質(zhì)構(gòu)測試方法，通過對樣品進行兩次壓縮測試，描繪出ＴＰＡ 測試力－時間曲線圖，如圖１ 所示［３５ －３６］．

由圖１ 可以分析質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)，煙葉質(zhì)構(gòu)指標(biāo)主要包括硬度、黏聚性、咀嚼性、回復(fù)性．其中，硬度可以反映煙葉的堅實度，是第一次下壓時的最大峰值；黏聚性在圖形上表示為Ａ２ 面積與Ａ１ 面積的比值，反映樣品在經(jīng)過第一次壓縮后對第二次壓縮的抵抗能力，即煙葉葉肉或主脈抵抗受損并使結(jié)構(gòu)保持完整的性質(zhì)；咀嚼性在數(shù)值上用膠著性與彈性的乘積表示，反映了煙葉對咀嚼的持續(xù)抵抗性；回復(fù)性是樣品在第一次被壓縮過程中所釋放的彈性能與所耗能之比，在圖形上用Ａ５ 面積與Ａ４ 面積的比值表示，主要反映煙葉的回彈能力［３７－３８］．

煙葉質(zhì)構(gòu)與其組織結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、內(nèi)在成分及可用性密切相關(guān)，是品質(zhì)評定的重要構(gòu)成因素．武圣江等［３９］利用ｐ／５０ 柱形探頭，在測試速度和測后速度均為１ ｍｍ／ｓ，變形量為５０％，目標(biāo)值為２０ ｍｍ，觸發(fā)力為１ ０ ｇ 的條件下，對煙葉進行ＴＰＡ 測試，并結(jié)合烘烤過程中煙葉的色度變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在變黃期３８ °Ｃ 左右合理調(diào)控烘烤期間的環(huán)境，可使煙葉葉片的各種成分和關(guān)鍵指標(biāo)朝著設(shè)定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化，從而改善煙葉的外觀和內(nèi)在品質(zhì)．宋朝鵬等［４０］利用質(zhì)構(gòu)儀對烤煙細(xì)胞在烘烤過程中生理和質(zhì)地變化的研究表明，在烘烤過程中，煙葉果膠酯酶和纖維素酶會水解細(xì)胞壁物質(zhì)，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞，煙葉質(zhì)地軟化，硬度、咀嚼性和回復(fù)性等值隨之降低．該結(jié)果與張譯丹等［４１］對烘烤過程中煙葉表皮微形態(tài)特征電鏡掃描結(jié)果一致：隨著烘烤的進行，腺頭細(xì)胞皺縮，所含黏性物質(zhì)進一步溢出，煙葉質(zhì)地變軟．

利用質(zhì)構(gòu)儀對煙葉進行ＴＰＡ 測試，可精確量化煙葉的物性特征，在煙葉生產(chǎn)加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，但目前該測試方法主要研究烘烤過程中煙葉質(zhì)地與其生理結(jié)構(gòu)及顏色的變化規(guī)律，對制絲線各主要工序煙葉質(zhì)地的變化研究鮮有涉及．

１.５　煙葉脆性檢測

煙葉脆性是指煙葉在受沖擊作用或彎曲作用力時易折、易碎、韌性欠佳的性質(zhì)［４２］．河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司［２０］利用質(zhì)構(gòu)儀的ＴＰＡ 模式，對煙葉和煙絲的脆性進行了評價分析，并對最終所得曲線進行了數(shù)據(jù)分析，得出煙葉脆性的數(shù)據(jù)．但利用質(zhì)構(gòu)儀的ＴＰＡ 模式檢測煙葉、煙絲的脆性，需使用圓柱形探頭將樣品壓縮至一定范圍，樣品需具有一定的厚度和回彈能力，而對煙葉、煙草薄片類似于紙張?zhí)匦缘臉悠罚眠@種方法可能無法反映樣品脆性的真實情況［４３］．

根據(jù)脆性材料的發(fā)脆本質(zhì)認(rèn)為，材料的破裂首先出現(xiàn)在其有缺陷的部位，這些缺陷破壞了材料內(nèi)部的應(yīng)力場而引起局部的應(yīng)力集中，進而導(dǎo)致局部破裂，使材料產(chǎn)生裂紋，同時又引起更強的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過材料的極限壓力時，會出現(xiàn)裂紋的擴展直至材料*斷裂［４４］．王志杰等［４５］利用質(zhì)構(gòu)儀的拉伸模式模擬撕開煙草薄片的過程，并以煙草薄片在撕裂一定距離或時間過程中的正峰個數(shù)表征其脆性．然而，天然煙葉組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能與煙草薄片存在較大差異，用于煙草薄片脆性評價的方法對細(xì)脈分布復(fù)雜的天然煙葉的適用性受限．

綜上所述，將質(zhì)構(gòu)儀用于煙葉力學(xué)特性檢測客觀、靈敏，通過對煙葉的壓縮、拉伸、剪切、穿刺等物理應(yīng)力及應(yīng)變綜合測試結(jié)果分析，可較全面地反映煙葉在儲藏、運輸、工業(yè)加工過程中的受力情況，豐富煙葉力學(xué)特性的研究內(nèi)容，為提高煙葉加工品質(zhì)和加工水平提供理論依據(jù)．但質(zhì)構(gòu)儀在煙葉力學(xué)特性檢測中還存在許多不足：一是質(zhì)構(gòu)儀在檢測過程中對樣品的一致性要求較高，選取的煙葉樣品需具有很好的均勻性，否則對同一煙葉樣品不同位置的檢測結(jié)果可比性較差［４６］；二是質(zhì)構(gòu)儀在煙葉力學(xué)檢測中缺乏標(biāo)準(zhǔn)的檢測參數(shù)和方法，例如檢測條件會影響煙葉質(zhì)構(gòu)的檢測結(jié)果，包括煙葉的水分、溫度、厚度、油分等；三是由于缺少科學(xué)的量化指標(biāo)，檢測結(jié)果仍需結(jié)合傳統(tǒng)的物理特性檢測方法以實現(xiàn)煙葉品質(zhì)的綜合評價，質(zhì)構(gòu)儀檢測的準(zhǔn)確性有待提高；四是質(zhì)構(gòu)儀多應(yīng)用于煙葉或再造煙葉的力學(xué)指標(biāo)檢測，對煙絲、梗絲的物理指標(biāo)檢測鮮有涉及；五是拉力、剪切力的檢測方法需要將樣品裁剪成１.５ ｃｍ ×１ ５ ｃｍ 或２ ｃｍ ×１ ０ ｃｍ 條狀，而煙片處理工段的煙葉樣品可能無法滿足裁剪條件，故這兩種力學(xué)性能檢測方法尚需進一步優(yōu)化．

２　結(jié)語與展望

本文在對相關(guān)研究結(jié)果進行梳理的基礎(chǔ)上，就質(zhì)構(gòu)儀在煙葉力學(xué)特性檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了綜述，并指出存在的問題，認(rèn)為目前利用質(zhì)構(gòu)儀建立的多種煙葉力學(xué)檢測方法，為綜合評價煙葉耐加工性能提供了理論依據(jù)，但部分檢測方法尚不完善，所測樣品只針對原煙階段，無法適用于整個煙葉片的處理加工過程．因此，在以后的研究中，研究者需要充分結(jié)合質(zhì)構(gòu)儀的運行機理和樣品的檢測要求，依據(jù)煙葉自身的加工特性，選用合適的探頭及檢測方法，調(diào)整實驗參數(shù)，建立規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的煙葉樣品預(yù)處理方法和檢測流程，確保檢測結(jié)果的客觀性、穩(wěn)定性．后續(xù)還可以更深入地研究質(zhì)構(gòu)儀在煙

梗、煙絲等煙草制品力學(xué)檢測中的應(yīng)用，針對煙梗回透率、煙絲柔軟性等建立標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，完善煙草力學(xué)特性研究內(nèi)容，進一步拓展質(zhì)構(gòu)儀在煙草貯藏、加工過程中的發(fā)展空間．

文獻來源：質(zhì)構(gòu)儀在煙葉力學(xué)特性檢測中的應(yīng)用進展。《輕工學(xué)報》2021年6月第36卷第3期