片烟贮存养护氮气保护法125457.docx
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片烟贮存养护氮气保护法125457
片烟贮存养护氮气保护法》
技术报告
项目组
2019年4月
概述
项目背景
项目意义
3
3
3
1
1.1
1.2
2
3
3.1
3.2
4
4.1
4.2
.4.
项目的前期研究成果
技术路线与实施方案5.
技术路线5
实施方案6
3.2.1氮气保护法工艺验证6
3.2.2氮气保护法杀虫验证7
3.2.3氮气保护法片烟品质验证7
.7.
项目研究的主要内容
氮气保护法片烟贮存养护技术工艺的验证7
4.1.1帐幕气密性验证7
4.1.2密封帐幕承压验证9
4.1.3密封堆垛烟箱内外氧气平衡验证10
4.1.4带内衬与不带内衬烟垛降氧过程验证11
4.1.5氧气回调实验验证13
4.1.6氮气保护法拆垛安全验证
16
4.2.1实验分组与条件设置17
4.2.2试虫的准备与处理18
4.2.3低氧对烟草甲卵的作用效果19
4.2.4低氧对烟草甲幼虫的作用效果20
4.2.5低氧对烟草甲成虫的作用效果21
4.2.6结论22
4.3氮气保护法片烟贮存养护技术的验证22
4.3.1氮气保护法杀虫阶段对片烟品质影响22
4.3.2氮气保护法养护阶段对片烟品质分析24
5结论38
参考文献：
38
1概述
1.1项目背景
近年来随着国内烟草需求的增加，烟叶的储存规模和储量的增大，“绿色、健康、安全、环保、高效”的烟叶养护技术受到越来越多的关注[1-3]，项目组近年来联合国内同行及相关科研院所进行了氮气保护法片烟养护技术相关研究和试验。
由于氮气保护法能有效的防治烟草虫害和霉变，降低库存烟叶损耗，替代磷化氢熏蒸并杜绝有毒气体的排放，近年来逐步为国内烟草行业所接受和认可[4-5]。
2012年以来，项目组在广东中烟工业有限责任公司的黄埔仓库、塞坝口仓库、北衬仓库和霸王仓库等地进行了氮气保护法片烟贮藏养护的推广应用，至2018年底，采用氮气保护法养护的片烟累计超过260万担，为企业带来了显著的经济效益和社会效益。
1.2项目意义
氮气保护法降氧简捷、控湿可靠，具有高效、安全、绿色环保等优点，能优化控制烟叶醇化进程，消除烟叶仓储虫害、霉变现象和保护库区环境。
随着国家环保政策与法规的出台以及烟叶仓储领域对环保的需求，结合氮气保护法在片烟贮存过程中具有不使用任何化学介质和化学方法进行片烟贮存养护，整个养护过程无毒、无害、无残留、无污染等特点，氮气保护法可作为取代磷化氢熏蒸的一项环保杀虫技术向行业推广；另一方面，通过制定氮气保护法标准，为行业提供了一种新型的养护模式，有利于规范氮气保护法养护操作过程。
氮气保护法的推广应用，有利于提高品牌的竞争
力、降低生产成本，创造良好的经济效益和社会效益
2项目的前期研究成果
2009年，湖南华望熏蒸消毒有限公司与国家粮食局科学研究院等单位开展了环保型氮气防治贮烟虫害技术研究，实验结果表明，当密封堆垛内氮气浓度在98%以上时，13天内可以杀灭成虫、幼虫、虫卵等各虫态害虫，尤其杀灭虫卵效果更佳。
研究成果发表在第九届国际储藏物气调与熏蒸大会（CAF2012）论文集上⑹。
2011年，湖南华望熏蒸消毒有限公司委托河南工业大学粮油食品学院进行了氮
气保护技术防治烟草甲的实际工业验证生物测定，报告显示温度为15C-25C，相对
湿度为55%-65%，氮气浓度大于98%的条件下，24天内均能杀灭各虫态的烟草甲，且氮气保护法杀灭烟草甲的效果明显优于除氧剂气调贮存法。
根据前期的实验数据，项目组提出了采用氮气对片烟进行贮存养护的方法，并在国内主要卷烟厂进行了科研立项，开展了大量的工艺研究工作。
2011-2012年，广东中烟工业有限责任公司联合湖南华望熏蒸消毒有限公司进行了《物理气调法片烟贮存技术与工艺的研究》科技项目立项。
研究了氮气保护法片烟储藏技术与工艺，结果表明氮气保护法杀灭烟草甲的效果优异。
氮气保护法能快速将氮气浓度提升至98%以上，对烟草甲卵、幼虫和成虫都有很好的杀灭效果，对实现氮气保护法工业化快速杀虫具有重要意义。
2012年，上海烟草集团有限责任公司上海烟草储运公司与湖南华望熏蒸消毒有限公司进行了《膜制氮技术在储烟虫害防治中的应用研究》科技项目的研究，完成了氮气保护法在清洁仓间储烟虫害防治的应用研究，氮气浓度为99-100%和
98%-99%的氮气环境在30d时间内均能完全杀灭各虫态虫害，氮气浓度越高、温度越高，杀灭效果越好，经氮气处理的烟叶与未经氮气（对照组）处理的烟叶理化指
标基本一致，氮气处理对烟叶的自然醇化速度无影响
2013-2015年，红塔辽宁烟草有限责任公司与湖南华望熏蒸消毒有限公司进行了
《物理气调法片烟贮藏养护技术的研究》项目研究，验证了氮气对储烟虫害防治和烟叶品质的影响。
氮气浓度高于98%的低氧环境处理30天完全致死各虫态的烟草甲；经过15个月氮气保护处理的烟叶和常规贮藏的烟叶总糖、总氮、烟碱、钾和氯等理化指标差异不显著；贮藏期越长，烟叶颜色保持越好；2个月富氮杀虫后调节至环境氧浓度水平继续储存的片烟、只密封不降氧的片烟和自然醇化的片烟抽吸品质无明显差别。
项目申报前，本标准申报单位共计发表论文3篇[4,7-8]，取得授权专利2项[9-10]
3技术路线与实施方案
3.1技术路线
项目技术路线图如图1所示，本项目的技术路线主要集中在以下两部分：
1）研究氮气保护法工艺指标，确定帐幕气密性、帐幕充氮压力、烟箱内外氮气平衡时间、有无内衬烟垛充气频次及拆垛安全等参数。
2）研究氮气保护法低氧杀虫要求，详细分析不同温度区间低氧杀虫的保持时间及杀虫效果。
工艺验证低氧杀虫验证片烟品质验证
图1技术路线
3.2实施方案
针对技术路线中确定的氮气保护法工艺、低氧杀虫和片烟品质三大部分，分别
确定相应的验证方法。
具体如下：
321氮气保护法工艺验证
针对帐幕气密性要求，根据GB/T25229-2010《粮油储藏平房仓气密性要求》中
第四条气密性分级中的气调储粮1级气密性等级标准进行验证，帐幕充氮压力直接
采用帐幕充气测试，通过在堆垛烟箱内设置检测点试验烟箱内外氮气平衡时间为帐
幕充氮静置时间提供数据。
针对拆垛用烟过程中存在的安全隐患，分别试验了仓库
门窗紧闭和启动库内通风设施的前提下，拆垛后氮气扩散的规律，为氮气保护法用
氮安全提供依据。
此外，针对醇化阶段存在氧气回调的要求，验证了氮气保护法片烟养护氧气回调的方式方法。
3.2.2氮气保护法低氧杀虫验证
低氧环境下（氧气浓度w2%）,不同温度区间，验证烟草甲各虫态（卵、幼虫、
成虫）的致死时间（LT99）和半致死时间（LT50）。
3.2.3氮气保护法片烟品质验证氮气保护法片烟品质验证分为两个阶段：
杀虫阶段和醇化阶段，分别验证了水分、烟碱、总糖、还原糖、总氮、钾、氯和pH指标的变化趋势。
4项目研究的主要内容
4.1氮气保护法片烟贮存养护技术工艺的验证
4.1.1帐幕气密性验证
4.1.1.1密封工艺的确定目前行业内使用除氧剂气调或氮气保护法进行片烟养护时，其密封工艺一般为
热封式工艺和压槽式密封工艺两种。
湖南华望熏蒸消毒有限公司与上海烟草集团有限责任公司上海烟草储运公司合作展开的《膜制氮技术在储烟虫害防治中的应用研究》项目研究成果表明，使用槽管密封方法对烟叶堆垛进行密封时，帐幕内负压从-300Pa升至-150Pa的压力下半衰期时间为2分24秒至3分42秒，且后期实验堆垛氧气浓度无法维持在2%以下。
因此，在烟叶气调领域普遍采用塑料薄膜作为密封材质的情况下，压槽式密封
工艺所制作的帐幕不适用于氮气保护法，本标准进行烟垛密封均采用热封工艺。
4.1.1.2气密性验证
塑料薄膜密封堆垛后，防止氮气泄露保障垛内氮气浓度维持在稳定的范围内，
对密封堆垛进行气密性检测是确保氮气保护法工艺的关键。
密封帐幕气密性效果的判定方式有两种：
正压衰减法半衰期判定和负压衰减法半衰期判定。
本研究中选择负压衰减法对36个试验堆垛的气密性进行判定。
判定标准依据《GB/T25229-2010
粮油储藏平房仓气密性要求》（气调储粮一级气密性要求：
从-300帕升至-150帕的半衰期时间＞5min确定，若半衰期＞5min则堆垛密封效果良好，半衰期时间越长，堆垛密封效果越好。
相同负压半衰期，其负压值越高，密封效果越好。
具体操作方法为：
用抽风机将堆垛内抽成较高负压（为了尽可能减少垛内气体）后停止抽气。
记录负压变化，确定并记录负压由-300帕衰减至-150帕的时间，即为负压半衰期。
现将供试片烟分为A、B、C、D四组（共计1360件），每组包含三个产地中各三个等级的片烟堆垛（共36个堆垛），A组中九个堆垛编号依次为A1-A9，B、C、D组依此类推（见表1）。
垛内气密性检测见表2。
表1试验烟叶等级及分组
产地
等级
堆垛编号及数量
A组（数量/箱）
B组（数量/箱）
C组（数量/箱）
D组（数量/箱）
B2F（JD）
A1（24）
B1（60）
C1（32）
D1（35）
云南曲靖
C3F（A）
A2（24）
B2（60）
C2（32）
D2（35）
X2F（B）
A3（24）
B3（60）
C3（32）
D3（35）
B2F（B1）
A4（24）
B4（60）
C4（32）
D4（35）
贵州毕节
C3F（A）
A5（24）
B5（60）
C5（32）
D5（35）
X2F
A6（24）
B6（60）
C6（32）
D6（35）
B2F（B1JD）
A7（24）
B7（60）
C7（32）
D7（35）
湖南衡阳
C3F（C1）
A8（24）
B8（60）
C8（32）
D8（35）
X2F（JD）
A9（24）
B9（60）
C9（32）
D9（36）
表2密封烟垛负压半衰期表
负压半衰期
（min）
岛工斗2^1甘口
岛甘口
岛工斗2^1甘口
编号
编号
负压半衰期
（min）
编号
负压半衰期
（min）
编号
负压半衰期
（min）
A1
32
B1
60
C1
43
D1
26
A2
44
B2
52
C2
55
D2
15
A3
17
B3
63
C3
38
D3
42
A4
25
B4
17
C4
16
D4
18
A5
51
B5
45
C5
15
D5
19
A6
36
B6
40
C6
50
D6
22
A7
30
B7
15
C7
60
D7
15
A8
60
B8
65
C8
47
D8
28
A9
22
B9
10
C9
45
D9
40
表2实验结果表明，采用PA/PE复合薄膜作为烟垛帐幕材质通过热封工艺缝合完全能达到气调储粮一级气密性要求，通过后续的密封杀虫期和片烟养护期的垛内氧气浓度跟踪监测结果表明烟垛内氧气浓度保持稳定，未发现剧烈波动现象的发生。
小结：
根据上述数据表明，密封性能达到《GB/T25229-2010粮油储藏平房仓气密性要求》后，密封帐幕内氧气浓度未发生剧烈波动，符合氮气保护法工艺技术要求。
4.1.2密封帐幕承压验证
氮气保护法帐幕所使用的材料为PA/PE复合膜，帐幕由底膜和顶膜通过热封缝合，同时安装有充氮接口、垛内数据检测口等。
制氮机制备的氮气通过输氮管道输送至烟垛的压力远远超出PE/PA复合薄膜的承受压力，为了调控氮气压力，一方面需在氮气出口安装减压阀调节输出压力，另一方面在烟垛进气端必须控制充气压力。
堆垛密封且气密性合格后，将制氮机产生的高纯氮气充入密封堆垛内，同时，将压力检测仪与密封帐幕相连，以检测垛内压力变化。
密封帐幕在充氮过程中，垛内压力缓慢上升，当达到帐幕最大承受压力后帐幕破裂，垛内压力下降，表3记录了实
验堆垛帐幕承受最大压力值。
表3密封烟垛帐幕充气最大承压试验
编号
充气压力
（Pa）
编号
充气压力
（Pa）
编号
充气压力
（Pa）
编号
充气压力
（Pa）
A1
8.9
B1
6.7
C1
9.5
D1
9.2
A2
8.6
B2
7.2
C2
9.3
D2
7.3
A3
8.4
B3
9.5
C3
8.2
D3
7.7
A4
7.9
B4
9.6
C4
8.7
D4
6.9
A5
9.1
B5
7.5
C5
5.4
D5
8.3
A6
9.6
B6
7.0
C6
6.9
D6
8.6
A7
6.8
B7
5.9
C7
7.6
D7
7.8
A8
7.7
B8
8.5
C8
7.4
D8
8.4
A9
8.4
B9
8.1
C9
8.2
D9
7.3
实验结果表明，帐幕所能承受的最大压力跟密封工艺和密封质量有直接关系，最小承压力为5.4Pa考虑到薄膜缝合过程中其他不确定因素，同时为确保密封质量，保证片烟养护过程的安全，项目组认为现场作业过程中垛内压力上限设定为5Pa较为合
适。
4.1.3密封堆垛烟箱内外氧气平衡验证
在A、B、C、D四组帐幕堆垛内随机各选择4个堆垛，在每个堆垛不同方位不
同层级选取3个检测点，密封完毕后进行降氧操作，每轮降氧操作完成后，每隔30min
检测1次帐幕空间和烟箱中心的氧气浓度，直至帐幕空间和烟箱中心氧气浓度基本
相同，记录氧气浓度平衡所需的时间。
°尉咖
图2密封堆垛烟箱内外氧气平衡试验示意图
烟箱内的氧气浓度检测采用用长60cm、管径①10mm壁厚2mm的不锈钢气体取样探头，烟垛密封前，选择正常码放（从上往下）在第一层、第二层和第三层的不同方位烟箱，取样探头一端带吸气细孔且头部尖锐部分插入烟箱内部正中，另一端与①10mm的硅胶管相连作为气体取样口，硅胶管通过帐幕密圭寸接头密圭寸后延伸至帐幕外，并用燕尾夹夹紧，不锈钢管与烟箱接触处用橡皮泥封糊，以防漏气。
同时帐幕
内预留一个氧气浓度检测口，如图2所示。
表4不带内衬烟垛降氧烟箱内外氧气平衡试验
编号
第一轮（h）第二轮（h）
第三轮（h）
第四轮（h）第五轮（h）
第六轮（h）
A1
3.5
3.0
2.5
3.5
3.0
2.2
B1
3.6
3.3
3.1
3.1
3.3
2.5
C1
3.5
3.3
2.8
3.0
2.8
2.4
D1
3.7
3.5
2.9
3.2
3.1
2.1
表5带内衬烟垛降氧烟箱内外氧气平衡试验
编号
第一轮
第二轮
第三轮
第四轮
第五轮
第六轮
第七轮
第八轮
（h）
（h）
（h）
（h）
（h）
（h）
（h）
（h）
A2
11.5
11.0
11.4
10.6
9.8
11.3
10.3
9.5
B2
11.6
11.2
11.1
11.0
10.4
11.0
11.0
10.1
C2
10.8
10.7
11.4
10.5
10.1
10.5
10.5
9.8
D2
11.5
11.3
10.7
11.5
11.7
11.5
11.5
9.6
表4、表5试验数据表明，对于不带内衬的烟垛，耗时4小时后烟箱内外氧气浓度能趋于平衡；带内衬的烟垛，耗时12小时后烟箱内外氧气浓度能趋于平衡。
这是由于内衬薄膜的阻挡，导致氮气向烟箱内部扩散速率更加缓慢，耗时更长，这从带内衬烟垛间歇式降氧操作频次（8次）明显比不带内衬的烟垛（6次）更多得到印证。
4.1.4带内衬与不带内衬烟垛降氧过程验证
选择两类堆垛：
一类为带内衬薄膜的烟垛，另一类为不带内衬薄膜的烟垛。
两
类烟垛密封并检测气密性后，将制氮机产生的高纯氮气充入密封堆垛内，置换垛内
的气体，直至垛内氧气浓度稳定在设定的范围内。
试验堆垛每次充气前和充气后检
测垛内氧气浓度。
采用间歇式降氧模式，带内衬薄膜的烟垛经过8-9次左右降氧后，垛内氧气浓度稳定在2%以下，如图3所示。
不带内衬薄膜的烟垛经过6次左右降氧后，垛内氧气浓度稳定在2%以下，如图4所示。
图3带内衬烟垛每次降氧前后垛内氧气浓度情况
图4不带内衬烟垛每次降氧前后垛内氧气浓度情况
图3和图4表明：
1、在每次充气后，降氧过程的前期堆垛内氧气浓度下降幅度较大，后期较小，5次降氧后垛内氧气浓度逐渐稳定；2、每次充气放置一段时间后,密封堆垛内氧气浓度略有回升，这主要是由于每次充气后帐幕空间内氧气浓度快速降低，而帐幕空间与烟箱内气体交换需要较长时间，静置期间烟箱内的较高浓度的氧气向帐幕空间扩散，导致密封堆垛氧气浓度略有回升
采用连续式降氧模式，带内衬薄膜的烟垛经过134h降氧后，垛内氧气浓度稳定在2%以下。
不带内衬薄膜的烟垛经过72h降氧后，垛内氧气浓度稳定在2%以下，如表6所示。
表6烟垛连续充氮降氧时间与垛内氧气浓度关系
烟垛
类型
连续充氮后垛内氧气浓度变化
8
16
24
36
72
96
120
134
烟箱
有内衬
19.6%
17.4%
15.7%
13.8%
12.5%
6.3%
3.6%
1.7%
烟箱
无内衬
17.3%
14.2%
10.3
5.6%
1.8%
--
--
--
因此，采用连续式降氧模式，带内衬和不带内衬的烟垛差异较大，带内衬的烟垛降氧时间过长，能耗过大，不适宜采用。
4.1.5氧气回调实验验证
4.1.5.1烟垛补氧量的估算
氮气保护法经低氧杀虫阶段后各地可根据实际需要进行后期回氧贮存养护，目前回氧方式主要有两种：
一种是补充高浓度氧气；另一种是补充空气。
第二种氧气回调方式经济、安全、方便，项目组以第二种方式进行补氧量的估算。
片烟贮藏养护的烟箱规格为1.136mX）.72m>0.725m（0.6m3），一件烟箱重量在
200k左右，氮气保护法降氧过程当烟箱内外氧气浓度达到平衡后，帐幕氧气浓度维
持稳定。
表7烟垛氧气回调前后检测参数
序号
试验阶段
烟垛规格
（件）
帐幕体积
（m3）
氧气浓度
（%）
补充空气体积
（m3）
1
氧气回调前
148
104.4
1.0%
0
2
氧气回调后
8.0%
15.6
烟箱的总体积为：
148件＞0.6立方/件=88.8立方
实验烟垛经补充空气后氧气浓度为8%,则:
8S.8axl^+15.6x21%
104.4-88.8+88血
其中a为烟箱空体积百分率。
解得：
a=1/3
即对于200kg一件的片烟，能容纳空气的体积占三分之一，其余为片烟的体积
因此，通过补充空气方式进行氧气回调，烟垛氧气回调浓度与补充空气体积之间的
关系为：
0.6n
——xx+V2x21^
F__0.6n
Vi—0.6n+—
其中：
n—烟箱件数；
0.6n---烟箱体积；
0.6n/3烟箱内容纳空气体积;
72——补充空气体积；
V1----帐幕体积;
21%----空气中氧气体积百分比;
x----回调前帐幕氧气浓度。
4.1.5.2调氧公式的验证
氮气保护法完成虫害治理工作后，应按照YC/T322-2018第5.4条中的相关要求，
或不同卷烟产品设计的要求进行养护和氧气浓度的回调。
氧气浓度的回调可通过充
入空气进行调节，充入空气的体积可参照下列经验公式估算：
0.21V2+0.2m
y=:
Fj-0.471
其中：
V1-----帐幕体积；
V2-----补充的空气体积；
n------烟垛烟箱数（件）；
x——烟垛初始氧气浓度；
y------烟垛回调氧气浓度。
根据此经验公式，选取烟垛规格为31件、55件、86件、148件和179件进行
充氮体积和最终浓度的验证。
表8氮气保护法氧气回调补充空气经验公式验证
序号
烟垛规格
（件）
帐幕体积
（m3）
初始浓度
（%）
回调浓度
（%）
计算体积
（m3）
实际体积
（m3）
1
31
30.3
1.0
7.3%
5.93
5.65
2
55
48
0.9
8.5%
10.1
10.46
3
86
71.2
1.2
7.5%
12.16
12.66
4
148
114.8
1.5
8.1%
19.33
18.45
5
179
136.6
1.8
8.9%
24.48
25.65
针对不同规格烟垛进行氧气回调的验证表明（表8）,充入计量的空气后，当垛内
氧气浓度趋于平衡时，经验公式计算所得的数值与实际数值误差控制在5%以内，但
充氮量的大小还受密封质量、烟堆大小、氧气浓度、气压等其他因素的影响，故并未在标准文本中设定统一的计算公式。
4.1.6氮气保护法拆垛安全验证
4.161实验内容
4.161.1仓库门窗密闭时，全部或部分拆除低氧（＜2%）状态烟垛帐幕对垛内氧气
浓度变化规律的影响。
4.161.2仓库门窗打开或启动库内通风设施时，全部或部分拆除低氧（＜2%）状态烟垛帐幕对垛内氧气浓度变化规律的影响。
4.1.6.2库内门窗紧闭情况下垛内氧气变化
当垛内氧气浓度稳定在2%以下后，关闭库内所有门窗和通风设施，选择试验堆垛一边，沿帐幕底边划开马蹄形4m*3m的口子，然后，分别于烟叶堆垛的前后左右四个方位设置1个连续氧气浓度检测点，持续检测氧气浓度变化情况，待帐幕氧气浓度超过19.5%（安全用氧浓度）后停止记录（表9），记录氧气浓度变化规律，确定拆垛时工作人员所需的散气（氧气回升至安全浓度）等待时间。
表9库内门窗紧闭时，低氧拆垛氧气浓度变化数据
\项目
垛位号\
检测点
（1）
检测点
（2）
检测点（3）
检测点（4）
探头
位置
平衡时间
（s）
氧气
浓度
%
探头
位置
平衡时间
（s）
氧气
浓度
%
探头
位置
平衡时间
（s）
氧气
浓度
%
探头
位置
平衡时间
（s）
氧气
浓度
%
A1
紧贴
烟箱
30
19.6
%
紧贴
烟箱
25
19.5%
紧贴
烟箱
28
19.7
%
紧贴
烟箱
26
19.8%
A2
紧贴
烟箱
23
19.5
%
紧贴
烟箱
27
19.5%
紧贴
烟箱
22
19.5
%
紧贴
烟箱
21
19.7%
A3
紧贴
烟箱
29
19.5
%
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