周凱敏 丁 丁 何 晉 劉彥穹 孫凱健 盛 科 張浩博 束茹欣

(上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海 200082)

隨著卷煙消費(fèi)者生活水平和健康意識(shí)的提高，卷煙規(guī)格不斷創(chuàng)新，中支煙、細(xì)支煙、短支煙等一些不同尺寸規(guī)格的卷煙密集涌現(xiàn)，成為卷煙行業(yè)新的消費(fèi)熱點(diǎn)[1-3]。與常規(guī)卷煙相比，中支煙、細(xì)支煙、短支煙在降焦減害、節(jié)能環(huán)保、降本增效等方面效果顯著。目前，對(duì)細(xì)支煙的研究報(bào)道較多，主要集中在設(shè)備研制改造、制絲工藝、煙絲結(jié)構(gòu)、煙用輔材和煙氣化學(xué)等方面[4-6]，而對(duì)中支煙、短支煙的研究報(bào)道較少。王天怡等[7]基于灰色關(guān)聯(lián)法提出了短支煙煙絲結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向。王宗英等[8]研究了切絲寬度對(duì)中支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)、煙支理化指標(biāo)及感官質(zhì)量的影響。

切絲和烘絲是卷煙制絲生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，切絲寬度是切絲工序的重要工藝參數(shù)，烘絲方式目前主要有滾筒烘絲和氣流烘絲兩種類型。切絲寬度[9-10]和烘絲方式[11-12]對(duì)常規(guī)卷煙影響的研究報(bào)道較多，而系統(tǒng)分析比較切絲寬度、烘絲方式對(duì)中支煙、細(xì)支煙、短支煙的影響尚未見報(bào)道。試驗(yàn)擬對(duì)切絲寬度和烘絲方式在不同規(guī)格卷煙的機(jī)臺(tái)運(yùn)行情況、煙支物理指標(biāo)、主流煙氣常規(guī)指標(biāo)開展應(yīng)用研究，以期為中支、細(xì)支、短支卷煙開發(fā)過程中切絲、烘絲工藝的選擇提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料、設(shè)備和儀器

某牌號(hào)配方煙葉：上海卷煙廠；

細(xì)支煙煙支：97(30+67) mm×17.0 mm，上海卷煙廠；

中支煙煙支：89(30+59) mm×20.0 mm，上海卷煙廠；

短支煙煙支：75(25+50) mm×24.5 mm，上海卷煙廠；

切絲機(jī)：RC5型，意大利Garbuio Dickinson公司；

滾筒烘絲機(jī)：KLD -2/3型，德國(guó)Hauni公司；

氣流烘絲機(jī)：HDT-FX型，德國(guó)Hauni公司；

綜合測(cè)試臺(tái)：QTM0835U7型，英國(guó)Cerulean公司；

端部落絲測(cè)量?jī)x：YDZ-II型，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所；

煙支含末率測(cè)量?jī)x：JMZ-V型，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所；

吸煙機(jī)：RM200型，德國(guó)Borgwaldt KC公司。

1.2 試驗(yàn)方法

對(duì)不同的切絲寬度(0.8，0.9，1.0 mm)，烘絲方式(KLD滾筒烘絲、HDT氣流烘絲)，煙支規(guī)格(中支、細(xì)支、短支)，開展全因子試驗(yàn)，分析切絲寬度、烘絲方式和煙支規(guī)格對(duì)卷煙機(jī)臺(tái)運(yùn)行情況(平整盤位置、壓實(shí)量、空頭率等)，煙支物理指標(biāo)(重量、圓周、吸阻等)，主流煙氣常規(guī)指標(biāo)(CO量、焦油量、煙堿等)的變化規(guī)律。

圍繞制絲工藝中的切絲工藝和烘絲工藝，采用上海卷煙廠某牌號(hào)的同一個(gè)葉組配方，使用RC5型切絲機(jī)進(jìn)行切絲，切絲寬度分別設(shè)定為0.8，0.9，1.0 mm，3種切絲寬度的煙絲又分別采用KLD滾筒烘絲和HDT氣流烘絲兩種烘絲方式進(jìn)行干燥，共制備如表1所示的6種煙絲。

表1 試驗(yàn)煙絲樣品Table 1 Experimental samples of cut tobacco

對(duì)于中支煙卷煙機(jī)，固定機(jī)臺(tái)和操作人員，煙支的重量和圓周保持不變，機(jī)臺(tái)的煙用輔材也保持不變，將上述6種煙絲分別進(jìn)行卷制，待卷煙機(jī)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)15 min后開始對(duì)煙支進(jìn)行取樣，每種煙絲卷制而成的煙支取樣數(shù)量為2 000支。同時(shí)，記錄每種煙絲在卷煙機(jī)上機(jī)試驗(yàn)過程中的機(jī)臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括壓實(shí)量、平整盤位置、空頭率等。將取好的煙支分別保存在可以密封的取樣盒中，并做好標(biāo)識(shí)待檢，取放煙支時(shí)輕拿輕放，避免煙支受到較大外力的擠壓而影響測(cè)定結(jié)果。煙支物理指標(biāo)檢測(cè)按照GB/T 22838—2009的要求進(jìn)行卷煙質(zhì)量、吸阻、圓周、總通風(fēng)率、端部落絲量、含末率等常規(guī)物理指標(biāo)的檢測(cè)。煙支主流煙氣檢測(cè)按照GB/T 5606.5—2005的要求進(jìn)行主流煙氣指標(biāo)中CO量、焦油量、煙堿、總粒相物的檢測(cè)。煙支物理指標(biāo)重復(fù)3次測(cè)量，以3次測(cè)量的平均值作為檢測(cè)結(jié)果。煙支主流煙氣指標(biāo)重復(fù)2次測(cè)量，以2次測(cè)量的平均值作為檢測(cè)結(jié)果。

對(duì)于細(xì)支煙卷煙機(jī)和短支煙卷煙機(jī)采用上述相同的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

由Minitab 16.0數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)卷煙機(jī)臺(tái)運(yùn)行情況的影響

切絲寬度、烘絲方式對(duì)卷煙機(jī)臺(tái)運(yùn)行的方差分析結(jié)果見表2。煙支規(guī)格、切絲寬度和烘絲方式對(duì)機(jī)臺(tái)運(yùn)行指標(biāo)(平整盤位置、壓實(shí)量、空頭率)的影響見圖1。由表2和圖1可知，對(duì)于平整盤位置，烘絲方式、煙支規(guī)格有顯著性影響(P<0.05)，切絲寬度無顯著性影響。由于不同烘絲方式加工而成的煙絲的填充性能不同，HDT氣流烘絲的煙絲填充值較高，由圖1(a)可知，HDT氣流烘絲卷制時(shí)的平整盤位置值比KLD滾筒烘絲高。

表2 卷煙機(jī)臺(tái)運(yùn)行指標(biāo)的方差分析Table 2 Variance analysis of cigarette making machine operating parameters

對(duì)于壓實(shí)量，煙支規(guī)格、烘絲方式有顯著性影響，切絲寬度無顯著性影響。由圖1(b)可知，KLD滾筒烘絲的煙支壓實(shí)量整體高于HDT氣流烘絲的煙支壓實(shí)量。細(xì)支煙的壓實(shí)量明顯高于短支煙和中支煙。

對(duì)于空頭率，煙支規(guī)格、烘絲方式、切絲寬度均無顯著性影響。由圖1(c)可知，短支煙由于圓周與常規(guī)卷煙一致，煙支端部的煙絲量較多，空頭率整體較小，切絲寬度變化對(duì)短支煙空頭率影響不大。中、細(xì)支卷煙圓周較常規(guī)卷煙有明顯的減小，煙支空頭率相對(duì)較高。對(duì)于中、細(xì)支卷煙，隨著切絲寬度的減小，卷煙空頭率降低。

圖1 卷煙機(jī)臺(tái)運(yùn)行指標(biāo)的對(duì)比圖Figure 1 Comparison of cigarette making machine operating index

2.2 對(duì)煙支物理指標(biāo)的影響

切絲寬度、烘絲方式在不同規(guī)格卷煙卷制而成的煙支物理指標(biāo)的方差分析結(jié)果見表3。對(duì)于不同的煙支規(guī)格，煙支目標(biāo)重量和圓周的設(shè)計(jì)值不同。由表3可知，煙支規(guī)格對(duì)重量、圓周、吸阻、硬度、圓周變異系數(shù)(CV)、吸阻CV、端部落絲、含末率均有顯著性影響，而對(duì)重量CV無顯著性影響，說明對(duì)于中、細(xì)、短3個(gè)規(guī)格的卷煙機(jī)，卷煙機(jī)的重量波動(dòng)控制水平相當(dāng)。切絲寬度僅僅對(duì)煙支的含末率有顯著性影響，對(duì)其余物測(cè)指標(biāo)均無顯著性影響。烘絲方式對(duì)吸阻、硬度、端部落絲、含末率有顯著性影響，其余指標(biāo)無顯著性影響。

表3 煙支物理指標(biāo)的方差分析Table 3 Variance analysis of cigarette physical characteristics

氣流烘絲比滾筒烘絲有更好的填充性能，在相同的卷制密度下，氣流烘絲煙絲間的空隙更小。從圖2～5可以看到，對(duì)于相同的煙支規(guī)格，氣流烘絲卷制的煙支比滾筒烘絲卷制的煙支吸阻增大，硬度提升，端部落絲下降。同時(shí)，隨著切絲寬度的減小，對(duì)煙絲的造碎會(huì)增加，相應(yīng)的煙支含末率增加。短支卷煙的端部落絲量明顯高于中、細(xì)支卷煙(見圖4)，采用氣流烘絲的短支卷煙端部落絲有明顯的改善。

圖2 煙支吸阻對(duì)比Figure 2 Comparison of cigarettes pressure drop

圖3 煙支硬度對(duì)比Figure 3 Comparison of cigarettes hardness

圖4 煙支端部落絲對(duì)比Figure 4 Comparison of contents of loss of tobacco from the ends

圖5 煙支含末率對(duì)比Figure 5 Comparison of cigarettes dust content

2.3 對(duì)主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的影響

切絲寬度、烘絲方式對(duì)主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的方差分析結(jié)果見表4。對(duì)于中、細(xì)、短支不同規(guī)格的卷煙，使用的“三紙一棒”等輔材各不相同，主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的設(shè)計(jì)值也不同。由表4可知，對(duì)于不同的煙支規(guī)格，CO量、焦油量、水分、煙堿、總粒相物有顯著性差異。切絲寬度對(duì)CO量、煙堿、總粒相物有顯著性差異。烘絲方式對(duì)主流煙氣常規(guī)指標(biāo)均無顯著性影響。

表4 主流煙氣常規(guī)指標(biāo)的方差分析Table 4 Variance analysis of mainstream cigarette smoke indexes

從圖6～9可以看到：對(duì)于中、細(xì)、短支煙，隨著切絲寬度的減小，CO量、焦油量、總粒相物、煙堿量均有所增加。推測(cè)可能的原因是隨著切絲寬度的減小，煙絲中的中長(zhǎng)絲比例降低，在相同的填充密度下，煙絲的比表面積增大，在卷煙燃吸過程中，與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的煙絲表面積增加，燃燒狀態(tài)發(fā)生變化，造成相應(yīng)的CO量、焦油量、總粒相物、煙堿量增加。

圖6 一氧化碳量對(duì)比Figure 6 Comparison of CO amount

3 結(jié)論

通過系統(tǒng)開展0.8，0.9，1.0 mm 3種切絲寬度，KLD滾筒烘絲、HDT氣流烘絲兩種烘絲方式在中、細(xì)、短支卷煙的卷制試驗(yàn)，得出：烘絲方式對(duì)卷煙機(jī)臺(tái)運(yùn)行情況和煙支物理質(zhì)量有顯著性影響(P<0.05)；與KLD滾筒烘絲相比，HDT氣流烘絲卷制時(shí)的機(jī)臺(tái)平整盤位置值增大，壓實(shí)量減??；相同的煙支重量下，HDT氣流烘絲卷制的煙支吸阻升高，硬度增大，端部落絲減?。磺薪z寬度對(duì)煙支含末率和主流煙氣常規(guī)指標(biāo)有顯著性影響(P<0.05)；隨著切絲寬度的減小，煙支含末率升高，中、細(xì)支卷煙空頭率降低，主流煙氣中的CO量、焦油量、總粒相物、煙堿增加。

圖7 焦油量對(duì)比Figure 7 Comparison of Tar amount

圖8 煙堿量對(duì)比Figure 8 Comparison of Nicotine amount

圖9 總粒相物變化Figure 9 Comnparison of TPM amount

在中、細(xì)、短支卷煙開發(fā)過程中，氣流干燥煙絲由于比滾筒干燥煙絲有更好的填充性能，在相同的吸阻控制條件下，可采用氣流干燥煙絲來降低單支卷煙重量和焦油、一氧化碳等的釋放量，氣流干燥煙絲在降本增效和降焦減害上有著一定的優(yōu)勢(shì)[11,14]。針對(duì)短支煙開發(fā)過程中端部落絲較高的問題，可通過提高短支煙煙絲的填充性能來改善短支煙端部落絲。針對(duì)中、細(xì)支卷煙空頭率較高的問題，可通過減小切絲寬度來改善卷煙空頭率。為進(jìn)一步提升中、細(xì)、短支卷煙的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，后續(xù)還需進(jìn)一步加深中、細(xì)、短支卷煙制絲工藝與卷接工藝關(guān)聯(lián)影響等方面的研究。