李飛宇 陳小林 張洪波 何蓉 周學政 鄧國棟 譚奇忠 齊延鵬

摘 要 為研究葉片結構對細支卷煙物理指標的影響，采用混料設計進行了不同葉片結構的配比試驗，測定其加工過程中煙絲結構和成品煙支物理指標。結果表明：1）葉片結構與加工過程中煙絲結構、部分指示細支卷煙穩(wěn)定性的物理指標都有著較強的相關性。2）葉片結構能夠導致煙絲結構變化，但受加工工序的影響呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，在卷制后均呈現(xiàn)N∶1∶1（長絲、中絲、短絲之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能夠改善細支卷煙的物理指標。

關鍵詞 細支卷煙;葉片結構;混料設計;混料回歸;煙絲結構;物理指標

中圖分類號：S572 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.22.027

細支卷煙是煙草制品的重要品類之一，其煙支圓周小，煙絲填充量顯著低于常規(guī)卷煙，單口焦油釋放量較低[1-3]，具有輕松舒適的吸食感而廣受歡迎。2017年細支卷煙銷售規(guī)模達到了中國國內卷煙銷售量和總銷售額的5.03%和7.21%，對煙草行業(yè)銷量增量的貢獻率達263.5%[4]。細支卷煙銷量快速增長得益于質量的不斷提升，因為細支卷煙并不是單純將常規(guī)卷煙變細[5]，而需在生產加工中完善與之配套的新技術。為此煙草行業(yè)啟動了“細支卷煙升級創(chuàng)新”重大專項[6]，科研人員在細支卷煙的梗絲利用[7-8]、香味補償、煙機設計與制造[9-13]等方面開展了大量研究，形成了多項具有自主知識產權的關鍵技術[14]，有效助推了細支卷煙質量的提升。

隨著對細支卷煙生產加工技術理解的不斷深入，通過對煙絲結構的研究[15]，煙草行業(yè)基本形成了“控長、控碎”的制絲工藝加工理念，并逐漸認識到葉片結構對細支卷煙制絲質量的重要影響[16]，開始向卷煙加工的上游——打葉復烤環(huán)節(jié)延伸。然而葉片結構對細支卷煙物理指標是否產生顯著影響，具體影響哪些物理指標尚未有明確論證。因此，本研究通過混料設計配比了不同結構的配方煙葉，分析了葉片結構與煙支物理指標的相關關系，證實葉片結構與細支卷煙煙絲、煙支物理指標之間存在較強的相關性，研究結論與目前“降低大片率、提高中片率、控制小片率”的思路[17]完全吻合，為支撐當前細支卷煙質量提升提供科學依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料、儀器

材料：重慶中煙A牌號細支卷煙配方煙葉（不添加梗絲、膨脹絲）;重慶中煙A牌號細支卷煙產品煙支，規(guī)格97（67+30）mm×17.0 mm。

儀器：YJ118B型卷煙機（常德煙草機械有限責任公司）;TQ-2葉片振動分選篩（鄭州煙草研究院）;YQ-2煙絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）;RT-V型卷煙·濾棒綜合測試臺（成都瑞拓科技有限股份公司）;MV4420微波煙支密度水分儀（德國TEWS）;葉片連續(xù)式振動分選篩（自研設備，參照TQ-2葉片振動分選篩篩網(wǎng)尺寸）;YDX-III型端部落絲儀（中國科學院光學精密機械研究所、合肥威爾儀光電科技有限公司）。

1.2? 試驗方法

1.2.1? 葉片結構混料設計

按照選葉后煙片大片率、中片率、小片率總和為100%，通過Minitab統(tǒng)計分析軟件進行極端定點混料設計[18]，獲得葉片結構混料設計方案見表1。

1.2.2? 片型配比方式

按A牌號大生產葉組配方備料8 000 kg，采用多次測量的方式來準確測定配方煙葉葉片結構[19]。選葉工序完成后，均勻取樣2 000 kg，采用葉片連續(xù)式振動分選篩將煙葉篩分成大片（≥25.4 mm）、中片（12.7～25.4 mm）、小片（6.35～12.7 mm）和小碎片（≤6.35 mm）[20]，并保證篩出的各片型煙片重量比與配方煙葉葉片結構基本一致。計算每組混料處理需要添加的大片、中片、小片比例及需補足的小碎片比例。根據(jù)計算將剩余煙葉6 000 kg分為5組，每組煙葉重量在800～1 200 kg，添入相應比例的大片、中片、小片及小碎片，裝入不同的貯葉柜中。

1.2.3? 細支卷煙樣品的制備

通過混料設計的不同葉片結構的配方煙葉，采用A牌號制絲工藝標準進行制絲生產;其煙絲采用相同操作人員、同一卷包機臺，按照A牌號卷包工藝標準規(guī)定的工藝參數(shù)進行卷制包裝。

1.2.4? 物理指標檢測及分析方法

葉片結構測定：按照參考文獻[19]規(guī)定的方法，在選葉工序后測定配方煙葉的葉片結構，測試次數(shù)不少于10次，分別計算大片率（≥25.4 mm）、中片率（12.7～25.4 mm）、小片率（6.35～12.7 mm）及小碎片率（≤6.35mm）的平均值。

煙絲結構測定：按照參考文獻[21]的方法，測定烘絲出口、加香出口及煙槍出口的煙絲結構，測試次數(shù)不少于3次，分別計算煙絲長絲率（≥6.70 mm）、中絲率（3.35～6.70 mm）、整絲率（≥3.35 mm）、短絲率（1.00～3.35 mm）和碎絲率（≤1.00 mm）的平均值。

煙支物理指標測定：按照參考文獻[22]規(guī)定的方法測定。

煙支密度測定：按照參考文獻[23]規(guī)定的方法測定。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用Minitab統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析[18]。

2? 結果與分析

2.1? 葉片結構對煙絲結構的影響

2.1.1? 煙絲結構變化

通過測定細支卷煙制絲卷接過程中烘絲、加香、卷制（煙槍出口）三個重點工序的煙絲結構（見表2），可以看出：加工過程中煙絲結構呈現(xiàn)整絲率、長絲率漸次降低，中絲率、短絲率漸次增加的趨勢，煙絲整體由長變短。不同工序煙絲結構總體均呈現(xiàn)N∶1∶1（長絲、中絲、短絲率比值）的特征，即煙絲中絲率、短絲率基本接近，且受長絲率反向影響，長絲率越高，則中絲率、短絲率越低，通過煙絲長絲率的變化基本可推算中絲率、短絲率的變化情況。在烘絲過程，不同葉片結構配方的煙絲長絲率差異較大;加香后，各配方的長絲率差異縮小;但在卷煙機煙槍后，各配方的長絲率差異再次增大。

通過煙絲結構經(jīng)加香和卷煙機煙槍的變化情況（見表3）可以看出，煙絲長絲率顯著降低，平均降幅約34個百分點;中絲率、短絲率均有小幅增加，平均增幅約為17、15個百分點。不同葉片配比的煙絲結構在加工過程中的變化趨勢呈現(xiàn)出較顯著的差異，如配方1的長絲率、中絲率、短絲率變化幅度分別為-45.40、21.25、21.70個百分點，而配方2的長絲率、中絲率、短絲率變化幅度僅為-22.70、9.61、11.49個百分點，兩者差異較大，說明葉片結構變化不僅直接影響切后葉絲的形態(tài)，與葉片尺寸形狀相關的葉片脈絡分布也會影響煙絲結構。經(jīng)加香工序后，煙絲的長絲、中絲、短絲變幅分別為-8.08、5.05、3.59個百分點;經(jīng)卷煙機煙槍后，長絲、中絲、短絲變幅為-25.79、12.03、11.47個百分點，可以看出卷制過程對煙絲的造碎強度要大于加香過程。

2.1.2 混料回歸分析

通過基礎分析可以證明不同葉片結構對煙絲結構的影響較為顯著，必然會對細支卷煙的質量造成影響。為進一步解釋不同葉片結構對煙絲結構的影響方式，采用混料回歸的方法對煙絲結構數(shù)據(jù)進行分析，結果見表4。

分析構建的回歸模型（見表4），可以得到以下結論：烘絲后各工序的煙絲結構均與葉片結構呈現(xiàn)出一定的關聯(lián)性，但回歸模型的調整后R2均不高，說明葉片結構僅部分影響煙絲結構，切絲、烘絲等加工工序影響較大;當煙絲到達加香機出口，回歸模型的擬合度有所提高，整絲率R2和調整后R2分別達到了93.06%和86.12%（P值達到0.069，接近005），說明葉片結構對成品煙絲有一定影響;經(jīng)卷煙機相對高強度卷制處理后，葉片結構混料回歸模型的擬合度進一步發(fā)生變化，中絲率模型呈現(xiàn)較高的擬合度，R2和調整后R2分別達到了98.84%和95.38%（P=0.137>0.05），表明不同葉片結構對卷煙煙支中絲的影響不顯著。

在進一步對擬合度較高的混料回歸模型系數(shù)分析可以發(fā)現(xiàn)：在卷制前，大片率增加有助于提高煙絲的整絲率，降低碎絲率（通過A_sl結果分析）;中片率、小片率增加在提高整絲率的同時也帶來碎絲率的增加（P=0.18）（通過B_sl、C_sl結果分析）。通過模型系數(shù)比分析（A_rs、C_rs），片型結構對整絲率的影響程度排序為A≥B≥C（大片≥中片≥小片），對碎絲率的影響程度排序B≥C≥A（中片≥小片≥大片）。

在卷制后，片型結構對中絲率的影響作用更為明顯，中片率提高有助于提高中絲率，而大片率和小片率提高則降低了中絲率（通過A_sl、B_sl、C_sl的結果分析）。通過模型系數(shù)比分析（A_rs和C_rs），對中絲率的影響程度排序為C≥A≥B（小片≥大片≥中片）?？傊?，如需追求煙支中絲比率，不僅要提高中片率，還要控制碎片率，降低大片率。

2.2? 葉片結構對煙支物理指標的影響

在研究煙絲結構的基礎上，又對細支卷煙煙支物理指標進行了測試分析，并在其中選取了與葉片結構具有一定相關性的檢測指標，詳見表5。結果表明，葉片結構在影響煙絲結構基礎上，進一步對煙支物理指標產生了影響，影響主要集中在指示細支卷煙質量穩(wěn)定性的指標，特別是評價煙支之間質量差異的標準偏差等指標?？梢钥闯?，配方3（葉片混料的大片率、中片率、小片率分別為25%、55%、20%）的煙支物理指標穩(wěn)定性最好，其在煙槍出口的煙絲長絲率、中絲率、短絲率分別為30.55%、33.9%、30.35%，長絲、中絲和短絲的比例最為接近（見表2）。

通過混料回歸分析（見表6），表中所列細支卷煙物理指標與葉片結構呈現(xiàn)出較明顯的相關性，其中煙支密度變異系數(shù)、開吸吸阻、閉吸吸阻及端部落絲量模型擬合度較高，其R2均大于90%，調整后R2最低為88.41%（P值接近于0.05），說明回歸模型能夠解釋該指標變化情況，從一定程度上說明葉片結構對細支卷煙物理指標有著直接影響。

通過對回歸模型分析可以看出，中片率模型系數(shù)（B_sl）一般顯著小于大片率和小片率的模型系數(shù)（A_sl和C_sl），說明提高中片率能夠起到改善細支卷煙物理指標（望小）的作用。通過對模型系數(shù)比分析，對煙支密度變異系數(shù)、端部落絲量的影響排序為C≥A≥B（小片≥大片≥中片），對開吸吸阻標偏的影響排序為A≥C≥B（大片≥小片≥中片）。綜合考慮各項指標對細支卷煙質量的影響，要改善細支卷煙的物理指標，不僅應提高原料煙葉的中片率，還應降低大片率，控制小片率。

3? 小結

本研究通過混料設計進行了不同葉片結構配比試驗，測定比較了細支卷煙生產過程中煙絲結構和成品煙支物理指標。采用混料回歸分析確定了細支卷煙物理指標與葉片結構的相關性，基于混料回歸模型系數(shù)分析了煙葉原料大片率、中片率、小片率對細支卷煙物理指標的影響方式。結果表明：1）葉片結構與加工過程的煙絲結構、部分指示細支卷煙穩(wěn)定性的物理指標都有著較強的相關性。2）葉片結構能夠導致煙絲結構變化，但受加工工序的影響呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，在卷制后均呈現(xiàn)N∶1∶1（長絲、中絲、短絲之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能夠改善細支卷煙的物理指標。

參考文獻：

[1]? 葛暢，趙明月，胡有持，等.細支與常規(guī)卷煙主流煙氣常規(guī)指標及中性致香成分對比分析[J].煙草科技， 2017，50（4）：43-50.

[2]? 張亞平，張曉宇，周順，等.卷煙紙組分對常規(guī)和細支卷煙煙氣釋放量及感官質量的影響[J].煙草科技， 2017，50（11）：48-57.

[3]? 廖惠云，秦艷華，張華，等. GC-MS/MS法分析細支與常規(guī)卷煙主流煙氣中生物堿的逐口釋放量[J].煙草科技，2018，51（6）：64-72.

[4]? 王金棒，洪廣峰，高健，等.國外細支卷煙研究綜述[J].中國煙草學報，2018（5）：91-101.

[5]? 國家煙草專賣局.關于啟動細支卷煙升級創(chuàng)新重大專項的通知（國煙科〔2016〕154 號）[Z].北京：國家煙草專賣局，2014.

[6]? 林婉欣，招美娟，石曉江，等.細支卷煙的吸阻與物理指標相關性分析[J].工程技術研究， 2017，39（5）：115-116.

[7]? 廖曉祥，趙云川，鄒泉，等.梗絲形態(tài)對細支卷煙品質穩(wěn)定性的影響[J].煙草科技， 2016，49（10）：74-80.

[8]? 丁美宙，劉歡，劉強，等.梗絲形態(tài)對細支卷煙加工及綜合質量的影響[J].食品與機械，2017，33（9）：197-202.

[9]? 陳丞.綜合測試臺檢測細支卷煙的技術改造[J].安徽農業(yè)科學，2016，44（6）：309-312.

[10] 李釗.提高細支煙在PSSIM機型改造后的可靠性[J].機械工程師，2014（9）：222-223.

[11] 殷樹強. PASSIM8K機組生產超細支（φ5.4）卷煙[J].科技與企業(yè)，2013（18）： 304.

[12] 閆俊科. ZJ114型超細煙支卷接機組的改進設計與研制[D].鄭州：鄭州大學，2012.

[13] 湯治國. ZJ114卷接機組卷制超細煙支時風室部件的改進[J].煙草科技，2009，31（11）：28-30.

[14] 張大波，孔臻，吳碩，等.國內細支卷煙加工工藝現(xiàn)狀[J].煙草科技，2018，51（1）：79-84.

[15] 李洪濤，楊成.基于混料均勻設計的細支煙煙絲尺寸優(yōu)化[J].濟南大學學報（自然科學版），2018，32（3）：146-155.

[16] 肖錦哲，張騰健，楊全忠，等.篩分復打工藝的設計與應用[J].中國煙草學報，2018，24（4）：115-123.

[17] 中國煙草總公司.卷煙工藝規(guī)范[ M].北京：中國輕工業(yè)出版社， 2016.

[18] 李志輝，李欣. MINITAB統(tǒng)計分析方法及應用（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[19]? YC/T 147—2010， 打葉煙葉 質量檢驗[S].

[20] 羅登山，曾靜，劉棟，等.葉片結構對卷煙質量影響的研究進展[J].鄭州輕工業(yè)學院學報（自然科學版）， 2018， 25（2）：13-17.

[21]? YC/T 289—2009， 卷煙 配方煙絲結構的測定[S].

[22]? GB5606.3—2005， 卷煙 第3部分：包裝、卷制技術要求及貯運[S].

[23]? YC/T 476—2013， 煙支煙絲密度測定 微波法[S].

（責任編輯：易? 婧）