程傳玲, 佘 鑫, 竇元春, 舒云波, 倪和朋, 管仕栓,胡明輝, 馬 俊, 王曉斌, 李洪濤, 鄭力文, 馬曉偉

(1.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 煙草科學(xué)與工程學(xué)院, 河南 鄭州 450000; 2.紅塔煙草( 集團(tuán)) 有限責(zé)任公司 工藝質(zhì)量部, 云南 玉溪 653100; 3.紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司 玉溪卷煙廠, 云南 玉溪 653100; 4.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心, 山東 青島 266101; 5.紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司 昭通卷煙廠, 云南 昭通 657000)

0 引言

卷煙燃燒是煙絲與卷煙紙共同參與完成的過(guò)程,煙絲及卷煙紙是影響卷煙煙氣的主要因素.降焦減害[1,2]一直是人們熱議的話題,其中焦油量一直備受人們關(guān)注.已有研究表明,卷煙煙絲參數(shù)[3-5],輔助材料[6-9],如卷煙紙參數(shù)[10-12]、添加劑[13-16]等對(duì)卷煙的焦油量均有影響.戴路等[17]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)卷煙輔材設(shè)計(jì)參數(shù)可以調(diào)控?zé)煔庵蠺PM、焦油和CO的釋放量,并且有助于提升中支卷煙感官質(zhì)量,鄭淑娟等[18]在考慮煙用材料4個(gè)因素(卷煙紙透氣度、卷煙紙助燃劑用量、濾嘴通風(fēng)率及濾嘴長(zhǎng)度)及各因素間的交互作用及平方項(xiàng)的基礎(chǔ)下,運(yùn)用逐步回歸法建立了利用卷煙材料預(yù)測(cè)焦油的預(yù)測(cè)模型.王澤理等[19]發(fā)現(xiàn)下部煙葉與焦油成負(fù)相,但與感官質(zhì)量成正相關(guān),葉組配方中合理利用下部煙葉,既能起到降焦減害的作用,又可使感官質(zhì)量保持穩(wěn)定.可見(jiàn)目前針對(duì)煙氣焦油含量的研究大多集中在煙絲或者卷煙紙的某一方面,沒(méi)有考慮煙絲和卷煙紙組合對(duì)煙氣中焦油量的影響.

為準(zhǔn)確分析煙絲/卷煙紙組合對(duì)卷煙焦油量的影響,選取5種煙絲10種卷煙紙組合而成的49種卷煙,測(cè)定煙絲中煙絲組成(薄片添加比例、膨脹梗絲添加比例)、常規(guī)化學(xué)成分(氯、煙堿、總糖、還原糖、鉀、總氮、氨態(tài)堿),金屬元素含量(鈣、鈉、鎂、鐵、錳、鋅、銅)以及10種卷煙紙參數(shù),分析了煙絲及卷煙紙參數(shù)對(duì)卷煙焦油量的影響,旨在為改善卷煙焦油量提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

1.1.1 主要材料

5種常規(guī)規(guī)格卷煙煙絲(1～5#),10種卷煙紙(1～10#)卷制成的49種卷煙樣品,其中1～4#煙絲各10種卷煙紙、5#煙絲9種卷煙紙,每種煙絲卷制樣品時(shí)除更換卷煙紙外其它條件不變.10種卷煙紙的參數(shù)信息如表1所示,5種煙絲的參數(shù)信息如表2、表3所示,包括煙絲組成、常規(guī)化學(xué)成分.

表1 10種卷煙紙的各項(xiàng)參數(shù)

表2 5種煙絲的組成

表3 5種煙絲的常規(guī)化學(xué)成分

1.1.2 主要試劑

硝酸(煙臺(tái)市雙雙化工有限公司)、氫氟酸(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)、30%過(guò)氧化氫(洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司)、氯化銫(阿拉丁試劑(上海)有限公司)、硝酸鑭(阿拉丁試劑(上海)有限公司)、鈣、鈉、鎂、鐵、錳、鋅、銅7種金屬元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)、醫(yī)用酒精(新鄉(xiāng)市三偉消毒制劑有限公司)、娃哈哈飲用純凈水(新鄉(xiāng)市娃哈哈昌盛飲料有限公司)、異丙醇(色譜級(jí),天津市大茂化學(xué)試劑廠)、無(wú)水乙醇(色譜級(jí),天津市大茂化學(xué)試劑廠)、正十七烷(純度≥98.5%,北京百靈威科技有限公司)、煙堿(純度≥98%,鄭州煙草研究院).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與儀器

1.2.1 金屬元素含量的測(cè)定方法

(1)測(cè)定方法:參照文獻(xiàn)[20]建立的方法.

(2)主要儀器:SX3-5-12ASP高效節(jié)能陶瓷纖維箱式電阻爐(北京科偉永興儀器有限公司)、DL-1電子電爐(上海樹(shù)立儀器儀表有限公司)、電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、微波消解儀、EHD-24趕酸儀(北京東航科儀儀器有限公司)、KBF240恒溫恒濕箱(河南捷隆科技有限公司)、AA240FS原子吸收光譜儀(美國(guó)安捷倫公司)、自制持灰箱.

其他儀器:燒杯、容量瓶、坩堝、坩堝鉗、移液槍、聚四氟乙烯高壓消解罐、PE手套、研缽等.

1.2.2 煙氣指標(biāo)的檢測(cè)方法

(1)檢測(cè)方法:參照文獻(xiàn)[21]檢測(cè)卷煙抽吸口數(shù)及焦油量釋放量.

(2)主要儀器:恒溫恒濕箱(KBF240型,德國(guó)Binder公司)、電子天平(SQP型,感量0.000 1,德國(guó)Sartorius公司)、接嘴實(shí)驗(yàn)機(jī)(SZJ型,國(guó)營(yíng)平水機(jī)械廠)、轉(zhuǎn)盤(pán)式吸煙機(jī)(RH20型,德國(guó)Borgwaldt公司)、氣相色譜儀(安捷倫7890型,美國(guó)Agilent公司)、恒溫回旋振蕩器(THZ-C型,江蘇太倉(cāng)市華美生化儀器廠).

2 結(jié)果與討論

2.1 煙絲及卷煙紙對(duì)焦油量變異的影響

49個(gè)卷煙樣品的檢測(cè)結(jié)果如表4所示,焦油量介于9.10～11.40 mg、平均值為10.43 mg、RSD為5.67%.相同煙絲與不同卷煙紙組合時(shí)的焦油量不同,平均值介于9.94 ～10.90 mg、RSD介于2.90%～5.37%;相同卷煙紙與煙絲組合時(shí)的焦油量也不同,平均值介于9.95～11.08 mg、RSD介于2.74%～7.31%.可見(jiàn),焦油量既會(huì)隨煙絲變化而變化,也會(huì)隨卷煙紙不同而變化.可能是煙絲中添加劑、煙絲中金屬元素含量或者卷煙紙參數(shù)不同等多重方面的影響,因此有必要對(duì)不同煙絲卷煙紙組合進(jìn)行討論,分析造成這種差異的最主要影響因素 .

表4 49種卷煙樣品焦油量測(cè)定結(jié)果 (mg)

由于卷煙樣品由5種煙絲、10種卷煙紙卷制而成,因此焦油量的變異主要是煙絲和卷煙紙共同作用的結(jié)果.為了比較煙絲和卷煙紙對(duì)焦油量的貢獻(xiàn),以焦油量為變量,卷煙紙、煙絲為影響因素,采用一般線性模型法進(jìn)行方差分析,結(jié)果表明模型的決定系數(shù)(R2)為0.819,即兩者共同解釋了焦油量變異的81.9%.如表5所示,煙絲、卷煙紙對(duì)焦油量的影響均為極顯著,由均方差或F值可以看出,煙絲導(dǎo)致的焦油量變異約為卷煙紙的2.30倍,說(shuō)明煙絲是影響焦油量的主要因素,卷煙紙為次要因素.

表5 以焦油量為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)

2.2 煙絲參數(shù)對(duì)焦油量變異的影響

5種牌號(hào)卷煙煙絲中7種金屬元素測(cè)量結(jié)果如表6所示,由表6可知,各牌號(hào)卷煙煙絲鈣元素含量介于298.71～355.41 mg/g之間,銅含量介于0.01～0.05 mg/g之間,鐵含量介于0.39～4.07 mg/g之間,鎂元素含量介于1.69 ～4.50 mg/g之間,錳含量介于0.05～0.13 mg/g之間,鈉含量介于2.56～19.71 mg/g之間,鋅含量介于0.02 ～0.04 mg/g之間.

表6 5種牌號(hào)卷煙煙絲中7種金屬元素測(cè)量結(jié)果(mg/g)

由2.1部分可知,焦油量受煙絲的影響大于卷煙紙.選擇薄片添加比例(T1)、膨脹梗絲添加比例(T2)作為表征煙絲組成的參數(shù),煙絲中氯(s1)、煙堿(s2)、總糖(s3)、還原糖(s4)、鉀(s5)、總氮(s6)、氨態(tài)堿(s7)含量作為表征煙絲常規(guī)化學(xué)成分含量的參數(shù),鈣(j1)、鈉(j2)、鎂(j3)、鐵(j4)、錳(j5)、鋅(j6)、銅(j7)作為表征煙絲中金屬元素含量的參數(shù),通過(guò)相關(guān)分析研究煙絲參數(shù)對(duì)焦油量的影響.

表7所示的簡(jiǎn)單相關(guān)分析結(jié)果表明,薄片(T1)、鋅(j6)含量與焦油量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,煙堿(s2)含量與焦油量呈顯著正相關(guān)關(guān)系.

表7 焦油量與煙絲參數(shù)間的簡(jiǎn)單相關(guān)分析結(jié)果

以49種卷煙的焦油量為因變量,煙絲的16種參數(shù)為自變量進(jìn)行多元線性回歸分析逐步回歸分析,回歸分析結(jié)果如表8、表9所示.由表8焦油量與煙絲參數(shù)的回歸模型中F檢驗(yàn)中的P值(P=0.000,<0.01)可以看出,此模型達(dá)到了極顯著,同時(shí)各元素也達(dá)到了極顯著的水平,所以此模型回歸效果較好;回歸方程的決定系數(shù)為0.486,一般線性模型的決定系數(shù)為0.819,進(jìn)一步證明不同卷煙樣品焦油量的變異主要是由煙絲作用的結(jié)果,卷煙紙的影響較小.由表9的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)可以看出,鈉、鎂、錳、鉀含量是影響焦油量的主要因素,鎂、錳、鉀含量與焦油量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(鎂、錳、鉀標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)均為負(fù)值).鈉含量與焦油量呈正相關(guān)關(guān)系(鈉標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為1.044),鉀的影響最大(標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)最大,為-1.161),其次是鈉、鎂、錳.

表8 焦油量與煙絲參數(shù)的回歸模型概述

表9 焦油量與煙絲參數(shù)回歸系數(shù)的t檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 卷煙紙參數(shù)對(duì)焦油量變異的影響

章節(jié)2.2部分研究結(jié)果表明煙絲中鈉、鎂、錳、鉀含量是影響焦油量的主要因素,四者可共同解釋焦油量變異的48.6%,而由2.1部分一般線性模型的決定系數(shù)可知,煙絲和卷煙紙對(duì)焦油量變異的總解釋度為81.9%,兩者之差可以看作是由卷煙紙不同造成的,約為33.3%.可見(jiàn),在煙絲、卷煙紙共變體系中卷煙紙不同引起的焦油量變異有限.由于卷煙紙?jiān)斐傻慕褂土孔儺惡苄?直接分析時(shí)會(huì)因煙絲的干擾而無(wú)法得出客觀的結(jié)論,為此,可以根據(jù)表9的模型構(gòu)建一個(gè)由鈉、鎂、錳、鉀四種元素組成的煙絲參數(shù)因子,即保留該模型的預(yù)測(cè)值作為煙絲參數(shù)因子(S焦油量),以便在控制煙絲影響的條件下分析卷煙紙參數(shù)對(duì)焦油量的影響.

以49種卷煙的焦油量為因變量,卷煙紙透氣度、定量、灰分含量、鉀鈉比和陰燃速率(依次記為Z1～Z5)為自變量進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析,為了控制煙絲的影響,將煙絲參數(shù)因子作為自變量參與回歸分析.焦油量與卷煙紙參數(shù)及煙絲因子的回歸分析結(jié)果如表10、表11所示.由表10模型中F檢驗(yàn)中的P值(P=0.000,<0.01)可以看出,此模型達(dá)到了極顯著;回歸方程的決定系數(shù)為0.808,接近一般線性模型的0.819,進(jìn)一步證明了章節(jié)2.1中不同卷煙樣品焦油量的變異是由煙絲和卷煙紙共同作用的結(jié)果,但煙絲金屬元素的影響稍大于卷煙紙.

表10 焦油量與卷煙紙參數(shù)及煙絲因子的回歸模型概述

由表11所示的回歸模型及標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)可知,卷煙紙透氣度、定量、灰分含量、陰燃速率對(duì)焦油量有顯著影響,且卷煙紙透氣度與灰分含量(Z1*Z3)、卷煙紙透氣度與陰燃速率(Z1*Z5)、定量與灰分含量(Z2*Z3)、灰分含量與陰燃速率(Z3*Z5)、灰分含量與灰分含量(Z3*Z3)之間存在交互作用.卷煙紙定量、灰分含量分別與焦油量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)分別為-17.426、-4.700),焦油量隨著卷煙紙定量、灰分含量的增加呈下降趨勢(shì).

3 結(jié)論

通過(guò)從煙絲的組成、常規(guī)化學(xué)成分、金屬元素含量以及卷煙紙參數(shù)四個(gè)方面分析煙絲及卷煙紙組合對(duì)卷煙焦油量的影響,得出如下結(jié)論:

(1)卷煙規(guī)格及卷制質(zhì)量一定時(shí),隨著煙絲與卷煙紙組合的變化,卷煙的焦油量發(fā)生了明顯變化,表明煙絲與卷煙紙間的配合是影響焦油量的重要因素.

(2)在煙絲、卷煙紙共變體系中,煙絲是影響焦油量的主要因素、卷煙紙是次要因素.因此,通過(guò)煙絲優(yōu)化改善焦油量將能獲得更為明顯的效果,相應(yīng)地,煙絲質(zhì)量波動(dòng)也更容易造成焦油量的波動(dòng).

(3)煙絲中鈉、鎂、錳、鉀含量會(huì)顯著影響焦油量,鎂、錳、鉀含量與焦油量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,鈉含量與焦油量呈正相關(guān)關(guān)系.

(4)卷煙紙透氣度、定量、灰分含量、陰燃速率是影響焦油量的主要參數(shù),卷煙紙定量、灰分含量分別與焦油量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,焦油量隨著卷煙紙定量、灰分含量的增加呈下降趨勢(shì)但其影響的趨勢(shì)和程度會(huì)受到煙絲中參數(shù)的影響.