卷烟“三纸一棒”对烟气特征及感官质量的影响

卷烟“三纸一棒”对烟气特征及感官质量的影响（一）于川芳罗登山王芳席年生王兵申玉军（郑州烟草研究院工艺开发部郑州，450000）摘要收集具有不同参数的10种卷烟纸、10种成形纸、7种接装纸以及5种丝束，分别搭配组合并选用同一批次的混合型卷烟烟丝卷制成89种试验卷烟。然后对全部试验卷烟进行烟气分析测试及感官质量评吸，最终建立卷烟辅助材料参数与焦油量、烟气烟碱量、烟气CO量、抽吸口数、过滤效率、总稀释率等烟气分析指标的数学回归方程，在试验范围内利用这些方程可直接计算出辅助材料参数的改变对烟气分析指标的影响。具体的方程包括卷烟纸自然透气度、总稀释率、滤嘴长度以及滤棒吸阻（对通风卷烟及不通风卷烟）等分别与焦油量、烟气烟碱量、烟气CO量、抽吸口数的关系；滤棒吸阻及滤嘴长度与过滤效率的关系；卷烟纸自然透气度与自由燃烧速度的关系等。本文还建立了成形纸透气度、接装纸透气度与总稀释率的回归方程，在试验范围内利用此方程可直接计算出总稀释率的大小；并对丝束规格对烟气分析指标的影响进行了研究。本文还定性描述了卷烟辅助材料参数的改变对感官质量的影响趋势。关键词：卷烟纸成型纸接装纸滤棒焦油量感官质量卷烟辅助材料“三纸一棒”，“三纸”指卷烟纸、成形纸，接装纸，“一棒”指滤棒。它们对焦油量等烟气分析指标的影响是十分显著的，但以前国内此类研究不多，仅有一些单因素的研究，而且大多没有具体的量化指标。这样当卷烟的辅助材料改变以后，焦油量等烟气分析指标的变化量就无法直接确定，只能将这些辅材分别卷制成卷烟去试验，过程复杂，影响因素多，工作量大。本项研究的目的就是要通过试验，详细系统地研究卷烟辅助材料参数的改变对焦油量等烟气分析指标的影响，并建立起一些数学模拟方程，直接描绘出辅助材料的参数与出各种烟气分析指标的关系，利用方程可直接计算出辅助材料参数的改变对烟气分析指标的影响；同时研究辅助材料参数的改变对感官质量的影响趋势。1材料与方法1.1试验材料卷烟纸：一系列9种不同透气度的卷烟纸a1-a9以及1种普通卷烟纸a10。成形纸：一系列9种不同透气度的成形纸b1-b9以及1种普通成形纸b10。接装纸：一系列6种同一打孔位置（孔带中心距嘴端12.5mm）、不同透气度的激光打孔接装纸c11-c16以及1种普通接装纸c2。丝束：不同规格的5种丝束d1-d5（表1）。表1试验用辅助材料的参数项目参数值卷烟纸编号a1a2a3a4a5a6a7a8a9a10透气度设计值（CU）3040506070809010012020透气度实测值（CU）3043505570799610213720成形纸编号b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10透气度设计值（CU）33004800600070008000100001200024000320000透气度实测值（CU）298848905394673974161043011710231103246010接装纸编号c11c12c13c14c15c16c2透气度设计值（CU）200400600800102312000透气度实测值（CU）20843464785010641236-丝束编号d1d2d3d4d5规格3.0Y/300003.0Y/350003.0Y/370002.7Y/350003.3Y/390001.2试验方法1.2.1全部试验卷烟均在许昌卷烟厂卷制。1.2.2选用同一牌号、同一批次的混合型卷烟烟丝，目的是为了去除叶组配方的影响。1.2.3全部卷烟均在同一机台卷制，并尽量保证卷烟圆周、硬度及单支重量的稳定性。1.2.4按照“每次只改变一个参数”的设计原则，将试验卷烟分为6个大组、14个小组，一共卷制出89种卷烟。其中每一小组的卷烟都只有一个参数不同，分别为卷烟纸自然透气度1组、成形纸透气度与接装纸透气度9组（合称为1个大组）、滤棒吸阻2组（普通卷烟1组、通风卷烟1组）、丝束规格1组、滤嘴长度1组。1.2.5对全部89种卷烟进行烟气分析，测试指标为焦油量、烟气烟碱量、烟气CO量、抽吸口数、过滤效率以及总稀释率等6项指标中的全部或部分。测试按国标、分小组进行，并且选择多个测试地点，每个测试地点选择同一台吸烟机，每种卷烟又被分别安排在不同的抽吸孔道，进行多次重复试验，以消除测试中的误差。1.2.6对全部89种卷烟进行感官质量评吸。将感官质量分为香气量、浓度、细腻程度、刺激性、杂气、干燥感、干净程度等7项指标，每项指标的最高分为9分，最低分为1分，得分越高，表示香气量越多、浓度越浓、细腻程度越好、刺激性越小、杂气越少、干燥感越不明显、干净程度越干净。评吸按14个小组进行，评吸每一小组卷烟时都将对照卷烟作为标样校正口感。1.3对照卷烟从89种试验卷烟中选出一种作为对照，它与其它所有卷烟具有较多的共同参数。对照卷烟选用的辅材及参数为卷烟纸a10，普通成形纸b10，普通接装纸c2，丝束d2，120mm滤棒吸阻设计值3236Pa（实测值Pa），滤嘴长度20.0mm。对照卷烟烟气分析结果为焦油量18.8mg，烟气烟碱量1.81mg，烟气CO量15.9mg，抽吸口数8.6口，过滤效率48.6%，无通风稀释。对照卷烟的感官评吸结果为香气量6，浓度7，细腻程度4，刺激性4，杂气3，干燥感4，干净程度5。2结果与讨论2.1卷烟纸对烟气特征及感官质量的影响卷烟纸参数中最重要的一项指标为自然透气度，本组试验主要研究卷烟纸自然透气度对烟气特征及感官质量的影响。分别选用a1-a9卷烟纸，其它辅材及参数与对照卷烟相同，共9种卷烟，编号分别为X1-X9。2.1.1卷烟纸透气度与烟气分析指标的关系X1-X9的烟气分析结果与卷烟纸透气度的关系见图1。图1卷烟纸透气度与烟气分析指标的关系利用统计学原理，对烟气分析指标及卷烟纸透气度（文中所有回归方程的计算均以实测值为准）进行回归分析，得到下面4条直线方程：焦油量y=-0.0241x+17.781(r=0.9724,特别显著）烟气烟碱量y=-0.0020x+1.6446(r=0.9257,特别显著）烟气CO量y=-0.0328x+15.59(r=0.9332，特别显著）抽吸口数y=-0.0064x+8.0423(r=0.8785，特别显著）式中：x为卷烟纸透气度（CU）它们的线性相关关系全部为特别显著，因此在试验范围内可以直接利用上述方程计算出卷烟纸透气度的变化对焦油量等烟气分析指标的影响。图1中各标志点为实测值，直线为利用回归方程模拟的趋势线，可以看出理论值与实测值吻合得很好。利用方程可推导出以下结论：卷烟纸透气度每增加10CU，焦油量下降0.241mg，烟气烟碱量下降0.020mg，烟气CO量下降0.328mg，抽吸口数下降0.064口。以卷烟纸透气度为30CU时的计算值为基准，相当于焦油量下降1.41%，烟气烟碱量下降1.26%，烟气CO量下降2.25%，抽吸口数下降0.815%。可以看出，卷烟纸透气度对CO影响最大，对焦油和烟碱影响较小。2.1.2卷烟纸透气度与自由燃烧速度的关系测试X1-X9的自由燃烧速度，结果见图2。可以看出，随着卷烟纸透气度增加，自由燃烧速度呈现上升趋势，这也正是各项烟气分析指标下降的直接原因。图2卷烟纸透气度与自由燃烧速度的关系经过回归分析，得到如下方程：自由燃烧速度y=0.0086x+4.4874(r=0.9370,特别显著）式中x为卷烟纸透气度（CU）在试验范围内利用上述方程可直接计算出卷烟纸透气度的变化对自由燃烧速度的影响。卷烟纸透气度每增加10CU，自由燃烧速度上升0.086mm/min。2.1.3卷烟纸透气度与感官质量的关系将X1-X9与对照卷烟共同评吸，结果见图3。图3卷烟纸透气度对感官质量的影响可以看出，随着卷烟纸透气度的增加，香气量及浓度总体上呈下降趋势，当透气度达到一定程度（本试验卷烟为80CU）后，在一定的范围内（80～100CU），变化的程度便不再明显，但刺激性开始增大；同时烟气的细腻程度、干净程度以及杂气、干燥感等感官质量指标有所下降。另外，卷烟纸透气度过大，在抽吸的过程中会引起烟支部分稀释率的大幅度变化，而导致前后抽吸的较大吸味差异。因此在降焦的过程中，卷烟纸的透气度要合理选择，以不超过80CU为宜。2.2成形纸与接装纸对烟气特征及感官质量的影响稀释率受许多因素的影响，包括成形纸透气度、接装纸透气度、有效通风面积（打孔方式、打孔个数、孔径、不涂胶区域的位置、宽度等）、上游压降（打孔位置、滤嘴吸阻等）。我们对其中的主要因素进行了研究。2.2.1成形纸与接装纸的合理组合空气从接装纸的小孔进入卷烟时，还必须穿过成形纸，这两层纸透气度的大小是稀释率最主要的影响因素，它们之间必须搭配合理。一般情况下是先选择并固定一个稍大透气度的成形纸，再通过接装纸透气度的变化来决定稀释率等。因为接装纸的透气度易于控制，而且比较精确。我们测试了多种接装纸和成形纸的透气度，接装纸透气度变异系数一般为3%左右，而成形纸一般在5%左右，而且成形纸透气度越大，变异系数越大，甚至达到10%以上。将b1-b9分别与c11-c16搭配组合卷制成54种卷烟，其它辅材及参数与对照卷烟相同。将54种卷烟分为9组，每组中成形纸固定不变，接装纸则分别有6种不同的透气度。9组卷烟的总稀释率见图4。图4成形纸与接装纸的组合可以看出，当成形纸固定不变时，随接装纸透气度的增加，总稀释率逐渐增加，开始时增加幅度较大，但随着接装纸透气度的进一步增大，总稀释率的增大便不再明显。图4中9条曲线为接装纸与总稀释率之间的趋势线，它们的回归方程为：成形纸透气度分别为：2988CUy=16.708ln(x)-63.291(r=0.9659，特别显著）4890CUy=17.399ln(x)-64.375(r=0.9850，特别显著)5394CUy=18.271ln(x)-68.218(r=0.9875，特别显著)6739CUy=19.660ln(x)-74.772(r=0.9861,特别显著)7416CUy=18.777ln(x)-69.362(r=0.9888，特别显著)10430CUy=20.176ln(x)-78.058(r=0.9830，特别显著）11710CUy=20.801ln(x)-79.854(r=0.9849，特别显著）23110CUy=21.785ln(x)-83.94(r=0.9931，特别显著）32460CUy=22.221ln(x)-85.956(r=0.9896,特别显著）式中：x：接装纸透气度（CU）y：总稀释率（%）经再次回归，得到下降方程：y=2.43ln(x)ln(x2)-10.48ln(x1)-2.57ln(x2)+21.15(r=0.9602，特别显著）式中：x1：成形纸透气度（CU）x2：接装纸透气度（CU）y：总稀释率（%）在试验范围内利用上述方程可直接计算出成形纸透气度、接装纸透气度与总稀释率的关系，从而确定成形纸与接装纸的合理组合。2.2.2总稀释率对烟气特征及感官质量的影响上述54种卷烟的烟气分析结果与总稀释率的关系见图5。图5总稀释率与烟气分析指标的关系经过回归分析，得到下面4条直线方程：焦油量y=-0.2099x+21.57(r=0.9886,特别显著）烟气烟碱量y=-0.0182x+2.2484(r=0.9796,特别显著）烟气CO量y=-0.2077x+18.721(r=0.9951,特别显著）抽吸口数y=0.0143x+8.6285(r=0.6995,特别显著）式中：x为总稀释率（%）在试验范围内利用上述方程可直接计算出总稀释率的变化对烟气分析指标的影响。总稀释率每增加10%，焦油量下降2.099mg，烟气烟碱量下降0.182mg，烟气CO量下降2.077mg，抽吸口数增加0.143口。以总稀释率为0时的计算值为基准，相当于焦油量下降9.73%，烟气烟碱量下降8.09%，烟气CO量下降11.09%，抽吸口数增加1.66%。可以看出，总稀释率对烟碱影响最小，这样就保证了在采用通风稀释时，在较大幅度地降低CO量和焦油量的同时，仍能保持一定的劲头。抽吸口数随总稀释率的增加而略有上升。这是由于总稀