朱成文，郝喜良，沈曉晨，徐如彥，劉曙光，芮金生，王仰勛，李建英，成 濤，吳 佳

江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南京市建鄴區(qū)夢都路30 號 210019

近年來，細(xì)支卷煙在國內(nèi)市場上快速發(fā)展，獲得了消費(fèi)者的認(rèn)可，已成為國內(nèi)卷煙發(fā)展的一個重要增長點(diǎn)。相較于常規(guī)卷煙，細(xì)支卷煙因其圓周的下降，煙絲結(jié)構(gòu)中長絲率過高所帶來的負(fù)面影響愈顯突出，因此為提高細(xì)支卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性，卷接所需的煙絲結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化。

近年來，行業(yè)對細(xì)支卷煙質(zhì)量指標(biāo)、定長切絲模式開展了一些研究，廖曉祥等［1]研究了梗絲形態(tài)對細(xì)支卷煙品質(zhì)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)微波膨脹梗絲摻配的細(xì)支卷煙的品質(zhì)穩(wěn)定性更優(yōu)。章平泉等［2]對細(xì)支卷煙樣品的物理特性進(jìn)行測試、統(tǒng)計分析并利用因子分析法進(jìn)行綜合評價，結(jié)果表明單支質(zhì)量與吸阻、濾嘴通風(fēng)、總通風(fēng)，圓周與長度之間均達(dá)到顯著性正相關(guān)。韓慧杰等［3]研究了常規(guī)切絲和30、40 mm 定長切絲模式對煙絲結(jié)構(gòu)和物理指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)采用40 mm 定長切絲模式，卷煙物理指標(biāo)的穩(wěn)定性最好。李瓊等［4]研究發(fā)現(xiàn)采用定長切絲模式進(jìn)行切絲，卷煙長絲率降低，中絲率提高，煙絲長度的均勻性得到了改善，葉絲造碎增加。朱文魁等［5]研究發(fā)現(xiàn)定長切絲改善了煙絲結(jié)構(gòu)中長絲與中短絲的均勻性，顯著提升了卷煙物理質(zhì)量穩(wěn)定性，并可降低單箱耗絲量。定長切絲技術(shù)是目前行業(yè)中公認(rèn)的可以降低煙絲長度、優(yōu)化煙絲結(jié)構(gòu)的有效手段之一，但關(guān)于40 mm定長切絲應(yīng)用于細(xì)支卷煙的相關(guān)研究鮮有報道。因此研究40 mm 定長切絲模式對細(xì)支卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響，旨在為細(xì)支卷煙質(zhì)量控制技術(shù)提供一種新的思路，也為完善細(xì)支卷煙加工工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備和儀器

制絲在江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南京卷煙廠8 000 kg/h 生產(chǎn)線上進(jìn)行，使用“南京”品牌某規(guī)格片煙。片煙經(jīng)儲葉柜輸出后，分別采用常規(guī)模式和40 mm定長模式進(jìn)行切絲，切絲寬度為0.9 mm。常規(guī)切絲模式采用平板式刀片；40 mm 定長切絲模式采用鋸齒式刀片，齒間距為40 mm。

異丙醇（AR，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；乙醇（色譜純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司）；正十七碳烷［色譜純，梯希愛（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司]。

MW2230 型微波水分密度儀（德國圖拉楊科技有限公司）；HP7890 氣相色譜儀（配置FID 和TCD檢測器，美國Agilent 公司）；RM20H 轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)（德國Borgwaldt KC 公司）；Milli-Q Integral 10 型超純水系統(tǒng)（美國Millipore 公司）；Retsch AS400篩分儀（德國Retsch 公司，篩網(wǎng)孔徑為: 8.00、6.70、5.60、4.75、4.00、3.35、2.80、2.00、1.40、0.71 mm）；AL204 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；HY-5A 回旋振蕩器（江蘇省金壇市訊生儀器廠）；TPI300 型煙草數(shù)字投影儀（合肥眾沃儀器技術(shù)有限公司）；E300 恒溫恒濕箱（澳大利亞Steridium 公司）。

1.2 方法

1.2.1 煙絲寬度的測定方法

參照參考文獻(xiàn)［6]中的方法測定煙絲寬度。

1.2.2 煙絲結(jié)構(gòu)的測定方法

每批煙絲樣品在儲絲柜出口人工取樣3 組，每組1 000 g，參照參考文獻(xiàn)［7-8]中的方法測定煙絲結(jié)構(gòu)，檢測項目包括各尺寸范圍的煙絲量、填充值，檢測結(jié)果取平均值。

1.2.3 煙絲特征尺寸的測定方法

取少量煙絲與已知尺寸的標(biāo)準(zhǔn)模塊均勻平鋪于同一白紙上，無重疊，完整采集煙絲和標(biāo)準(zhǔn)模塊于一張圖像內(nèi)，利用matlabR2011a 進(jìn)行分析，獲得所有煙絲不同尺寸范圍內(nèi)煙絲的累積分布比例等數(shù)據(jù)。

1.2.4 煙支內(nèi)密度分布的測定方法

不同切絲模式細(xì)支卷煙樣品隨機(jī)取10 包，每包中取單支質(zhì)量在0.52～0.54 g 范圍內(nèi)的煙支2支，共20 支，作為煙支內(nèi)軸向密度分布檢測的煙支樣品，在微波水分密度儀上進(jìn)行密度檢測。每支卷煙的數(shù)據(jù)從距點(diǎn)燃端1 mm 處開始、59 mm 處結(jié)束，每個檢測點(diǎn)間隔1 mm。

1.2.5 卷煙物理指標(biāo)、主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分的檢測及感官評吸方法

參照參考文獻(xiàn)［9]中的方法測定細(xì)支卷煙的單支質(zhì)量、開放吸阻以及硬度。

參照參考文獻(xiàn)［10]中的方法調(diào)整檢查吸煙機(jī)參數(shù)，參照參考文獻(xiàn)［11]測定主流煙氣中焦油釋放量，參照參考文獻(xiàn)［12]中的方法測定主流煙氣中CO 釋放量。

參照參考文獻(xiàn)［13]中的方法，邀請13 位具有煙草行業(yè)感官評吸資格的評吸員對卷煙樣品進(jìn)行評吸。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同切絲模式對葉絲寬度的影響

對40 mm 定長與常規(guī)切絲后葉絲寬度進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1 所示。由表1 可以看出，40 mm 定長切絲模式未對切后葉絲的寬度產(chǎn)生明顯影響，切后葉絲寬度均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差與常規(guī)切絲模式結(jié)果相近。

表1 不同切絲模式對葉絲寬度的影響Tab.1 Effects of cutting modes on cut tobacco width

2.2 不同切絲模式對制絲過程投入產(chǎn)出的影響

定長切絲模式對葉絲的二次切斷必然會引起造碎的增加，考慮到試驗的可操作性和方便性，以出絲率表征不同切絲模式對制絲過程造碎的影響，并按投入產(chǎn)出法進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。從表2 可以看出，40 mm 定長切絲和常規(guī)切絲模式相比，制絲過程出絲率僅降低了0.18 百分點(diǎn)，說明40 mm 定長切絲相較于常規(guī)切絲模式對制絲過程投入產(chǎn)出的影響不大，在可接受范圍內(nèi)。

表2 不同切絲模式對投入產(chǎn)出的影響①Tab.2 Effects of cutting modes on yield of cut tobacco after cutting

2.3 不同切絲模式對煙絲結(jié)構(gòu)的影響

共檢測了15 批次煙絲常規(guī)切絲和40 mm 定長切絲模式后煙絲結(jié)構(gòu)的變化情況，結(jié)果見表3。從表3 中可以看出，定長切絲明顯提高了煙絲的中絲率和短絲率，碎絲率的比例雖然提高了約0.3 百分點(diǎn)，但仍在可接受范圍內(nèi)；填充值則變化不大。

表3 不同切絲模式對煙絲結(jié)構(gòu)的影響①Tab.3 Effects of cutting modes on cut tobacco structure

進(jìn)一步分析切絲模式對煙絲特征尺寸和均勻性的影響，分別稱取不同切絲模式煙絲各4 組，每組約0.5 g，將4 組相同切絲模式的煙絲進(jìn)行3 次混勻后，取其中約四分之一進(jìn)行圖像分析，計算各面積范圍內(nèi)的累積比例，累積分布概率見圖1 和圖2，以煙絲寬度為0.9 mm 進(jìn)行換算后，煙絲尺寸分布統(tǒng)計結(jié)果對比見表4。

圖1 常規(guī)切絲下煙絲面積分布累積概率Fig.1 Cumulative probability of cut tobacco area distribution under ordinary cutting mode

圖2 40 mm 定長切絲模式下煙絲面積分布累積概率Fig.2 Cumulative probability of cut tobacco area distribution under 40 mm strand length cutting mode

表4 不同切絲模式下煙絲尺寸分布統(tǒng)計結(jié)果Tab.4 Statistical results of strand size distribution under different cutting modes

從圖1、圖2 和表4 中均可以看出40 mm 定長切絲模式下，煙絲結(jié)構(gòu)各統(tǒng)計位置（如中位數(shù)、均值等）的數(shù)值均小于常規(guī)切絲。以中位數(shù)作為煙絲的特征尺寸，與常規(guī)切絲模式相比，采用40 mm定長切絲模式制得的煙絲的特征尺寸降低了41.45%。根據(jù)表4 中的煙絲尺寸均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差可知，采用40 mm 定長切絲模式制得的煙絲均勻性更好。

2.4 不同切絲模式對煙支內(nèi)密度分布的影響

對不同切絲模式下煙支內(nèi)密度分布檢測結(jié)果繪制曲線圖，見圖3。從圖3 可以看出，在點(diǎn)燃端和接嘴端，兩種切絲模式卷煙樣品的密度比較接近；但在煙支中部，40 mm 定長切絲樣品密度分布曲線平緩，而常規(guī)切絲的密度分布曲線波動較大，說明在煙支中部，40 mm 定長切絲樣品的煙支內(nèi)密度分布均勻性優(yōu)于常規(guī)切絲樣品。

為對比煙支中部密度分布的差異，計算兩個壓實點(diǎn)之間（圖3 中點(diǎn)15 到點(diǎn)55）密度數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，常規(guī)切絲與40 mm 定長切絲煙支密度標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.78、3.12 mg/cm3，采用40 mm 定長切絲后煙支壓實點(diǎn)之間煙支密度數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低了34.73%，說明煙支的均勻性明顯提高。

圖3 不同切絲模式下煙支內(nèi)煙絲密度分布圖Fig.3 Cut tobacco density distribution in cigarettes under different cutting modes

2.5 不同切絲模式對卷接機(jī)臺生產(chǎn)效率的影響

采用定長切絲后，煙絲結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，特別是中絲率和短絲率明顯增加，煙絲的填充均勻性也得到了改善，直接影響了卷接機(jī)臺的工作效率。針對試驗煙絲，分析2 組高速卷接機(jī)臺的剔除情況，記錄每個班次卷接機(jī)臺的生產(chǎn)量和剔除量，分別統(tǒng)計常規(guī)切絲模式和40 mm 定長切絲模式運(yùn)行3 個月的機(jī)臺數(shù)據(jù)，結(jié)果見表5。

從表5 可以看出，與常規(guī)切絲模式相比，40 mm定長切絲模式下卷煙機(jī)臺產(chǎn)量明顯提高，煙支總剔除率明顯下降，空頭率也明顯下降，卷接機(jī)生產(chǎn)更為順暢，其中機(jī)臺班次產(chǎn)量分別提高11.3%和6.3%，煙支總剔除率分別下降61.5%和18.1%，空頭剔除率分別下降61.6%和12.0%。

表5 不同切絲模式對卷接機(jī)臺剔除情況的影響Tab.5 Effects of cutting modes on cigarette rejecting of cigarette makers

分別收集2 組高速卷接機(jī)組卷制過程40 mm定長切絲和常規(guī)切絲各3 個班次的殘煙并稱重，同時記錄機(jī)臺產(chǎn)量，對比換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率12%后的平均單箱（50 000 支）殘煙量，結(jié)果見表6。從表6 可以看出，采用40 mm 定長切絲模式后，2 組卷接機(jī)臺的平均單箱殘煙量均較常規(guī)切絲模式有一定程度的下降，分別下降20.75%和18.84%。說明40 mm 定長切絲后的煙絲應(yīng)用于高速卷接機(jī)可以明顯減少煙支剔除量和殘煙量，提高高速機(jī)臺作業(yè)效率。

表6 不同切絲模式對卷接機(jī)臺單箱殘煙量的影響①Tab.6 Effects of cutting modes on defective cigarette rate of cigarette makers

2.6 不同切絲模式對卷煙物理指標(biāo)的影響

將不同切絲模式下生產(chǎn)的卷煙，各跟蹤4 個月，按照生產(chǎn)批次、日期和機(jī)臺進(jìn)行取樣，進(jìn)行物理指標(biāo)檢測，并與常規(guī)切絲模式進(jìn)行對比，結(jié)果見表7。從表7 中可以看出，與常規(guī)切絲模式相比，采用40 mm 定長切絲模式后，卷煙的物理指標(biāo)均值相近，但穩(wěn)定性有明顯提高。其中單支質(zhì)量、開放吸阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差均值分別降低13.2%、12.0%，硬度標(biāo)準(zhǔn)偏差下降0.8%。

表7 不同切絲模式對卷煙物理指標(biāo)的影響Tab.7 Effects of cutting modes on physical indexes of cigarette

對不同切絲模式卷煙物理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表8。從表8 中可知，不同切絲模式對卷煙單支質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差有極顯著影響，對開放吸阻與硬度標(biāo)準(zhǔn)偏差有顯著影響，結(jié)合上文分析結(jié)果，說明40 mm 定長切絲模式可以有效改善煙支單支質(zhì)量的穩(wěn)定性。

表8 不同切絲模式卷煙物理指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差方差分析結(jié)果Tab.8 ANOVA of standard deviation of physical indexes of cigarette under different cutting modes

2.7 不同切絲模式對主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分穩(wěn)定性的影響

將不同切絲模式下生產(chǎn)的卷煙，各跟蹤3 個月，按照生產(chǎn)批次、日期和機(jī)臺進(jìn)行取樣，對主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行檢測，分別以極差和標(biāo)準(zhǔn)偏差表征穩(wěn)定性，分析批間樣品煙氣指標(biāo)的穩(wěn)定性，結(jié)果見表9。從表9 可以看出，與常規(guī)切絲模式相比，采用定長切絲模式后，煙氣指標(biāo)批間的穩(wěn)定性有明顯提高，焦油、煙堿、CO 的批間極差分別降低54.0%、65.5%和21.1%，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別降低53.0%、44.4%和56.8%。

表9 不同切絲模式對卷煙主流煙氣指標(biāo)穩(wěn)定性的影響Tab.9 Effects of cutting modes on consistency of mainstream cigarette smoke indexes

對不同切絲模式卷煙煙氣指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表10。從表10 中可知，不同切絲模式對主流煙氣焦油標(biāo)準(zhǔn)偏差、一氧化碳標(biāo)準(zhǔn)偏差有顯著影響，對主流煙氣煙堿標(biāo)準(zhǔn)偏差無顯著影響，結(jié)合上文分析結(jié)果，說明40 mm 定長切絲模式可以有效提高試驗卷煙主流煙氣中焦油、CO釋放量的穩(wěn)定性。

表10 40 mm 切絲模式煙氣指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)偏差方差分析結(jié)果Tab.10 ANOVA of standard deviation of cigarette smoke indexes under 40 mm strand length cutting mode

2.8 不同切絲模式對卷煙感官品質(zhì)的影響

將不同切絲模式下生產(chǎn)的卷煙，各取2 條，邀請13 位具有煙草行業(yè)感官評吸資格的評吸員進(jìn)行三點(diǎn)評吸，能夠正確判斷的2 位，未能正確判斷的11 位，說明兩種切絲模式下的卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量是相對一致的。同時對樣品進(jìn)行了對比評吸，以常規(guī)切絲樣品各分項值為基準(zhǔn)，對定長切絲樣品進(jìn)行評價，結(jié)果見表11。從表11 中可以看出，采用40 mm 定長切絲模式后，卷煙的感官質(zhì)量基本保持一致，但逐口抽吸的感官質(zhì)量差異減小，前后的一致性有所提高。

表11 試驗樣品對比評吸結(jié)果①Tab.11 Results of sensory evaluation of tested samples

3 結(jié)論

對比分析了常規(guī)切絲模式與40 mm 定長切絲模式對細(xì)支卷煙的煙絲結(jié)構(gòu)、卷煙產(chǎn)品物理指標(biāo)以及主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分的影響。研究表明：與常規(guī)切絲相比，40 mm 定長切絲未對切后葉絲的寬度產(chǎn)生明顯影響，煙絲的中絲率、短絲率明顯提高，特征尺寸下降了40.19%，碎絲率和填充值變化不大，煙絲均勻性明顯改善；制絲過程造碎略有增加，出絲率下降0.18 百分點(diǎn)，細(xì)支卷煙機(jī)臺作業(yè)效率明顯提高，總剔除率和空頭剔除率明顯下降；細(xì)支卷煙中部煙支密度均勻性、物理指標(biāo)穩(wěn)定性和主流煙氣指標(biāo)批間的穩(wěn)定性明顯提高，其中單支質(zhì)量、開放吸阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差均值分別降低13.2%、12.0%，焦油、煙堿、CO 的批間極差分別降低54.0%、65.5%和21.1%，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別降低53.0%、44.4%和56.8%；隨著質(zhì)量穩(wěn)定性的提升，每口抽吸的感官差異變小。以上結(jié)果表明：40 mm定長切絲可以明顯降低煙絲的特征尺寸、提高煙絲結(jié)構(gòu)的均勻性，是提高細(xì)支卷煙的物理指標(biāo)和常規(guī)煙氣化學(xué)成分穩(wěn)定性的有效手段之一，可以為細(xì)支卷煙質(zhì)量控制提供技術(shù)參考。