胡少東　楚文娟　魯平　段鹍　盧金領(lǐng)　馮銀龍　崔春　孟祥士　李小福

摘要：采用單因素試驗初步考察成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個因素對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響，采用裂區(qū)試驗進(jìn)一步分析3個因素及其交互作用對卷煙濾嘴通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分的影響.結(jié)果表明：在單因素試驗和裂區(qū)試驗中，卷煙濾嘴通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度或打孔排數(shù)的增加而增大;在3300～8000CU范圍內(nèi)，成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率影響顯著，超過8000CU后，成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響減小;成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個因素交互作用明顯，可協(xié)同調(diào)節(jié)卷煙濾嘴通風(fēng)率;隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)的增加，卷煙主流煙氣中煙堿、焦油和CO的含量逐漸降低.在實(shí)際生產(chǎn)中，選取成形紙透氣度8000CU，接裝紙透氣度250CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量，又能減少煙氣香味損失.

Abstract：Thesingle＼|factorexperimentwasusedtoinvestigatetheeffectoffilterwrapsairpermeability，tippingpapersairpermeability，andperforationrownumberonthefilterventilationrateofthecigarette.Furthermore，theeffectsofthreefactorsandtheirinteractiononthefilterventilationrateofthecigaretteandthechemicalcompositionofmainstreamsmokebysplit＼|plotexperimentwereanalyzed.Theresultsshowedthatthefilterventilationrateofthecigaretteincreasedwiththeincreaseoftippingpapersairpermeabilityorperforationrownumberinsingle＼|factorexperimentandsplit＼|plotexperiment.Intherangeof3300～8000CU，theeffectofthepermeabilityoftheformedpaperontheventilationrateofthecigarettefilterwassignificant.Afterexceeding8000CU，theeffectoffilterwrapsairpermeabilityonthefilterventilationrateofthecigarettedecreased.Thethreefactorsoffilterwrapsairpermeability，tippingpapersairpermeability，andperforationrownumberhadsignificantinteractions，whichcouldcoordinatelyadjustthefilterventilationrateofcigarette.Withtheincreaseofthefilterwrapsairpermeability，tippingpapersairpermeability，andperforationrownumber，thecontentofnicotine，tarandCOinthemainstreamsmokeofcigarettedecreased.Accordingtoactualneeds，thefilterwrapsairpermeabilitywas8000CU，tippingpapersairpermeabilitywas250CU，andperforationrownumberwas3，whichcouldreducethecontentofnicotine，tarandCOinthecigarettesmoke，andreducethelossofsmokearoma.

關(guān)鍵詞：成形紙透氣度;接裝紙透氣度;打孔排數(shù);濾嘴通風(fēng)率

Keywords：filterwrapsairpermeability;tippingpapersairpermeability;perforationrownumber;filterventilationrate

0引言

通風(fēng)稀釋是卷煙降焦重要而有效的方法之一.其原理是外界空氣通過外包紙進(jìn)入主流煙氣，使煙氣中化學(xué)成分相對量降低，以達(dá)到稀釋的效果.此外，通風(fēng)還可降低燃燒過程中煙氣的流速，延長煙氣在濾嘴上的截留時間，提高濾嘴的過濾效率[1-2].

卷煙通風(fēng)率包括濾嘴通風(fēng)率和煙條段通風(fēng)率，是影響卷煙卷接效果、主流煙氣成分的重要指標(biāo).其中，濾嘴通風(fēng)率主要通過成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)來控制[3].雖然目前關(guān)于成形紙透氣度[4]和接裝紙透氣度[5]對卷煙通風(fēng)率影響的研究較多，但主要是關(guān)于單因素或多因素的線性回歸分析[6-7]，對于多元的二次分析較少，且不能直觀地找出最優(yōu)條件區(qū)域.

為了準(zhǔn)確、高效、快捷地確定卷煙材料主要因素對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響規(guī)律，本文擬基于線性回歸和響應(yīng)面分析方法，探討成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)諸因素的多元組合對卷煙濾嘴通風(fēng)率、煙氣化學(xué)成分的影響，旨在為卷煙材料的合理搭配和科學(xué)使用提供參考.

1材料與方法

1.1材料、試劑與儀器

主要材料：高透氣度成形紙，牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司產(chǎn);接裝紙，浙江本科特水松紙有限公司產(chǎn);醋纖濾棒（長度120mm，圓周24.3mm，壓降2800Pa），江蘇南通煙濾嘴有限責(zé)任公司產(chǎn);橫紋卷煙紙（透氣度50CU，克重29g/m2），浙江民豐特種紙股份有限公司產(chǎn);“黃金葉”某規(guī)格配方煙絲，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司產(chǎn).

主要試劑：異丙醇、正十七碳烷，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn).

主要儀器：SM450型直線吸煙機(jī)，英國Cerulean公司產(chǎn);GC6890-MS5973N型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司產(chǎn);LA-230S型電子天平，感量0.0001g，北京賽多利斯儀器有限公司產(chǎn);LP-11型恒溫恒濕箱，德國Binder公司產(chǎn);QTMOPC835ULe型綜合測試臺，英國Cerulean公司產(chǎn).

1.2實(shí)驗方法

1.2.1單因素試驗設(shè)計

在前期實(shí)驗的基礎(chǔ)上，選取成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個因素，初步研究其對于卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響.

1）成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響：固定接裝紙透氣度為150CU，打孔排數(shù)為2排，設(shè)計成形紙透氣度分別為3300CU，3700CU，6000CU，6500CU，8000CU，10000CU，測定濾嘴通風(fēng)率.

2）接裝紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響：固定成形紙透氣度為6500CU，打孔排數(shù)為2排，設(shè)計接裝紙透氣度分別為150CU，250CU，350CU，測定濾嘴通風(fēng)率.

3）打孔排數(shù)對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響：固定成形紙透氣度為6500CU，接裝紙透氣度為150CU，設(shè)計打孔排數(shù)分別為1排、2排、3排，測定濾嘴通風(fēng)率.

1.2.2裂區(qū)試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步研究成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個因素對于卷煙濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分的影響，進(jìn)行裂區(qū)試驗設(shè)計.在卷煙煙絲配方、卷煙紙、濾棒不變的前提下，分別以成形紙透氣度（A）、接裝紙透氣度（B）和打孔排數(shù)（C）為主區(qū)因素、裂區(qū)因素和小裂區(qū)因素，進(jìn)行裂區(qū)試驗設(shè)計，因素水平設(shè)計如表1所示.由表1可知，共可得54個卷煙樣品，其對應(yīng)的樣品編號分別為A1B1C1，A1B1C2，A1B1C3，…，A6B3C3.

1.3測定方法

按照《卷煙和濾棒物理性能的測定第15部分：卷煙通風(fēng)的測定定義和測量原理》（GB/T22838.15—2009）[8]測定卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率.

將待測卷煙樣品在平衡條件下放置48h，按照下列標(biāo)準(zhǔn)測定卷煙樣品煙氣中的煙堿、焦油、CO含量.

按《卷煙總粒相物中煙堿的測定氣相色譜法》（GB/T23355—2009）[9]測定煙堿含量;

按《卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒相物和焦油》（GB/T19609—2004）[10]測定焦油含量;

按《卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測定非散射紅外法》（GB/T23356—2009）[11]測定CO含量.

1.4數(shù)據(jù)處理

使用SPSS11.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析.采用F檢驗分析各因素對通風(fēng)率影響的顯著性，F(xiàn)>F0.05表示差異顯著，F(xiàn)>F0.01表示差異極顯著，F(xiàn)值越大影響越顯著;采用DesignExpert8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析，研究各因素對煙氣化學(xué)指標(biāo)的影響.

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗結(jié)果與分析

成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響如圖1所示.由圖1可知，濾嘴通風(fēng)率隨著成形紙透氣度的增加呈現(xiàn)先持續(xù)上升后逐漸平緩的趨勢.當(dāng)成形紙透氣度為8000CU時，濾嘴通風(fēng)率達(dá)到頂峰;成形紙透氣度繼續(xù)增加，濾嘴通風(fēng)率不再增加.

接裝紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響如圖2所示.由圖2可知，接裝紙透氣度與濾嘴通風(fēng)率之間存在線性正相關(guān)關(guān)系，濾嘴通風(fēng)率隨接裝紙透氣度的增加而上升，通過回歸擬合二者的關(guān)系，可用一元線性方程式y(tǒng)=2.895x+15.677（R2=0.999）來表示.

打孔排數(shù)對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響如圖3所示.由圖3可知，打孔排數(shù)與卷煙濾嘴通風(fēng)率呈線性正相關(guān)關(guān)系，濾嘴通風(fēng)率隨著打孔排數(shù)的增加而上升，通過回歸擬合二者的關(guān)系，可用一元線性方程式y(tǒng)=5.44x+10.557（R2=0.997）來表示.

2.2裂區(qū)試驗結(jié)果與分析

2.2.1不同裂區(qū)因素對卷煙通風(fēng)率的影響

將54個卷煙樣品的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)

當(dāng)成形紙透氣度為8000CU，接裝紙透氣度為350CU，打孔排數(shù)為3排時，卷煙濾嘴通風(fēng)率最大;當(dāng)成形紙透氣度為3300CU，接裝紙透氣度為350CU，打孔排數(shù)為1排時，卷煙濾嘴通風(fēng)率最小.

在不同主區(qū)，對于要考察的裂區(qū)因素來說，所呈現(xiàn)的變化趨勢一致.裂區(qū)試驗中，接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率的影響結(jié)果分別見表2—表4，其中分別固定小裂區(qū)因素參數(shù)進(jìn)行說明.

表2中主區(qū)因素為成形紙透氣度，裂區(qū)因素為接裝紙透氣度，所有卷煙樣品的小裂區(qū)因素打孔排數(shù)為2排.由表2可知，在相同規(guī)格的成形紙透氣度條件下，接裝紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率有顯著影響.以A1處理為例，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度的增加而增加，且3個接裝紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率影響的差異性達(dá)到極顯著水平.

其他成形紙透氣度（A2，A3，A4，A5，A6）的處理，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)出與A1處理相同的規(guī)律.

表3中主區(qū)因素為接裝紙透氣度，裂區(qū)因素為成形紙透氣度，所有卷煙樣品的小裂區(qū)因素打孔排數(shù)均為2排.由表3可知，在接裝紙透氣度相同的前提下，卷煙的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率基本上隨成形紙透氣度的增加而增大.以B1處理為例，濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率在A1，A2，A3，A4，A5處理間的差異顯著，表明在接裝紙透氣度一定的前提下，成形紙透氣度在一定范圍內(nèi)顯著影響卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率.A5與A6處理間的差異不顯著，說明在成形紙透氣度超過8000CU后，成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率的影響減小，繼續(xù)增大成形紙透氣度對改善卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率無顯著作用.

在其他接裝紙透氣度（B2，B3）處理下，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)出與B1處理相同的規(guī)律.

表4中主區(qū)因素為接裝紙透氣度，裂區(qū)因素為打孔排數(shù)，所有卷煙樣品的小裂區(qū)因素成形紙透氣度為6500CU.由表4可知，在接裝紙透氣度相同的前提下，卷煙的濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率均隨打孔排數(shù)的增加而增大.以B1處理為例，濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)為3排孔>2排孔>1排孔，打孔排數(shù)處理間的差異達(dá)到顯著水平，說明在成形紙透氣度和接裝紙透氣度確定的前提下，調(diào)節(jié)打孔排數(shù)可以控制卷煙產(chǎn)品的通風(fēng)率.在其他接裝紙透氣度（B2，B3）處理下，卷煙濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率表現(xiàn)出與B1處理相同的規(guī)律.

2.2.2裂區(qū)各因素交互作用對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響

除了單因素的影響，還需要考慮接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)之間的交互作用對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響，因此，對于裂區(qū)試驗中的54個卷煙樣品的濾嘴通風(fēng)率進(jìn)行多因素方差分析，各因素交互作用對卷煙濾嘴通風(fēng)率影響的結(jié)果見表5.由表5可知，AB，AC，BC，ABC差異性達(dá)到極顯著水平，說明接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)中的兩因素和三因素交互作用對濾嘴通風(fēng)率影響極顯著.卷煙設(shè)計人員可以通過調(diào)節(jié)接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)中某個因素或多個因素改變?yōu)V嘴通風(fēng)率.

2.3接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對卷煙煙氣化學(xué)指標(biāo)的影響

卷煙煙氣化學(xué)指標(biāo)直接受濾嘴通風(fēng)率影響.接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)都是顯著影響濾嘴通風(fēng)率的因素，因此，可進(jìn)一步考察這3個因素對卷煙煙氣煙堿、焦油、CO等化學(xué)指標(biāo)的影響.

2.3.1接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對煙堿含量的影響

卷煙樣品煙氣中煙堿含量的試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖4所示.由圖4a）可知，在各設(shè)計組合中，A1B1C1組合處理中的煙堿含量最高，達(dá)到0.66mg/支，且與其他處理間的差異顯著;在A5B3C2組合處理中，煙堿含量最低，為0.46mg/支，較A1B1C1組合降低了0.20mg/支.對數(shù)據(jù)作響應(yīng)面圖處理，由圖4b），c），d）可以看出，煙堿含量隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度的降低而增加，呈反向變化.這可能是因為透氣度降低，導(dǎo)致濾嘴通風(fēng)率降低，卷煙在抽吸時的通風(fēng)稀釋作用減弱，外界進(jìn)入的空氣減少，進(jìn)入口腔的煙氣濃度相對增加，煙堿含量增加[12-13].等高線呈橢圓形，說明成形紙透氣度和接裝紙透氣度交互作用對煙氣煙堿含量的影響顯著.參照文獻(xiàn)[14-16]中的分析方法對本文中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從響應(yīng)面傾斜度可以看出，煙堿含量對成形紙透氣度的導(dǎo)數(shù)絕對值明顯大于煙堿含量對接裝紙透氣度的導(dǎo)數(shù)絕對值，說明成形紙透氣度對煙氣煙堿含量的影響趨勢大于接裝紙透氣度.從1排孔到3排孔，成形紙透氣度和接裝紙透氣度的交互作用對煙堿含量影響的顯著性逐漸減弱.

2.3.2接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對焦油含量的影響

卷煙樣品煙氣中焦油含量試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖5所示.由圖5a）可知，各設(shè)計組合中，A1B1C1組合處理中的焦油含量最高，達(dá)到9.49mg/支，而在A5B3C2組合處理中，焦油含量最低，為3.46mg/支，較A1B1C1組合降低了6.03mg/支.從響應(yīng)面分析結(jié)果圖5b），c），d）可以看出，卷煙煙氣的焦油含量對成形紙透氣度、接裝紙透氣度的偏導(dǎo)幾乎為定值，且隨著排氣孔的增多，其數(shù)值變化不大，說明接裝紙透氣度、成形紙透氣度對卷煙煙氣的焦油含量存在穩(wěn)定的顯著性影響，且焦油含量分別隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度、打孔排數(shù)的降低而增加.從等高線來看，多因素交互作用影響不顯著.

2.3.3接裝紙透氣度、成形紙透氣度和打孔排數(shù)對CO含量的影響

卷煙樣品煙氣中CO含量試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖6所示.由圖6a）可知，各設(shè)計組合中，A1B1C1組合處理中的CO含量最高，為11.48mg/支;A3B3C3組合處理中的CO含量最低，為7.76mg/支，較A1B1C1組合降低了3.72mg/支;A5B2C3處理中的CO含量為7.78mg/支，與A3B3C3差異不明顯.從響應(yīng)面分析圖（圖6b），c），d））可以看出，接裝紙透氣度、成形紙透氣和打孔排數(shù)對卷煙煙氣CO含量影響顯著，隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度、打孔排數(shù)的降低，CO含量增加.從等高線來看，多因素交互作用影響不顯著.

裂區(qū)試驗中，3個因素對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響與單因素試驗基本一致;卷煙濾嘴通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度或打孔排數(shù)的增加而增加;在3300～8000CU范圍內(nèi)，成形紙透氣度對卷煙通風(fēng)率影響顯著，超過8000CU后，成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響減小.卷煙濾嘴通風(fēng)率是卷煙總通風(fēng)率的重要組成部分，因此3個因素對卷煙總通風(fēng)率的影響與對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響基本一致.

成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)三因素交互作用明顯，可協(xié)同調(diào)節(jié)卷煙濾嘴通風(fēng)率.當(dāng)成形紙透氣度為8000CU，接裝紙透氣度為350CU，打孔排數(shù)為3排時，卷煙濾嘴通風(fēng)率最大.隨著成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)增加，卷煙主流煙氣中煙堿、焦油和CO含量降低.在其他條件不變的情況下，通風(fēng)率越大，卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量越低.但通風(fēng)率過大，煙氣香味損失也更嚴(yán)重.結(jié)合實(shí)際需求，選取成形紙透氣度8000CU，接裝紙透氣度250CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量，又能減少煙氣香味損失.

3結(jié)論

本文采用單因素試驗初步考察了成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)3個因素對卷煙濾嘴

通風(fēng)率的影響;采用裂區(qū)試驗，將3個因素排列組合后制備卷煙樣品，測定其卷煙濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分，進(jìn)而分析了不同裂區(qū)因素及其交互作用對卷煙

濾嘴通風(fēng)率和主流煙氣化學(xué)成分的影響.結(jié)果表明：單因素試驗和裂區(qū)試驗中，卷煙濾嘴通風(fēng)率隨著接裝紙透氣度或打孔排數(shù)的增加而增大;在3300～8000CU范圍內(nèi)，成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率影響顯著，超過8000CU后，成形紙透氣度對卷煙濾嘴通風(fēng)率的影響減小;成形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)三因素交互作用明顯，可協(xié)同調(diào)節(jié)卷煙濾嘴通風(fēng)率;隨著成

形紙透氣度、接裝紙透氣度和打孔排數(shù)增加，卷煙主流煙氣中煙堿、焦油和CO含量降低.在實(shí)際生產(chǎn)中，可選取成形紙透氣度8000CU，接裝紙透氣度250CU，打孔排數(shù)3排，既能降低卷煙煙氣中煙堿、焦油和CO含量，又能減少煙氣香味損失.在后續(xù)工作中，將從材料參數(shù)對煙氣成分的影響、材料參數(shù)優(yōu)化設(shè)計等方面開展研究.

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