卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析研究

乔月梅，赵秋蓉，李力群，纪旭东，叶亚军，王胜利，郭春生

（内蒙古昆明卷烟有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010020）

卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析研究

乔月梅，赵秋蓉，李力群，纪旭东，叶亚军，王胜利，郭春生

（内蒙古昆明卷烟有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010020）

取同一批次A牌号的烟丝，设计均匀试验，通过卷烟机卷制不同定量、透气度、纸浆类型、助燃剂比例、钾盐比例的卷烟试样，按照卷烟燃烧锥掉落率测定方法进行评定，通过数学回归方程确定卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响并进行评价，由显著性分析确定各卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响程度。单因素试验分析结果表明：卷烟纸定量低、助燃剂比例较低、透气度为50-55CU、麻浆比例低的卷烟燃烧锥掉落率低。均匀试验分析结果表明，根据各因素显著性检验值t可推出各因素对卷烟燃烧锥掉落率的影响大小依次是助燃剂比例＞卷烟纸定量＞麻浆比例＞卷烟纸助燃剂钾盐比例＞卷烟纸透气度。对二次回归方程用非线性规划方法进行最小模型优化，可得到卷烟燃烧锥掉落率最小组合，即卷烟纸定量29 g/m2，卷烟纸助燃剂钾盐比例20%，卷烟纸透气度50 CU，助燃剂比例1.2%，麻浆比例0，代入上述回归方程，得到Y（卷烟燃烧锥掉落率）最小预测值为0.681 9%。按照最优的卷烟纸参数卷制卷烟，卷烟燃烧锥掉落率由12.7%降低为0.5%，卷烟纸和烟丝燃烧适配性得到改善，调整卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率有积极的影响。

卷烟纸参数；燃烧锥掉落率；助燃剂

中国烟草市场目前仍在进一步实施卷烟减害降焦工程，许多烟草企业积极围绕“一高两低”（高香气、低焦油、低危害）在卷烟“降害”领域进行新一轮的竞争，因此，当前卷烟纸的功能要求仍集中在“减害降焦”效果上。降焦减害效果与香烟的燃烧速度有直接关系，香烟的燃烧速度越快，相对应香烟的“抽吸口数”越少，“抽吸口数”越少则单支烟的焦油量及有害物质相对越低，同时香烟的燃烧速度越快，对香烟的包灰效果要求也越高，因为较快的燃烧速度会导致香烟的“炸灰”“掉头”现象明显[1-5]。取相同结构的烟丝，设计均匀试验，通过卷烟机卷制不同定量、透气度、纸浆类型、助燃剂比例的卷烟试样，按照卷烟燃烧锥掉落率测定方法进行评定，通过数学回归方程确定卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响进行评价，并由显著性分析确定各卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响程度。

1 试剂 仪器及方法

1.1试剂与仪器

A牌号烟丝，蒙昆公司提供；不同参数规格卷烟纸，民丰特种纸股份有限公司提供。

联机卷烟燃烧锥掉落检测仪器（自研发仪器）；RM200A型全自动转盘吸烟机，德国Brogwaldt公司产品；KBF 540型恒温恒湿箱，德国Binder公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 不同参数卷烟纸样品和卷烟样品的制备

按照试验设计要求，制作调配不同卷烟纸定量、不同卷烟纸助燃剂量比例、不同钾盐比例（相对钠盐）、不同卷烟纸透气度、不同麻浆比例的卷烟纸样品24种，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，通过卷烟机卷制不同卷烟样品。

1.2.2 单因素试验

试验固定卷烟纸定量35 g/m2，卷烟纸助燃剂添加量3.2%，钾钠比例50%，卷烟纸透气度60 CU，麻浆比例0，分别进行单因素试验测定，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，上卷烟机分别卷制，测定各烟支燃烧锥掉落率，平行测定3次，通过试验设计考查卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响。

卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的单因素试验设计见表1。

1.2.3 均匀试验设计[6-10]

取大线同一批次A牌号卷烟的烟丝，设计均匀试验，通过卷烟机卷制卷烟试样，按照卷烟燃烧锥掉落率测定方法进行评定，通过数学回归方程确定卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响进行评价，并由显著性分析确定各卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响程度。

根据项目研究内容要求按照均匀性试验的设计原则，拟定以下试验方案。

均匀试验因素见表2，均匀试验设计见表3。

1.2.4 燃烧锥掉落率评价方法

取每组20支卷烟样品，共5组，用联机卷烟燃烧锥掉落检测仪器检测燃烧锥掉落率，燃烧锥掉落率检测公式如下：

表2 均匀试验因素

表1 卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的单因素试验设计

表3 均匀试验设计

燃烧锥掉落指烟支燃烧锥倾斜≥45°或燃烧锥完全掉落，总检测支数为200支。

1.2.5 感官品质评价方法

将石墨烯卷烟样品和对照样品置于温度22℃，湿度60%的恒温恒湿箱中平衡48 h后进行感官评吸。感官评吸由8位评吸人员组成，按YC/T 138—1998标准规定的方法对卷烟样品的香气特性（香气质、香气量、杂气），烟气特性（浓度、劲头、细腻度），口感特性（刺激性、余味、干净度）等进行评价。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 卷烟纸定量对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析

图1 卷烟纸定量对卷烟燃烧锥掉落率的影响

卷烟纸定量对卷烟燃烧锥掉落率的影响见图1。

固定卷烟纸助燃剂添加量3.2%，钾盐比例50%，卷烟纸透气度60 CU，卷烟纸麻浆占比0，分别制配定量为26，29，32，35，38 g/m2的卷烟纸，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，上卷烟机分别卷制，测定各烟支燃烧锥掉落率，平行测定3次，考查卷烟纸定量对燃烧锥掉落率的影响。由检测结果可知，卷烟纸定量低的卷烟燃烧锥掉落率较低。

2.1.2 卷烟纸助燃剂添加量对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析

卷烟纸助燃剂添加量对卷烟燃烧锥掉落率的影响见图2。

图2 卷烟纸助燃剂添加量对卷烟燃烧锥掉落率的影响

固定卷烟纸定量为35 g/m2，钾盐比例50%，卷烟纸透气度60 CU，卷烟纸麻浆比例0，分别制配助燃剂添加量为1.6%，2.4%，3.2%，4.0%的卷烟纸，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，上卷烟机分别卷制，测定各烟支燃烧锥掉落率，平行测定3次，考查卷烟纸助燃剂添加量对燃烧锥掉落率的影响。由检测结果可知，助燃剂添加量较低的卷烟燃烧锥掉落率较低。

2.1.3 钾盐比例对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析

钾盐比例对卷烟燃烧锥掉落率的影响见图3。

图3 钾盐比例对卷烟燃烧锥掉落率的影响

固定卷烟纸定量35 g/m2，卷烟纸助燃剂添加量3.2%，卷烟纸透气度60 CU，卷烟纸麻浆占比0，分别制配钾盐比例为70%，50%，30%的卷烟纸，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，上卷烟机分别卷制，测定各烟支燃烧锥掉落率，平行测定3次，考查钾盐比例对燃烧锥掉落率的影响。由检测结果可知，钾盐比例为30%卷烟燃烧锥掉落率较低。

2.1.4 卷烟纸透气度对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析

卷烟纸透气度对卷烟燃烧锥掉落率的影响见图4。

图4 卷烟纸透气度对卷烟燃烧锥掉落率的影响

固定卷烟纸定量35 g/m2，卷烟纸助燃剂添加量3.2%，钾盐比例50%，卷烟纸麻浆占比0，分别制配卷烟纸透气度为40，50，60 CU的卷烟纸，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，上卷烟机分别卷制，测定各烟支燃烧锥掉落率，平行测定3次，考查卷烟纸透气度对燃烧锥掉落率的影响。由检测结果可知，卷烟纸透气度为50～55 CU的卷烟燃烧锥掉落率低。

2.1.5 麻浆占比对卷烟燃烧锥掉落率的影响分析

麻浆占比对卷烟燃烧锥掉落率的影响见图5。

图5 麻浆占比对卷烟燃烧锥掉落率的影响

固定卷烟纸定量35 g/m2，卷烟纸助燃剂添加量3.2%，钾盐比例50%，卷烟纸透气度60 CU，分别制配麻浆占比为0，15%，30%的卷烟纸，取大线同一批次A牌号卷烟样品的烟丝，上卷烟机分别卷制，测定各烟支燃烧锥掉落率，平行测定3次，考查卷烟纸麻浆占比对燃烧锥掉落率的影响。由检测结果可知，麻浆占比低的卷烟燃烧锥掉落率较低。

2.2 均匀试验结果分析

在单因素试验基础上，对卷烟纸定量（X1）、卷烟纸助燃剂钾盐比例（X2）、卷烟纸透气度（X3）、助燃剂添加量（X4）、麻浆占比（X5）5个因素进行均匀试验设计。以卷烟燃烧锥掉落率为考查指标，选用U6（65）均匀试验表。

均匀试验结果见表4，均匀试验相关分析结果见表5。

?

表5 均匀试验相关分析结果

根据表4～表5中各因素相关性可推出各因素对卷烟燃烧锥掉落率的影响大小依次是助燃剂添加量＞卷烟纸定量＞麻浆占比＞钾盐比例＞卷烟纸透气度。

卷烟纸各参数（包括各参数之间交互作用） 对卷烟燃烧锥掉落率的影响程度的大小可以通过回归模型中各卷烟纸参数与卷烟燃烧锥掉落率的偏相关t检验值的相对大小进行判断。

均匀试验偏相关检验见表6。

表6 均匀试验偏相关检验

表6中所示的偏相关各项检验的置信概率p-值都很小，在置信度在0.05的水平上表明回归检验结果可以接受，回归结果可信，回归模型可以应用。表6中按照偏相关t检验值可知，这些影响因素中X1X4，X1X5，X2X4，X1X3对卷烟燃烧锥掉落率均有显著影响，其中X1和X4的交互作用对卷烟燃烧锥掉落率影响程度最大。

利用数据处理软件DPS进行多因子二次回归分析，得二次回归方程为：

相关系数R=0.999 9，调整后相关系数Ra=0.999 5，决定系数 R2=0.976 3；F=1 160.745 4＞Df=（4，1）；显著水平p=0.022；剩余标准差S=0.229 8；决定系数=0.999 78；剩余通径系数=0.014 67。同时，对二次回归方程用非线性规划方法进行最小模型优化，还可得到卷烟燃烧锥掉落率最小组合，即卷烟纸定量29.0 g/m2，卷烟纸助燃剂钾盐比例80%，卷烟纸透气度50 CU，助燃剂添加量1.20%，麻浆占比0，代入上述回归方程，得到Y（卷烟燃烧锥掉落率） 最小预测值为0.68%。最佳方案为卷烟纸定量29.0 g/m2，卷烟纸助燃剂钾盐比例80%，卷烟纸透气度50 CU，助燃剂添加量1.2%，麻浆占比0。

最低指标时各个因素组合见表7，通径系数见表8，一次逐步回归的回归参数见表9。

表7 最低指标时各个因素组合

表8 通径系数

表9 一次逐步回归的回归参数

采用线性回归和二次逐步回归分析均匀设计结果如表4～表6所示，其中R∈[0，1]为相关系数，R值越大，相关程度越高；p-值为概率，一般以p＜0.05为显著，p＜0.01为非常显著；D为Durbin Watson统计量，等于2为正态分布，其值越接近2，说明残差越符合服从正态分布，模型可用，否则模型不可用。表4～表9表明二次逐步回归方程指标均接近于最优参考值，方程相关程度较高。所以可采用二次逐步回归方法分析均匀设计，其模拟程度接近试验数据，D=2.654 9，说明该方程能很好的拟合卷烟纸参数对燃烧锥掉落率的拟合。

卷烟纸燃烧锥掉落率的卷烟纸参数拟合值对比见表10。

表10 卷烟纸燃烧锥掉落率的卷烟纸参数拟合值对比

2.3 卷烟纸更换验证

按照卷烟纸定量29 g/m2，卷烟纸助燃剂钾盐比例20%，卷烟纸透气度50 CU，助燃剂添加量1.2%的卷烟纸参数卷制卷烟。结果显示，卷烟纸参数调整后，卷烟燃烧锥掉落率为0.5%，卷烟纸和烟丝燃烧适配性得到改善，与未优化前的卷烟燃烧锥掉落率为12.7%相比，调整卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率有积极的影响。

卷烟纸参数改善前后烟支燃烧锥掉落率对比见图6。

图6 卷烟纸参数改善前后烟支燃烧锥掉落率对比

3 结论

取同一批次A牌号的烟丝，设计均匀试验，通过卷烟机卷制不同定量、透气度、纸浆类型、助燃剂添加量、钾盐比例的卷烟试样，按照卷烟掉头测定方法进行评定，通过数学回归方程确定卷烟纸参数对卷烟掉头的影响进行评价，并由显著性分析确定各卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响程度。单因素试验分析结果表明，卷烟纸定量低的卷烟燃烧锥掉落率低，助燃剂添加量较低的卷烟燃烧锥掉落率低，透气度为50～55 CU的卷烟燃烧锥掉落率低，麻浆比例低的卷烟燃烧锥掉落率低。均匀试验分析结果表明，根据各因素显著性检验值t可推出各因素对卷烟燃烧锥掉落率的影响大小依次为助燃剂添加量＞卷烟纸定量＞麻浆比例＞卷烟纸助燃剂钾盐比例＞卷烟纸透气度。对二次回归方程用非线性规划方法进行最小模型优化，可得到卷烟燃烧锥掉落率最小组合，即卷烟纸定量29 g/m2，卷烟纸助燃剂钾盐比例20%，卷烟纸透气度50 CU，助燃剂添加量1.2%，麻浆比例0，代入上述回归方程，得到Y（卷烟燃烧锥掉落率）最小预测值为0.681 9%。

按照卷烟纸定量29 g/m2，卷烟纸助燃剂钾盐比例20%，卷烟纸透气度50 CU，助燃剂添加量1.2%的卷烟纸参数卷制卷烟。结果显示，卷烟纸参数调整后，卷烟燃烧锥掉落率为0.5%，卷烟纸和烟丝燃烧适配性得到改善，与未优化前的卷烟燃烧锥掉落率为12.7%相比，调整卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率有积极的影响。

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Analysis of the Influence of Cigarette Paper Parameters on Cigarette Discharge Rate

QIAO Yuemei，ZHAO Qiurong，LI Liqun，JI Xudong，YE Yajun，WANG Shengli，GUO Chunsheng
（Inner Mongolia Kunming Cigarette Co.，Ltd.，Hohhot，Inner Mongolia 010020，China）

Taking the same batch of A grade tobacco，the uniform test was designed.The cigarettes with different quantitative，air permeability，pulp type，combustion promoter proportion and potash proportion were rolled by cigarette rolling machine and evaluated according to the method of cigarette U-turn measurement.The mathematical regression equation was used to determine the influence of the cigarette paper parameters on the cigarette turn-around and the effect of each cigarette paper parameter on the cigarette turn-around were determined by the significance analysis.The results of the single factor experiment showed that the cigarettes with low cigarettes papermaking rate，low combustion promoter，with 50～55 CU permeability with low pulp ratio had a low drop rate.The results of uniform experimental analysis showed that the influence of each factor on cigarette burning cone drop rate was combustion aid proportion＞cigarette paper weight＞mahjong ratio＞cigarette paper combustion agent potassium salt proportion＞air permeability of cigarette paper.The minimum combination of the cigarette burning cone could be obtained by the minimum model optimization of the quadratic regression equation using the nonlinear programming method，ie，cigarette paper weight 29 g/m2，cigarette paper combustion promoter potassium salt ratio 20%，Cigarette paper permeability 50 CU，the proportion of propellant 1.2%and mahjong proportion 0.The minimum predicted value of cigarette burning cone fall 0.681 9%.According to the optimum cigarette paper parameters，the cigarette burning cone drop rate was reduced from 12.7%to 0.5%.The cigarette paper and cigarette burnability were improved.The cigarette paper parameters were adjusted positively to the cigarette burning cone drop rate Impact.

cigarette paper parameters；combustion cone drop rate；combustion

TS41

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.012

1671-9646（2017） 12a-0044-05

2017-08-02

乔月梅（1972— ），女，本科，工程师，研究方向为烟草工艺。