卷烟纸性能对常规卷烟和细支卷烟综合特性的影响

田忠 王宏伟 王孝峰 鲍穗

摘要：为考察卷烟纸透气度和定量对常规卷烟和细支卷烟燃烧锥最高温度和主流烟气有害成分释放量的影响，采用偏最小二乘（PLS）回归法建立了多因素预测模型。结果表明，随着卷烟纸透气度的增大，常规卷烟和细支卷烟的燃烧锥最高温度、HCN、CO、NH3和烟气危害性指数均有降低的趋势，且不利于感官综合特性的提升；随着卷烟纸定量的增大，两种卷烟的燃烧锥最高温度和CO有升高的趋势，NH3、烟气危害性指数以及感官综合特性有降低的趋势；卷烟纸透气度和定量对两种卷烟部分指标（如苯酚、HCN释放量、香气、烟气以及口感特性等）的影响表现出一定的差异性。

关键词：卷烟纸透气度；定量；燃烧锥温度；有害成分；感官质量

中图分类号：TS761.2

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254508X.2018.12.006

卷烟纸作为卷烟的主要辅料，虽然只占烟支质量的5%，但卷烟纸直接参与卷烟燃烧，对烟支燃烧过程会产生重要影响。定量和透气度是卷烟纸的两个重要参数，其直接影响卷烟燃烧过程中的燃烧状态和温度，进而极大地影响了卷烟主流烟气相关成分的释放量和抽吸品质[16]。目前卷烟纸对常规卷烟燃烧性能及主流烟气的影响已有诸多报道，胡群等人[7]研究了卷烟纸透气度对卷烟物理性能及烟气量的影响；马静等人[8]考察了卷烟纸定量对卷烟品质的影响；谢定海等人[910]探讨了卷烟纸透气度、定量对常规卷烟燃烧温度及烟气指标的影响。更多学者聚焦于卷烟纸对主流烟气中有害成分的影响以及调控应用技术研究[1115]。然而，卷烟纸对常规卷烟和细支卷烟燃烧温度及主流烟气成分影响的对比研究鲜有报道。因此，本实验拟通过研究不同透气度、定量的卷烟纸对常规卷烟和细支卷烟燃烧锥最高温度及主流烟气中有害成分释放量的影响，旨为卷烟纸产品的研制及减害降焦提供参考。

1材料与方法

1.1材料与仪器

烟丝选择安徽中烟工业有限责任公司某牌名烤烟烟丝；不同透气度卷烟纸：卷烟纸定量为28 g/m2，透气度分别为40、50、60、70、80 CU；不同定量卷烟纸：卷烟纸透气度为50 CU，定量分别为26、28、29和32 g/m2，卷烟纸均由牡丹江恒丰纸业股份有限公司提供。

7890A气相色谱仪和68905975气相色谱/质谱联用仪，美国Agilent公司；Acquity高效液相色谱仪，美国Waters公司，配备荧光/PDA检测器；4000 Q Trap质谱仪，美国AB公司；离子色谱仪，美国戴安公司；AL2041C电子天平，感量0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司；MilliQ纯水仪，美国Millipore公司；MIKRON MC320红外热成像仪，美国LumaSense公司。

1.2方法

1.2.1卷烟样品卷制

按同一烟支质量，分别用不同的卷烟纸在同一机台卷制同一牌号同一批次的烟丝， 其他卷制辅材均相同，卷制常规卷烟（烟支长度84 mm、圆周24.4 mm）、细支卷烟（烟支长度97 mm、圆周17 mm）两种规格。均按安徽中烟工业有限责任公司生产标准卷制。合格烟支在温度（22±1）℃和相对湿度（60±2）%条件下平衡48 h。

1.2.2卷烟燃烧锥温度测定

参照前人研究[16]，采用红外热成像仪对卷烟抽吸第三口时的燃烧锥最高温度进行测量，红外探头的测温范围为300～1500℃，精确度为±2℃，测试抽吸燃烧锥最高温度10次，取平均值。

1.2.3烟气相关成分测定

分别采用GB/T 23356—2009《卷烟 烟气气相中一氧化碳的测定 非散射红外法》、GB/T 21130—2007《卷烟 烟气总粒相物中苯并[a]芘的测定》、YC/T 253—2008《卷烟 主流烟气中氰化氢的测定连续流动法》、YC/T 377—2010《卷烟 主流烟气中氨的测定离子色谱法》、YC/T 255—2008《卷烟 主流烟气中主要酚类化合物的测定高效液相色谱法》、YC/T 254—2008《卷烟 主流烟气中主要羰基化合物的测定高效液相色谱法》以及GB/T 23228—2008《卷烟 主流烟气总粒相物中烟草特有N亚硝胺的测定气相色谱热能分析联用法》测定主流烟气中的CO、苯并[a]芘、HCN、NH3、苯酚、巴豆醛和NNK的释放量，卷烟烟气危害性指数（H）值按照国烟科[2009]211号文件规定计算。

1.2.4卷烟感官质量评价

参照YC/T497—2014《卷烟 中式卷烟风格感官评价方法》，专业评委组对各分项指标按照九分制进行打分，评价指标包括香气质、香气丰富性、香气量、杂气（香气特征值）；细腻柔和度、成团性、浓度、劲头（烟气特征值）；干燥感、刺激、余味（口感特征值）。最终以香气特征值、烟气特征值、口感特征值以及感官综合值四项指标进行偏最小二乘（PLS）回归分析。

1.2.5数据处理

采用 Minitab 17统计软件对实验数据进行PLS回归分析，采用逐一剔除法对回归方程进行交叉验证。参照文献[17]的方法，根据回归方程的标准化回归系数分析各自变量对因变量的影响。

2结果与讨论

2.1卷烟纸透气度和定量对卷烟燃烧锥最高温度的影响

由卷烟燃烧锥最高温度模型的标准化回归系数得到卷煙纸透气度和定量对其影响程度。常规卷烟和细支卷烟燃烧锥最高温度 PLS 回归方程的方差分析结果和模型的回归系数分别见表1和表2。本方差分析中的自变量包括常量（A）、卷烟纸透气度（B）和卷烟纸定量（C），SS、MS、F和P分别代表离均差平方和、均方差、F统计量和显著性概率值，当P值<0.05时，说明预测模型能通过显著水平的检验；当P值<0.01时，说明预测模型能通过极显著水平的检验。表1方差分析结果表明，常规卷烟和细支卷烟燃烧锥最高温度PLS回归方程的P值为 0，说明其预测模型均能通过 0.01 极显著水平的检验。

表2数据显示，两种卷烟燃烧锥最高温度均随着卷烟纸透气度的增大而降低，随着卷烟纸定量的增加而升高，且卷烟纸透气度对常规卷烟燃烧锥最高温度的影响程度较定量更大，而对细支卷烟燃烧锥最高温度的影响程度较定量更小。

2.2卷烟纸透气度和定量对主流烟气7种有害成分的影响

常规卷烟和细支卷烟主流烟气有害成分释放量 PLS 回归方程的方差分析结果分别见表3和表4；两种卷烟的模型回归系数见表5。由表3和表4可知，常规卷烟的主流烟气中，CO、HCN、苯酚、氨和煙气危害性指数H的PLS回归方程P值均低于0.01，说明其预测模型均能通过0.01极显著水平检验。细支卷烟主流烟气中HCN释放量的PLS回归方程的P值为0.003，说明其预测模型能通过0.01极显著水平检验，CO、氨和卷烟烟气危害性指数（H）的PLS回归方程的P值均低于0.05，说明其模型均能通过0.05显著水平检验。本研究中，其他未能通过显著水平检验的烟气组分和感官特性模型不予讨论。

由卷烟主流烟气组分模型的标准化回归系数得到卷烟纸透气度和定量对7组有害成分以及烟气危害性指数的主要影响因素。由表5可知，卷烟纸透气度的提升均可降低两种卷烟的卷烟烟气危害性指数和CO、HCN、NH3的释放量，同时也使常规卷烟烟气中苯酚释放量有下降的趋势；随着卷烟纸定量的增加，两种卷烟的CO释放量有增大趋势，NH3和卷烟烟气危害性指数有下降的趋势，同时常规卷烟的苯酚和细支卷烟的HCN亦有所降低，而常规卷烟的HCN释放量则有所增加。从影响程度来看，卷烟纸透气度对所列各烟气指标的影响程度均大于定量。

2.3卷烟纸透气度和定量对卷烟感官质量的影响

常规卷烟和细支卷烟感官评价的香气、烟气、口感特征值以及感官综合值的PLS回归方程的方差分析结果分别见表6和表7；两种卷烟的模型回归系数见表8。由表6和表7可知，常规卷烟的烟气、口感以及感官综合值PLS回归方程的P值均低于0.01，说明其预测模型均能通过0.01极显著水平的检验；而细支卷烟香气、口感以及感官综合值PLS回归方程的P值均低于0.01，说明其预测模型均能通过0.01极显著水平的检验，烟气特征值的PLS回归方程的P值为0.016，说明其预测模型能通过0.05显著水平的检验。

由表8可知，对于常规卷烟，随着卷烟纸透气度和定量的增加，其烟气、口感以及感官综合值均有降低的趋势，就影响程度而言，透气度对烟气和感官综合值的影响更大，而定量对口感特征值的影响更大；对于细支卷烟，香气和口感特征值受卷烟纸定量的影响大于透气度，并且两指标均与定量呈负相关，而与透气度呈正相关；烟气特征值受透气度的影响更大，其与透气度呈负相关，而与定量呈正相关，感官综合值均随着定量和透气度的增加而有降低的趋势。

2.4数理统计结果的交叉验证

由卷烟燃烧锥最高温度、主流烟气有害成分释放量和感官质量模型的非标准化回归系数得到卷烟纸透气度和定量对这些指标的预测模型。表9列出了由交叉验证选择的各因变量模型的预测回归系数R2（预测）以及观测值和预测值之间的相对偏差。验证结果表明，所列因变量的预测结果最大偏差均小于10%，且常规CO、卷烟烟气危害性指数和燃烧锥最高温度预测模型的R2值较高，分别0.982、0.965和0.900，其余因变量预测模型的R2值分别介于0.365～0.890；而细支卷烟只有燃烧锥最高温度预测模型的R2值较高，达0.900，其余因变量的预测模型的R2值分别介于0.110～0.871。

2.5卷烟纸透气度和定量对两种卷烟综合特性影响的对比分析

2.5.1常规卷烟

卷烟纸透气度的升高，使常规卷烟的燃烧锥最高温度、主流烟气中CO、HCN、苯酚、NH3以及烟气危害性指数均有降低的趋势。这主要是由于随着卷烟纸透气度的增大，抽吸时从燃烧锥底部进入烟支内部的冷空气增多，导致燃烧锥最高温度降低，同时增强了对烟支主流烟气的稀释作用，从而降低了烟气的释放量[9]。另外，卷烟纸透气度的增大会进一步促进烟丝的燃烧，降低抽吸口数，从而减少主流烟气的释放量[12]。随着卷烟纸透气度的增大，常规卷烟的烟气、口感和感官综合特性均有下降的趋势，对香气特性无显著影响。

卷烟纸定量的增大，使常规卷烟的燃烧锥最高温度、CO和HCN释放量有升高趋势，NH3和卷烟烟气危害性指数有降低的趋势。这是因为随着卷烟纸定量的增加，单位面积内纤维的绝对量增加，有更多的纤维物质参与燃烧，从而使卷烟燃烧锥温度得到提高[10]。定量的增加意味着卷烟纸厚度增大，增加了外部空气进入到烟支内部的难度，导致卷烟内部组分的燃烧不充分，从而加大了CO和焦油的释放量[8]；于此同时，卷烟内部燃烧产生的大量热量不能及时扩散到烟支外部，使生成的CO2在高温缺氧的情况下与烟丝炭化组分发生还原反应，产生了大量新的CO，并在下一口抽吸时进入到主流烟气中。因此，随着卷烟纸定量的增大，烟气产生的CO有增大趋势。此外，卷烟纸定量的增大，也意味着单位面积内的助剂含量相应增加，烟支的燃烧速率加快，使得卷烟抽吸口数下降，降低了烟气的释放量[10]。因此，卷烟纸定量对烟气的影响应是上述机制共同作用的综合结果。随着卷烟纸定量的增大，常规卷烟的烟气、口感及感官综合特性均有明显下降的趋势。

2.5.2细支卷烟

卷烟纸透气度和定量对细支卷烟综合特性的影响与常规卷烟类似，但在部分指标上，仍存在较为明显的差异，主要体现在：①卷烟纸定量的增大使常规卷烟的HCN释放量有升高的趋势，而对细支卷烟的作用则刚好相反；卷烟纸透气度的提升有利于常规卷烟苯酚释放量的降低，而对细支卷烟则没有明显的影响。②卷烟纸透气度和定量影响细支卷烟的香气特征值，而对常规卷烟的则无明显影响；随着卷烟纸透气度的增加，常规卷烟的口感特征值有降低的趋势，而细支卷烟则反之；随着卷烟纸定量的增大，有利于细支卷烟烟气特征值的提升，而常规卷烟则反之。

因此，适当调整卷烟纸透气度和定量，可在一定程度上有针对性地调控常规卷烟和细支卷烟的燃烧锥最高温度、烟气组分和感官质量。

3结论

本实验主要研究了不同透气度和不同定量的卷烟纸对常规卷烟和细支卷烟燃烧锥最高温度及主流烟气中有害成分释放量的影响，采用偏最小二乘（PLS）回归法建立了多因素预测模型。

3.1常规卷烟和细支卷烟的燃烧锥最高温度、CO、HCN、NH3和卷烟烟气危害性指数（H）以及卷烟感官质量等指标均受到卷煙纸透气度和定量的影响。

3.2随着卷烟纸透气度的增大和定量的减小，均有利于常规卷烟和细支卷烟的燃烧锥最高温度的降低。

3.3两种卷烟的CO、NH3释放量以及卷烟烟气危害性指数均随卷烟纸透气度和定量的增大而降低；在HCN和苯酚释放量方面，两种卷烟受卷烟纸透气度和定量的影响表现出一定的差异性。

3.4整体上卷烟纸透气度和定量的增加，不利于常规卷烟和细支卷烟综合感官特性的提升，且卷烟纸透气度和定量对不同卷烟的香气、烟气和口感特性的影响差异明显。

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（责任编辑：董凤霞）