不同规格卷烟物质指标影响因素研究进展

任发军,胡发志,郭春晖,张康伟,黄刚

(山东中烟工业有限责任公司 青州卷烟厂,山东 青州,262500)

自我国第一座卷烟厂于1891年建立在天津以来,卷烟在我国已经发展了上百年。时至今日,我国已经有了成千上万的烟草消费者,各省的烟草公司也在顺应时代需要,开发出了不同规格、种类的卷烟。为相应国家降焦减害[1]的号召,我国烟草研究人员先后推出了细支卷烟、短支卷烟,以适应消费者需求。

自1951年,伊朗烟草公司开发出第一款细支卷烟以来,细支卷烟已经发展了近70年[2]。2006年,南京卷烟厂开发出第一支国产细支卷烟,从此国内开始了细支卷烟的研发热潮。而短支卷烟则是中式卷烟创新产品,自上市以来便凭借其减焦降本的特点获得了稳步增长涨的销量[3]。短支卷烟与细支卷烟并非单纯的烟支长度、圆周等指标的增减,也伴随着烟支内部的烟丝结构变化,进而对烟支的物理指标产生影响:例如,短支烟在烟支长度缩短之后,端部落丝量增加,烟支硬度波动增大。目前,针对短支卷烟开展的研究较少,对其烟丝结构分布、质量特点及影响规律等认识不太清晰,且卷烟厂常常参考常规卷烟的生产过程进行生产,不能完全符合短支卷烟的生产需求,在一定程度上不利于短支烟的持续发展。据此,本文在综述当前研究人员对不同规格卷烟烟丝结构差异、烟丝结构与物理指标的关联、物理指标间的关联性、卷烟机组参数对烟支物理指标的影响之上,设想了解决短支卷烟生产问题的方法,旨在为卷烟工艺研究人员提供思路。

1 不同规格卷烟烟丝结构的差异以及与物理指标间的关联

国内外学者发现卷烟物理质量影响抽吸时的感官品质和烟气成分,而烟丝结构与物理质量存在显著影响,比如长丝率过高会造成竹节烟的出现,不利于维持烟支单支重、密度的稳定,可以通过适当调整烟丝结构达到改善烟支物理质量的目的[4–9]。

综合当前的研究来看,细支卷烟与中支卷烟烟丝的整丝率较大,在81%～85%之间,而短丝率较小,在13%～19%,碎丝率在2.6%以下;常规卷烟、短支卷烟的整丝率则在62%～66%之间,短丝率在30%～34%,碎丝率在3%～4%[10–13]。据楚晗等[13]研究表明,短支卷烟与常规卷烟的短丝率、碎丝率相似,但短支卷烟的长丝率、中丝率明显大于常规卷烟,指出:控制短支卷烟的长丝率、中丝率,提高中长丝、短丝比例,可提升整体物理质量。

李洪涛等[14]将烟丝按尺寸分为4层,通过回归分析、构建回归方程的方法对烟丝尺寸进行优化计算,研究发现:当四层烟丝比例为0.015 4︰0.323 1︰0.390 1︰0.271 4时,烟支的吸阻稳定性最强;当大于6.70 mm的烟丝占比小于9%时,总通风率标准偏差和端部落丝量以外的其余物理指标为最小值;当小于2.50 mm的烟丝占比大于30%时,总通风率、吸阻标准偏差以外的其余物理指标为最小值;当有物理指标为最小值时,4.32～6.70 mm与2.50～4.32 mm的烟丝比例之和在50%～80%之间。容秀英[15]对卷烟端部落丝量的影响因素进行分析后发现:烟支端部落丝量主要受长丝率和烟支密度影响,烟丝长丝率和烟支密度降低会使端部落丝量升高。王夏婷等[16]对平刀和矩形刀两种叶片成丝方式对烟支质量的影响进行对比,研究发现使用矩形刀进行切丝等显著降低细支卷烟的烟气有害成分,提升吸阻、硬度、重量的稳定性,降低烟支空头率。喻赛波等[17]研究了烟丝含水率对烟支质量的影响,发现适度增加烟丝含水率有利于减少燃烧锥落头,并提出:实际生产中,烟丝含水率控制在12.5%～12.9%最佳。汪兵云等[18]通过对造成吸阻波动的因素进行分析,发现烟支吸阻与烟丝密度均匀分布之间存在较强关联,并提出:改进劈刀盘规格,可使烟丝密度更加均匀,提高烟支吸阻的稳定性。黄治等[19]运用灰色关联法分析了烟丝结构及其含水率对物理指标的影响,研究发现:对跑条烟丝结构和含水率进行适当调控,有利于烟支质量指标稳定性的提高。堵劲松等[20]对不同烟丝结构分布和卷烟物理指标之间的关联性进行了灰色关联分析,研究结果显示:适当提高 2.00～4.75 mm的烟丝比重可得到物理质量较为稳定的卷烟;短于1.40 mm的烟丝会对卷烟物理指标产生不利影响,应尽量减少。李善莲等[21]采用相关性分析法研究烟丝结构与卷烟端部落丝量的关系,发现长度大于2.8 mm的烟丝与卷烟端部落丝量呈负相关,长度小于2.8 mm的烟丝与卷烟端部落丝量呈正相关。姚光明等[22]对烟丝结构与卷烟填充值、卷接质量之间进行的回归分析表明:整丝率对烟丝的填充值、卷烟单支重量影响显著,分别呈正、负相关;碎丝率的增加则会使烟支的空头率之间存在显著正相关关系。刘德强等[23]比较不同整丝率以及相同整丝率不同长、中丝比例的烟丝对卷制后烟支重量、硬度、吸阻、端部落丝量等物理指标的影响,结果表明:烟丝整丝率以及中、长烟丝比例的变化对烟支的物理指标均有较大影响。邵宁等[11]运用主成分分析法和相关性分析法对三种档次卷烟的烟丝结构分布及其与卷烟物理质量的关系进行研究,研究发现,2.80～4.75 mm和≤2.00 mm的烟丝比重对低档次卷烟物理质量影响较大,2.00～3.35 mm和≤1.00 mm的烟丝比重对中、高档卷烟物理质量影响较大。

2 卷烟物理指标间的关联性

不同规格卷烟在被消费者燃吸时,除了烟支长短、圆周不同之外,消费者直接感受到的变化便是烟支长度、圆周导致吸阻出现的变化。研究结果表明细支卷烟的单支重量、圆周对细支卷烟的吸阻变化影响显著[24],范铁桢等[25]通过建立吸阻与烟支长度函数模型,研究烟支长度与吸阻的关系,认为:在其他参数一定的前提下,烟支长度增长会使加大吸阻。孙东亮等[26]通过回归分析法对卷烟物理指标与吸阻进行了统计学分析,分析结果也表明烟支长度与吸阻呈正相关。程思军等[27]运用相关性分析法,分析了烟支圆周与吸阻的相关性后,认为:在其他影响因素不变的前提下,吸阻与圆周之间呈现负相关的趋势,但相关性不显著;倪建彬[28]建立了多元线性回归模型对吸阻的影响因素进行研究之后,得出了一致结论。

李敏[29]利用回归分析法研究了卷烟单支克重与吸阻的相关性后,发现对于任何一种卷烟,随单支克重加大,其吸阻也会随之增大。倪克平[30]在研究之后,也得出了一致结论:卷烟单支重和吸阻之间在一定范围内呈线性正相关。而李永宽等[31]的相关性研究结果为:单支质量与圆周和总通风率具有显著的正相关关系,单支质量越大,圆周和总通风率越大,单支质量与吸阻和硬度相关性不明显。

烟支的硬度与吸阻类似,均为烟丝结构、填充性、烟支质量、圆周、长度共同作用的结果。赵日利[32]对单支克重、硬度、吸阻进行相关性分析后认为:虽然吸阻会随着烟支硬度增大而增加,但并不能就此认为硬度指标是影响吸阻的直接原因。卷烟的硬度高低主要取决于烟支单支重量和烟丝填充值两种因素。因此若要提高烟支的硬度,可通过提高烟丝的填充能力,或适当增加卷烟烟丝的用量。这就再次说明了烟丝填充值、卷烟重量、吸阻之间的正相关关系。

卷烟端部掉丝量主要影响卷烟产品的外观质量。据叶侠英等[33]对端部落丝量与含末率的相关性研究表明随着烟支含末率的升高,卷烟端部落丝量有上升的趋势。

在卷烟配方、卷烟规格一定的条件下,卷烟吸阻、重量、硬度三者之间存在极强的线性关系,与其他物理指标之间的相关程度较弱。但是在实际的生产过程中,受原料质量的正常波动、生产设备型号不同和人工操作习惯等因素的影响,圆周、重量等指标偶尔会偏离标准值,造成吸阻、硬度等指标出现波动,因此需要对上述因素进行研究并加以调控,方能保证卷烟吸阻的稳定。

3 卷烟机参数对卷烟物理指标的影响

卷烟机台是烟支卷制成型的主要设备,在各项参数固定、来料烟丝稳定均匀下,直接决定了烟支卷制质量,并且不同机型的卷烟机结构不同,因而卷烟机台是影响烟支物理指标的显著因素。舒芳誉等[34]利用多变异方差分析法研究了卷烟生产中烟支物理指标的多个影响因素,得出:卷烟机台对卷烟物理指标的影响非常显著。侯静林等[35]运用多因素方差分析法对比PASSIM8000和PROTOS70两种不同机型的卷烟机对卷烟物理指标的影响,发现卷烟机不同的机型对烟支吸阻、含末率、端部落丝量的影响非常显著,而对重量与硬度等物理指标的影响不显著。

卷烟机的各项参数也是影响烟支各项物理指标的重要因素之一,如风力送丝过程中的风速、平准器的规格、劈刀槽型等,均会对烟支物理指标稳定性、成品率产生影响[36–38]。张国平等[39]分析了烟支空头的原因,对PASSIM卷接机组的劈刀槽型进行了改进,将劈刀槽型由内缘直线改为外缘同心的弧线型,并改进了劈刀盘的加工工艺,投入实际生产后,烟支空头率明显降低。杨道剑等[40]运用回归分析法和双样本T检验法,在PROTOS70卷烟机组对来料水分、针辊回丝量、VE吸丝负压与烟支空头率进行了研究,结果表示:VE吸丝负压和针辊回丝量对烟支空头率有影响,当针辊回丝量为30%、VE吸丝负压为95mbar时烟支成品率显著升高。肖永才[41]在ZJ17卷烟机组上进行研究之后,得出了相同的结果。

4 展望

烟丝结构状态与烟支卷制条件是影响烟支物理指标的主要因素,不同规格的卷烟维持自身物理指标的适宜与稳定的首要目标是维持烟支卷制时来料烟丝结构的稳定,但是也不能忽略不同规格卷烟对于烟丝结构的不同需求。因此,解决短支卷烟在生产中出现的问题,首先需要明确短支卷烟所需的最适烟丝结构分布,进而优化物理质量。对于烟丝结构控制,我国卷烟工艺研究人员已经将“定长切丝”技术应用于常规卷烟和细支卷烟的生产中,显著提高了该两种规格卷烟的中丝率,并显著提高了细支卷烟物理质量和感官质量[42–43]。对此,我国卷烟工艺研究人员可以对“定长切丝”在短支卷烟的应用进行研究,来精准控制烟丝结构,并根据短支卷烟实际生产中出现的问题对卷烟机参数进行优化,以提升短支卷烟整体物理质量,把这个富有中国特色的短支卷烟越做越好。