烟支刺破梗签粒度分析

徐大勇，邓国栋，刘朝贤，舒芳誉，严剑凡，邹泉，刘泽，郝喜良，堵劲松*

1 中国烟草总公司郑州烟草研究院烟草行业烟草工艺重点实验室，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001；2 厦门烟草工业有限责任公司，福建省厦门市海沧新阳工业区新景路1号 361022；3 云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南省玉溪市红塔大道118号 653100；4 江苏中烟工业有限责任公司，南京市建邺区梦都路30号 210019

烟叶中的梗和叶脉在制丝加工过程中易形成梗签或梗块，在卷制前需将烟丝中的梗签进行剔除，减少烟丝中的含签量。卷制到烟支中的梗签一方面容易造成烟丝填充松紧不均匀，进而影响烟支重量、吸阻的稳定性；另一方面也是造成烟支刺破、漏气的主要原因；并且梗签在燃烧时易产生燃烧端爆口现象，从而影响烟支的燃烧性和感官质量，因此梗签控制一直是卷烟企业过程控制的重点和难点。

卷烟加工过程一般通过打叶复烤叶中含梗的控制、制丝环节的风选和卷烟机的梗签分离系统来减少卷烟中的梗签含量，提高卷烟质量。行业内有关梗签的相关研究主要集中在打叶复烤叶中含梗率的控制[1-2]和梗签分离或剔除装置的研究与开发[3-11]。目前燃烧端爆口的现象基本得到有效控制，但刺破现象仍然存在，尤其是细支烟的刺破率较高，调研发现常规卷烟、中支烟、细支烟烟支刺破率分别为0.12‰、0.32‰和0.69‰。不同圆周规格的卷烟，在不同加工环节如何合理地控制、降低梗签的含量尚缺乏依据和统一的控制标准，因此在实际生产过程中，不同企业对梗签有各自不同的控制标准。

本文通过大量收集刺破不同圆周烟支梗签，分析刺破烟支梗签粒度分布规律，获得刺破烟支概率较高的梗签粒度，为合理控制烟丝中梗签尺寸及其含量，减少烟支刺破概率，提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品与仪器

3 种不同圆周规格卷烟的刺破烟支，其中：常规烟8 个牌号1244 支（福建中烟、云南中烟），圆周（24±1）mm，切丝宽度（1.0±0.1）mm；中支烟3 个牌号893 支（福建中烟），圆周（20±1）mm，切丝宽度（0.9±0.1）mm；细支烟7 个牌号913 支（江苏中烟、福建中烟、云南中烟），圆周（17±1）mm，切丝宽度（0.8±0.1）mm。卷烟机剔除物；裁纸刀；镊子；片烟大小及其分布测定系统（昆明船舶设计研究院、郑州烟草研究院，分辨率0.3 mm×0.3 mm）。

1.2 方法

1.2.1 梗签收集

刺破烟支梗签：用裁纸刀将烟支刺破处割开，镊出刺破梗签，并将不同圆周规格卷烟的刺破梗签分别收集。本文着重讨论不同圆周规格卷烟刺破梗签粒度差异，因此虽然不同牌号/规格卷烟原料叶中含梗率、加工工艺有所差异，但不单独分类收集，仅按其烟支圆周进行分类。

卷烟机剔除梗签：随机选择不同圆周规格卷烟各一个牌号，在其正常加工时任一卷烟机台的梗签剔除出口各接取30 kg，合并为一个样品。

1.2.2 梗签粒度检测

图1 被剔除梗签的尺寸分布Fig. 1 The size distribution of rejected cigarette-puncturing slivers

图2 常规烟刺破梗签尺寸分布Fig. 2 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in conventional cigarette

图3 中支烟刺破梗签尺寸分布Fig. 3 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in medium cigarette

刺破烟支梗签：利用片烟大小及其分布测定系统，采用图像法检测出每根梗签的最小外接矩形的长和宽，视为梗签的长度和宽度。

卷烟机剔除梗签：用四分法选择一份并挑选出剔除物中的烟丝后，利用片烟大小及其分布测定系统检测卷烟机剔除梗签的长度和宽度。

2 结果与分析

2.1 刺破烟支梗签及剔除物梗签尺寸分布比较

图4 细支烟刺破梗签尺寸分布Fig. 4 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in slim cigarette

卷烟机剔除梗签和常规烟、中支烟、细支烟刺破梗签尺寸分布见图1～4 所示。可以直观看出刺破烟支（常规、中支、细支）的梗签尺寸分布较卷烟机剔除梗签尺寸短且窄，剔除物梗签中个别梗签最大长度达50 mm，最大宽度达14.7 mm；常规烟、中支烟、细支烟刺破梗签最大长度均在25 mm 以内，常规烟、中支烟刺破梗签宽度均在10 mm 以内，细支烟刺破梗签宽度在6.5 mm 以内。由此表明卷制过程中较大尺寸的梗签（或梗块）基本能被卷烟机剔除，且由于细支烟在卷制时梗签剔除比例较高且尺寸越大越易剔除，因此细支烟刺破梗签尺寸分布范围小于常规烟和中支烟。

为进一步分析刺破梗签长度与宽度的相关关系，按梗签长度和宽度两个维度统计不同尺寸梗签量占总梗签量比例，进行卡方检验，并计算lambad 关联度系数和相关性系数，统计结果分别见表1、2。

表1 刺破梗签长度和宽度卡方检验结果Tab. 1 Chi-square test results for length and width of cigarettepuncturing sliver

表2 刺破梗签长度和宽度关联度分析结果Tab. 2 Correlation analysis results of length and width of cigarettepuncturing sliver

由表1 卡方检验结果可以看出，卡方检验的概率P 值均小于显著性水平0.05，表明刺破烟支的梗签长度和宽度存在关联性。但由表2 可以看出，Lambda系数远远小1，由此可见刺破梗签长度与宽度的相关性一般。

2.2 烟支刺破梗签宽度分布规律

不同圆周烟支刺破梗签宽度统计结果见表3 所示。由统计结果可以看出，不同圆周卷烟烟支刺破梗签最小宽度均为0.7 mm，说明0.7 mm 以下梗签刺破烟支的概率较小，其主要原因是宽度0.7 mm 以下梗签一般呈粒状或厚度较薄的丝状，对于丝状而言，其硬度较小，即使梗签长度较长，卷制时也不易产生刺破。

常规烟、中支烟、细支烟刺破烟支梗签的平均宽度存在明显差异，分别为2.12 mm、1.74 mm 和1.69 mm，约为对应周长烟支切丝宽度（常规烟1 mm、中支烟0.9 mm、细支烟0.8 mm）的2 倍。

表3 不同类型烟支刺破梗签宽度描述统计结果Tab. 3 Description statistics of width of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

以1 mm 为区间间隔，统计不同圆周卷烟烟支刺破梗签宽度的区间频率，结果见图5 所示。由统计结果可知，不同圆周烟支刺破梗签宽度均集中在1 mm～3 mm范围内，占刺破烟支梗签的80%以上，其中，由于中支烟和细支烟切丝宽度较小，宽度在1 mm～2 mm 范围内的梗签占60%以上。因此，为减少该宽度范围内的梗签含量，降低烟支刺破概率，叶中含梗应重点控制直径1.0 mm 以上含梗比例，同时提高切丝宽度的均匀性。

2.3 烟支刺破梗签长度分布规律

不同圆周烟支刺破梗签长度统计结果见表4 所示。由统计结果可以看出，常规烟、中支烟、细支烟烟支刺破梗签最小长度分别为1.00 mm、1.30 mm 和1.00 mm，表明虽然烟丝汇总长度在1.0 mm 以下的梗签大量存在，但通常长度1 mm 以下的梗签呈颗粒状，其刺破烟支的概率较小。

图5 不同类型烟支刺破梗签宽度区间频率统计结果Fig. 5 Frequency statistics of width of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

常规烟、中支烟、细支烟刺破梗签的平均长度分别为7.39 mm、5.89 mm 和5.12 mm，与对应周长烟支直径基本相当（常规烟7.6 mm、中支烟6.4 mm、细支烟5.4 mm），表明烟支圆周越小，刺破烟支的梗签长度越小。并且由于烟丝中尺寸越小的梗签数量越多，因此造成卷烟生产加工过程中烟支刺破的概率：细支烟＞中支烟＞常规烟。

表4 不同圆周卷烟烟支刺破梗签长度描述统计结果Tab. 4 Description statistics of length of cigarette-puncturing slivers in cigarettes with different circumference

以1 mm 为区间间隔，统计不同圆周卷烟烟支刺破梗签长度的区间频率，结果见图6 所示。由统计结果可知，常规烟、中支烟和细支烟刺破烟支梗签长度分别主要集中在6 mm～9 mm、4 mm～7 mm 和3 mm～6 mm 范围内，占刺破烟支梗签的70%以上，因此为减少烟支刺破概率，常规烟、中支烟和细支烟在制丝和卷制过程中应分别减少长度6 mm、4 mm 和3 mm 以上，宽度1.0 mm 以上梗签比例。

2.4 烟支刺破梗签长宽比分布规律

不同圆周卷烟烟支刺破梗签长宽比统计结果见表5 所示。由统计结果可以看出，常规烟、中支烟、细支烟烟支刺破梗签长宽比分别分布在1.0～11.1、1.0～9.7 和1.0～8.5 范围内，平均长宽比分别为3.8、3.9 和3.3，细支烟烟支刺破梗签长宽比相对较小。

图6 烟支刺破梗签长度区间频率统计结果Fig. 6 Frequency statistics of length range of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

表5 不同圆周卷烟烟支刺破梗签长宽比统计结果Tab. 5 Description statistics of aspect ratio of cigarette-puncturing slivers in cigarettes with different circumference

图7 烟支刺破梗签长宽比区间频率统计结果Fig. 7 Frequency statistics of aspect ratio range of cigarettepuncturing slivers in different types of cigarettes

不同圆周卷烟烟支刺破梗签长度的区间频率统计结果见图7 所示，常规烟和中支烟长宽比主要分布在2～6 之间，细支烟长宽比主要分布在1～5 之间，占80%以上。通过对刺破梗签形态的观察发现，该长宽比范围内的梗签呈圆柱状，通常硬度较大，在烟支中易垂直或基本垂直轴向分布，从而卷制时出现刺破现象，对于长宽比较小的梗签，通常长度较短，仅对直径相对较小的细支烟影响较大，而对于长宽比较大的梗签（一般是长度大于烟支直径），即使未被剔除，卷制时梗签受卷烟纸边界条件约束，与烟支轴向形成一定夹角，且梗签长度越长轴向夹角越小，梗签受卷烟纸胁迫产生的径向反作用力越小，因此发生刺破的概率较小。

按图7 对直径在1 mm-9 mm 之间的烟支刺破梗签长宽比分布与不同规格卷烟区间频率进行方差分析，并对显著差异因子作Duncan 事后检验（Alpha=0.05），结果分别见表6、表7。由表6 可知，不同长宽的梗签刺破的概率存在显著差异。由表7 可以看出，刺破烟支梗签中长宽比为3～4 的梗签比例最多，其次是长宽比为2～3 与4～5 和1～2 与5～6 的梗签，长宽比在6以上的梗签刺破概率差异不大且刺破的概率最小。

表6 刺破梗签频率方差分析Tab. 6 Variance analysis of the frequency of cigarette-puncturing slivers

表7 长宽比同类子集Tab. 7 Similar subsets of aspect ratio

3 结论

（1）卷制过程中较大尺寸梗签基本能被卷烟机剔除；宽度小于0.7 mm 或长度小于1.0 mm 的细梗签和梗粒造成烟支刺破的概率较小。

（2）常规烟、中支烟、细支烟刺破烟支梗签的宽度主要集中在1.0 mm～3 mm 之间，占80%以上，平均宽度分别为2.12 mm、1.74 mm 和1.69 mm，约为对应周长烟支切丝宽度的2 倍。

（3）常规烟、中支烟和细支烟刺破烟支梗签长度分别主要集中在6 mm～9 mm、4 mm～7 mm 和3 mm～6 mm 范围内，占70%以上。刺破梗签的平均长度为：常规烟（7.39 mm）＞中支烟（5.89 mm）＞细支烟（5.12 mm），与对应烟支直径基本相当。

（4）刺破烟支梗签中长宽比为3～4 的梗签比例最多，其次是长宽比为2～3 与4～5 和1～2 与5～6 的梗签，长宽比在6 以上的梗签刺破概率差异不大且刺破的概率最小。

（5）为减少烟支丝刺破概率，对于梗签的控制：一是叶中含梗应重点控制直径1.0 mm 以上含梗比例；二提高切丝宽度的均匀性；三进一步提高烟丝中梗签的剔除效果，常规、中支、细支卷烟分别重点控制长度＞6 mm、＞4 mm、＞3 mm 的梗签含量。