叶片结构对加工过程烟丝结构及细支卷烟物理指标的影响

李飞宇 陈小林 张洪波 何蓉 周学政 邓国栋 谭奇忠 齐延鹏

摘 要 为研究叶片结构对细支卷烟物理指标的影响，采用混料设计进行了不同叶片结构的配比试验，测定其加工过程中烟丝结构和成品烟支物理指标。结果表明：1）叶片结构与加工过程中烟丝结构、部分指示细支卷烟稳定性的物理指标都有着较强的相关性。2）叶片结构能够导致烟丝结构变化，但受加工工序的影响呈现出不同的规律，在卷制后均呈现N∶1∶1（长丝、中丝、短丝之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能够改善细支卷烟的物理指标。

关键词 细支卷烟;叶片结构;混料设计;混料回归;烟丝结构;物理指标

中图分类号：S572 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.22.027

细支卷烟是烟草制品的重要品类之一，其烟支圆周小，烟丝填充量显著低于常规卷烟，单口焦油释放量较低[1-3]，具有轻松舒适的吸食感而广受欢迎。2017年细支卷烟销售规模达到了中国国内卷烟销售量和总销售额的5.03%和7.21%，对烟草行业销量增量的贡献率达263.5%[4]。细支卷烟销量快速增长得益于质量的不断提升，因为细支卷烟并不是单纯将常规卷烟变细[5]，而需在生产加工中完善与之配套的新技术。为此烟草行业启动了“细支卷烟升级创新”重大专项[6]，科研人员在细支卷烟的梗丝利用[7-8]、香味补偿、烟机设计与制造[9-13]等方面开展了大量研究，形成了多项具有自主知识产权的关键技术[14]，有效助推了细支卷烟质量的提升。

随着对细支卷烟生产加工技术理解的不断深入，通过对烟丝结构的研究[15]，烟草行业基本形成了“控长、控碎”的制丝工艺加工理念，并逐渐认识到叶片结构对细支卷烟制丝质量的重要影响[16]，开始向卷烟加工的上游——打叶复烤环节延伸。然而叶片结构对细支卷烟物理指标是否产生显著影响，具体影响哪些物理指标尚未有明确论证。因此，本研究通过混料设计配比了不同结构的配方烟叶，分析了叶片结构与烟支物理指标的相关关系，证实叶片结构与细支卷烟烟丝、烟支物理指标之间存在较强的相关性，研究结论与目前“降低大片率、提高中片率、控制小片率”的思路[17]完全吻合，为支撑当前细支卷烟质量提升提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料、仪器

材料：重庆中烟A牌号细支卷烟配方烟叶（不添加梗丝、膨胀丝）;重庆中烟A牌号细支卷烟产品烟支，规格97（67+30）mm×17.0 mm。

仪器：YJ118B型卷烟机（常德烟草机械有限责任公司）;TQ-2叶片振动分选筛（郑州烟草研究院）;YQ-2烟丝振动分选筛（郑州烟草研究院）;RT-V型卷烟·滤棒综合测试台（成都瑞拓科技有限股份公司）;MV4420微波烟支密度水分仪（德国TEWS）;叶片连续式振动分选筛（自研设备，参照TQ-2叶片振动分选筛筛网尺寸）;YDX-III型端部落丝仪（中国科学院光学精密机械研究所、合肥威尔仪光电科技有限公司）。

1.2  试验方法

1.2.1  叶片结构混料设计

按照选叶后烟片大片率、中片率、小片率总和为100%，通过Minitab统计分析软件进行极端定点混料设计[18]，获得叶片结构混料设计方案见表1。

1.2.2  片型配比方式

按A牌号大生产叶组配方备料8 000 kg，采用多次测量的方式来准确测定配方烟叶叶片结构[19]。选叶工序完成后，均匀取样2 000 kg，采用葉片连续式振动分选筛将烟叶筛分成大片（≥25.4 mm）、中片（12.7～25.4 mm）、小片（6.35～12.7 mm）和小碎片（≤6.35 mm）[20]，并保证筛出的各片型烟片重量比与配方烟叶叶片结构基本一致。计算每组混料处理需要添加的大片、中片、小片比例及需补足的小碎片比例。根据计算将剩余烟叶6 000 kg分为5组，每组烟叶重量在800～1 200 kg，添入相应比例的大片、中片、小片及小碎片，装入不同的贮叶柜中。

1.2.3  细支卷烟样品的制备

通过混料设计的不同叶片结构的配方烟叶，采用A牌号制丝工艺标准进行制丝生产;其烟丝采用相同操作人员、同一卷包机台，按照A牌号卷包工艺标准规定的工艺参数进行卷制包装。

1.2.4  物理指标检测及分析方法

叶片结构测定：按照参考文献[19]规定的方法，在选叶工序后测定配方烟叶的叶片结构，测试次数不少于10次，分别计算大片率（≥25.4 mm）、中片率（12.7～25.4 mm）、小片率（6.35～12.7 mm）及小碎片率（≤6.35mm）的平均值。

烟丝结构测定：按照参考文献[21]的方法，测定烘丝出口、加香出口及烟枪出口的烟丝结构，测试次数不少于3次，分别计算烟丝长丝率（≥6.70 mm）、中丝率（3.35～6.70 mm）、整丝率（≥3.35 mm）、短丝率（1.00～3.35 mm）和碎丝率（≤1.00 mm）的平均值。

烟支物理指标测定：按照参考文献[22]规定的方法测定。

烟支密度测定：按照参考文献[23]规定的方法测定。

1.3  数据处理

采用Minitab统计分析软件对试验数据进行分析[18]。

2  结果与分析

2.1  叶片结构对烟丝结构的影响

2.1.1  烟丝结构变化

通过测定细支卷烟制丝卷接过程中烘丝、加香、卷制（烟枪出口）三个重点工序的烟丝结构（见表2），可以看出：加工过程中烟丝结构呈现整丝率、长丝率渐次降低，中丝率、短丝率渐次增加的趋势，烟丝整体由长变短。不同工序烟丝结构总体均呈现N∶1∶1（长丝、中丝、短丝率比值）的特征，即烟丝中丝率、短丝率基本接近，且受长丝率反向影响，长丝率越高，则中丝率、短丝率越低，通过烟丝长丝率的变化基本可推算中丝率、短丝率的变化情况。在烘丝过程，不同叶片结构配方的烟丝长丝率差异较大;加香后，各配方的长丝率差异缩小;但在卷烟机烟枪后，各配方的长丝率差异再次增大。

通过烟丝结构经加香和卷烟机烟枪的变化情况（见表3）可以看出，烟丝长丝率显著降低，平均降幅约34个百分点;中丝率、短丝率均有小幅增加，平均增幅约为17、15个百分点。不同叶片配比的烟丝结构在加工过程中的变化趋势呈现出较显著的差异，如配方1的长丝率、中丝率、短丝率变化幅度分别为-45.40、21.25、21.70个百分点，而配方2的长丝率、中丝率、短丝率变化幅度仅为-22.70、9.61、11.49个百分点，两者差异较大，说明叶片结构变化不仅直接影响切后叶丝的形态，与叶片尺寸形状相关的叶片脉络分布也会影响烟丝结构。经加香工序后，烟丝的长丝、中丝、短丝变幅分别为-8.08、5.05、3.59个百分点;经卷烟机烟枪后，长丝、中丝、短丝变幅为-25.79、12.03、11.47个百分点，可以看出卷制过程对烟丝的造碎强度要大于加香过程。

2.1.2 混料回归分析

通过基础分析可以证明不同叶片结构对烟丝结构的影响较为显著，必然会对细支卷烟的质量造成影响。为进一步解释不同叶片结构对烟丝结构的影响方式，采用混料回归的方法对烟丝结构数据进行分析，结果见表4。

分析构建的回归模型（见表4），可以得到以下结论：烘丝后各工序的烟丝结构均与叶片结构呈现出一定的关联性，但回归模型的调整后R2均不高，说明叶片结构仅部分影响烟丝结构，切丝、烘丝等加工工序影响较大;当烟丝到达加香机出口，回归模型的拟合度有所提高，整丝率R2和调整后R2分别达到了93.06%和86.12%（P值达到0.069，接近005），说明叶片结构对成品烟丝有一定影响;经卷烟机相对高强度卷制处理后，叶片结构混料回归模型的拟合度进一步发生变化，中丝率模型呈现较高的拟合度，R2和调整后R2分别达到了98.84%和95.38%（P=0.137>0.05），表明不同叶片结构对卷烟烟支中丝的影响不显著。

在进一步对拟合度较高的混料回归模型系数分析可以发现：在卷制前，大片率增加有助于提高烟丝的整丝率，降低碎丝率（通过A_sl结果分析）;中片率、小片率增加在提高整丝率的同时也带来碎丝率的增加（P=0.18）（通过B_sl、C_sl结果分析）。通过模型系数比分析（A_rs、C_rs），片型结构对整丝率的影响程度排序为A≥B≥C（大片≥中片≥小片），对碎丝率的影响程度排序B≥C≥A（中片≥小片≥大片）。

在卷制后，片型结构对中丝率的影响作用更为明显，中片率提高有助于提高中丝率，而大片率和小片率提高则降低了中丝率（通过A_sl、B_sl、C_sl的结果分析）。通过模型系数比分析（A_rs和C_rs），对中丝率的影响程度排序为C≥A≥B（小片≥大片≥中片）。总之，如需追求烟支中丝比率，不仅要提高中片率，还要控制碎片率，降低大片率。

2.2  叶片结构对烟支物理指标的影响

在研究烟丝结构的基础上，又对细支卷烟烟支物理指标进行了测试分析，并在其中选取了与叶片结构具有一定相关性的检测指标，详见表5。结果表明，叶片结构在影响烟丝结构基础上，进一步对烟支物理指标产生了影响，影响主要集中在指示细支卷烟质量稳定性的指标，特别是评价烟支之间质量差异的标准偏差等指标。可以看出，配方3（叶片混料的大片率、中片率、小片率分别为25%、55%、20%）的烟支物理指标稳定性最好，其在烟枪出口的烟丝长丝率、中丝率、短絲率分别为30.55%、33.9%、30.35%，长丝、中丝和短丝的比例最为接近（见表2）。

通过混料回归分析（见表6），表中所列细支卷烟物理指标与叶片结构呈现出较明显的相关性，其中烟支密度变异系数、开吸吸阻、闭吸吸阻及端部落丝量模型拟合度较高，其R2均大于90%，调整后R2最低为88.41%（P值接近于0.05），说明回归模型能够解释该指标变化情况，从一定程度上说明叶片结构对细支卷烟物理指标有着直接影响。

通过对回归模型分析可以看出，中片率模型系数（B_sl）一般显著小于大片率和小片率的模型系数（A_sl和C_sl），说明提高中片率能够起到改善细支卷烟物理指标（望小）的作用。通过对模型系数比分析，对烟支密度变异系数、端部落丝量的影响排序为C≥A≥B（小片≥大片≥中片），对开吸吸阻标偏的影响排序为A≥C≥B（大片≥小片≥中片）。综合考虑各项指标对细支卷烟质量的影响，要改善细支卷烟的物理指标，不仅应提高原料烟叶的中片率，还应降低大片率，控制小片率。

3  小结

本研究通过混料设计进行了不同叶片结构配比试验，测定比较了细支卷烟生产过程中烟丝结构和成品烟支物理指标。采用混料回归分析确定了细支卷烟物理指标与叶片结构的相关性，基于混料回归模型系数分析了烟叶原料大片率、中片率、小片率对细支卷烟物理指标的影响方式。结果表明：1）叶片结构与加工过程的烟丝结构、部分指示细支卷烟稳定性的物理指标都有着较强的相关性。2）叶片结构能够导致烟丝结构变化，但受加工工序的影响呈现出不同的规律，在卷制后均呈现N∶1∶1（长丝、中丝、短丝之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能够改善细支卷烟的物理指标。

参考文献：

[1]  葛畅，赵明月，胡有持，等.细支与常规卷烟主流烟气常规指标及中性致香成分对比分析[J].烟草科技， 2017，50（4）：43-50.

[2]  张亚平，张晓宇，周顺，等.卷烟纸组分对常规和细支卷烟烟气释放量及感官质量的影响[J].烟草科技， 2017，50（11）：48-57.

[3]  廖惠云，秦艳华，张华，等. GC-MS/MS法分析细支与常规卷烟主流烟气中生物碱的逐口释放量[J].烟草科技，2018，51（6）：64-72.

[4]  王金棒，洪广峰，高健，等.国外细支卷烟研究综述[J].中国烟草学报，2018（5）：91-101.

[5]  国家烟草专卖局.关于启动细支卷烟升级创新重大专项的通知（国烟科〔2016〕154 号）[Z].北京：国家烟草专卖局，2014.

[6]  林婉欣，招美娟，石晓江，等.细支卷烟的吸阻与物理指标相关性分析[J].工程技术研究， 2017，39（5）：115-116.

[7]  廖晓祥，赵云川，邹泉，等.梗丝形态对细支卷烟品质稳定性的影响[J].烟草科技， 2016，49（10）：74-80.

[8]  丁美宙，刘欢，刘强，等.梗丝形态对细支卷烟加工及综合质量的影响[J].食品与机械，2017，33（9）：197-202.

[9]  陈丞.综合测试台检测细支卷烟的技术改造[J].安徽农业科学，2016，44（6）：309-312.

[10] 李钊.提高细支烟在PSSIM机型改造后的可靠性[J].机械工程师，2014（9）：222-223.

[11] 殷树强. PASSIM8K机组生产超细支（φ5.4）卷烟[J].科技与企业，2013（18）： 304.

[12] 闫俊科. ZJ114型超细烟支卷接机组的改进设计与研制[D].郑州：郑州大学，2012.

[13] 汤治国. ZJ114卷接机组卷制超细烟支时风室部件的改进[J].烟草科技，2009，31（11）：28-30.

[14] 张大波，孔臻，吴硕，等.国内细支卷烟加工工艺现状[J].烟草科技，2018，51（1）：79-84.

[15] 李洪涛，杨成.基于混料均匀设计的细支烟烟丝尺寸优化[J].济南大学学报（自然科学版），2018，32（3）：146-155.

[16] 肖锦哲，张腾健，杨全忠，等.筛分复打工艺的设计与应用[J].中国烟草学报，2018，24（4）：115-123.

[17] 中国烟草总公司.卷烟工艺规范[ M].北京：中国轻工业出版社， 2016.

[18] 李志辉，李欣. MINITAB统计分析方法及应用（第2版）[M].北京：電子工业出版社，2017.

[19]  YC/T 147—2010， 打叶烟叶 质量检验[S].

[20] 罗登山，曾静，刘栋，等.叶片结构对卷烟质量影响的研究进展[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版）， 2018， 25（2）：13-17.

[21]  YC/T 289—2009， 卷烟 配方烟丝结构的测定[S].

[22]  GB5606.3—2005， 卷烟 第3部分：包装、卷制技术要求及贮运[S].

[23]  YC/T 476—2013， 烟支烟丝密度测定 微波法[S].

（责任编辑：易  婧）