不同长度烟丝色度与化学成分的变化及其相关性*

祁 林，唐习书，王仕宏，邱昌桂，刘 静，李思源，金 强，高 辉

[1.红云红河烟草(集团)有限责任公司，云南 昆明 650231；2.云南同创检测技术股份有限公司，云南 昆明 650106]

在卷烟制丝过程中，由于烟片形态特征及物理加工特性的差异，最终导致制成的成品烟丝中存在长度不同的烟丝。周冰等[1]和唐军等[2]先后研究了卷烟成品烟丝中不同长度烟丝化学成分的差异性及变化规律，而关于成品烟丝中不同长度烟丝色度值的差异、变化趋势以及色度值与其常规化学成分的相关性研究尚未见报道。研究成品烟丝色度值与其常规化学成分的相关性对探索利用色差法替代化学法快速评价成品烟丝掺配均匀度具有重要意义。目前，国内烟草行业在色度学应用方面的研究主要集中在初烤和复烤烟叶上，如烟叶烘烤调制过程颜色的变化[3-6]、初烤烟叶色度值与其物理指标[7-8]及内在化学成分[9-11]的相关性、色差法在烟叶区位分切中的应用[12]、不同片型复烤片烟色度值的差异[13]、复烤过程片烟质量稳定性评价[14]、复烤工艺对片烟色度值的影响[15]及复烤片烟醇化过程色度值的变化[16]等，而对卷烟制丝过程中烟丝色度值的研究未见报道。为此，本研究选择2种不同规格卷烟的成品烟丝为材料，利用6 层筛网的旋转筛分仪将其筛分成7种不同长度的烟丝，制成粉末后分别测定其CIE-L*a*b*色空间值及常规化学成分含量，并对不同长度烟丝色度值及常规化学成分含量的差异性、变化趋势以及色度值与常规化学成分间的相关性进行分析，旨在为利用色差法快速评价成品烟丝掺配均匀性提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

云烟品牌2种不同规格卷烟A、B的成品烟丝样品，烟丝配方组成如表1 所示。2种规格卷烟制丝过程各工序加工参数基本一致，且配方烟丝中均不含膨胀烟丝(气流丝)。

表1 A、B 2 个规格卷烟的烟丝配方组成Tab.1 Constitution of cut tobacco formula of A and B cigarettes %

1.2 试验方法

1.2.1试验样品制作

选择A、B 2 个规格卷烟某一生产批次的成品烟丝为试验对象。待设备运行稳定后，在烟丝掺配加香出口振槽的横截面处分10 次取样，每隔5 min 取样1 次，每次约1 kg。按照文献[17]优化的烟丝筛分条件，用AS400 旋转筛分仪(筛网孔径从上到下依次为4.75、4.00、2.50、2.00、1.60 和1.00 mm)分别对2种规格卷烟的成品烟丝进行筛分。将相同规格卷烟筛分后同一长度的烟丝存放在一起，待全部成品烟丝筛分完成后，将每种长度烟丝的样本混合均匀，再从同一长度烟丝样本的不同位置共取样3 次作为待检样品，每份待检样品约100 g。分别用L1～L7 表示不同长度范围的烟丝试验样品：L1＞4.75 mm，4.00 mm＜L2≤4.75 mm，2.50 mm＜L3≤4.00 mm，2.00 mm＜L4≤2.50 mm，1.60 mm＜L5≤2.00 mm，1.00 mm＜L6≤1.60 mm，L7≤1.00 mm。将每份待检样品分别置于45 ℃的烘箱中干燥1 h，用旋风磨粉碎，过60 目筛，所得粉末再置于(20±1) ℃、相对湿度为(65±2)%的恒温恒湿箱中平衡48 h 后备用。

1.2.2色度值测定

按照文献[13]的方法利用DC-P3 型全自动测色色差计分别测定A、B 2种规格卷烟不同长度烟丝粉末的CIE-L*a*b*色空间值：L*(从黑到白，表示明度值)、a*(从绿到红，表示红度值)和b*(从蓝到黄，表示黄度值)，每个烟末样品取样10 次进行测定。根据公式(1)计算每个烟末样品的总色差值[15]：

1.2.3常规化学成分测定

待色度值测定试验完成后，按照标准[18-22]规定的方法测定每种长度烟丝样品的总糖、还原糖、总氮、总植物碱、钾和氯含量；根据标准[23]计算PV 值(为糖碱比与钾含量的乘积，是评价烟草混合均匀度的特征值)。

1.2.4数据分析

利用Microsoft Excel 2010 对A、B 2种规格卷烟不同长度烟丝色度值及常规化学成分的变化趋势作图；利用IBM SPSS Statistics 19.0 软件对不同长度烟丝的色度值及常规化学成分进行单因素方差分析，并对两者之间的Pearson 相关性进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同长度烟丝色度值的差异性及变化趋势

由图1 可知：对于不同规格卷烟的成品烟丝，不同长度烟丝的色度值L*、a*、b*和ΔE总体均存在显著性差异和相同的变化趋势。从长丝到碎丝，随着烟丝长度的减小，L*和b*值均呈先升高后降低的变化趋势，拐点位于L6 长度的烟丝，a*和ΔE值均呈逐渐降低的变化趋势；由总色差值ΔE的大小可以看出，成品烟丝中L1 长度烟丝(＞4.75 mm)的颜色最深，L7 长度烟丝(≤1.00 mm)的颜色最浅。

图1 A、B 2 个规格卷烟成品烟丝中不同长度烟丝色度值的差异Fig.1 Differences in color values among cut fillers of different lengths of A and B cigarettes

对A、B 2 个规格卷烟成品烟丝中L1～L7 长度烟丝的色度值进行配对样本T检验，结果表明：A 规格成品烟丝的a*、b*和ΔE值极显著大于B 规格成品烟丝(P＜0.01)，但其L*值极显著小于B 规格成品烟丝(P＜0.01)，说明2 个不同规格卷烟成品烟丝的色度值存在极显著差异。

2.2 不同长度烟丝常规化学成分的差异性及变化趋势

由图2 可知：对于不同规格卷烟的成品烟丝，不同长度烟丝的6 项常规化学成分含量总体均存在显著性差异和相同的变化趋势。随着烟丝长度的减小，总糖、还原糖和总植物碱含量逐渐降低，与a*和ΔE值的变化趋势一致；总氮含量逐渐升高；钾和氯含量呈先升高后降低的变化趋势，与L*和b*值的变化趋势基本一致。L1 长度烟丝(＞4.75 mm)的总糖、还原糖和总植物碱含量最高，而总氮、钾和氯含量最低；L5 长度烟丝(＞1.60～2.00 mm)的氯含量最 高；L6长度烟丝(＞1.00～1.60 mm)的钾含量最高；L7 长度烟丝(≤1.00 mm)的总氮含量最高，而总糖、还原糖和总植物碱含量最低。

图2 A、B 2 个规格卷烟成品烟丝中不同长度烟丝常规化学成分含量的差异Fig.2 Differences in routine chemical components contents among cut fillers of different lengths of A and B cigarettes

对A、B 2 个规格卷烟L1～L7 长度烟丝的6 项常规化学成分含量进行配对样本T检验，结果表明：A 规格卷烟成品烟丝的总糖、还原糖、总植物碱、钾和氯含量极显著大于B 规格成品烟丝(P＜0.01)，但其总氮含量极显著小于B 规格卷烟成品烟丝(P＜0.01)。

2.3 色度值与常规化学成分的相关性分析

由表2 可知：对于2 个不同规格卷烟的成品烟丝，色度值与常规化学成分的相关性分析结果基本一致。L*值与总糖、还原糖和总植物碱含量显著负相关，与总氮、钾和氯含量显著或极显著正相关；a*、ΔE值与总糖、还原糖和总植物碱含量极显著正相关，与总氮、钾含量显著或极显著负相关；b*值与氯含量、PV 值显著或极显著正相关。对A、B 2 个规格卷烟进行综合分析时(A+B)，上述的相关性分析结果均成立，由于样品数量的增加，色度值与部分常规化学成分的相关性由显著性水平上升至极显著水平。

表2 色度值与常规化学成分的Pearson 相关性分析Tab.2 Pearson correlation analysis between color values and routine chemical components

由图3 可知：对于2种不同规格卷烟的成品烟丝，无论是单独回归分析还是综合回归分析，b*值与PV 值均存在高度拟合的线性关系(R2≥0.920 5)，说明通过色度值b*可以预测烟丝的PV 值，进而对成品烟丝的混合均匀度进行快速评价。

图3 A、B 2 个规格卷烟不同长度烟丝黄度值b＊与PV 值的回归分析Fig.3 Regression analysis between yellowness value b* and PV value in cut fillers of different lengths of A and B cigarettes

3 讨论

在卷烟制丝过程中，由于片烟自身的形态特征及物理加工特性存在较大差异，在切丝和干燥工序后形成长度不同的烟丝。周冰等[1]和唐军等[2]研究表明：卷烟成品烟丝中不同长度烟丝的多种关键化学成分含量存在显著差异。孙东亮等[24]研究表明：烟丝长度会直接影响烟支轴向密度，进而通过烟支密度间接影响卷烟的物理指标和主流烟气指标。可见，烟丝长度对卷烟产品质量具有较大的影响。在前人研究的基础上，本研究选择2种不同规格的卷烟，进一步开展成品烟丝中不同长度烟丝色度值与常规化学成分的差异性、变化趋势以及两者之间的相关性研究，旨在为色差法在烟丝结构分布稳定性及烟丝掺配均匀性评价中的应用提供技术依据。试验结果发现：在卷烟成品烟丝中，不同长度烟丝的色度值及常规化学成分总体均存在显著性差异，且随着烟丝长度的变化，其色度值及常规化学成分均呈现规律性变化趋势。其中，常规化学成分的变化趋势与周冰等[1]和唐军等[2]的研究结果一致。结合唐军等[2]和高占勇等[25]的研究结果可知：不同长度烟丝与不同尺寸片烟常规化学成分的变化趋势基本一致。因此，无论从物理形态还是化学成分上，均可以推测切丝后不同长度的烟丝主要来源于不同尺寸的片烟，而不同长度烟丝常规化学成分含量产生变化的原因主要是不同尺寸片烟的常规化学成分含量存在较大差异[2]。徐安传等[26]研究表明：烟丝中的总糖和还原糖与其保润性呈显著负相关。而本研究显示：烟丝中的总糖和还原糖含量与烟丝长度呈正相关关系。由此可知，随着烟丝长度的增加其保润性逐渐变差。通常认为保润性能较好的烟叶或烟丝其耐加工性较好，但在卷烟制丝过程中，不同长度烟丝的形成主要是由切丝前的片烟形态和尺寸决定的，保润性不是影响烟丝长度的决定性因素，当然，烟丝长度与其保润性之间的关系尚需要进一步研究。

烟叶原料的化学成分是影响其外观颜色的物质基础，正是由于不同长度烟丝的内在化学成分含量存在较大差异，导致不同长度烟丝具有不同的色度值。此外，本试验的另外一个重要发现是：不同长度烟丝的色度值与其常规化学成分之间存在较强的相关性，尤其是黄度值(b*)与PV 值之间存在高度拟合的线性关系。而行业标准YC/T 426―2012[23]将PV 值作为测定烟草物料混合均匀度的特征值，因此，可以通过烟丝的b*值预测其PV 值进而对成品烟丝的混合均匀度进行快速评价，且色差法具有成本低、操作简单快捷和无化学添加等优点。此外，还可以基于不同长度烟丝色度值的差异，利用色差法评价制丝过程中不同时间点烟丝结构分布的稳定性。综合上述分析结果可知：本研究可为卷烟在制品加工质量的评价和维护提供技术支撑。

4 结论

云烟品牌2种不同规格卷烟成品烟丝中不同长度烟丝色度值、常规化学成分的差异性、变化趋势以及两者之间的Pearson 相关性分析结果表明：在同一规格卷烟的成品烟丝中，不同长度烟丝的4 个色度指标及6 项常规化学成分含量总体均存在显著差异；随着烟丝长度的变化，色度值及常规化学成分在不同规格卷烟中具有相同的变化趋势；不同长度烟丝的色度值与其常规化学成分之间存在较高的相关性，为色差法在烟丝结构分布稳定性及配方烟丝掺配均匀性评价中的应用提供了技术依据。