卷煙抽吸口數與其常規物理指標的相關性研究

楊 洋，蔣佳磊，湯曉東，趙 丹，裘雨燦，陳曉水，朱書秀，林 墾，潘 力，陸明華

(浙江中煙工業有限責任公司技術中心，浙江杭州 310024)

卷煙抽吸口數與其常規物理指標的相關性研究

楊 洋，蔣佳磊，湯曉東，趙 丹，裘雨燦，陳曉水，朱書秀，林 墾，潘 力，陸明華*

(浙江中煙工業有限責任公司技術中心，浙江杭州 310024)

摘要[目的]研究卷煙抽吸口數與7項卷煙常規物理指標的相關性。[方法]采用相關分析和通徑分析探討了卷煙抽吸口數與7項常規物理指標(煙支重量、圓周、總通風率、濾嘴通風率、紙通風率、開吸阻和閉吸阻)的關系，并探討這些影響因素的交互作用和作用機理。[結果]分析表明，7項常規物理指標中，卷煙主要通過煙支重量(水松紙打孔與不打孔共有)和濾嘴通風率(僅水松紙打孔卷煙)的直接作用，紙通風率和閉吸阻的間接作用對抽吸口數產生正向效應；通過調控7項常規物理指標控制抽吸口數從而調控焦油，主要通過控制卷煙煙絲重量和水松紙透氣度的穩定性來實現。[結論] 在卷煙加工過程中嚴格控制煙支重量和濾嘴通風率這2項指標，一定程度上能穩定卷煙抽吸口數和焦油量。

關鍵詞卷煙；抽吸口數；重量；吸阻；通風率；相關分析；通徑分析

焦油是卷煙產品最重要的化學指標，控制焦油波動是質量控制的主要內容之一。但焦油并非一手數據，其是通過總粒相物減煙堿，再減水分所得。當卷煙焦油出現波動時，由于不了解各種影響的交互作用和作用機理，因而無法及時查找主要原因。卷煙焦油的產生量與抽吸口數直接相關[1]，穩定抽吸口數可以對穩定焦油起到一定的作用。從日常吸煙機抽吸口數數據來看，同一牌號同一批次20支卷煙甚至會有相差2口的情況，這種現象不僅造成強烈的焦油波動，而且會影響消費者抽吸感受，不利于卷煙品牌的樹立；另外，按照逐口抽吸的數據經驗，煙支抽吸到后期，每口產生的焦油量會增加，導致抽吸口數對焦油的影響進一步增大。因此，找到影響抽吸口數的因素，穩定抽吸口數，對控制焦油波動和穩定消費者感受均十分重要。筆者采用相關分析和通徑分析較為系統地研究了7項卷煙常規物理指標(煙支重量、圓周、總通風率、濾紙通風率、 紙通風率、開吸阻、閉吸阻)與抽吸口數的關系，并探討了這些影響因素的交互作用和作用機理。

1材料與方法

1.1材料RM200轉盤型吸煙機，92 mm直徑劍橋濾片，德國Borgwaldt-KC公司； QTM綜合測試臺，英國Cerulean公司；恒溫恒濕箱，德國Binder公司；1#、2#(水松紙不打孔卷煙)和3#(水松紙打孔卷煙)卷煙樣品，由浙江中煙工業有限責任公司提供。

1.2方法樣品在溫度為(22±1)℃，相對濕度為(60±3)%的條件下調節48 h以上。挑選外形規整，端部煙絲填充完整的3個樣品卷煙各100支，編號后，通過QTM綜合測試臺檢測卷煙的煙支重量、圓周、總通風率、濾嘴通風率、紙通風率、開吸阻和閉吸阻7個常規物理指標。然后按照編號順序通過RM200轉盤型吸煙機按照標準抽吸方法抽吸卷煙，檢測抽吸口數。數據處理采用Excel 2007，并通過matlab 7.0進行相關性分析和通徑分析。

2結果與分析

2.1卷煙物理指標與抽吸口數檢測數據的數量特征對3個樣品卷煙的7項常規物理指標及其抽吸口數數據通過PauTa準則[2]剔除異常值后，進行了描述性統計分析。均值(Mean)、標準偏差(SD)、變異系數(CV)、最小值(Min)、最大值(Max)、偏度(Pd)、峰度(Fd)和Jarque-Bera假設檢驗[3]的概率值(JB-P)結果見表1。

由表1可知，Jarque-Bera檢驗表明樣品各指標數據均呈正態分布。對于水松紙不打孔卷煙(1#和2#)，開吸阻和閉吸阻基本沒有區別，其總通風率主要由紙通風率提供(分別占97.5%和94.0%)；而水松紙打孔卷煙(3#)，吸阻明顯降低，開吸阻比閉吸阻小18.3%，濾嘴通風率相對紙通風率顯著增大，總通風率主要由前者提供(占78.2%)。可見水松紙打孔對于卷煙煙支氣體動力學產生了較大的影響。圓周的變異性最小，均在0.3%以下，這種變異性對煙支橫截面積和煙絲填充量的影響可能小于0.000 9%，導致其對焦油和抽吸口數的影響可能十分微弱；而總通風率變異性較大，3個樣品卷煙總通風率和紙通風率變變異性均在9%～10%，而濾嘴通風率的變異性比較大，可能會對抽吸口數產生一定的影響。抽吸口數在5～7口，變異性在5%～6%。其余指標變異性均小于5%，其影響性需要進一步計算。

表1　3個牌號卷煙常規物理指標與抽吸口數描述性統計分析

注：*顯著性水平α=0.05，“P>α”表示呈正態分布，“P≤α”表示不呈正態分布；其中，重量單位“g”，圓周單位“mm”，總通風率、濾嘴通風率、紙通風率單位均為“%”，開吸阻、閉吸阻單位為“kPa”，抽吸口數單位“口/支”。

2.2相關性分析相關系數(r)[3]用以反映變量之間相關關系密切程度。卷煙各指標間的相關性可以用相關性系數r來表示：

一般地，相關系數(r)(-1～1)的絕對值越大表明相關性越強，但對于樣本量較大的數據，r值往往不能真實地反映兩組數據之間的相關性，還需要通過檢驗判斷其是否具有顯著性。通過matlab軟件中的corrcoef函數可以直接得到相關性系數r和t檢驗p值，如表2。

表2　卷煙各指標間的相關系數r及其顯著性

注：“**”表示t檢驗的P<0.01；“*”表示t檢驗的P<0.05。

表2的結果表明，對于水松紙不打孔卷煙，其煙支重量、總通風率、紙通風率、閉吸阻均與抽吸口數極顯著正相關；而圓周、濾嘴通風率與其相關性不顯著。對于水松紙打孔卷煙，其抽吸口數除了與上述4項極顯著正相關外，還與濾嘴通風率高度線性相關。這在一定程度上說明打孔可能只是對一些化學指標起到了稀釋作用，而并沒有顯著影響煙支的燃燒性。考慮到總通風率本身與紙通風率(1#和2#)和濾嘴通風率(3#)呈良好的線性(圖1)，故在抽吸口數的影響因素中不考慮總通風率。

2.3通徑分析由表2可知各物理指標之間本身存在復雜的相關性，導致無法以數量關系說明這些物理指標如何影響抽吸口數，因此需要通過一定的分析方法來分析各物理指標對抽吸口數的直接作用和間接作用影響。

通徑分析是在相關分析和回歸分析的基礎上應用通徑系數分析方法將自變量對依變量的作用分解為直接作用和間接作用，以揭示各自變量對依變量的作用機理[4]。通徑系數(p)的表達式如下：

通常可以得出3個方面的信息：①某因素對考察指標的直接或本質作用。②某因素對考察指標的間接作用，即某因素通過其他因素對考察指標的協同作用。③某因素影響考察指標的最佳路徑。試驗對3個樣品的抽吸口數進行通徑分析和顯著性檢驗，結果見表3、4、5。

表3　1#牌號樣品通徑分析

注：“**”表示t檢驗的P<0.01；“*”表示t檢驗的P<0.05。x1、x2、x3、x4分別代表煙支重量、濾嘴通風率、紙通風率、閉吸阻。

表4　2#牌號樣品通徑分析

注：“**”表示t檢驗的P<0.01；“*”表示t檢驗的P<0.05。x1、x2、x3、x4分別代表煙支重量、濾嘴通風率、紙通風率、閉吸阻。

表3、4和5的結果表明，對于水松紙不打孔卷煙(1#和2#)，通徑分析顯示只有煙支重量的直接作用達到了極顯著性水平(0.690**和0.635**)，紙通風率和閉吸阻直接作用均不顯著，且前者為正(0.172和0.149)，后者為負(-0.185和-0.139)；煙支重量通過紙通風率和閉吸阻對抽吸口數產生的間接作用均較小，且前者為正(0.065和0.075)，后者為負(-0.125和-0.079)；紙通風率(0.260和0.318)和閉吸阻(0.467和0.361)主要通過煙支重量的間接作用對抽吸口數產生影響，且閉吸阻尤為明顯。

表5　3#牌號樣品通徑分析

注：“**”表示t檢驗的P<0.01；“*”表示t檢驗的P<0.05。x1、x2、x3、x4分別代表煙支重量、濾嘴通風率、紙通風率、閉吸阻。

對于水松紙打孔卷煙(3#)，通徑分析顯示煙支重量對抽吸口數的直接作用達到了極顯著性水平(0.735**)，濾嘴通風率對抽吸口數的直接作用達到顯著性水平(0.254*)，而紙通風率和閉吸阻對抽吸口數的直接作用均不顯著，且前者為正(0.132)，后者為負(-0.121)，與水松紙不打孔卷煙結果類似；煙支重量(0.014)和濾嘴通風率(0.015)通過間接作用對抽吸口數的影響很小，兩者主要通過直接作用對后者產生影響；而紙通風率和閉吸阻對抽吸口數的直接作用較小，其主要通過煙支重量的間接作用對抽吸口數產生影響(0.350和0.416)，且閉吸阻尤為明顯。

通過相關分析和通徑分析結果，發現對于水松紙不打孔卷煙，3個常規物理指標：煙支重量、紙通風率和閉吸阻與抽吸口數呈極顯著正相關，而紙通風率和閉吸阻主要通過煙支重量對抽吸口數產生間接影響，即對于水松紙不打孔卷煙來說，煙支重量是影響抽吸口數最重要的因素(此7項常規物理指標中)。對于水松紙打孔卷煙，除了煙支重量對抽吸口數的最重要影響之外，濾嘴通風率也是一個重要影響因素。

因此，控制卷煙抽吸口數主要通過控制煙支重量和濾嘴通風率來實現。煙支重量受濾棒重量和卷煙紙重量的影響一般較小，卷煙重量主要由所填充煙絲的重量來決定[5]，在卷煙實際生產加工過程中要控制煙絲的水分，填充值和整絲率等因素及煙支卷制過程來穩定所填充煙絲的重量。打孔濾嘴使部分空氣在卷煙抽吸時通過通風孔進入煙氣，其實質是減少了每次抽吸時消耗的煙絲量，抽吸口數會因通風度的升高而增加[6]。控制濾嘴通風度主要通過控制水松紙透氣度來實現，另外卷煙卷制過程中須嚴格按照標準控制濾棒端的上膠量及上膠位置，確保通風孔通暢。

3結論

卷煙的抽吸口數直接影響卷煙焦油量的產生，并會影響消費者對卷煙的抽吸感受。在卷煙配方、規格、材料相對穩定的條件下，上述7項常規物理指標中，抽吸口數主要受煙支重量和濾嘴通風率影響，紙通風率和閉吸阻對抽吸口數的直接作用影響較小，其主要通過煙支重量的間接作用對抽吸口數產生影響。因次，在卷煙加工過程中嚴格控制煙支重量和濾嘴通風率這2項指標，一定程度上能穩定卷煙抽吸口數和焦油量。

參考文獻

[1] 劉丁偉，胡建軍，熊燕，等.總粒相物與煙支重量、吸阻和抽吸口數的相關分析、通徑分析[J].煙草科技，2005(8)：3-5.

[2] 王巖，隋思漣.試驗設計與matlab數據分析[M].北京：清華大學出版社，2012.

[3] 李柏年，吳禮斌.MATLAB 數據分析方法[M].北京：機械工業出版社，2012.

[4] 明道緒.通徑分析的原理與方法 (續)[J].西南農業學報，1986，1(4)：40-45.

[5] 朱令宇，李永杰.濾棒重量、壓降穩定性對卷煙重量、吸阻穩定性的影響[J].福建分析測試，2009，18(2)：83-85.

[6] 張槐岺，馬林，姚光明，等.卷煙工藝學[M].北京：中國輕工業出版社，1997.

中圖分類號S572

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)30-227-03

作者簡介楊洋(1982- )，男，河南南陽人，工程師，從事煙草化學分析研究。*通訊作者，工程師，從事煙草化學分析研究。

收稿日期2015-09-17

Research on the Correlation of Cigarette Puff Numbers and Its Conventional Physical Indexes

YANG Yang, JIANG Jia-lei, TANG Xiao-dong, LU Ming-hua*et al(Technology Centre, China Tobacco Zhejiang Industrial Co., Ltd, Hangzhou, Zhejiang 310024)

Abstract[Objective] To study the correlation of cigarette puff numbers and 7 conventional physical indexes. [Method] Using correlation analysis and path analysis, this paper discussed the relationship between cigarette puff numbers and its seven conventional physical indexes (cigarette weight, circumference, total ventilation rate, ventilation rate of filter tip, ventilation rate of cigarette paper, opened and closed draw resistance). The interaction and action mechanism of these influencing factors were discussed. [Result] The results showed that: among the seven conventional physical indexes, cigarette was mainly through the directly positive effect of cigarette weight (the punched on/off-tipping paper tobacco) and ventilation rate of filter tip (only the punched on-tipping paper tobacco), and the indirectly positive effect of ventilation rate of cigarette paper and closed draw resistance on the puff number; through regulating seven conventional physical indexes to control the puff number, thus control tar, was mainly by controlling the stability of the tobacco weight and the tipping paper’s porosity. [Conclusion] In cigarette processing strictly controlling the weight of a cigarette and filter ventilation rate, can stabilize cigarette puff number and tar in a certain extent.

Key wordsCigarette; Puff number; Cigarette weight; Draw resistance; Ventilation rate; Correlation analysis; Path analysis