基于短支卷煙物理質量穩定的煙絲尺寸優化設計

楚 晗 范 磊 王天怡 李勁鋒 李 曉 姚二民

(1. 鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450000；2. 河南中煙工業有限責任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000)

短支卷煙是指在圓周不變的情況下，長度比常規卷煙短10 mm及以上的卷煙。作為中式卷煙創新產品，短支卷煙以其快節奏、大眾化的產品定位，降本降耗、低焦減害的產品優勢，自上市以來迅速成為卷煙市場的一個爆發點[1]。隨著煙支長度縮短，卷煙單支重量減小，煙絲段與濾嘴段的比例發生較大改變，使煙支吸阻變小、卷煙各項質量指標也隨之發生變化，出現煙支重量控制不穩定、端部落絲量波動大、吸阻不穩定等情況，對其煙絲的均勻性和卷煙質量穩定性控制提出了更高要求。

目前，針對短支卷煙煙絲尺寸分布及其對物理質量影響的研究尚未報道，制約了短支卷煙的持續發展。國內外學者[2-3]通過研究常規卷煙煙絲尺寸分布與卷煙物理質量的相關關系，發現煙支內煙絲結構的長絲率過高、分布均勻性等問題對卷制后煙支的單支重量標偏、硬度、端部落絲量、吸阻等物理質量指標都有不同程度的影響，可以通過適當調整煙絲尺寸分布達到改善煙支物理質量的目的[4-6]，對短支卷煙物理質量及其穩定性的提升具有較強的參考價值。李善蓮等[7]通過研究煙絲結構與卷煙端部落絲量的關系，得出對卷煙端部落絲量產生正負影響的煙絲結構分布區間。邵寧等[8]研究了不同檔次卷煙煙絲結構分布對物理質量的影響，針對高、中、低檔卷煙分別提出了可以提升卷煙物理質量及其穩定性的煙絲結構優化措施。劉著文[9]通過對比不同整絲率和碎絲率對卷煙機卷制后煙支質量穩定性的影響，得到了最有利于煙支卷制及其物理質量穩定的整絲率和碎絲率具體比例分布。此類研究在常規卷煙加工工藝和物理質量提升方面發揮了重要作用，但針對短支卷煙的相關研究尚未報道。

本試驗通過研究短支卷煙的煙絲尺寸分布與卷煙主要物理指標的相關關系，建立不同尺寸煙絲與短支煙物理指標的關系模型，探究煙絲尺寸分布對短支煙物理質量的具體影響，對短支煙物理質量的提升有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

短支卷煙(二類卷煙)配方煙絲及成品煙支：河南中煙工業有限責任公司；

多功能檢測振篩：Y2SJO型，篩網孔徑可自由拆卸調整，本研究使用10.00，7.00，5.00，4.00，3.35，2.50，1.00 mm，徐州市鐵建機械制造有限公司；

煙支綜合測試臺：QTM型，湖南力科自動化技術有限公司；

電子天平：PL3001-SMettler型，感量0.01 g，瑞士SMettler公司。

1.2 方法

1.2.1 煙絲及成品卷煙的取樣

(1) 煙絲取樣：卷煙機運轉穩定生產后，固定機臺，操作人員分別對卷煙機煙槍處同批次煙絲用取樣盤隨機接樣4 000 g，用四分法縮至1 000 g，單次取樣時間間隔30 min，連續取樣8次，將取得的煙絲放入恒溫恒濕箱平衡24 h[溫度(22±2) ℃，濕度(60±5)%]，放進密封袋中，粘貼上標簽，作為樣品備用。

(2) 成品卷煙取樣：對應同批次煙絲樣品，固定機臺，操作人員在卷煙機出口處對成品卷煙進行取樣，每次150支，作為一組樣品，單次取樣時間間隔30 min，每批次連續取樣4次，共取樣8次，將取得的成品煙支放置于恒溫恒濕箱平衡24 h[溫度(22±2) ℃，濕度(60±5)%]，放進密封袋中，粘貼上標簽，作為樣品備用。

1.2.2 煙絲結構及成品卷煙物理質量的檢測

(1) 煙絲結構檢測：按文獻[10]進行測定，用振動分選篩和多功能檢測振篩對煙絲樣品進行篩分，將卷煙機煙槍處煙絲篩分為8層，振動頻率40.00 Hz，每次篩分4 min。篩分后的卷煙煙絲結構分別用X1～X6來表示，其中：X1>7.00 mm，5.00 mm

(2) 成品卷煙的檢測：根據相關標準[11-14]，利用QTM型全自動多功能煙支綜合測試臺分別對成品煙支的單支重量、圓周、硬度、吸阻、端部落絲量和卷煙含末率進行檢測。單次抽取的150支樣品中，100支用于端部落絲量的測定，20支用于含末率的測定，另外30支用于煙支重量、硬度、圓周、吸阻的測定，取平均值進行記錄。

1.3 數據分析

采用SPSS 22.0對煙絲尺寸分布和短支卷煙物理指標做相關性分析和逐步回歸分析，找出兩者之間的相關關系和影響短支卷煙物理質量及其穩定性的具體煙絲分布。

2 結果與分析

2.1 煙支內煙絲尺寸分布結果

由表1可知，短支卷煙大于3.35 mm的長絲集中分布在X3層(3.35～5.00 mm)，X1層7.00 mm以上的超長煙絲和X6層1.00 mm以下的碎絲占較小的比例。由表2 可知，短支卷煙煙絲結構區間分布表現為：短絲率>中絲率>長絲率>碎絲率，中絲率和短絲率較高，占整體煙絲比例的65%以上。可能是由于煙支長度縮短，長絲和碎絲對煙支整體煙絲結構均勻性的不利影響更加明顯，中、短絲在保證短支卷煙煙絲結構均勻分布方面起著更加重要的作用。

2.2 煙絲尺寸分布與短支煙物理指標的相關性分析

為探究煙絲尺寸分布與短支卷煙物理質量的相關關系，對篩分后的煙絲結構與短支煙主要物理指標及其標準偏差進行相關性分析，得到煙絲結構與物理指標的相關關系矩陣，如表3所示。

從表3可知，單層煙絲分布對卷煙的重量和吸阻的影響并不顯著，短支卷煙重量標偏與X1層煙絲呈極顯著正相關(P<0.01)，與X2層煙絲呈顯著正相關(P<0.05)，說明X1和X2層煙絲影響卷煙單支重量穩定性，其比例增多不利于重量的穩定；吸阻標偏受X5層煙絲影響較大，呈顯著負相關(P<0.05)，即X5層煙絲比例增多可使煙支吸阻標偏減小，有利于吸阻的穩定；卷煙硬度與X3層煙絲呈顯著正相關(P<0.05)，表明X3層煙絲增多會使煙支硬度增大，與X5、X6層煙絲呈顯著負相關(P<0.05)，表明X5、X6層煙絲增多會使煙支硬度減小；硬度標偏受X6層煙絲影響較大，呈顯著正相關(P<0.05)，即隨著X6層煙絲增加，短支煙硬度穩定性降低；短支煙端部落絲量和含末率與X3層煙絲呈顯著負相關(P<0.05)，與X6層煙絲呈顯著正相關(P<0.05)，即適當增加X3層煙絲，減少X6層煙絲，有利于減少卷煙端部落絲量和含末率。各尺寸煙絲對卷煙物理質量及其穩定性都有不同程度的影響，5.00 mm以上的超長煙絲不利于煙支重量穩定性，3.35～5.00 mm的中長絲有利于降低煙支的端部落絲量和含末率，1.00～2.50 mm的短絲影響煙支的吸阻和硬度，1.00 mm以下的碎絲影響卷煙的端部落絲量和含末率。整體來看，X3、X5、X6層煙絲對短支煙物理質量的影響最大，說明1.00～2.50 mm的短絲和3.35～5.00 mm 的中長絲有利于煙絲結構的均勻，對短支煙整體物理質量穩定起重要作用，1.00 mm以下的煙絲對煙支整體物理質量產生不利影響，應注意控制該尺寸煙絲的比例。

表1 煙絲尺寸分布結果

表2 計算后的煙絲尺寸分布結果

表3 煙絲尺寸分布與物理指標間的相關矩陣?

? “*”表示顯著相關(P<0.05)；“**”表示極顯著相關(P<0.01)。

2.3 短支煙煙絲結構與物理指標的回歸分析

為進一步探究煙絲尺寸分布對短支煙主要物理指標的影響，以各層煙絲尺寸(X1、X2、X3、X4、X5、X6)為自變量X，以物理指標煙支重量(Y1)、重量標偏(Y2)、吸阻(Y3)、吸阻標偏(Y4)、硬度(Y5)、硬度標偏(Y6)、端部落絲量(Y7)、含末率(Y8)為因變量Y，使用SPSS統計軟件進行逐步回歸分析，得到多元回歸方程及顯著性檢驗結果如表4、5所示。

回歸分析結果表明：卷煙重量標偏與X1層煙絲呈線性正相關關系，線性回歸方程為Y2=0.008+0.002X1(P=0.006<0.01，極顯著)，X1層煙絲比例增大不利于短支卷煙重量穩定；吸阻標偏與X5層煙絲呈線性負相關關系，即X5層煙絲增多有利于提升吸阻穩定性，線性回歸方程為Y3=0.082-0.001X5(P=0.043<0.05，顯著)；硬度與X5層煙絲呈線性負相關，線性回歸方程為Y5=87.404-0.506X5(P=0.028<0.05，顯著)；硬度標偏與X6層煙絲呈線性正相關，X6層煙絲比例增多不利于煙支硬度的穩定性，線性回歸方程為Y6=0.192+0.584X6(P=0.035<0.05，顯著)；端部落絲量與X3層煙絲呈線性負相關，即X3層煙絲比例增多有利于端部落絲量減少，回歸方程為Y7=44.469-1.921X3(P=0.032<0.05，顯著)；含末率與X6層煙絲呈線性正相關關系，X6層煙絲比例減少有利于減小煙支含末率，回歸方程為Y8=0.001+0.380X6(P=0.015<0.05，顯著)。與短支煙物理質量關系密切的煙絲尺寸分布主要是X1，X3，X5和X6，其中X1和X6層煙絲對卷煙物理質量產生負影響，X3和X5層煙絲對卷煙物理質量產生正影響，與相關性分析結果基本一致。

3 結論

本研究表明，影響短支卷煙物理質量及其均勻性的煙絲尺寸分布主要在(>7.00,3.35～5.00,1.00～2.50,≤1.00 mm)，其中3.35～5.00 mm和1.00～2.50 mm層煙絲與物理質量及其穩定性呈正影響，>7.00 mm和≤1.00 mm 層煙絲與其呈負影響；通過適當增加1.00～2.50 mm 短絲和3.35～5.00 mm中長煙絲，控制7.00 mm以上超長煙絲和1.00 mm以下碎絲比例，可以達到改善短支卷煙物理質量及其穩定性的目的。本研究為短支煙物理質量及其穩定性的優化提供了思路和方法，在實際生產中，卷煙企業可以根據不同品牌短支卷煙的實際需要，確定與之適應的煙絲尺寸優化方案。本試驗僅提出了短支卷煙煙絲尺寸優化方向，具體的定量優化方案還需要進一步研究，以達到短支卷煙物理質量提升的目的。

表4 短支卷煙煙絲尺寸分布與物理指標的回歸分析結果?

? “—”表示無相關關系。

表5 短支煙煙絲尺寸分布與物理指標回歸分析的顯著性檢驗