卷煙紙參數對短支卷煙主流煙氣常規成分釋放量及感官質量的影響

楊 松 ，趙永振，孫學輝，孫培健，王宜鵬，田海英，高明奇，胡少東，顏權平，陳 宸，李國政*，聶 聰*

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院 煙草行業煙草化學重點實驗室，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

2.河南中煙工業有限責任公司技術中心，鄭州市經開區第三大街8號 450000

近年來，短支卷煙的銷量持續增長，逐漸成為消費熱點之一。目前，市場上的短支卷煙煙支長度以75 mm為主，短支卷煙的濾嘴段長度與常規卷煙差別不大，但煙絲段長度與常規卷煙差異較大。卷煙輔材設計可分為濾嘴段設計和煙絲段設計，煙絲段設計主要針對卷煙紙進行設計，卷煙紙可通過影響卷煙的燃燒以及煙氣的稀釋和擴散，進而影響煙氣化學成分的釋放量及感官質量［1-3］。近年來，科研人員已開展了大量有關卷煙紙參數對常規及細支卷煙主流煙氣成分和感官質量影響的研究。趙樂等［4］考察了卷煙紙定量、卷煙紙透氣度、成型紙透氣度、接裝紙透氣度和濾棒吸阻對常規成分及7種有害成分釋放量影響。謝衛等［5］考察了卷煙紙助燃劑含量、卷煙紙助燃劑類型、卷煙紙亞麻配比、卷煙紙定量、卷煙紙透氣度、濾棒吸阻和濾嘴通風率對7種有害成分及其危害性指數的影響。謝國勇等［6］考察了卷煙紙助燃劑、透氣度、定量對主流煙氣中7種有害成分的影響。劉鴻等［7］綜述了近年來國內外卷煙紙透氣度、卷煙紙添加劑（助燃劑、助燃劑添加量、催化型添加劑、吸附型添加劑等）、卷煙紙定量、卷煙紙紙漿類型等指標對常規卷煙主流煙氣成分釋放量影響相關的研究報道。楊松等［8］考察了細支煙輔材參數對煙氣常規成分釋放量及感官質量的影響。董艷娟等［9］考察了卷煙紙參數對細支卷煙煙氣常規成分釋放量的影響。周全等［10］和張亞平等［11］考察了卷煙紙參數對細支卷煙和常規卷煙煙氣化學成分的影響。然而，目前卷煙紙參數對短支卷煙主流煙氣常規成分及感官質量影響的研究鮮見報道。因此，考察卷煙紙參數對短支卷煙煙氣常規化學成分釋放量和感官質量的影響，旨在為短支卷煙產品設計提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗卷煙

在同一機臺上，采用相同煙絲配方，卷制具有不同卷煙紙透氣度、定量、助燃劑用量、助燃劑鉀/鈉比、碳酸鈣含量的短支卷煙，試驗卷煙設計方案見表1。

1.2 煙氣常規成分、卷煙物理參數及卷煙紙參數分析

參考標準方法［12-15］測定焦油、CO和煙堿等煙氣常規成分釋放量。樣品測試前參考文獻［8］的方法對煙支質量和吸阻進行分選。采用標準方法［16］測試煙支質量、開式吸阻、總通風率、濾嘴通風率等卷煙物理參數。采用相應的國家或煙草行業標準方法［17-20］測定卷煙紙透氣度、定量、碳酸鈣含量（質量分數）、鉀和鈉的含量。

1.3 卷煙感官質量評價

卷煙感官評吸指標包括香氣特性（香氣質、香氣量、豐富性、雜氣）、煙氣特性（勁頭、濃度、細膩程度、成團性）和口感特性（刺激性、干燥感、甜潤度、余味）。打分的最小分值為0.5分，基準卷煙每項分值均打為6分，評吸人員數量及評吸分數處理與文獻［8］相同。

2 結果與討論

2.1 卷煙紙參數及試驗卷煙物理參數

卷煙紙參數測試結果見表2?？梢钥闯觯頍熂埗?、透氣度、助燃劑用量、鉀/鈉比及碳酸鈣含量參數符合設計要求。

表2 卷煙紙實測參數表Tab.2 Measured physical parameters of cigarette paper

樣品卷煙的物理參數測試結果見表3。可以看出，所有樣品卷煙的質量基本一致，變異系數為0.9%，濾嘴通風率基本一致，紙通風率隨卷煙紙透氣度升高而增加，樣品卷煙符合設計要求。

2.2 卷煙紙透氣度對短支卷煙煙氣常規成分及感官質量的影響

將卷煙紙透氣度與總粒相物（TPM）、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數進行線性擬合，結果見圖1?？梢钥闯?，卷煙紙透氣度與短支卷煙TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數均呈負相關關系，卷煙紙透氣度由40 CU增加至80 CU時，TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數降低率分別為12.5%、11.6%、7.8%、12.2%、30.0%和4.5%。與以往文獻報道［1-2，6］對比可知，卷煙紙透氣度對常規、細支和短支卷煙常規成分釋放量的影響趨勢一致，即隨著卷煙紙透氣度的增加，煙氣常規成分的釋放量降低。據報道，卷煙紙透氣度的改變主要通過影響卷煙的燃燒和煙氣的擴散進而影響煙氣成分的釋放量［21-24］。

表3 試驗卷煙物理參數Tab.3 Physical parameters of unlit test cigarettes

不同卷煙紙透氣度短支卷煙感官評價結果見圖2?？梢钥闯?，隨著卷煙紙透氣度的增加，香氣特性、煙氣特性和口感特性呈下降趨勢，對口感特性影響更大。在香氣特性方面，卷煙紙透氣度增加時，香氣量有較明顯的下降，其他指標變化較?。辉跓煔馓匦苑矫?，煙氣細膩程度和成團性有一定程度下降，其他指標變化較小，單口煙堿釋放量基本無變化（0.14～0.15 mg/口）可能是勁頭變化較小的原因；在口感特性方面，煙氣刺激性、干燥感、甜潤度、余味均有較明顯的下降。總體上，采用低透氣度卷煙紙時，短支卷煙感官質量較好。據文獻［8，25］報道，隨著卷煙紙透氣度的增加，常規卷煙的香氣量、煙氣濃度等指標下降，細支卷煙的感官質量變化較小，與本研究結果對比可知，卷煙紙透氣度對短支卷煙感官質量的影響與常規卷煙較為接近。

圖1 卷煙紙透氣度與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數線性擬合結果Fig.1 Linear fittings between deliveries of TPM，tar，nicotine，CO，water and puff numbers with cigarette paper air permeability

圖2 卷煙紙透氣度對短支卷煙感官質量的影響Fig.2 Effects of cigarette paper air permeability on sensory quality of short cigarettes

2.3 卷煙紙定量對短支卷煙煙氣常規成分及感官質量的影響

將卷煙紙定量與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數進行線性擬合，結果見圖3?？梢钥闯?，卷煙紙定量與短支卷煙TPM、焦油、煙堿釋放量及抽吸口數均呈負相關關系，與CO釋放量呈正相關關系，與水分釋放量無相關關系，卷煙紙定量由26 g/m2增加至35 g/m2時，TPM、焦油、煙堿、抽吸口數降低率分別為8.9%、7.1%、14.5%和7.2%，CO增加幅度為5.4%。與以往文獻報道［4-5，9］對比可知，卷煙紙定量對常規、細支和短支卷煙常規成分釋放量的影響趨勢一致，即隨著卷煙紙定量的增加，煙氣焦油、煙堿釋放量降低，CO釋放量升高［26-27］。

圖3 卷煙紙定量與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數線性擬合結果Fig.3 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and puff numbers with cigarette paper grammage

圖4 卷煙紙定量對短支卷煙感官質量的影響Fig.4 Effects of cigarette paper grammage on sensory quality of short cigarettes

不同卷煙紙定量短支卷煙感官評價結果見圖4?？梢钥闯?，隨著卷煙紙定量的增加，香氣特性、煙氣特性和口感特性呈下降趨勢。在香氣特性方面，卷煙香氣質、香氣量、豐富性、雜氣均呈下降趨勢；在煙氣特性方面，濃度、細膩程度呈下降趨勢，單口煙堿釋放量基本無變化（0.14～0.16 mg/口）可能是勁頭變化較小的原因；在口感特性方面，余味呈下降趨勢。總體上，采用低定量卷煙紙時，短支卷煙感官質量較好。據文獻［8，28］報道，隨著卷煙紙定量的增加，常規和細支卷煙的感官質量均呈下降趨勢，與本研究結果對比可知，卷煙紙定量對短支卷煙感官質量的影響趨勢與常規和細支卷煙一致。

2.4 卷煙紙助燃劑用量及鉀/鈉比對短支卷煙煙氣常規成分及感官質量的影響

圖5 卷煙紙助燃劑用量與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數線性擬合結果Fig.5 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and puff numbers with combustion improver content in cigarette paper

將卷煙紙助燃劑用量與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數進行線性擬合，結果見圖5?？梢钥闯觯頍熂堉紕┯昧颗c短支卷煙TPM、焦油、煙堿、CO釋放量及抽吸口數均呈負相關關系，與水分無相關關系，助燃劑用量由0.7%增加至2.2%，TPM、焦油、煙堿和CO釋放量及抽吸口數降低幅度分別為16.5%、17.5%、13.7%、21.6%和12.3%。與以往文獻報道［5，9］對比可知，卷煙紙助燃劑用量對常規、細支和短支卷煙常規成分釋放量的影響趨勢一致，即隨著卷煙紙助燃劑用量的增加，煙氣常規成分釋放量降低。卷煙紙助燃劑用量的改變主要通過影響卷煙的燃燒進而影響煙氣成分的釋放量。據報道，卷煙紙中加入助燃劑后可提高卷煙紙的燃燒速率，并相應提高卷煙煙支的燃燒速率［29-30］。

圖6 卷煙紙助燃劑用量對短支卷煙感官質量的影響Fig.6 Effects of combustion improver content in cigarette paper on sensory quality of short cigarettes

不同卷煙紙助燃劑用量短支卷煙感官評價結果見圖6?？梢钥闯?，隨著卷煙紙助燃劑用量的增加，香氣特性、煙氣特性和口感特性呈先下降、在用量為1.92%時上升后又下降的趨勢。香氣特性方面的香氣質、香氣量、豐富性、雜氣，煙氣特性方面的濃度、成團性，以及口感特性方面的刺激性、干燥感、甜潤度、余味指標均表現出上述變化趨勢。單口煙堿釋放量基本無變化（0.15～0.16 mg/口）可能是勁頭變化較小的原因。總體上，采用低助燃劑用量（0.87%）卷煙紙時，短支卷煙感官質量較好。據文獻［11］報道，卷煙紙助燃劑用量降低有利于改善常規和細支卷煙的感官質量，與本研究結果對比可知，卷煙紙助燃劑用量對短支煙感官質量影響趨勢與常規和細支卷煙一致。

卷煙紙助燃劑鉀鈉比與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數進行線性擬合，結果見圖7?？梢钥闯?，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與短支卷煙TPM、焦油、煙堿、CO釋放量及抽吸口數均呈負相關關系，當助燃劑鉀/鈉比由0∶1改變為1∶0時，TPM、焦油、煙堿、CO、抽吸口數降低幅度分別為6.9%、8.5%、12.6%、9.2%和4.5%。與以往文獻報道［5，9］對比可知，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對常規、細支和短支卷煙常規成分釋放量的影響趨勢一致，即隨著卷煙紙助燃劑鉀/鈉比的增加，煙氣常規成分釋放量降低。據報道，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比的改變主要通過影響卷煙的燃燒進而影響煙氣成分的釋放量［31］。

不同卷煙紙助燃劑鉀/鈉比短支卷煙感官評價結果見圖8。可以看出，隨著卷煙紙助燃劑鉀/鈉比由1∶0改變為0∶1，香氣特性、煙氣特性和口感特性呈下降趨勢。香氣特性方面的香氣量、雜氣，煙氣特性方面的濃度、細膩程度，以及口感特性方面的刺激性、干燥感、余味指標均呈下降趨勢。單口煙堿釋放量基本無變化（0.15～0.16 mg/口）可能是勁頭變化較小的原因。總體上，采用純鉀鹽卷煙紙時，短支卷煙感官質量較好。據文獻［11］報道，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比增加不利于改善常規卷煙感官質量，但有利于改善細支卷煙感官質量，與本研究結果對比可知，卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對短支卷煙感官質量影響趨勢與細支卷煙一致。

圖7 卷煙紙助燃劑鉀/鈉比與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數線性擬合結果Fig.7 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and moisture with potassium/sodium ratio in combustion improver

圖8 卷煙紙助燃劑鉀/鈉比對短支卷煙感官質量的影響Fig.8 Effects of potassium/sodium ratio in combustion improver on sensory quality of short cigarettes

2.5 卷煙紙碳酸鈣含量對短支卷煙煙氣常規成分及感官質量的影響

將卷煙紙碳酸鈣含量與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數進行線性擬合，結果見圖9?？梢钥闯觯頍熂執妓徕}含量與短支卷煙TPM、焦油、CO釋放量及抽吸口數均呈負相關關系，與煙堿和水分無相關關系，卷煙紙碳酸鈣含量由29%增加至38%，TPM、焦油、CO和抽吸口數降低幅度分別為3.8%、4.8%、4.0%和1.5%。與以往文獻報道［9，26，31］對比可知，卷煙紙碳酸鈣含量對常規、細支和短支卷煙常規成分釋放量的影響趨勢基本一致，即隨著卷煙紙碳酸鈣含量增加，煙氣焦油和CO釋放量降低，煙堿和水分釋放量基本不受影響。據文獻［9，32］報道，卷煙紙碳酸鈣含量的改變主要通過影響卷煙紙的燃燒速率進而影響煙氣成分的釋放量，同時增加碳酸鈣含量后，炭化線附近的卷煙紙微孔數目增加，導致炭化線附近卷煙紙透氣度增大，擴散作用與稀釋作用使CO釋放量降低。

圖9 卷煙紙碳酸鈣含量與TPM、焦油、煙堿、CO、水分釋放量及抽吸口數線性擬合結果Fig.9 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and moisture with calcium carbonate content in cigarette paper

圖10 卷煙紙碳酸鈣含量對短支卷煙感官質量的影響Fig.10 Effects of calcium carbonate content in cigarette paper on sensory quality of short cigarettes

感官評價結果（圖10）表明，隨卷煙紙碳酸鈣含量增加，香氣特性、煙氣特性、口感特性各指標均呈下降趨勢。香氣特性方面的香氣量和雜氣，煙氣特性方面的細膩程度和成團性，以及口感特性方面的干燥感和甜潤度指標均呈下降趨勢。單口煙堿釋放量基本無變化（0.15～0.16 mg/口）可能是勁頭變化較小的原因?？傮w上，采用低碳酸鈣含量卷煙紙時，短支卷煙感官質量較好。

3 結論

①隨著卷煙紙透氣度的增加，短支卷煙常規成分及水分釋放量均呈降低趨勢，抽吸口數減少，感官質量呈下降趨勢。②隨著卷煙紙定量的增加，焦油和煙堿釋放量降低，CO釋放量升高，抽吸口數減少，感官質量下降。③隨著卷煙紙助燃劑用量的增加，常規成分釋放量均降低，抽吸口數減少，感官質量下降；隨著卷煙紙助燃劑鉀/鈉比的增加，常規成分釋放量均降低，抽吸口數減少，感官質量提升。④隨著卷煙紙碳酸鈣含量的增加，焦油和CO釋放量降低，煙堿釋放量無明顯變化，抽吸口數減少，感官質量下降。⑤與文獻報道結果對比，隨著卷煙紙透氣度的增加，短支和常規卷煙感官質量下降，細支卷煙基本不受影響；隨著卷煙紙定量和助燃劑用量的增加，短支、常規和細支卷煙感官質量下降；隨著卷煙紙助燃劑鉀/鈉比增加，短支和細支卷煙感官質量有所改善，常規卷煙感官質量下降。