切絲寬度對(duì)細(xì)支煙卷制質(zhì)量、主流煙氣及感官質(zhì)量的影響

郭華誠(chéng) 吳艷艷 張峻松 朱遠(yuǎn)洋 郜海民 鄒嚴(yán)頡 李瑞麗

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450000；2. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

細(xì)支煙周長(zhǎng)[標(biāo)準(zhǔn)為(17±1) mm]低于傳統(tǒng)卷煙，使得其具有單箱耗絲量少、焦油量相對(duì)較低、細(xì)長(zhǎng)美觀等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中產(chǎn)銷(xiāo)量及消費(fèi)認(rèn)可度均呈上升態(tài)勢(shì)[1]。目前對(duì)于細(xì)支煙適配技術(shù)的研究主要有卷煙機(jī)設(shè)備的改造與研發(fā)、卷煙材料對(duì)細(xì)支煙主流煙氣的影響等[2-4]。由于細(xì)支煙的突出特點(diǎn)是圓周小、煙支長(zhǎng)、煙絲消耗量小等，對(duì)煙絲與煙支規(guī)格的適配性提出了更高的要求。煙絲結(jié)構(gòu)對(duì)填充能力、卷制質(zhì)量等均有重要影響，進(jìn)而影響煙支主流煙氣成分和感官質(zhì)量[5-9]。而切絲寬度作為制絲關(guān)鍵工序參數(shù)之一，是煙絲結(jié)構(gòu)的主要影響因素，切絲寬度的改變會(huì)引起煙絲結(jié)構(gòu)、填充能力、卷制質(zhì)量、主流煙氣及感官質(zhì)量等發(fā)生相應(yīng)的變化[10-15]。如王旭峰等[9]采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)化卷煙制絲關(guān)鍵工序工藝參數(shù)。在0.85～1.05 mm范圍內(nèi)干燥后煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)含量、常規(guī)卷煙感官質(zhì)量隨切絲寬度增加均呈降低趨勢(shì)[12-13]。低切絲寬度會(huì)增加煙氣香味成分含量，提高卷煙香氣量和滿足感，也會(huì)導(dǎo)致卷煙產(chǎn)品燃燒錐溫度、焦油以及危害性指數(shù)的上升[14]。在0.7～1.1 mm范圍內(nèi)主流煙氣常規(guī)成分隨切絲寬度增加呈逐漸降低趨勢(shì)，氣溶膠質(zhì)量中值直徑減小，氣溶膠總量降低[15]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)[7,9-14]多集中在切絲寬度對(duì)常規(guī)煙支的影響研究，對(duì)細(xì)支煙質(zhì)量的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。細(xì)支煙的固有特點(diǎn)對(duì)煙絲與煙支規(guī)格的適配性提出了更高的要求，試驗(yàn)擬以細(xì)支煙為研究對(duì)象，設(shè)置切絲寬度梯度，研究切絲寬度對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)、細(xì)支煙卷制質(zhì)量及主流煙氣成分的影響，以期為優(yōu)化細(xì)支煙加工參數(shù)提供參考和指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

原料:河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉制造中心某細(xì)支卷煙全配方葉組;

純?nèi)~片：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉制造中心；

濾棒：120 mm/16.9 mm，河南省新鄭金芒果實(shí)業(yè)總公司；

卷煙紙：28 g/m2，50 CU，恒豐紙業(yè)股份有限公司；

接裝紙：40 g/m2，河南省新鄭金芒果實(shí)業(yè)總公司；

滾刀式切絲機(jī)：SQ213B型，秦皇島煙機(jī)廠；

管道式烘絲機(jī)：SH96 SH962型，秦皇島煙機(jī)廠；

篩分儀：Retsch AS400型，德國(guó)Retsch公司；

細(xì)支煙卷接機(jī)組：ZJ17型，常州煙草機(jī)械有限責(zé)任公司；

綜合測(cè)試臺(tái)：QTM型，英國(guó)FLTRONA公司；

激光長(zhǎng)度儀：JCD-Ⅲ型，沈陽(yáng)科學(xué)儀器研制中心；

煙支硬度測(cè)定儀：WYC-1型，成都科學(xué)儀器廠；

轉(zhuǎn)盤(pán)式吸煙機(jī)：RM200A型，德國(guó)Brogwaldt KC公司；

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890B-5977A型，美國(guó)Agilent公司；

恒溫恒濕箱：KBF240型，德國(guó)Binder公司；

電子天平：EL204型，精確至0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 煙絲加工 將5 400 kg全配方葉組(加料后)均分為5等份，控制切絲條件(刀門(mén)壓力28 kN、刀輥轉(zhuǎn)速260 r/min)、烘絲條件(滾筒轉(zhuǎn)速10 r/min，筒壁溫度Ⅰ、Ⅱ區(qū)均為128 ℃，熱風(fēng)溫度115 ℃，熱風(fēng)風(fēng)速0.65 m/s)等其他制絲工藝參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)一致，切絲工序分別設(shè)置切絲寬度為0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 mm 5個(gè)梯度，制備不同切絲寬度配方煙絲。

1.2.2 細(xì)支煙樣品的卷制 使用相同的卷煙材料，控制車(chē)速及其他卷接參數(shù)一致，將5種不同切絲寬度制備的煙絲分別在同一卷接機(jī)組由相同操作人員加工卷制成同一規(guī)格[17 mm×(30+67) mm]的細(xì)支煙樣品，待設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，參照GB/T 22838—2009分別對(duì)卷制后的煙支等時(shí)間間隔取樣3次，并將細(xì)支煙樣品在溫度(22±1) ℃、相對(duì)濕度(60±3)%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h，備用。

1.2.3 煙絲結(jié)構(gòu)的測(cè)定 不同切絲寬度加工參數(shù)下，在烘絲機(jī)出口分別取樣并檢測(cè)其填充值、煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo)。

1.2.4 卷制質(zhì)量測(cè)定 分別按GB/T 22838.5—2009、GB/T 22838.3—2009、GB/T 22838.6—2009、GB/T 22838.4—2009、GB/T 22838.2—2009、GB/T 22838.15—2009標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)不同切絲寬度煙絲卷制的細(xì)支煙樣品的吸阻、圓周、硬度、單支重、長(zhǎng)度、總通風(fēng)率等卷制質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 常規(guī)煙氣指標(biāo)測(cè)定 檢測(cè)焦油、煙堿、CO量、抽吸口數(shù)、總粒相物等主流煙氣常規(guī)成分。

1.2.6 感官質(zhì)量評(píng)價(jià) 組織15位省級(jí)評(píng)委采用整體循環(huán)評(píng)吸法按YC/T 415—2011對(duì)不同切絲寬度煙絲制備細(xì)支煙樣品的香氣特性、煙氣特性和口感特性進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，對(duì)比評(píng)價(jià)優(yōu)選切絲寬度，并對(duì)優(yōu)選切絲寬度細(xì)支煙樣品再次進(jìn)行評(píng)吸，驗(yàn)證感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0、Excel 2010等軟件對(duì)不同切絲寬度下的煙絲結(jié)構(gòu)，不同切絲寬度煙絲卷制細(xì)支煙的卷制質(zhì)量及感官質(zhì)量進(jìn)行差異分析，探索隨切絲寬度變化煙絲結(jié)構(gòu)、卷制質(zhì)量及感官質(zhì)量的變化趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 切絲寬度對(duì)烘后煙絲物理質(zhì)量的影響

由表1可知，在切絲寬度為0.6～1.0 mm時(shí)，隨著切絲寬度增加，煙絲整絲率逐漸增大，碎絲率逐漸降低。這是因?yàn)榍薪z寬度增加，中長(zhǎng)絲比例顯著增加，短絲、碎絲比例顯著降低[16]。切絲寬度從0.6 mm增至0.8 mm，整絲率提升了6.57%，碎絲率降低了1.47%；切絲寬度從0.8 mm 增至1.0 mm，整絲率提升了2.99%，碎絲率降低了0.82%；即當(dāng)切絲寬度超過(guò)0.8 mm后，隨切絲寬度增加，整絲率、碎絲率的變化幅度均相對(duì)變小。填充值隨切絲寬度增大呈先增后減的變化趨勢(shì)，切絲寬度為0.8，0.9 mm 時(shí)，煙絲填充能力相對(duì)較大。

整絲率、碎絲率與切絲寬度的回歸分析結(jié)果(見(jiàn)圖1、2)表明，整絲率與切絲寬度正相關(guān)，碎絲率與切絲寬度負(fù)相關(guān)。整絲率、碎絲率與切絲寬度回歸模型的決定系數(shù)均在0.95以上，模型擬合度高，預(yù)測(cè)性能好，說(shuō)明切絲寬度對(duì)整絲率、碎絲率影響較大。從回歸方程顯著性檢驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表2)可知，整絲率、碎絲率的回歸方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，保持其他加工工藝參數(shù)不變，可通過(guò)切絲寬度預(yù)測(cè)煙絲結(jié)構(gòu)的整絲率和碎絲率，或者通過(guò)整絲率、碎絲率設(shè)定目標(biāo)值控制切絲寬度的設(shè)計(jì)值。常規(guī)卷煙加工過(guò)程中，切絲寬度從0.96 mm增至1.20 mm，A規(guī)格配方碎絲率從4.48%降至2.95%，B規(guī)格配方碎絲率從9.35%降至3.20%，即不同配方原料碎絲率均隨切絲寬度增加呈降低趨勢(shì)，只是碎絲率降幅與配方原料存在相關(guān)關(guān)系[14]。

表1 不同切絲寬度烘后煙絲物理質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

圖1 整絲率與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

圖2 碎絲率與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

2.2 切絲寬度對(duì)細(xì)支煙卷制質(zhì)量的影響

由表3可知，在0.6～0.9 mm范圍內(nèi)，隨切絲寬度增大，細(xì)支煙的單支重、吸阻、總通風(fēng)率和硬度等指標(biāo)均大致呈降低趨勢(shì)，含末率及端部落絲量隨切絲寬度變化的規(guī)律并不明顯。

切絲寬度與細(xì)支煙卷制質(zhì)量的回歸分析(見(jiàn)圖3、4)及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表4)表明，細(xì)支煙卷制質(zhì)量指標(biāo)中，吸阻受切絲寬度影響最大，總通風(fēng)率次之，兩者均與切絲寬度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。切絲寬度減小，耐加工性變差，導(dǎo)致煙支內(nèi)中短絲、碎絲及煙末比例增加，碎絲、煙末填充空隙導(dǎo)致煙支內(nèi)填充更密實(shí)，吸阻也就越大[17]。這一結(jié)論與常規(guī)[11]、中支卷煙[17]的研究結(jié)果一致。由圖5可知，細(xì)支煙單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率與設(shè)計(jì)值的相對(duì)殘差在切絲寬度為0.6～0.8 mm時(shí)較接近于0。因此，細(xì)支煙適宜切絲寬度為0.6～0.8 mm。

2.3 切絲寬度對(duì)細(xì)支煙常規(guī)煙氣成分的影響

該細(xì)支煙焦油、煙堿、CO的設(shè)計(jì)值分別為7.0，0.6，5.0 mg/支。由表5可知，焦油量與切絲寬度間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(y焦油量=8.28-2.10x)，CO量、煙堿量與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系均未達(dá)到顯著水平，即切絲寬度主要影響煙氣指標(biāo)中的焦油量。由表6可知，隨著切絲寬度增加，焦油量逐漸降低。切絲寬度增加，煙支內(nèi)部密實(shí)度減少，空隙率增加，抽吸過(guò)程中煙支燃燒更為充分，焦油量相對(duì)降低[18]。隨切絲寬度增加，焦油量與設(shè)計(jì)值的殘差逐漸增大。GB 5606.5—2005規(guī)定焦油量設(shè)計(jì)值在5～10 mg 的卷煙，實(shí)測(cè)與設(shè)計(jì)值殘差≤2.0 mg，2011年調(diào)整為焦油量設(shè)計(jì)值在5～9 mg的卷煙，實(shí)測(cè)與設(shè)計(jì)值殘差≤1.5 mg。嚴(yán)控產(chǎn)品焦油量與設(shè)計(jì)值殘差，殘差超出允差范圍則為A類(lèi)質(zhì)量缺陷，可判定該批卷煙為不合格品[19]。切絲寬度為0.6～0.8 mm時(shí)，焦油量與設(shè)計(jì)值的殘差相對(duì)較小，且煙堿殘差在0.05 mg/支以下，明顯低于GB 5605.5—2005標(biāo)準(zhǔn)允差(±0.20 mg/支)，CO殘差在1.5 mg/支以下，符合GB 5605.5—2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CO量的允差要求(±2.0 mg/支)。因此，以焦油量殘差為主要衡量指標(biāo)，兼顧C(jī)O、煙堿殘差，切絲寬度取0.6～0.8 mm相對(duì)較為適宜。

表2 切絲寬度對(duì)烘后煙絲物理質(zhì)量指標(biāo)的回歸分析檢驗(yàn)結(jié)果

表3 不同切絲寬度煙絲卷制細(xì)支煙的卷制質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

圖3 吸阻與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

圖4 總通風(fēng)率與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

表4 切絲寬度對(duì)細(xì)支煙物理質(zhì)量指標(biāo)的回歸分析顯著性檢驗(yàn)結(jié)果?

相對(duì)殘差=(指標(biāo)值與設(shè)計(jì)值的殘差/設(shè)計(jì)值)×100%

2.4 切絲寬度對(duì)細(xì)支煙感官質(zhì)量的影響

15位專(zhuān)家對(duì)不同切絲寬度煙絲卷制的細(xì)支煙樣品進(jìn)行感官質(zhì)量對(duì)比評(píng)價(jià)。與0.6 mm相比，切絲寬度為0.7 mm 時(shí)，細(xì)支煙的香氣量、豐滿程度和甜度略有增加，干凈程度略有改善；切絲寬度為0.8 mm時(shí)，細(xì)支煙刺激性和干燥感略增，雜氣、細(xì)膩程度、干凈程度和回味略差；感官質(zhì)量整體表現(xiàn)優(yōu)劣排序?yàn)?.7 mm優(yōu)于0.6 mm，0.6 mm 略?xún)?yōu)于0.8 mm。與0.8 mm相比，切絲寬度為0.9 mm 時(shí)，細(xì)支煙雜氣明顯增大，刺激性和干燥感略有增大，甜度和回味略有變差；切絲寬度為1.0 mm時(shí)，細(xì)支煙刺激性和干燥感明顯增大，雜氣略有增大，回味略有變差；感官質(zhì)量整體表現(xiàn)優(yōu)劣排序?yàn)?.8 mm優(yōu)于0.9 mm，0.9 mm優(yōu)于1.0 mm。研究[8,12]表明，其他工藝條件一致時(shí)，隨切絲寬度增加，干燥后揮發(fā)性香味物質(zhì)的總體含量呈降低趨勢(shì)，這可能是導(dǎo)致細(xì)支煙感官質(zhì)量隨切絲寬度增加而整體感官表現(xiàn)變差的主要原因。如煙氣中糠醛在切絲寬度為0.6，0.8 mm時(shí)的含量明顯高于1.0 mm的；糠醇、5-羥甲基糠醛、2-環(huán)戊烯-1,4-二酮、氧化異佛爾酮等均隨切絲寬度增加呈明顯降低趨勢(shì)[8]，這會(huì)導(dǎo)致高切絲寬度下細(xì)支煙刺激性、干燥感、雜氣、回味等感官體驗(yàn)變差。且保持其他工藝條件一致的前提下，在一定范圍內(nèi)，切絲寬度減小會(huì)導(dǎo)致抽吸時(shí)燃燒錐溫度升高，煙草中糖類(lèi)物質(zhì)裂解更加充分[8]，可提升煙氣回甜感，同時(shí)有降低抑雜、使回味舒適的作用。

表5 切絲寬度對(duì)細(xì)支煙煙氣成分指標(biāo)(焦油量)的回歸分析顯著性檢驗(yàn)結(jié)果?

表6 不同切絲寬度煙絲所卷細(xì)支煙的煙氣成分分析結(jié)果

由于切絲寬度過(guò)小時(shí)，煙絲造碎增加，消耗增加，從降本增效角度出發(fā)，選擇0.7 mm樣品和0.8 mm樣品進(jìn)行對(duì)比評(píng)吸驗(yàn)證。相對(duì)于0.8 mm樣品，0.7 mm樣品的雜氣和刺激性略有減輕；整體表現(xiàn)為0.7 mm樣品稍?xún)?yōu)于0.8 mm樣品。綜上，切絲寬度為0.7～0.8 mm時(shí)細(xì)支煙感官質(zhì)量表現(xiàn)相對(duì)較好。

3 結(jié)論

切絲寬度設(shè)計(jì)值為0.6～1.0 mm時(shí)，整絲率與切絲寬度正相關(guān)，碎絲率與切絲寬度負(fù)相關(guān)。保持其他加工工藝參數(shù)不變，可通過(guò)切絲寬度設(shè)計(jì)值預(yù)測(cè)煙絲結(jié)構(gòu)的整絲率和碎絲率。隨切絲寬度降低，細(xì)支煙樣品感官質(zhì)量整體表現(xiàn)基本逐漸向好。細(xì)支煙吸阻和總通風(fēng)率與切絲寬度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。切絲寬度為0.6～0.8 mm時(shí)，細(xì)支煙單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率與設(shè)計(jì)值的相對(duì)殘差較接近于0，且焦油量與設(shè)計(jì)值的殘差較小。綜合不同切絲寬度下細(xì)支煙卷制質(zhì)量、煙氣成分和感官質(zhì)量表現(xiàn)，兼顧煙絲造碎和成本消耗，細(xì)支煙適宜切絲寬度為0.7～0.8 mm。切絲寬度直接影響煙絲結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響細(xì)支煙卷制質(zhì)量、煙氣成分及感官質(zhì)量，感官質(zhì)量是煙草消費(fèi)的終極體驗(yàn)，下一步工作應(yīng)細(xì)化完善切絲寬度對(duì)細(xì)支煙感官質(zhì)量的影響研究。