煙支刺破梗簽粒度分析

徐大勇，鄧國棟，劉朝賢，舒芳譽，嚴劍凡，鄒泉，劉澤，郝喜良，堵勁松*

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業煙草工藝重點實驗室，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001；2 廈門煙草工業有限責任公司，福建省廈門市海滄新陽工業區新景路1號 361022；3 云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100；4 江蘇中煙工業有限責任公司，南京市建鄴區夢都路30號 210019

煙葉中的梗和葉脈在制絲加工過程中易形成梗簽或梗塊，在卷制前需將煙絲中的梗簽進行剔除，減少煙絲中的含簽量。卷制到煙支中的梗簽一方面容易造成煙絲填充松緊不均勻，進而影響煙支重量、吸阻的穩定性；另一方面也是造成煙支刺破、漏氣的主要原因；并且梗簽在燃燒時易產生燃燒端爆口現象，從而影響煙支的燃燒性和感官質量，因此梗簽控制一直是卷煙企業過程控制的重點和難點。

卷煙加工過程一般通過打葉復烤葉中含梗的控制、制絲環節的風選和卷煙機的梗簽分離系統來減少卷煙中的梗簽含量，提高卷煙質量。行業內有關梗簽的相關研究主要集中在打葉復烤葉中含梗率的控制[1-2]和梗簽分離或剔除裝置的研究與開發[3-11]。目前燃燒端爆口的現象基本得到有效控制，但刺破現象仍然存在，尤其是細支煙的刺破率較高，調研發現常規卷煙、中支煙、細支煙煙支刺破率分別為0.12‰、0.32‰和0.69‰。不同圓周規格的卷煙，在不同加工環節如何合理地控制、降低梗簽的含量尚缺乏依據和統一的控制標準，因此在實際生產過程中，不同企業對梗簽有各自不同的控制標準。

本文通過大量收集刺破不同圓周煙支梗簽，分析刺破煙支梗簽粒度分布規律，獲得刺破煙支概率較高的梗簽粒度，為合理控制煙絲中梗簽尺寸及其含量，減少煙支刺破概率，提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 樣品與儀器

3 種不同圓周規格卷煙的刺破煙支，其中：常規煙8 個牌號1244 支（福建中煙、云南中煙），圓周（24±1）mm，切絲寬度（1.0±0.1）mm；中支煙3 個牌號893 支（福建中煙），圓周（20±1）mm，切絲寬度（0.9±0.1）mm；細支煙7 個牌號913 支（江蘇中煙、福建中煙、云南中煙），圓周（17±1）mm，切絲寬度（0.8±0.1）mm。卷煙機剔除物；裁紙刀；鑷子；片煙大小及其分布測定系統（昆明船舶設計研究院、鄭州煙草研究院，分辨率0.3 mm×0.3 mm）。

1.2 方法

1.2.1 梗簽收集

刺破煙支梗簽：用裁紙刀將煙支刺破處割開，鑷出刺破梗簽，并將不同圓周規格卷煙的刺破梗簽分別收集。本文著重討論不同圓周規格卷煙刺破梗簽粒度差異，因此雖然不同牌號/規格卷煙原料葉中含梗率、加工工藝有所差異，但不單獨分類收集，僅按其煙支圓周進行分類。

卷煙機剔除梗簽：隨機選擇不同圓周規格卷煙各一個牌號，在其正常加工時任一卷煙機臺的梗簽剔除出口各接取30 kg，合并為一個樣品。

1.2.2 梗簽粒度檢測

圖1 被剔除梗簽的尺寸分布Fig. 1 The size distribution of rejected cigarette-puncturing slivers

圖2 常規煙刺破梗簽尺寸分布Fig. 2 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in conventional cigarette

圖3 中支煙刺破梗簽尺寸分布Fig. 3 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in medium cigarette

刺破煙支梗簽：利用片煙大小及其分布測定系統，采用圖像法檢測出每根梗簽的最小外接矩形的長和寬，視為梗簽的長度和寬度。

卷煙機剔除梗簽：用四分法選擇一份并挑選出剔除物中的煙絲后，利用片煙大小及其分布測定系統檢測卷煙機剔除梗簽的長度和寬度。

2 結果與分析

2.1 刺破煙支梗簽及剔除物梗簽尺寸分布比較

圖4 細支煙刺破梗簽尺寸分布Fig. 4 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in slim cigarette

卷煙機剔除梗簽和常規煙、中支煙、細支煙刺破梗簽尺寸分布見圖1～4 所示。可以直觀看出刺破煙支（常規、中支、細支）的梗簽尺寸分布較卷煙機剔除梗簽尺寸短且窄，剔除物梗簽中個別梗簽最大長度達50 mm，最大寬度達14.7 mm；常規煙、中支煙、細支煙刺破梗簽最大長度均在25 mm 以內，常規煙、中支煙刺破梗簽寬度均在10 mm 以內，細支煙刺破梗簽寬度在6.5 mm 以內。由此表明卷制過程中較大尺寸的梗簽（或梗塊）基本能被卷煙機剔除，且由于細支煙在卷制時梗簽剔除比例較高且尺寸越大越易剔除，因此細支煙刺破梗簽尺寸分布范圍小于常規煙和中支煙。

為進一步分析刺破梗簽長度與寬度的相關關系，按梗簽長度和寬度兩個維度統計不同尺寸梗簽量占總梗簽量比例，進行卡方檢驗，并計算lambad 關聯度系數和相關性系數，統計結果分別見表1、2。

表1 刺破梗簽長度和寬度卡方檢驗結果Tab. 1 Chi-square test results for length and width of cigarettepuncturing sliver

表2 刺破梗簽長度和寬度關聯度分析結果Tab. 2 Correlation analysis results of length and width of cigarettepuncturing sliver

由表1 卡方檢驗結果可以看出，卡方檢驗的概率P 值均小于顯著性水平0.05，表明刺破煙支的梗簽長度和寬度存在關聯性。但由表2 可以看出，Lambda系數遠遠小1，由此可見刺破梗簽長度與寬度的相關性一般。

2.2 煙支刺破梗簽寬度分布規律

不同圓周煙支刺破梗簽寬度統計結果見表3 所示。由統計結果可以看出，不同圓周卷煙煙支刺破梗簽最小寬度均為0.7 mm，說明0.7 mm 以下梗簽刺破煙支的概率較小，其主要原因是寬度0.7 mm 以下梗簽一般呈粒狀或厚度較薄的絲狀，對于絲狀而言，其硬度較小，即使梗簽長度較長，卷制時也不易產生刺破。

常規煙、中支煙、細支煙刺破煙支梗簽的平均寬度存在明顯差異，分別為2.12 mm、1.74 mm 和1.69 mm，約為對應周長煙支切絲寬度（常規煙1 mm、中支煙0.9 mm、細支煙0.8 mm）的2 倍。

表3 不同類型煙支刺破梗簽寬度描述統計結果Tab. 3 Description statistics of width of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

以1 mm 為區間間隔，統計不同圓周卷煙煙支刺破梗簽寬度的區間頻率，結果見圖5 所示。由統計結果可知，不同圓周煙支刺破梗簽寬度均集中在1 mm～3 mm范圍內，占刺破煙支梗簽的80%以上，其中，由于中支煙和細支煙切絲寬度較小，寬度在1 mm～2 mm 范圍內的梗簽占60%以上。因此，為減少該寬度范圍內的梗簽含量，降低煙支刺破概率，葉中含梗應重點控制直徑1.0 mm 以上含梗比例，同時提高切絲寬度的均勻性。

2.3 煙支刺破梗簽長度分布規律

不同圓周煙支刺破梗簽長度統計結果見表4 所示。由統計結果可以看出，常規煙、中支煙、細支煙煙支刺破梗簽最小長度分別為1.00 mm、1.30 mm 和1.00 mm，表明雖然煙絲匯總長度在1.0 mm 以下的梗簽大量存在，但通常長度1 mm 以下的梗簽呈顆粒狀，其刺破煙支的概率較小。

圖5 不同類型煙支刺破梗簽寬度區間頻率統計結果Fig. 5 Frequency statistics of width of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

常規煙、中支煙、細支煙刺破梗簽的平均長度分別為7.39 mm、5.89 mm 和5.12 mm，與對應周長煙支直徑基本相當（常規煙7.6 mm、中支煙6.4 mm、細支煙5.4 mm），表明煙支圓周越小，刺破煙支的梗簽長度越小。并且由于煙絲中尺寸越小的梗簽數量越多，因此造成卷煙生產加工過程中煙支刺破的概率：細支煙＞中支煙＞常規煙。

表4 不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長度描述統計結果Tab. 4 Description statistics of length of cigarette-puncturing slivers in cigarettes with different circumference

以1 mm 為區間間隔，統計不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長度的區間頻率，結果見圖6 所示。由統計結果可知，常規煙、中支煙和細支煙刺破煙支梗簽長度分別主要集中在6 mm～9 mm、4 mm～7 mm 和3 mm～6 mm 范圍內，占刺破煙支梗簽的70%以上，因此為減少煙支刺破概率，常規煙、中支煙和細支煙在制絲和卷制過程中應分別減少長度6 mm、4 mm 和3 mm 以上，寬度1.0 mm 以上梗簽比例。

2.4 煙支刺破梗簽長寬比分布規律

不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長寬比統計結果見表5 所示。由統計結果可以看出，常規煙、中支煙、細支煙煙支刺破梗簽長寬比分別分布在1.0～11.1、1.0～9.7 和1.0～8.5 范圍內，平均長寬比分別為3.8、3.9 和3.3，細支煙煙支刺破梗簽長寬比相對較小。

圖6 煙支刺破梗簽長度區間頻率統計結果Fig. 6 Frequency statistics of length range of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

表5 不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長寬比統計結果Tab. 5 Description statistics of aspect ratio of cigarette-puncturing slivers in cigarettes with different circumference

圖7 煙支刺破梗簽長寬比區間頻率統計結果Fig. 7 Frequency statistics of aspect ratio range of cigarettepuncturing slivers in different types of cigarettes

不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長度的區間頻率統計結果見圖7 所示，常規煙和中支煙長寬比主要分布在2～6 之間，細支煙長寬比主要分布在1～5 之間，占80%以上。通過對刺破梗簽形態的觀察發現，該長寬比范圍內的梗簽呈圓柱狀，通常硬度較大，在煙支中易垂直或基本垂直軸向分布，從而卷制時出現刺破現象，對于長寬比較小的梗簽，通常長度較短，僅對直徑相對較小的細支煙影響較大，而對于長寬比較大的梗簽（一般是長度大于煙支直徑），即使未被剔除，卷制時梗簽受卷煙紙邊界條件約束，與煙支軸向形成一定夾角，且梗簽長度越長軸向夾角越小，梗簽受卷煙紙脅迫產生的徑向反作用力越小，因此發生刺破的概率較小。

按圖7 對直徑在1 mm-9 mm 之間的煙支刺破梗簽長寬比分布與不同規格卷煙區間頻率進行方差分析，并對顯著差異因子作Duncan 事后檢驗（Alpha=0.05），結果分別見表6、表7。由表6 可知，不同長寬的梗簽刺破的概率存在顯著差異。由表7 可以看出，刺破煙支梗簽中長寬比為3～4 的梗簽比例最多，其次是長寬比為2～3 與4～5 和1～2 與5～6 的梗簽，長寬比在6以上的梗簽刺破概率差異不大且刺破的概率最小。

表6 刺破梗簽頻率方差分析Tab. 6 Variance analysis of the frequency of cigarette-puncturing slivers

表7 長寬比同類子集Tab. 7 Similar subsets of aspect ratio

3 結論

（1）卷制過程中較大尺寸梗簽基本能被卷煙機剔除；寬度小于0.7 mm 或長度小于1.0 mm 的細梗簽和梗粒造成煙支刺破的概率較小。

（2）常規煙、中支煙、細支煙刺破煙支梗簽的寬度主要集中在1.0 mm～3 mm 之間，占80%以上，平均寬度分別為2.12 mm、1.74 mm 和1.69 mm，約為對應周長煙支切絲寬度的2 倍。

（3）常規煙、中支煙和細支煙刺破煙支梗簽長度分別主要集中在6 mm～9 mm、4 mm～7 mm 和3 mm～6 mm 范圍內，占70%以上。刺破梗簽的平均長度為：常規煙（7.39 mm）＞中支煙（5.89 mm）＞細支煙（5.12 mm），與對應煙支直徑基本相當。

（4）刺破煙支梗簽中長寬比為3～4 的梗簽比例最多，其次是長寬比為2～3 與4～5 和1～2 與5～6 的梗簽，長寬比在6 以上的梗簽刺破概率差異不大且刺破的概率最小。

（5）為減少煙支絲刺破概率，對于梗簽的控制：一是葉中含梗應重點控制直徑1.0 mm 以上含梗比例；二提高切絲寬度的均勻性；三進一步提高煙絲中梗簽的剔除效果，常規、中支、細支卷煙分別重點控制長度＞6 mm、＞4 mm、＞3 mm 的梗簽含量。