葉片結構對加工過程煙絲結構及細支卷煙物理指標的影響

李飛宇 陳小林 張洪波 何蓉 周學政 鄧國棟 譚奇忠 齊延鵬

摘 要 為研究葉片結構對細支卷煙物理指標的影響，采用混料設計進行了不同葉片結構的配比試驗，測定其加工過程中煙絲結構和成品煙支物理指標。結果表明：1）葉片結構與加工過程中煙絲結構、部分指示細支卷煙穩定性的物理指標都有著較強的相關性。2）葉片結構能夠導致煙絲結構變化，但受加工工序的影響呈現出不同的規律，在卷制后均呈現N∶1∶1（長絲、中絲、短絲之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能夠改善細支卷煙的物理指標。

關鍵詞 細支卷煙;葉片結構;混料設計;混料回歸;煙絲結構;物理指標

中圖分類號：S572 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.22.027

細支卷煙是煙草制品的重要品類之一，其煙支圓周小，煙絲填充量顯著低于常規卷煙，單口焦油釋放量較低[1-3]，具有輕松舒適的吸食感而廣受歡迎。2017年細支卷煙銷售規模達到了中國國內卷煙銷售量和總銷售額的5.03%和7.21%，對煙草行業銷量增量的貢獻率達263.5%[4]。細支卷煙銷量快速增長得益于質量的不斷提升，因為細支卷煙并不是單純將常規卷煙變細[5]，而需在生產加工中完善與之配套的新技術。為此煙草行業啟動了“細支卷煙升級創新”重大專項[6]，科研人員在細支卷煙的梗絲利用[7-8]、香味補償、煙機設計與制造[9-13]等方面開展了大量研究，形成了多項具有自主知識產權的關鍵技術[14]，有效助推了細支卷煙質量的提升。

隨著對細支卷煙生產加工技術理解的不斷深入，通過對煙絲結構的研究[15]，煙草行業基本形成了“控長、控碎”的制絲工藝加工理念，并逐漸認識到葉片結構對細支卷煙制絲質量的重要影響[16]，開始向卷煙加工的上游——打葉復烤環節延伸。然而葉片結構對細支卷煙物理指標是否產生顯著影響，具體影響哪些物理指標尚未有明確論證。因此，本研究通過混料設計配比了不同結構的配方煙葉，分析了葉片結構與煙支物理指標的相關關系，證實葉片結構與細支卷煙煙絲、煙支物理指標之間存在較強的相關性，研究結論與目前“降低大片率、提高中片率、控制小片率”的思路[17]完全吻合，為支撐當前細支卷煙質量提升提供科學依據。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料、儀器

材料：重慶中煙A牌號細支卷煙配方煙葉（不添加梗絲、膨脹絲）;重慶中煙A牌號細支卷煙產品煙支，規格97（67+30）mm×17.0 mm。

儀器：YJ118B型卷煙機（常德煙草機械有限責任公司）;TQ-2葉片振動分選篩（鄭州煙草研究院）;YQ-2煙絲振動分選篩（鄭州煙草研究院）;RT-V型卷煙·濾棒綜合測試臺（成都瑞拓科技有限股份公司）;MV4420微波煙支密度水分儀（德國TEWS）;葉片連續式振動分選篩（自研設備，參照TQ-2葉片振動分選篩篩網尺寸）;YDX-III型端部落絲儀（中國科學院光學精密機械研究所、合肥威爾儀光電科技有限公司）。

1.2? 試驗方法

1.2.1? 葉片結構混料設計

按照選葉后煙片大片率、中片率、小片率總和為100%，通過Minitab統計分析軟件進行極端定點混料設計[18]，獲得葉片結構混料設計方案見表1。

1.2.2? 片型配比方式

按A牌號大生產葉組配方備料8 000 kg，采用多次測量的方式來準確測定配方煙葉葉片結構[19]。選葉工序完成后，均勻取樣2 000 kg，采用葉片連續式振動分選篩將煙葉篩分成大片（≥25.4 mm）、中片（12.7～25.4 mm）、小片（6.35～12.7 mm）和小碎片（≤6.35 mm）[20]，并保證篩出的各片型煙片重量比與配方煙葉葉片結構基本一致。計算每組混料處理需要添加的大片、中片、小片比例及需補足的小碎片比例。根據計算將剩余煙葉6 000 kg分為5組，每組煙葉重量在800～1 200 kg，添入相應比例的大片、中片、小片及小碎片，裝入不同的貯葉柜中。

1.2.3? 細支卷煙樣品的制備

通過混料設計的不同葉片結構的配方煙葉，采用A牌號制絲工藝標準進行制絲生產;其煙絲采用相同操作人員、同一卷包機臺，按照A牌號卷包工藝標準規定的工藝參數進行卷制包裝。

1.2.4? 物理指標檢測及分析方法

葉片結構測定：按照參考文獻[19]規定的方法，在選葉工序后測定配方煙葉的葉片結構，測試次數不少于10次，分別計算大片率（≥25.4 mm）、中片率（12.7～25.4 mm）、小片率（6.35～12.7 mm）及小碎片率（≤6.35mm）的平均值。

煙絲結構測定：按照參考文獻[21]的方法，測定烘絲出口、加香出口及煙槍出口的煙絲結構，測試次數不少于3次，分別計算煙絲長絲率（≥6.70 mm）、中絲率（3.35～6.70 mm）、整絲率（≥3.35 mm）、短絲率（1.00～3.35 mm）和碎絲率（≤1.00 mm）的平均值。

煙支物理指標測定：按照參考文獻[22]規定的方法測定。

煙支密度測定：按照參考文獻[23]規定的方法測定。

1.3? 數據處理

采用Minitab統計分析軟件對試驗數據進行分析[18]。

2? 結果與分析

2.1? 葉片結構對煙絲結構的影響

2.1.1? 煙絲結構變化

通過測定細支卷煙制絲卷接過程中烘絲、加香、卷制（煙槍出口）三個重點工序的煙絲結構（見表2），可以看出：加工過程中煙絲結構呈現整絲率、長絲率漸次降低，中絲率、短絲率漸次增加的趨勢，煙絲整體由長變短。不同工序煙絲結構總體均呈現N∶1∶1（長絲、中絲、短絲率比值）的特征，即煙絲中絲率、短絲率基本接近，且受長絲率反向影響，長絲率越高，則中絲率、短絲率越低，通過煙絲長絲率的變化基本可推算中絲率、短絲率的變化情況。在烘絲過程，不同葉片結構配方的煙絲長絲率差異較大;加香后，各配方的長絲率差異縮小;但在卷煙機煙槍后，各配方的長絲率差異再次增大。

通過煙絲結構經加香和卷煙機煙槍的變化情況（見表3）可以看出，煙絲長絲率顯著降低，平均降幅約34個百分點;中絲率、短絲率均有小幅增加，平均增幅約為17、15個百分點。不同葉片配比的煙絲結構在加工過程中的變化趨勢呈現出較顯著的差異，如配方1的長絲率、中絲率、短絲率變化幅度分別為-45.40、21.25、21.70個百分點，而配方2的長絲率、中絲率、短絲率變化幅度僅為-22.70、9.61、11.49個百分點，兩者差異較大，說明葉片結構變化不僅直接影響切后葉絲的形態，與葉片尺寸形狀相關的葉片脈絡分布也會影響煙絲結構。經加香工序后，煙絲的長絲、中絲、短絲變幅分別為-8.08、5.05、3.59個百分點;經卷煙機煙槍后，長絲、中絲、短絲變幅為-25.79、12.03、11.47個百分點，可以看出卷制過程對煙絲的造碎強度要大于加香過程。

2.1.2 混料回歸分析

通過基礎分析可以證明不同葉片結構對煙絲結構的影響較為顯著，必然會對細支卷煙的質量造成影響。為進一步解釋不同葉片結構對煙絲結構的影響方式，采用混料回歸的方法對煙絲結構數據進行分析，結果見表4。

分析構建的回歸模型（見表4），可以得到以下結論：烘絲后各工序的煙絲結構均與葉片結構呈現出一定的關聯性，但回歸模型的調整后R2均不高，說明葉片結構僅部分影響煙絲結構，切絲、烘絲等加工工序影響較大;當煙絲到達加香機出口，回歸模型的擬合度有所提高，整絲率R2和調整后R2分別達到了93.06%和86.12%（P值達到0.069，接近005），說明葉片結構對成品煙絲有一定影響;經卷煙機相對高強度卷制處理后，葉片結構混料回歸模型的擬合度進一步發生變化，中絲率模型呈現較高的擬合度，R2和調整后R2分別達到了98.84%和95.38%（P=0.137>0.05），表明不同葉片結構對卷煙煙支中絲的影響不顯著。

在進一步對擬合度較高的混料回歸模型系數分析可以發現：在卷制前，大片率增加有助于提高煙絲的整絲率，降低碎絲率（通過A_sl結果分析）;中片率、小片率增加在提高整絲率的同時也帶來碎絲率的增加（P=0.18）（通過B_sl、C_sl結果分析）。通過模型系數比分析（A_rs、C_rs），片型結構對整絲率的影響程度排序為A≥B≥C（大片≥中片≥小片），對碎絲率的影響程度排序B≥C≥A（中片≥小片≥大片）。

在卷制后，片型結構對中絲率的影響作用更為明顯，中片率提高有助于提高中絲率，而大片率和小片率提高則降低了中絲率（通過A_sl、B_sl、C_sl的結果分析）。通過模型系數比分析（A_rs和C_rs），對中絲率的影響程度排序為C≥A≥B（小片≥大片≥中片）。總之，如需追求煙支中絲比率，不僅要提高中片率，還要控制碎片率，降低大片率。

2.2? 葉片結構對煙支物理指標的影響

在研究煙絲結構的基礎上，又對細支卷煙煙支物理指標進行了測試分析，并在其中選取了與葉片結構具有一定相關性的檢測指標，詳見表5。結果表明，葉片結構在影響煙絲結構基礎上，進一步對煙支物理指標產生了影響，影響主要集中在指示細支卷煙質量穩定性的指標，特別是評價煙支之間質量差異的標準偏差等指標。可以看出，配方3（葉片混料的大片率、中片率、小片率分別為25%、55%、20%）的煙支物理指標穩定性最好，其在煙槍出口的煙絲長絲率、中絲率、短絲率分別為30.55%、33.9%、30.35%，長絲、中絲和短絲的比例最為接近（見表2）。

通過混料回歸分析（見表6），表中所列細支卷煙物理指標與葉片結構呈現出較明顯的相關性，其中煙支密度變異系數、開吸吸阻、閉吸吸阻及端部落絲量模型擬合度較高，其R2均大于90%，調整后R2最低為88.41%（P值接近于0.05），說明回歸模型能夠解釋該指標變化情況，從一定程度上說明葉片結構對細支卷煙物理指標有著直接影響。

通過對回歸模型分析可以看出，中片率模型系數（B_sl）一般顯著小于大片率和小片率的模型系數（A_sl和C_sl），說明提高中片率能夠起到改善細支卷煙物理指標（望小）的作用。通過對模型系數比分析，對煙支密度變異系數、端部落絲量的影響排序為C≥A≥B（小片≥大片≥中片），對開吸吸阻標偏的影響排序為A≥C≥B（大片≥小片≥中片）。綜合考慮各項指標對細支卷煙質量的影響，要改善細支卷煙的物理指標，不僅應提高原料煙葉的中片率，還應降低大片率，控制小片率。

3? 小結

本研究通過混料設計進行了不同葉片結構配比試驗，測定比較了細支卷煙生產過程中煙絲結構和成品煙支物理指標。采用混料回歸分析確定了細支卷煙物理指標與葉片結構的相關性，基于混料回歸模型系數分析了煙葉原料大片率、中片率、小片率對細支卷煙物理指標的影響方式。結果表明：1）葉片結構與加工過程的煙絲結構、部分指示細支卷煙穩定性的物理指標都有著較強的相關性。2）葉片結構能夠導致煙絲結構變化，但受加工工序的影響呈現出不同的規律，在卷制后均呈現N∶1∶1（長絲、中絲、短絲之比）的比例特征。3）提高中片率，降低大片率，控制小片率，能夠改善細支卷煙的物理指標。

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（責任編輯：易? 婧）