不同因素對煙絲填充值的影響研究

朱 濤，楊傳敏，雷 振，潘 玥，史俊杰

（1.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司滁州卷煙廠，安徽滁州 239000；2.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，安徽合肥 230088）

煙絲填充值是指卷煙煙絲在一定時間、一定壓力的持續(xù)作用下，單位質(zhì)量所占的容積[1]。目前，消費者對煙草的吸食口味由濃香型已逐漸向淡味型轉(zhuǎn)變，對低煙堿量和低焦油量卷煙的需求逐漸增加[2]。煙絲填充值是影響煙支煙氣中焦油含量、一氧化碳含量和卷煙抽吸品質(zhì)的重要因素，同時是評價成品煙絲物理質(zhì)量的重要指標(biāo)，其決定了卷煙的煙絲消耗量和煙絲硬度[3-5]。通常影響煙絲填充值的主要因素可分為物理因素（吸濕性、葉質(zhì)重等）和化學(xué)因素（蛋白質(zhì)含量、糖含量等），還包括農(nóng)藝措施、工藝措施、生物活動等其他因素[6-7]。而在卷煙生產(chǎn)中，影響煙絲填充值的主要因素可概括為煙絲的結(jié)構(gòu)組成、煙絲的物理指標(biāo)和煙絲的檢測環(huán)境[8]。

本文通過開展煙絲填充值影響因素的相關(guān)性研究，旨在為優(yōu)化煙絲填充值的評價方法提供依據(jù)，并對生產(chǎn)過程中穩(wěn)定控制煙絲填充值提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃山品牌煙絲HS（YJY），安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；YGD 450 填充值測定儀，購自鄭州嘉德機(jī)電科技有限公司；PL 402-L 電子天平，購自瑞士Mettler 公司；KBF 240 恒溫恒濕箱，購自德國Binder 公司；FD 115 熱風(fēng)循環(huán)烘箱，購自德國Binder 公司。

1.2 試驗方法

1）在實際生產(chǎn)葉絲過程中，分別設(shè)定0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.1 mm、1.2 mm、1.3 mm 的切絲寬度，取樣，放于平衡箱內(nèi)（設(shè)定溫度22.0 ℃、相對濕度60.0%）平衡48 h后快速測試其填充值。

2）在實際生產(chǎn)煙絲過程中，取樣葉絲5 kg，成品梗絲1 kg，在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕檢測室（溫度22 ℃±2 ℃、相對濕度60%±5%）內(nèi)配制5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的梗絲摻配比例混合煙絲，樣品混合均勻后快速檢測其填充值。

3）在實際生產(chǎn)煙絲過程中，取成品煙絲1 kg，分成八等份，分別放于平衡箱內(nèi)，通過調(diào)節(jié)平衡箱的溫濕度參數(shù)，制備不同煙絲含水率的樣品，快速檢測其填充值，并同步測量其含水率。

4）在實際生產(chǎn)煙絲過程中，取成品煙絲1 kg，放于平衡箱（溫度22.0 ℃、濕度60.0%）內(nèi)平衡48 h后，分成八等份，放入密封袋中待用。通過將樣品密封袋放置到冰箱、平衡箱等不同方式進(jìn)行處理，制備不同煙絲溫度的樣品，快速檢測其填充值，并用紅外測溫槍同步測量其溫度。

1.3 檢測指標(biāo)

1.3.1 煙絲填充值的測定

1）稱取10.0 g 樣品，誤差控制在0.02 g 內(nèi)，將樣品置于測量筒內(nèi)，并使樣品均勻地分布于容器內(nèi)。2）啟動施力測頭，使樣品受到均勻壓力并進(jìn)行測量。

重復(fù)上述兩個步驟，共測量5 次，以5 次測定結(jié)果的算術(shù)平均值表示，檢測結(jié)果由填充值測定儀自動計算。

1.3.2 煙絲含水率的測定

樣品混合均勻后，取4～6 g樣品置于已知重量的樣品盒中，及時蓋上盒蓋并立即稱重，精確至0.001 g，每個樣品平行測定2次。

當(dāng)烘箱溫度穩(wěn)定在(100±1)℃時，將待測樣品盒蓋打開并將盒蓋放在盒子底部，然后將待測樣品盒置于烘箱中層，關(guān)閉烘箱門并開始計時。2 h 后打開烘箱門，將樣品盒逐一加蓋后取出置于干燥皿內(nèi)，冷卻至室溫后分別稱重，精確至0.001 g。

樣品含水率計算公式為：

式（1）中：W為樣品含水率；m1為烘前樣品重量，g；m2為烘后樣品重量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 切絲寬度對煙絲填充值的影響

對不同切絲寬度下煙絲的填充值測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，由圖1可知，當(dāng)對切絲寬度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，煙絲填充值會隨之發(fā)生變化，但無明顯的規(guī)律性變化趨勢。對切絲寬度與煙絲填充值數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，線性方程為y=-0.111 4x+3.442，R2=0.331 7，擬合關(guān)系差，說明煙絲填充值與切絲寬度無明顯線性相關(guān)性，切絲寬度并非煙絲填充值的主要影響因素。

圖1 切絲寬度與煙絲填充值線性關(guān)系的擬合

2.2 梗絲摻配比例對煙絲填充值的影響

對不同梗絲摻配比例的混合煙絲的填充值測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，由圖2 可知，煙絲填充值會隨梗絲摻配比例的提高而增大，且變化規(guī)律較為一致。對梗絲摻配比例與煙絲填充值數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到煙絲填充值與梗絲摻配比例的關(guān)系符合線性方程y=0.007 95x+4.347 6，R2=0.928 1，擬合關(guān)系良好，說明煙絲填充值與梗絲摻配比例呈線性正相關(guān)性。由于梗絲填充值大于葉絲填充值，將梗絲摻配到葉絲中會使成品煙絲的填充值呈線性增長，梗絲比例每上升1%，填充值上升約0.01 cm3·g-1。

圖2 梗絲摻配比例與煙絲填充值線性關(guān)系的擬合

2.3 煙絲含水率對煙絲填充值的影響

對不同煙絲含水率條件下煙絲的填充值測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，由圖3 可見，煙絲填充值會隨煙絲含水率的增加而減小，變化規(guī)律較為一致。對煙絲含水率與煙絲填充值數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，煙絲填充值與煙絲含水率的關(guān)系符合線性方程y=-0.523x+11.24，R2=0.996 6，擬合關(guān)系良好，說明煙絲填充值與煙絲含水率呈線性負(fù)相關(guān)性，根據(jù)線性方程煙絲含水率每上升1%，煙絲填充值減少約0.52 cm3·g-1。

圖3 煙絲含水率與煙絲填充值線性關(guān)系的擬合

根據(jù)檢測結(jié)果可知，煙絲含水率是煙絲重要的物理指標(biāo)，含水率增加會使煙絲變得更加柔軟，在煙絲填充值的實際測量過程中，煙絲對儀器測量頭的支撐力變小，從而使煙絲填充值降低。對煙絲填充值與煙絲含水率的線性回歸方程進(jìn)行驗證，通過實測填充值和計算填充值的比較，計算兩者相對誤差，結(jié)果如表1所示。

表1 煙絲填充值與煙絲含水率相關(guān)性驗證

由驗證結(jié)果看來，實測填充值與計算填充值的最大相對誤差為1.98%，說明回歸方程預(yù)測準(zhǔn)確性較好，在實際的測量過程中可以作為指導(dǎo)依據(jù)。

2.4 煙絲溫度對煙絲填充值的影響

對不同煙絲溫度條件下煙絲的填充值測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，由圖4可知，煙絲填充值會隨煙絲溫度的升高而減小，且變化規(guī)律較為一致。對煙絲溫度與煙絲填充值數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，煙絲填充值與煙絲溫度的關(guān)系符合線性方程y=-0.019 8x+5.077，R2=0.975 9，擬合關(guān)系良好，說明煙絲填充值與煙絲含水率呈線性負(fù)相關(guān)性，根據(jù)線性方程，煙絲溫度每上升1 ℃，煙絲填充值減少約0.02 cm3·g-1。根據(jù)檢測結(jié)果分析，溫度越高煙絲越柔軟，更容易在外力的作用下變形，受力擠壓時空隙少，單位重量煙絲填充體積減小，煙絲填充值降低。

圖4 煙絲溫度與煙絲填充值線性關(guān)系的擬合

2.5 煙絲填充值修正模型的構(gòu)建

由前文的分析可知，煙絲填充值與切絲寬度無明顯的線性相關(guān)性，與梗絲摻配比例呈線性正相關(guān)性；在試驗范圍內(nèi)，煙絲填充值與煙絲含水率、溫度均呈線性負(fù)相關(guān)性。按照《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》（GB/T 16447—2004）（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)）的要求，煙絲填充值測量時需進(jìn)行平衡，保證其含水率和溫度在一定的范圍內(nèi)[9]。煙草是多孔性固體，因其化學(xué)特性，煙絲的含水率平衡是一個緩慢的過程[10]。且標(biāo)準(zhǔn)中要求的試樣含水率允差較大，在實際生產(chǎn)過程中，無法完成快速反饋，使煙絲填充值質(zhì)量控制存在一定的滯后性。因此，本文根據(jù)研究結(jié)果構(gòu)建煙絲填充值的修正模型，即：

式（2）中：d修正為修正之后的煙絲填充值，cm3·g-1；W測為煙絲含水率，%；T測為煙絲溫度，℃；d測為實際測量的煙絲填充值，cm3·g-1。

該修正模型使離線檢驗可以快速反饋制絲線實際生產(chǎn)狀況，更具科學(xué)性，同時為煙絲填充值的調(diào)控提供了理論基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

在葉絲中摻配梗絲會明顯增大煙絲的填充值，煙絲填充值隨梗絲摻配比例的提高而增大，兩者呈明顯的線性正相關(guān)性；在試驗范圍內(nèi)，煙絲含水率和煙絲溫度會影響煙絲填充值，且煙絲填充值與煙絲含水率和煙絲溫度均呈明顯的線性負(fù)相關(guān)性；切絲寬度對煙絲填充值具有一定的影響，但無明顯線性相關(guān)性。本文構(gòu)建的煙絲填充值修正模型，可為煙絲填充值的調(diào)控提供理論基礎(chǔ)，在實際生產(chǎn)過程中用以快速有效地指導(dǎo)制絲線的質(zhì)量控制。