不同环境下软包卷烟包装密封性与烟支水分的相关性研究

郑晗，詹建波*，王浩，张莹 ，焦俊，杨涛，魏文斌，余振华，程量，余耀，桂永发

(云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明，650231；2.红云红河烟草（集团）有限责任公司 昆明卷烟厂，云南 昆明，650231；3.云南巴菰生物科技有限公司， 云南 昆明，650106）

0 引言

卷烟小盒包装密封性的严密程度，对卷烟的含水率及易挥发性香气物质存在直接影响。卷烟的含水率会直接导致卷烟霉变，改变抽吸口感，严重缩短卷烟的储存期限，降低卷烟的感官品质[1]。造成卷烟小盒包装密封不严的原因有很多，BOPP膜包装机在生产过程中，在薄膜折叠成型或在烟包输送到烙铁烫贴的过程中会发生薄膜褶皱、松弛、烫贴有气泡、切合面不紧实、BOPP膜规格使用不当等现象，有学者曾做过相关研究，例如：通过改进GDX2机型小盒透明纸包装折叠部件，入口通道、包装折叠转塔和侧封烙铁部位，有效解决了小盒透明纸松驰、拉线错口、侧边皱纹等现象，提高了产品外观质量[1]。通过将FOCΚE401透明纸包装机固定的成型转塔更换为盒模尺寸可调节的成型转塔，提高包装机侧边成型热封的质量[2]。通过改进GDX2机型，第二工位上的弧形瓦板和烙铁的尺寸，增加熨烫装置，排除BOPP膜搭接处的空气，从而提高包装质量[3]。通过消除包装机组封接烙铁的设计缺陷，解决烫痕、起皱等包装问题[4]。也有从BOPP膜的滑动性能、抗静电性能、挺度、热封性能、光学性能,分析了BOPP膜特性对包装质量的影响[5]。对提高小盒透明包装外在质量及相关影响因素做了针对性的研究，相关学者也提出了有效的改进方法[6-7]。由于目前国内对于卷烟小盒密封度的测定方法没有统一标准，各方说法不一，但有据可查的是，国家烟草专卖局于 1998 年颁布，2013年废止的行业标准 YC/T140-1998《卷烟小盒密封度的测定—充气法》，该方法对于软包卷烟的密封性检测是适用的[8-10]。所以本文涉及的软包小盒密封性检测参考此标准进行。

一盒卷烟要到消费者手中拆封，需要经历工业库存流转到商业库存，再到零售柜台三个环节，这一过程会经历3个月至半年不等，甚至更长的时间。单以零售柜台期举例，由于我国地理位置的差异，温度变化范围可达-15～40 ℃，湿度变化范围可达15%～95%不等，可知卷烟小盒密封性对卷烟品质的重要性。本文旨在通过模拟不同的温湿度条件下，观测不同包装密封性的软包小盒卷烟的水分变化，来找出软包卷烟在一定条件下应该达到的包装密封度指标。

1 试验仪器与方法

1.1 试验仪器与样品

卷烟小盒包装密封性测试仪（型号：YMOPT-1，厂家：YM Ιnternational），微波水分仪测试仪（型号：TEWS，厂家：Hamburg），恒温恒湿箱（型号：ΚBF720，厂家：Binder）；测试软包小盒卷烟样品（红云红河集团提供）。

1.2 试验原理

将试验软包卷烟样品，进行密封性检测，然后放置在预先设置好的三个温湿度环境下（22 ℃、60%湿度，30 ℃、30%湿度，30 ℃、80%湿度），连续放置15天后，检测不同包装密封性小盒内的烟支水分，观察与初始水分之间的变化。

小盒密封性检测原理：将压缩空气注入小盒，使小盒内部与外部的气压形成压差，当确定充气流量和包内压力时，对于绝热状态的测量过程，根据伯努利方程关于薄壁孔口出流理论，通过以下公式可以确定小盒密封度值。

其中， p1=p+p0；A0为密封度， mm2；p1为小盒内气压，Pa；P为充气压力，Pa；P0为测试环境大气压力，Pa，标准条件下P0=101325pa；V0为测试环境大气空气比容， m3/kg，标准条件下V0= 0.836m3/kg；C为系数，C=0.909；q为空气流量，mL/min；k为绝热指数(k=1.4)。

在本试验中采用的卷烟小盒包装密封性测试仪（YM-OPT-1），属于定压条件下，测量充气流量。在公式 A0= Q / K*P 中，K*P为固定值，即通过充气流量Q值，可判断出小盒包装密封度情况，所以本试验中用充气流量值表述包装气密性。充气流量值越高，代表包装密封性越差。

1.3 试验方法

在恒温恒湿室内（22 ℃±2、60%±5），检测所取480盒样品的气密性，将软包小盒进行开孔，同时刺破BOPP膜和烟包，密封盘将BOPP膜吸住后，充气孔与外界隔离，随之将干燥的压缩空气以恒定的压力(1000 Pa)连续7秒注入小盒，使小盒内部与外部的气压形成压差，记录设备显示的充气流量。根据通过卷烟小盒的充气流量，将所测样品按照0～10 ml/min；10～20 ml/min；20～30 ml/min； 30～40 ml/min；40～50 ml/min；50～80 ml/min；80～120 ml/min；大于120 ml/min，分为8组，用防漏膜将测试时的充气孔密封。每组取一盒，用微波水分仪测试仪进行初始水分测定，然后从剩余样本中，分别每组取样3盒，放置于预先设置好的3个不同条件的恒温恒湿箱内（22 ℃、60%湿度，30 ℃、30%湿度，30 ℃、80%湿度），连续放置15天后取出用微波水分仪测试仪检测烟支水分。

2 测试结果及数据统计分析

所测的实验数据，将小盒气密性检测结果与盒内烟支水分检测结果相对应，如表1所示。

表1 温度22 ℃湿度60%不同气密性对应水分值Table 1 Moisture content with different sealing degree at 22 ℃ and humidity of 60%

表2 温度30 ℃湿度30%不同气密性对应水分值Table 2 Moisture content with different sealing degree at 30 ℃ and humidity of 30%

表3 温度30 ℃湿度80%不同气密性对应水分值Table 3 Moisture content with different sealing degree at 30 ℃ and humidity of 80%

由表1可知，由于小包气密性的不同，存放15天后卷烟水分的变化也不同，以11.7%的初始水分均值作为参照，在温度22 ℃，湿度60%的环境下存放15天，出现最高值为11.84%，最低值为11.36%，均值为11.58%，卷烟水分略有降低。且降低趋势为：随着充气流量的增加，水分呈现出下降趋势。

由表2可知，在干燥环境下（温度30 ℃，湿度30%）存放15天，由于气密性的不同，卷烟水分散失的程度也不相同。以11.7%的初始水分均值作为参照，在温度温度30 ℃，湿度30%的环境下存放15天，水分变化最高值为11.53%，最低值为11.01%，均值为11.29%，卷烟水分大幅度降低，已超出企业要求的11.7%的水分下线。

由表3可知，在潮湿环境下（温度30 ℃，湿度80%）存放15天，由于气密性的不同，卷烟吸收水分的程度也不相同，以11.7%的初始水分均值作为参照，在温度30 ℃，湿度80%的环境下存放15天，水分变化最高值为12.68%，最低值为11.92%，均值为12.34%，以11.7%的初始水分均值相比上升0.64%。且随着充气流量的增加，水分呈现出上升趋势。充气流量大于40 ml/min的样本，50%已超出企业要求的12.5%的水分上线。

根据所测得的实验数据， 经样品含水率与气密性值关系进行线性回归， 得到单个样品在温度30℃，湿度30%的环境下，存放15天水分变化的线性方程，随着卷烟小盒气密性值的变化，其含水率依下式趋势变化：

即：随着卷烟小盒充气流量的增大，其含水率呈线性趋势减小。

图1 干燥环境下卷烟软包小盒密封性与水分变化回归趋势Fig.1 Regression trend of sealing degree and moisture variation of soft cigarette packages in dry environment

图2 潮湿环境下卷烟软包小盒密封性与水分变化回归趋势Fig.2 Regression trend of sealing degree and moisture variation of soft cigarette packages in humid environment

根据所测得的实验数据， 经样品含水率与气密性值关系进行线性回归， 得到单个样品在温度30 ℃，湿度80%的环境下，存放15天水分变化的线性方程，随着卷烟小盒气密性值的变化，其含水率依下式趋势变化：

即：随着卷烟小盒充气流量的增大， 其含水率呈线性趋势增大。

根据以上数据可以看出，相同气密性范围内的卷烟小盒，在不同环境下放置15天，其内的烟支水分表现出较大差异，具体表现如图3所示。

结合图3（纵坐标为烟支水分均值，横坐标为小盒气密性值（以充气流量表示）分析，我们发现，在温度30 ℃，湿度80%的环境下（图中灰线）存放15天，烟支吸收水分的程度随气密性值的增大而增加，对应曲线呈为上升趋势。在温度30 ℃，湿度30%的环境下（图中黄线）存放15天，烟支散失水分程度随气密性值的增大而增加，对应曲线呈为下降趋势。在温度22 ℃，湿度60%的环境下（图中蓝线）存放15天，气密度值在30 ml/min以下的小盒卷烟水分与初始水分线（图中绿线）基本保持一致，气密度值大于30 ml/min的小盒水分出现略微下降趋势，低于初始水分均值线。

3 结论

卷烟小包密封性与烟支水分两者之间有着紧密相关性。随着卷烟小盒的密封性发生变化，其内卷烟的水分也相应地发生变化。即相同环境下，随着卷烟小盒气密性值的增大，其水分变化率增大。不同环境下，相同包装气密性小盒，包装气密性在20～30 ml/min区间以上的，受温湿度环境影响明显。根据此变化趋势，可以推断卷烟在应达到的包装密封性指标。

图3 不同环境下卷烟软包小盒密封性与水分变化关系Fig.3 Relation between sealing degree and moisture variation of soft cigarette packages in different environment