基于短支卷烟物理质量稳定的烟丝尺寸优化设计

楚 晗 范 磊 王天怡 李劲锋 李 晓 姚二民

(1. 郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450000；2. 河南中烟工业有限责任公司许昌卷烟厂，河南 许昌 461000)

短支卷烟是指在圆周不变的情况下，长度比常规卷烟短10 mm及以上的卷烟。作为中式卷烟创新产品，短支卷烟以其快节奏、大众化的产品定位，降本降耗、低焦减害的产品优势，自上市以来迅速成为卷烟市场的一个爆发点[1]。随着烟支长度缩短，卷烟单支重量减小，烟丝段与滤嘴段的比例发生较大改变，使烟支吸阻变小、卷烟各项质量指标也随之发生变化，出现烟支重量控制不稳定、端部落丝量波动大、吸阻不稳定等情况，对其烟丝的均匀性和卷烟质量稳定性控制提出了更高要求。

目前，针对短支卷烟烟丝尺寸分布及其对物理质量影响的研究尚未报道，制约了短支卷烟的持续发展。国内外学者[2-3]通过研究常规卷烟烟丝尺寸分布与卷烟物理质量的相关关系，发现烟支内烟丝结构的长丝率过高、分布均匀性等问题对卷制后烟支的单支重量标偏、硬度、端部落丝量、吸阻等物理质量指标都有不同程度的影响，可以通过适当调整烟丝尺寸分布达到改善烟支物理质量的目的[4-6]，对短支卷烟物理质量及其稳定性的提升具有较强的参考价值。李善莲等[7]通过研究烟丝结构与卷烟端部落丝量的关系，得出对卷烟端部落丝量产生正负影响的烟丝结构分布区间。邵宁等[8]研究了不同档次卷烟烟丝结构分布对物理质量的影响，针对高、中、低档卷烟分别提出了可以提升卷烟物理质量及其稳定性的烟丝结构优化措施。刘著文[9]通过对比不同整丝率和碎丝率对卷烟机卷制后烟支质量稳定性的影响，得到了最有利于烟支卷制及其物理质量稳定的整丝率和碎丝率具体比例分布。此类研究在常规卷烟加工工艺和物理质量提升方面发挥了重要作用，但针对短支卷烟的相关研究尚未报道。

本试验通过研究短支卷烟的烟丝尺寸分布与卷烟主要物理指标的相关关系，建立不同尺寸烟丝与短支烟物理指标的关系模型，探究烟丝尺寸分布对短支烟物理质量的具体影响，对短支烟物理质量的提升有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

短支卷烟(二类卷烟)配方烟丝及成品烟支：河南中烟工业有限责任公司；

多功能检测振筛：Y2SJO型，筛网孔径可自由拆卸调整，本研究使用10.00，7.00，5.00，4.00，3.35，2.50，1.00 mm，徐州市铁建机械制造有限公司；

烟支综合测试台：QTM型，湖南力科自动化技术有限公司；

电子天平：PL3001-SMettler型，感量0.01 g，瑞士SMettler公司。

1.2 方法

1.2.1 烟丝及成品卷烟的取样

(1) 烟丝取样：卷烟机运转稳定生产后，固定机台，操作人员分别对卷烟机烟枪处同批次烟丝用取样盘随机接样4 000 g，用四分法缩至1 000 g，单次取样时间间隔30 min，连续取样8次，将取得的烟丝放入恒温恒湿箱平衡24 h[温度(22±2) ℃，湿度(60±5)%]，放进密封袋中，粘贴上标签，作为样品备用。

(2) 成品卷烟取样：对应同批次烟丝样品，固定机台，操作人员在卷烟机出口处对成品卷烟进行取样，每次150支，作为一组样品，单次取样时间间隔30 min，每批次连续取样4次，共取样8次，将取得的成品烟支放置于恒温恒湿箱平衡24 h[温度(22±2) ℃，湿度(60±5)%]，放进密封袋中，粘贴上标签，作为样品备用。

1.2.2 烟丝结构及成品卷烟物理质量的检测

(1) 烟丝结构检测：按文献[10]进行测定，用振动分选筛和多功能检测振筛对烟丝样品进行筛分，将卷烟机烟枪处烟丝筛分为8层，振动频率40.00 Hz，每次筛分4 min。筛分后的卷烟烟丝结构分别用X1～X6来表示，其中：X1>7.00 mm，5.00 mm

(2) 成品卷烟的检测：根据相关标准[11-14]，利用QTM型全自动多功能烟支综合测试台分别对成品烟支的单支重量、圆周、硬度、吸阻、端部落丝量和卷烟含末率进行检测。单次抽取的150支样品中，100支用于端部落丝量的测定，20支用于含末率的测定，另外30支用于烟支重量、硬度、圆周、吸阻的测定，取平均值进行记录。

1.3 数据分析

采用SPSS 22.0对烟丝尺寸分布和短支卷烟物理指标做相关性分析和逐步回归分析，找出两者之间的相关关系和影响短支卷烟物理质量及其稳定性的具体烟丝分布。

2 结果与分析

2.1 烟支内烟丝尺寸分布结果

由表1可知，短支卷烟大于3.35 mm的长丝集中分布在X3层(3.35～5.00 mm)，X1层7.00 mm以上的超长烟丝和X6层1.00 mm以下的碎丝占较小的比例。由表2 可知，短支卷烟烟丝结构区间分布表现为：短丝率>中丝率>长丝率>碎丝率，中丝率和短丝率较高，占整体烟丝比例的65%以上。可能是由于烟支长度缩短，长丝和碎丝对烟支整体烟丝结构均匀性的不利影响更加明显，中、短丝在保证短支卷烟烟丝结构均匀分布方面起着更加重要的作用。

2.2 烟丝尺寸分布与短支烟物理指标的相关性分析

为探究烟丝尺寸分布与短支卷烟物理质量的相关关系，对筛分后的烟丝结构与短支烟主要物理指标及其标准偏差进行相关性分析，得到烟丝结构与物理指标的相关关系矩阵，如表3所示。

从表3可知，单层烟丝分布对卷烟的重量和吸阻的影响并不显著，短支卷烟重量标偏与X1层烟丝呈极显著正相关(P<0.01)，与X2层烟丝呈显著正相关(P<0.05)，说明X1和X2层烟丝影响卷烟单支重量稳定性，其比例增多不利于重量的稳定；吸阻标偏受X5层烟丝影响较大，呈显著负相关(P<0.05)，即X5层烟丝比例增多可使烟支吸阻标偏减小，有利于吸阻的稳定；卷烟硬度与X3层烟丝呈显著正相关(P<0.05)，表明X3层烟丝增多会使烟支硬度增大，与X5、X6层烟丝呈显著负相关(P<0.05)，表明X5、X6层烟丝增多会使烟支硬度减小；硬度标偏受X6层烟丝影响较大，呈显著正相关(P<0.05)，即随着X6层烟丝增加，短支烟硬度稳定性降低；短支烟端部落丝量和含末率与X3层烟丝呈显著负相关(P<0.05)，与X6层烟丝呈显著正相关(P<0.05)，即适当增加X3层烟丝，减少X6层烟丝，有利于减少卷烟端部落丝量和含末率。各尺寸烟丝对卷烟物理质量及其稳定性都有不同程度的影响，5.00 mm以上的超长烟丝不利于烟支重量稳定性，3.35～5.00 mm的中长丝有利于降低烟支的端部落丝量和含末率，1.00～2.50 mm的短丝影响烟支的吸阻和硬度，1.00 mm以下的碎丝影响卷烟的端部落丝量和含末率。整体来看，X3、X5、X6层烟丝对短支烟物理质量的影响最大，说明1.00～2.50 mm的短丝和3.35～5.00 mm 的中长丝有利于烟丝结构的均匀，对短支烟整体物理质量稳定起重要作用，1.00 mm以下的烟丝对烟支整体物理质量产生不利影响，应注意控制该尺寸烟丝的比例。

表1 烟丝尺寸分布结果

表2 计算后的烟丝尺寸分布结果

表3 烟丝尺寸分布与物理指标间的相关矩阵†

† “*”表示显著相关(P<0.05)；“**”表示极显著相关(P<0.01)。

2.3 短支烟烟丝结构与物理指标的回归分析

为进一步探究烟丝尺寸分布对短支烟主要物理指标的影响，以各层烟丝尺寸(X1、X2、X3、X4、X5、X6)为自变量X，以物理指标烟支重量(Y1)、重量标偏(Y2)、吸阻(Y3)、吸阻标偏(Y4)、硬度(Y5)、硬度标偏(Y6)、端部落丝量(Y7)、含末率(Y8)为因变量Y，使用SPSS统计软件进行逐步回归分析，得到多元回归方程及显著性检验结果如表4、5所示。

回归分析结果表明：卷烟重量标偏与X1层烟丝呈线性正相关关系，线性回归方程为Y2=0.008+0.002X1(P=0.006<0.01，极显著)，X1层烟丝比例增大不利于短支卷烟重量稳定；吸阻标偏与X5层烟丝呈线性负相关关系，即X5层烟丝增多有利于提升吸阻稳定性，线性回归方程为Y3=0.082-0.001X5(P=0.043<0.05，显著)；硬度与X5层烟丝呈线性负相关，线性回归方程为Y5=87.404-0.506X5(P=0.028<0.05，显著)；硬度标偏与X6层烟丝呈线性正相关，X6层烟丝比例增多不利于烟支硬度的稳定性，线性回归方程为Y6=0.192+0.584X6(P=0.035<0.05，显著)；端部落丝量与X3层烟丝呈线性负相关，即X3层烟丝比例增多有利于端部落丝量减少，回归方程为Y7=44.469-1.921X3(P=0.032<0.05，显著)；含末率与X6层烟丝呈线性正相关关系，X6层烟丝比例减少有利于减小烟支含末率，回归方程为Y8=0.001+0.380X6(P=0.015<0.05，显著)。与短支烟物理质量关系密切的烟丝尺寸分布主要是X1，X3，X5和X6，其中X1和X6层烟丝对卷烟物理质量产生负影响，X3和X5层烟丝对卷烟物理质量产生正影响，与相关性分析结果基本一致。

3 结论

本研究表明，影响短支卷烟物理质量及其均匀性的烟丝尺寸分布主要在(>7.00,3.35～5.00,1.00～2.50,≤1.00 mm)，其中3.35～5.00 mm和1.00～2.50 mm层烟丝与物理质量及其稳定性呈正影响，>7.00 mm和≤1.00 mm 层烟丝与其呈负影响；通过适当增加1.00～2.50 mm 短丝和3.35～5.00 mm中长烟丝，控制7.00 mm以上超长烟丝和1.00 mm以下碎丝比例，可以达到改善短支卷烟物理质量及其稳定性的目的。本研究为短支烟物理质量及其稳定性的优化提供了思路和方法，在实际生产中，卷烟企业可以根据不同品牌短支卷烟的实际需要，确定与之适应的烟丝尺寸优化方案。本试验仅提出了短支卷烟烟丝尺寸优化方向，具体的定量优化方案还需要进一步研究，以达到短支卷烟物理质量提升的目的。

表4 短支卷烟烟丝尺寸分布与物理指标的回归分析结果†

† “—”表示无相关关系。

表5 短支烟烟丝尺寸分布与物理指标回归分析的显著性检验