不同规格卷烟烟丝结构与物理质量的差异性研究

楚晗 范磊 王爱霞 王天怡 李劲锋 李晓 姚二民

摘要：【目的】研究不同规格卷烟烟丝结构分布及其对物理质量的影响差异，为短支卷烟烟丝结构优化和物理质量提升提供参考依据。【方法】对比同档次短支卷烟（74 mm×24 mm）和常规卷烟（84 mm×24 mm）的烟丝结构分布，并对烟丝结构与物理指标进行回归分析，确定影响卷烟物理质量的烟丝尺寸分布。【结果】短支卷烟的短丝率和碎丝率与常规卷烟基本相同，但长丝率和中丝率差异明显，具体表现为长丝率降低、中丝率增加。对卷烟物理指标与烟丝结构的相关性进行排序，短支卷烟为吸阻>含末率>端部落丝量>吸阻标准偏差>硬度标准偏差>硬度，常规卷烟为硬度>含末率>端部落丝量>硬度标准偏差>吸阻标准偏差>重量标准偏差。对短支卷烟物理质量产生主要影响的烟丝结构分布包括X2（7.00～10.00 mm）、X5（3.35～4.00 mm）、X7（1.00～2.50 mm）和X8（≤1.00 mm），对常规卷烟物理质量产生主要影响的烟丝结构分布包括A1（>10.00 mm）、A2（7.00～10.00 mm）、A6（2.50～3.35 mm）、A7（1.00～2.50 mm）和A8（≤1.00 mm）。【结论】相对于常规卷烟，影响短支卷烟物理质量的烟丝结构分布更具体，同档次短支卷烟生产时可针对波动较大的物理指标，通过控制长丝率和碎丝率，适当增加3.35～4.00 mm的中长丝和1.00～2.50 mm的短丝比例，以提升短支卷烟的物理质量。

关键词： 短支卷烟;常规卷烟;烟丝结构;物理质量;回归分析

0 引言

【研究意义】短支卷烟作为中式卷烟创新产品，具有降本降耗、低焦高档的明显优势，自上市以来销量稳步增长，成为新型卷烟消费热点（张力等，2017）。短支卷烟是指比常规卷烟短10 mm及以上的卷烟，随着烟支长度缩短，卷烟内部烟丝结构发生变化，出现端部落丝量增加，烟支硬度不稳定等问题，对短支卷烟烟丝的均匀性和卷烟质量控制提出了更高要求。由于上市时间较短，目前未见针对短支卷烟的相关研究，对其烟丝分布、质量特点及影响规律等认识尚不清晰，且其生产过程参考常规卷烟，并未完全适应，制约了短支卷烟的持续发展，因此，研究短支卷烟与常规卷烟烟丝结构及其对卷烟物理质量的影响差异，对指导短支卷烟的生产具有重要意义。【前人研究进展】国内外学者通过研究卷烟烟丝结构与物理质量的相关性，发现两者之间存在显著关联性，可通过适当调整烟丝结构达到改善烟支物理质量的目的（Giannelos et al.，2002;汤旭东等，2009;刘德强等，2010;杨洋等，2017;姚二民等，2017）。姚光明等（2003）研究烟丝结构对卷烟填充值和卷接质量的影响，结果表明，在实验范围内，整丝率与烟丝的填充值和卷烟单支重量有显著相关性;堵劲松等（2008）采用灰色关联法分析不同烟丝结构分布与卷烟物理指标的相关性，结果发现，烟丝结构分布在2.00～4.75 mm时可获得较理想的卷烟物理指标及其稳定性，应尽量减少1.40 mm以下的烟丝比例;邵宁等（2017）研究不同档次卷烟的烟丝结构分布及其对卷烟物理质量的影响，结果表明，对低档次卷烟物理质量影响较大的是2.80～4.75 mm和≤2.00 mm烟丝，对中、高档卷烟物理质量影响较大的是2.00～3.35 mm和≤1.00 mm烟丝;李洪涛和杨成（2018）通过混料均匀设计实验，得出使细支卷烟主要物理质量标准偏差最小的最优烟丝尺寸分布比例。【本研究切入点】上述前人研究有效改善了常规和细支卷烟的烟丝结构及其物理质量，但未见针对短支卷烟的相关报道。因短支卷烟与常规卷烟工艺要求相近，本研究对比同档次短支卷烟与常规卷烟的烟丝结构分布特点，分析两类卷烟烟丝结构对物理质量的影响差异。【拟解决的关键问题】通过对不同规格卷烟烟丝结构与物理指标建立回归方程，得出影响卷烟物理质量的烟丝尺寸分布，参考常规卷烟加工工艺及物理质量改善方法，提出短支卷烟烟丝结构优化方案，为短支卷烟实际生产及物理质量提升提供理论依据。

1 材料與方法

1. 1 试验材料

试材为河南中烟工业有限责任公司生产的同档次（二类卷烟）A品牌短支烟（74 mm×24 mm）和B品牌常规卷烟（84 mm×24 mm）的配方烟丝及成品卷烟。主要仪器设备：Y2SJO型多功能检测振筛（徐州市铁建机械制造有限公司，筛网可拆卸，筛网孔径分别为10.00、7.00、5.00、4.00、3.35、2.50和1.00 mm）;QTM型烟支综合测试台（湖南力科自动化技术有限公司）;PL3001-S电子天平（瑞士Mettler公司，感量0.01 g）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 烟丝及成品卷烟取样 烟丝取样方法：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A品牌卷烟的018批次和B品牌卷烟的063批次烟丝用取样盘随机接样4000 g，以四分法缩至1000 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，之后放进密封袋内，贴上标签，作为样品备用。

成品卷烟取样方法：对应同批次A品牌卷烟烟丝样品，固定机台、操作人员在卷烟机出口处对成品卷烟进行取样，每次取150支作为一组样品，单次取样时间间隔30 min，连续取样8次，将取得的成品烟支置于恒温恒湿箱平衡24 h，之后放进密封袋内，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检测 烟丝结构检测方法：烟丝结构按照YC/T 289—2009《卷烟 配方烟丝结构的测定》进行测定。用YQ-2型振动分选筛和Y2SJO型多功能检测振筛对烟丝样品进行筛分，按照试验筛分的方法将卷烟机烟枪处烟丝筛分为8层，烟丝结构用每层筛分后各层筛网上累积烟丝的质量占烟丝总质量的比例来表示，振动频率40.00 Hz，每次筛分4 min。筛分后的短支卷烟和常规卷烟的烟丝结构分别用X1～X8和A1～A8表示，其中：X1和A1>10.00 mm、7.00 mm<X2和A2≤10.00 mm、5.00 mm<X3和A3≤7.00 mm、4.00 mm<X4和A4≤5.00 mm、3.35 mm<X5和A5≤4.00 mm、2.50 mm<X6和A6≤3.35 mm、1.00 mm<X7和A7≤2.50 mm、X8和A8≤1.00 mm。

成品卷煙物理指标检测方法：卷烟的单支重量、含末率和端部落丝量根据GB/T 22838.4—2009《卷烟和滤棒物理性能的测定 第4部分：卷烟质量》进行测定，吸阻根据GB/T 22838.5—2009《卷烟和滤棒物理性能的测定 第5部分：卷烟吸阻和滤棒压降》进行测定，硬度根据GB/T 22838.6—2009《物理性能的测定 第6部分：硬度》进行测定。单次抽取的150支样品中，100支用于端部落丝量测定，20支用于含末率测定，另外30支用于烟支重量、硬度和吸阻测定，取平均值进行记录。

1. 3 统计分析

采用Excel 2013处理数据并制图，以SPSS 22.0对短支卷烟和常规卷烟的烟丝结构与物理指标进行逐步回归分析。

2 结果与分析

2. 1 烟丝结构区间分布情况

将筛分后的短支卷烟与常规卷烟烟丝结构进行对比，烟丝结构区间分布结果见表1，对两类卷烟8个样品的各层烟丝结构求平均值并制图，结果如图1所示。由图1可知，与常规卷烟相比，短支卷烟X3、X6和X7层烟丝比例较多，X1、X2和X5层烟丝比例较少，X4和X8层烟丝比例基本相同，说明短支卷烟与常规卷烟烟丝结构存在明显差异。短支卷烟烟丝主要集中分布在X6和X7层，即长度为1.00～3.35 mm的中、短丝，占整体烟丝分布的68.00%左右，其比例远高于常规卷烟;长度大于3.35 mm的长烟丝所占比例较低，多集中在X4和X5层，X1层长度大于10.00 mm的超长烟丝占比极小，而常规卷烟长丝所占比例远高于短支卷烟，多集中在X2层。

为对比短支卷烟与常规卷烟烟丝结构整体分布情况，分别计算短支卷烟与常规卷烟的长丝率（>3.35 mm）、中丝率（2.25～3.35 mm）、短丝率（1.00～2.25 mm）和碎丝率（<1.00 mm），表2为计算后的烟丝结构区间分布结果，对两类卷烟8个样品计算后的烟丝结构求平均值并制图，结果如图2所示。由图2可知，短支卷烟的长丝率、中丝率和短丝率相差较小，基本相同，而常规卷烟表现为长丝率>短丝率>中丝率，两类卷烟的碎丝比例均最小，占整体的3.00%左右。整体上，短支卷烟与常规卷烟的短丝率和碎丝率无明显差异，主要差异在中、长丝，表现为短支卷烟长丝率降低、中丝率增加。

2. 2 烟丝结构与物理指标的回归分析结果

2. 2. 1 短支卷烟烟丝结构与物理指标的回归分析 以各层烟丝结构（X1～X8）为自变量（x1～x8），以物理指标烟支重量（y1）、重量标准偏差（y2）、吸阻（y3）、吸阻标准偏差（y4）、硬度（y5）、硬度标准偏差（y6）、端部落丝量（y7）和含末率（y8）为因变量，对短支卷烟烟丝结构与物理指标进行逐步回归分析，结果如表3和表4所示。回归分析结果表明，卷烟吸阻与X5层烟丝呈线性负相关，即X5层烟丝所占比例越高，卷烟吸阻越小，线性回归方程为y3=1.092-0.010x5（P=0.012<0.05）;吸阻标准偏差与X7层烟丝呈线性负相关，线性回归方程为y4=0.085-0.002x7（P=0.030<0.05）;硬度与X2层烟丝呈线性负相关，线性回归方程为y5=76.307-1.596x2（P=0.047<0.05）;硬度标准偏差与X2层烟丝呈线性正相关，线性回归方程为y6=0.895+0.390x2（P=0.039<0.05）;端部落丝量与X7层烟丝呈线性负相关，即X7层烟丝比例增多有利于端部落丝量减少，线性回归方程为y7=80.522-2.080x7（P=0.022<0.05）;含末率与X8层烟丝呈线性正相关，X8层烟丝比例减少有利于降低烟支含末率，线性回归方程为y8=0.001+0.380x8（P=0.015<0.05）。

对回归方程的决定系数R2进行排序，各物理指标与烟丝结构层间的相关性排序为吸阻>含末率>端部落丝量>吸阻标准偏差>硬度标准偏差>硬度。与短支卷烟物理质量关系密切的烟丝结构层主要是X2（7.00～10.00 mm）、X5（3.35～4.00 mm）、X7（1.00～2.50 mm）和X8（≤1.00 mm），其中7.00～10.00和1.00 mm以下的烟丝对烟支物理质量呈负影响，1.00～2.50和3.35～4.00 mm烟丝对烟支物理质量呈正影响。这是由于随着烟支长度的缩短，7.00 mm以上的超长烟丝对烟丝结构的负影响更显著，3.35～4.00 mm的中长丝和1.00～2.50 mm的短丝比例适中，更有利于烟支整体烟丝结构的均匀分布。

2. 2. 2 常规卷烟烟丝结构与物理指标的回归分析 以各层烟丝结构（A1～A8）为自变量（a1～a8），以物理指标烟支重量（y1）、重量标准偏差（y2）、吸阻（y3）、吸阻标准偏差（y4）、硬度（y5）、硬度标准偏差（y6）、端部落丝量（y7）和含末率（y8）为因变量，对常规卷烟烟丝结构与物理指标进行逐步回归分析，结果如表5和表6所示。由回归分析结果可看出，烟支重量标准偏差与A1层烟丝呈线性正相关，A1层烟丝增多不利于烟支重量稳定性，线性回归方程为y2=0.010+0.004a1（P=0.035<0.05）;吸阻标准偏差与A7层烟丝呈线性负相关，线性回归方程为y4=0.140-0.003a7（P=0.035<0.05）;硬度和硬度标准偏差与A2层烟丝均呈线性正相关，线性回归方程分别为y5=42.503+1.665a2（P=0.010<0.05）和y6=-4.874+0.498a2（P=0.032<0.05），说明A2层烟丝比例增大对烟支的硬度和硬度稳定性产生负影响;端部落丝量与A8层烟丝呈线性正相关，即A8层烟丝减少有利于减少烟支端部落丝量，回归方程为y7=-3.991+3.241a8（P=0.026<0.05）;含末率与A6层烟丝呈线性负相关，回归方程为y8=9.388-0.315a6（P=0.026<0.05）。

對回归方程的决定系数R2进行排序，发现各物理指标与烟丝结构层间的相关性排序为硬度>含末率>端部落丝量>硬度标准偏差>吸阻标准偏差>重量标准偏差;与常规卷烟物理质量关系密切的烟丝结构层主要是A1（>10.00 mm）、A2（7.00～10.00 mm）、A6（2.50～3.35 mm）、A7（1.00～2.50 mm）和A8（≤1.00 mm），其中7.00 mm以上和1.00 mm以下的烟丝对烟支物理质量呈负影响，1.00～3.35 mm的烟丝对烟支物理质量呈正影响。对于常规卷烟来说，长丝率过高会产生烟丝成团现象，长丝过少、碎丝增多则影响烟支端部落丝量、含末率等物理指标，因此，应提高中丝率，控制长丝率，减少碎丝率。

3 讨论

目前，针对改善常规卷烟及细支卷烟物理质量稳定性的研究较多（韩慧杰等，2014;丁美宙等，2017），短支卷烟作为新兴的卷烟创新产品，与常规卷烟相比，烟支长度变短，其生产过程和工艺标准虽与常规卷烟相近，但仍存在差异。本研究结果表明，短支卷烟与常规卷烟的短丝率和碎丝率无明显差异;与常规卷烟相比，短支卷烟长丝率降低，中丝率增加，说明卷烟单支长度变化会明显影响卷烟烟丝结构分布。对于短支卷烟而言，长丝比例不宜过高，长、中、短丝均匀掺配才能促使烟丝分布均匀，避免出现烟丝成团现象。

本研究选取卷烟主要物理指标重量、吸阻、硬度、端部落丝量和含末率进行分析，回归分析结果表明，烟丝结构对短支卷烟和常规卷烟物理指标的影响存在显著差异。与常规卷烟物理质量关系密切的烟丝结构分布主要是A1（>10.00 mm）、A2（7.00～10.00 mm）、A6（2.50～3.35 mm）、A7（1.00～2.50 mm）和A8（≤1.00 mm），分别影响重量标准偏差、硬度及其标准偏差、含末率、吸阻标准偏差和端部落丝量，与姚光明等（2004）的研究结果基本一致;而对短支卷烟物理质量产生主要影响的烟丝结构分布是X2（7.00～10.00 mm）、X5（3.35～4.00 mm）、X7（1.00～2.50 mm）和X8（≤1.00 mm），分别影响硬度及其标准偏差、吸阻、端部落丝量和含末率。两类卷烟烟丝结构对卷烟物理指标的影响规律不同，其相关性进行排序，短支卷烟为吸阻>含末率>端部落丝量>吸阻标准偏差>硬度标准偏差>硬度，常规卷烟为硬度>含末率>端部落丝量>硬度标准偏差>吸阻标准偏差>重量标准偏差，说明烟支长度改变对卷烟物理质量存在一定影响，随着长度变短，短支卷烟烟丝结构分布发生变化，烟丝结构对卷烟主要物理指标的影响也发生改变。整体来看，两类卷烟均需控制长丝率，降低碎丝率，与前人对常规卷烟烟丝结构进行改善的研究结果（贺万华等，2006;孙东亮等，2007;申晓锋等，2009）一致，但与常规卷烟相比，影响短支卷烟的烟丝结构分布更具体，对短支卷烟产生主要正影响的烟丝尺寸分布为3.35～4.00 mm的中长丝和1.00～2.50 mm的短丝。以往对常规卷烟的研究结果均表明长丝和碎丝过多时，烟丝易结团或造碎严重，影响卷烟物理质量，而中、短丝有利于烟支内部结构分布均匀，并提出提高中丝率的卷烟工艺改进措施（邵宁等，2017）。因此，同档次短支卷烟生产时，可参照常规卷烟，控制长丝率和碎丝率，同时适当增加中长丝和短丝率，以提升短支卷烟整体物理质量。本研究对比了常规卷烟与短支卷烟烟丝结构及其对物理质量的影响差异，为短支卷烟物理质量的优化提供了思路和方法。但在实际生产中，卷烟企业还需针对波动较大的物理指标，根据不同档次短支烟在实际生产中存在的问题，通过试验确定与之相适应的烟丝结构优化方案。

4 结论

同档次短支卷烟生产时，可参照常规卷烟，在控制长丝率和碎丝率的基础上，适当增加3.35～4.00 mm的中长丝和1.00～2.50 mm的短丝比例，以提升短支卷烟整体物理质量。

参考文献：

丁美宙，刘欢，刘强，李全胜，李龙飞，赵乐，王海滨，王洪波. 2017. 梗丝形态对细支卷烟加工及综合质量的影响[J]. 食品与机械，33（9）：197-202. [Ding M Z，Liu H，Liu Q，Li Q S，Li L F，Zhao L，Wang H B，Wang H B. 2017. E-ffect of stem morphology on processing and comprehensive quality of slim cigarettes[J]. Food and Machinery，33（9）：197-202.]

堵劲松，申晓锋，李跃锋，李华杰，罗登山. 2008. 烟丝结构对卷烟物理指标的影响[J]. 烟草科技，（8）：8-13. [Du J S，Shen X F，Li Y F，Li H J，Luo D S. 2008. Effects of cut tobacco size distributions on physical characteristics of cigarette[J]. Tobacco Science & Technology，（8）：8-13.]

韩慧杰，罗光杰，谭科军，李贵川，吴国忠，彭黔荣. 2014. 不同切丝模式对烟丝结构与卷烟物理指标的影响[J]. 中国农学通报，30（6）：302-305. [Han H J，Luo G J，Tan K J，Li G C，Wu G Z，Peng Q R. 2014. Effects of different cutting mode on cut tobacco structure and physical index of cigarette[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin，30（6）：302-305.]

贺万华，曹兴洪，朱浩勇，邹倩. 2006. 影响卷烟端部落丝量的因素研究[J]. 中国烟草学报，12（5）：30-33. [He W H，Cao X H，Zhu H Y，Zou Q. 2006. Factors influencing loss of tobacco from cigarette ends[J]. Acta Tabacaria Sinica，12（5）：30-33.]

李洪涛，杨成. 2018. 基于混料均匀设计的细支烟烟丝尺寸优化[J]. 济南大学学报（自然科学版），32（2）：146-149. [Li H T，Yang C. 2018. Cut tobacco size optimization of fine cigarette based on mixture uniform design[J]. Journal of University of Jinan（Science and Technology），32（2）：146-149.]

刘德强，贾洋，王乐军，李孟华. 2010. 烟丝结构对烟支卷制质量的影响[J]. 安徽农业科学，38（32）：18589-18590. [Liu D Q，Jia Y，Wang L J，Li M H. 2010. Effects of cut tobacco structure on cigarette-making quality[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，38（32）：18589-18590.]

邵宁，徐秀峰，万永华，李晓，江雪彬，周利军，张明亚，姚二民. 2017. 卷烟烟丝结构分布及其与物理质量的关系[J]. 南方农业学报，48（5）：883-888. [Shao N，Xu X F，Wan Y H，Li X，Jiang X B，Zhou L J，Zhang M Y，Yao E M. 2017. Cut tobacco structure distribution and its relation with physical quality[J]. Journal of Southern Agriculture，48（5）：883-888.]

申晓锋，李华杰，王锐亮，常明彬，李跃锋，堵劲松. 2009. 烟丝结构与卷烟单支重量和烟支密度及其稳定性的灰色关联分析[J]. 中国烟草学报，15（6）：23-26. [Shen X F，Li H J，Wang R L，Chang M B，Li Y F， Du J S. 2009. Effects of panicle size distribution of cut tobacco on cigarette weight and density[J]. Acta Tabacaria Sinica，15（6）：23-26.]

孙东亮，米强，胡建军. 2007. 卷烟卷制质量的稳定性研究[J]. 烟草科技，（4）：9-12. [Sun D L，Mi Q，Hu J J. 2007. Study on consistency of cigarette manufacturing quality[J]. Tobacco Science & Technology，（4）：9-12.]

汤旭东，黄瑞，刘洁，沈亚，袁龙. 2009. 卷烟端部落丝量与烟丝结构的相关性分析[J]. 包装与食品机械，27（5）：95-98. [Tang X D，Huang R，Liu J，Shen Y，Yuan L. 2009. Correlative analysis between the loss of tobacco from the ends and cut tobacco size distribution[J]. Packaging and Food Machinery，27（5）：95-98.]

杨洋，高辉，王慧，赵佳成，焦俊，高占勇，王玉真，马晓龙，杨晶津. 2017. 不同宽度烟丝组合对卷烟物理指标及其综合稳定性的影响[J]. 云南农业大学学报（自然科学），32（3）：488-497. [Yang Y，Gao H，Wang H，Zhao J C，Jiao J，Gao Z Y，Wang Y Z，Ma X L，Yang J J. 2017. Effects of combination of different width cut tobacco on cigarette physical indexes and its comprehensive stability[J].  Journal of Yunnan Agricultural University（Natural Science），32（3）：488-497.]

姚二民，邵宁，李晓，祝文欣，马亚楠，曲利利，徐秀峰. 2017. 基于回归分析方法的烟丝结构与卷烟物理指标关系研究[J]. 食品工业科技，38（20）：21-22. [Yao E M，Shao N，Li X，Zhu W X，Ma Y N，Qu L L，Xu X F. 2017. Study on the relationship of cut tobacco structure and physical indexes of cigarette based on regression analysis[J]. Science and Technology of Food Industry，38（20）：21-22.]

姚光明，李晓，尹献忠，涂成金，李明哲. 2004. 烟丝整丝率变化率对卷烟卷接质量的影响[J]. 烟草科技，（11）：3-6. [Yao G M，Li X，Yin X Z，Tu C J，Li M Z. 2004. Effects of structure of cut tobacco on making and tipping quality of cigarette[J]. Tobacco Science & Technology，（11）：3-6.]

姚光明，石国强，尹献忠，李胜华，李强. 2003. 烟丝结构对烟丝填充值和卷接质量的影响[J]. 郑州轻工业学院学报（自然科学版），18（4）：62-64. [Yao G M，Shi G Q，Yin X Z，Li S H，Li Q. 2003. Effect of the size proportion of cut tobacco on the filling power of cut tobacco and cigarette making quality[J]. Journal of Zhengzhou Institute of Light Industry（Natural Science Edition），18（4）：62-64.]

張力，张艳，郑宏辉. 2017. 短支烟供给创新需求实践探索[N]. 东方烟草报，2017-01-07. [Zhang L，Zhang Y，Zheng H H. 2017. Practical exploration of short-staple tobacco supply innovation demand[N]. Dongfang Tobacco News，2017-01-07.]

Giannelos P N，Zannikos F，Stournas S，Lois E，Anastopoulos G. 2002. Tobacco seed oil as an alternative diesel fuel：Physical and chemical properties[J]. Industrial Crops and Products，16（1）：1-9.

（责任编辑 罗 丽）