贮存期间盒装卷烟含水率的影响因素

刘民昌，温若愚，刘 洋，文 武*，张荣亚，吉笑盈，陈雪梅，王志红，万 明

1.四川中烟工业有限责任公司技术中心，成都市成龙大道一段56号 610066 2.四川中烟工业有限责任公司成都卷烟厂，成都市成龙大道一段56号 610066 3.四川中烟工业有限责任公司什邡卷烟厂，四川省什邡市蓥峰南路1号 618400

烟丝含水率是影响卷烟感官品质的重要因素，含水率过高，烟味平淡，香气无法充分彰显；含水率过低，烟气干燥刺激，舒适性较差［1-2]。为保障烟丝含水率的稳定性，卷烟在生产过程中有严格的工艺及环境控制要求，但成品卷烟经长时间贮存、流通后，其含水率有时会发生较大变化，造成卷烟感官品质下降，严重时甚至有黄斑霉变现象发生［3-4]。为减小外界环境的影响，在卷烟包装时普遍采用BOPP透明纸作为水分阻隔材料，但由于无法做到透明纸完全密封，长时间贮存后烟包与环境间依然存在水分迁移现象［5]。对于烟包的密封性能，前人研究多基于充气法检测原理［6-8]，而烟草行业标准YC/T140—1998《卷烟 小盒密封度的测定 充气法》［9]已于2013年废止，目前执行烟草企业标准YC-JY/T2—2018《卷烟 小盒密封度及泄漏点的测定负压抽气 水浸法》［10]，对于最新标准，已有文献主要关注检测方法的准确性及密封度的影响因素［11-12]，而对于密封度及贮存环境对烟包内烟丝含水率影响规律的深入研究还鲜见报道。基于最新密封度检测标准，通过系统研究贮存时间、贮存温度、相对湿度及密封度对硬包卷烟烟丝含水率的影响规律，旨在为改善卷烟的贮存条件及包装质量的控制水平提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

“娇子（红格调）”常规硬包卷烟由四川中烟工业有限责任公司成都卷烟厂提供。

乙酸钾、氯化镁、碳酸钾、溴化钠、氯化钠、氯化钾、硫酸钾（AR，阿拉丁试剂有限公司）。

PL203电子天平（感量：0.000 1 g，瑞士Mettle Toledo公司）；PSTNE100卷烟包装密封度检测仪（合肥众沃仪器技术有限公司）；YM-OPT-1卷烟小盒气密性测试仪（云南巴菰生物科技有限公司）；RGX-150B人工气候培养箱（上海坤天仪器有限公司）；GZX-9240MBE电热恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 密封度检测方法

（1）负压抽气法：利用卷烟包装密封度检测仪PSTNE100，将烟包放置在测试区，设备自动进样、打孔、检测，孔的深度为烟包厚度的一半。其原理是：通过检测孔与外界联通并对密封检测室进行抽气，由于烟包内外存在压差，空气会通过透明纸粘贴搭扣处的缝隙向外扩散，将空气流量稳定在200 mL/min，记录此时检测室内的负压值，检测结果以密封度表示，单位为kPa，密封度越高，表示烟包密封性能越好。

（2）充气法：利用卷烟小盒气密性测试仪YM-OPT-1，在烟包上手工进行打孔，孔的深度为烟包厚度的一半，将烟包放置在测试区，烟包开孔处与设备检测气孔对齐。测试原理是：烟包外气压为大气压，通过检测孔对烟包进行充气，由于烟包内外存在压差，空气会通过透明纸粘贴搭口处的缝隙向外扩散，使烟包内外压差稳定在1.0 kPa，记录此时通入烟包的空气流量，检测结果以气密值表示，单位为mL/min，气密值越小，表示烟包密封性能越好。

1.2.2 恒温恒湿环境制作方法

根据“饱和盐溶液标准相对湿度表”［13-14]，从中选择7种试剂进行饱和盐溶液配制，不同温度条件下饱和盐溶液的平衡相对湿度值如表1所示，样品平衡箱示意图如图1所示。试验时，将烟包样品放置在平衡箱中，平衡箱放置在一定温度的人工气候培养箱中，在平衡箱的中部配有带孔洞的隔板，底部为饱和盐溶液盛放区域，上部为烟包样品盛放区域，平衡箱盖具有硅树脂密封圈及锁扣。烟包样品平衡前，首先将平衡箱在一定温度环境中放置1 d以上，以避免因平衡箱内温度变化带来的相对湿度波动。

表1 所选饱和盐溶液不同温度下的平衡相对湿度值Tab.1 Equilibrium relative humidity of selected saturated salt solutions at different temperatures

1.2.3 样品平衡方法

1.2.3.1 烟包内烟丝含水率计算方法

随机取15包卷烟，编号并称量烟包初始质量。剥开1包卷烟，利用烘箱法检测烟丝初始含水率［15]，将剩余14包卷烟等分为2组，分别放置在盛有乙酸钾、氯化钾饱和溶液的平衡箱中，再将平衡箱整体放入人工气候培养箱中，人工气候培养箱温度设置为40℃，每间隔2 d各取出1包卷烟，称量烟包质量。开包并剥开烟支，利用烘箱法检测烟丝含水率，建立烟丝含水率与烟包质量变化率的关系模型，后续利用该模型计算不同平衡条件下烟包内的烟丝含水率。

1.2.3.2 烟包密封度对烟丝含水率的影响试验方法

利用卷烟包装密封度检测仪检测烟包密封度，将密封度分为30个梯度，每种梯度均挑选3包密封度差异在±0.02 kPa范围内的烟包，编号并利用1 cm2的透明胶带将检测孔粘贴密封，称量烟包初始质量。将烟包放置在盛有氯化钾饱和溶液的平衡箱中，再将平衡箱整体放入人工气候培养箱中，人工气候培养箱温度设置为40℃，平衡箱内相对湿度为82.32%，每间隔5 d称量1次烟包质量，根据烟包质量变化计算不同密封度下的烟丝含水率平均值。

1.2.3.3 相对湿度对烟丝含水率的影响试验方法

利用卷烟包装密封度检测仪检测烟包密封度，从中选择70包密封度在（1.00±0.02）kPa范围内的烟包，编号并利用1 cm2的透明胶带将检测孔粘贴密封，称量烟包初始质量。将烟包分别放置在盛有7种不同饱和盐溶液的平衡箱中，再将平衡箱整体放入人工气候培养箱中，每个平衡箱均放置10包卷烟，人工气候培养箱温度设置为30℃，每间隔5 d称量1次烟包质量，根据烟包质量变化计算不同湿度条件下的烟丝含水率平均值。

1.2.3.4 贮存温度对烟丝含水率的影响试验方法

利用卷烟包装密封度检测仪检测烟包密封度，从中选择70包密封度在（1.00±0.02）kPa范围内的烟包，编号并利用1 cm2的透明胶带将检测孔粘贴密封，称量烟包初始质量。将烟包放置在盛有相对湿度随温度变化较小的氯化钠饱和溶液的平衡箱中，再将平衡箱整体放入人工气候培养箱中，人工气候培养箱温度分别设置为10、15、20、25、30、35、40℃，每种温度均放置10包卷烟，每间隔5 d称量1次烟包质量，根据烟包质量变化计算不同温度条件下的烟丝含水率平均值。

2 结果与分析

2.1 密封度检测方法对比

随机取300包卷烟，编号并利用密封度检测仪检测密封度，之后利用小盒气密性测试仪检测气密值，二者检测结果的关系见图2，300包卷烟的密封度分布情况见图3。可以看出：①密封度与气密值的关系符合幂函数模型y=124.64x-0.9880，R2=0.887 3，拟合程度较好。说明两种检测方法均能够表征烟包的密封性能。卷烟包装密封性能越好，烟包越不易漏气，检测结果的密封度越大、气密值越小，即相同气体流量下所需负压越大，或相同气压下的气体流量越小。②抽样范围内，300包卷烟的密封度平均值为1.41 kPa，变异系数为68.78%，说明不同烟包之间的密封度存在较大波动。

2.2 烟包内烟丝含水率计算模型的建立

烟包质量与烟丝含水率数据见表2，烟丝含水率与烟包质量变化率的关系见图4。可以看出，烟丝含水率与烟包质量变化率的关系符合线性模型y=1.374 6x+11.877 3，R2=0.996 7，计算值与实测值的平均相对误差为0.53%，拟合程度良好。说明可以利用该模型通过烟包质量变化较为准确地计算烟包内的烟丝含水率，提高试验效率。

表2 烟包质量与烟丝含水率测试结果Tab.2 Weight of cigarette packet and moisture content in cut filler

2.3 密封度对烟包内烟丝含水率的影响

烟包内烟丝含水率与密封度的关系见图5和图6。可以看出：①在温度40℃、相对湿度82.32%条件下，烟包内烟丝含水率随贮存时间延长而逐渐增加，且密封度越小，烟丝含水率增加速率越快。这是因为密封度越小，外界水分越易通过透明纸搭口处缝隙进入烟包。当密封度在2.00 kPa以下时，提高密封度能够显著提高烟包的防潮性能；当密封度在2.00 kPa以上时，提高密封度，烟包的防潮性能改善不明显。②贮存15 d后，烟包内烟丝含水率与密封度的关系符合幂函数模型y=0.807 0x-0.5833+12.848 2，R2=0.977 9，拟合程度良好。烟包内烟丝的初始含水率为11.877 3%，当密封度无穷大时，烟丝含水率依然增加了0.970 9百分点。这是因为烟包透明纸材料自身具有一定的透湿性［16-17]，由该模型计算出密封度的理论临界值为0.73 kPa，当密封度大于临界值时，水分主要通过透明纸的自身微孔进入烟包；当密封度小于临界值时，水分主要通过透明纸搭口处的缝隙进入烟包。在卷烟包装生产时，应适当提高烟包密封度及其稳定性。

2.4 相对湿度对烟包内烟丝含水率的影响

烟包内烟丝含水率与相对湿度的关系见图7和图8。可以看出：①在密封度1.00 kPa、温度30℃条件下，随着贮存时间延长，在干燥环境中烟丝含水率逐渐降低，在潮湿环境中烟丝含水率逐渐增加。②贮存15 d后，烟丝含水率与相对湿度的关系符合线性模型y=0.049 9x+8.876 8，R2=0.992 6，拟合程度良好。烟包内烟丝的初始含水率为11.877 3%，以此计算出相对湿度理论临界值为60.13%。当外界相对湿度高于临界值时，水分由外向内扩散，反之水分由内向外扩散，且环境相对湿度与临界值差异越大，水分扩散速率越快。在卷烟贮存时，应根据卷烟烟丝含水率实际情况设置合理的环境相对湿度。

2.5 贮存温度对烟包内烟丝含水率的影响

烟包内烟丝含水率与贮存温度的关系见图9和图10。可以看出：①在密封度1.00 kPa、相对湿度75%左右条件下，烟包内烟丝含水率随贮存时间延长而逐渐增加，且贮存温度越高，烟丝含水率增加速率越快。②贮存15 d后，烟丝含水率与温度关系为y=7.374 8e（-84.2112/x）+12.096 3，R2=0.997 6，拟合程度良好。环境温度越高，水分子扩散速率越快，温度对水分扩散速率的影响符合阿伦尼乌斯行为。在卷烟贮存时，应结合能源消耗情况适当降低环境温度。

3 结论

（1）分别利用负压抽气法与充气法对相同的300包卷烟进行了检测，两种方法检测结果的相关性较好，均能够表征烟包的密封性能。烟包密封度平均值为1.41 kPa，变异系数为68.78%，说明不同烟包之间的密封度存在较大波动。

（2）建立了基于烟包质量变化的烟丝含水率计算模型，R2=0.996 7，平均相对误差为0.53%，拟合程度良好。可以根据烟包质量变化计算烟包内的烟丝含水率，提高试验效率。

（3）在温度40℃、相对湿度82.32%条件下贮存15 d后，烟包内烟丝含水率随密封度的减小而显著增加。密封度的理论临界值为0.73 kPa，当密封度小于临界值时，外界水分主要通过透明纸粘贴搭口处缝隙进入烟包。

（4）环境温度越高，烟丝含水率变化越快，烟包的相对湿度临界值为60.13%，当环境相对湿度低于临界值时，烟丝水分散失，反之则吸潮，且环境相对湿度与临界值差异越大，烟丝水分散失或吸潮速率越快。在卷烟贮存时，应根据实际情况，设置合理的相对湿度、降低贮存温度并缩短贮存周期。