细支卷烟吸阻稳定性影响因素研究进展

郑亚楠，申丽霞，马丹妮，杨 洋，张 琦，武 健，包桉银，吴玉洁，龙 月，陈昭定

（浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州 310008）

0 引言

《细支卷烟》 （YQ/T 54-2015） 标准给细支卷烟下了定义，即烟支圆周设计标准值为（17±0.1） mm的卷烟制品，具有烟支圆周小、低焦油、低危害等特点[1-2]。降低圆周可节约原辅材料消耗，实现节能、减排和降耗，进而显著降低生产成本。近年来，随着消费者需求向多元化、个性化的转变及健康意识的不断增强，烟草行业对卷烟发展高度重视，细支卷烟一经问世，便受到很多年轻消费者的青睐，市场规模不断扩大，成为发展中式卷烟的新亮点[3]。为进一步发挥细支卷烟在降焦减害、降本增效等领域的天然优势，2016 年国内烟草行业正式启动了“细支卷烟升级创新”重大专项，工业企业积极响应，相继开展细支卷烟的研发与销售[4]。在此背景下，细支卷烟销量和销售额占比逐年提高，成为行业创新驱动发展、持续健康发展的新动能。

近年来，随着消费需求趋向理性化，内在质量成为影响消费的主要因素之一，保证内在质量的长期稳定是企业长期占有市场的关键一环。然而细支卷烟圆周较小，相同尺寸烟丝的空间比例变大[5]，生产过程中普遍出现烟支密度分布不均匀、空头率高易刺破、吸阻和感官品质波动大，产品品质稳定性差等问题[6]。因此，如何提升细支卷烟质量的稳定性成为国内外烟草企业研究的重点和热点。

卷烟吸阻作为衡量卷烟质量优劣的重要物理指标之一，其稳定性对烟气化学成分的释放及卷烟感官质量产生重要影响[7]。卷烟吸阻由短支烟吸阻、滤棒吸阻、卷接系数和撞击系数构成，为提高烟草加工过程中卷烟吸阻的稳定性，可以从卷烟辅材、烟支重量和烟丝结构3 个方面进行控制，以确保卷烟加工过程中吸阻的稳定性[8]。相同生产条件下，卷接系数和撞击系数可视为常量，而滤棒吸阻稳定受控，因此可通过对短支烟吸阻的控制进而控制长支烟吸阻的稳定性。研究认为，短支卷烟的吸阻受烟丝填充密度和圆周的双重影响[9-10]，而短支烟的烟丝填充密度与烟丝质量呈显著相关，且烟丝填充值标偏与烟支质量标偏呈显著的线性正相关[11-12]。因此，控制烟丝质量的波动是保证烟支吸阻稳定性的关键。因此，拟从影响烟支质量稳定性的研究进行综述，旨在为降低细支烟吸阻波动提供参考。

1 烟丝结构对细支卷烟质量稳定性的影响

均匀稳定的烟丝结构是提高卷制质量的关键[13]，烟丝结构通过影响单支质量和填充密度等物理指标的稳定性，进而对卷烟燃吸品质产生影响[14]。细支卷烟因圆周的减小，烟丝结构中长丝率过高带来的负面影响愈加凸显，为提高细支卷烟的质量稳定性，卷烟所需的烟丝结构必须优化[12]。

1.1 切丝模式对细支卷烟烟丝结构的影响

烟丝结构的均匀分布与切丝工序密切相关[15]。在保障碎丝率的前提下，通过优化切丝加工工序，降低超长丝率，提高中短丝率，提供均匀稳定的烟丝[16-17]。朱文魁等人[18]认为，采用40 mm 定长切丝模式，烟丝结构中大于3.35 mm 长丝比率降低，3.35 mm 以下各区间烟丝比例增加，长丝和中短丝比例均匀性得到改善，单支质量标偏降低，卷烟物理质量的稳定性得到提升。韩慧杰等人[19]对比分析了传统切丝和30，40 mm 异型切丝对烟丝结构的影响，与传统切丝相比，30mm 异型切丝整丝率下降，40 mm 异型切丝的整丝率和中丝率保持不变，但平均端部落丝量、单支质量、吸阻和圆周标偏均降低。王震等人[20]对比分析了常规切丝和柔性断丝两种模式在细支卷烟生产中的应用效果，柔性断丝技术在保证碎丝率可控前提下，降低了长丝率，提高了中短丝比例，风选环节中梗签剔除量上升，烟支轴向填充密度及其均匀性得到提高，单支烟重和吸阻标偏降幅超过10%。另外，王夏婷等人[21]开展了平刀和矩形刀2 种成丝方式对细支卷烟质量的影响，与平刀相比，矩形刀切丝模式以中短丝占比为主，卷烟吸阻、质量标偏和空头剔除率显著降低，烟气中有害物质的释放明显减少。

1.2 烟丝规格对细支卷烟烟丝结构的影响

一般认为，过长或过宽的烟丝不仅会造成烟丝尺寸分布不均匀，还会使烟丝间的间隙更大，填充均匀性变差，改变烟支轴向密度，对细支卷烟的吸阻稳定性产生影响[22]。孙东亮等人[5]研究认为，对长度>6.80 mm 和≤2.29 mm 烟丝的混料配比控制和梗片的丝状处理，碎丝率增加约0.4%，卷烟吸阻稳定性提升。周凯敏等人[23]研究发现，随着切丝宽度的减小，卷烟空头率降低，当切丝宽度为0.8 或0.9 时，卷烟吸阻稳定性更高。李晓玲[24]研究认为随着切丝宽度的降低，整丝率和含签率降低，碎丝率和填充值增大，细支卷烟烟支的质量、吸阻、总通风率和硬度标准偏差有降低趋势，切丝宽度为0.8 mm 时，卷烟感官品质较好。段海涛等人[25]研究显示，降低切丝宽度，碎丝率升高，长丝率和中丝率基本没变化，切丝宽度对吸阻略有影响，但对其他物理指标影响不大。

1.3 梗丝形态对细支卷烟烟丝结构的影响

梗丝是配方烟丝的重要组成部分，梗丝形态对烟丝混合的均匀性及卷制质量产生影响。随着细支卷烟切丝宽度的降低，与之配伍的梗丝在工艺上也需做相应的调整。廖晓祥等人[26]开展了微波膨胀梗丝、薄压气流梗丝、正常气流梗丝3 种梗丝处理方式对细支卷烟品质稳定性的影响，研究认为3 种梗丝掺配样品的烟支密度分布标偏存在显著差异，经微波膨胀的梗丝其掺配均匀度更高，卷制出的烟支吸阻更稳定，燃吸产生的焦油和一氧化碳稳定性更高。丁美宙等人[27]对比分析了丝状梗丝和片状梗丝对加工过程混合均匀性的影响，发现丝状梗丝在混丝和卷制时的混合均匀度更高、稳定性更好，卷烟燃烧更稳定、感官品质更好，但由于丝状梗丝结构小，长丝率低，单支质量和吸阻稍大，可通过适当降低烟支目标质量，保证烟支吸阻满足工艺要求。梗丝厚度也会对梗丝的物理特性和烟支质量产生影响，张富等人[28]研究认为，梗丝厚度与梗丝填充值无相关性，但与烟支吸阻呈显著负相关。

另外，在烘丝方式和风选环节也也会对烟丝结构产生较大影响。赵静芬等人[29]对比分析了滚筒烘丝方式与气流烘丝方式对细支卷烟烟丝结构和卷烟物理指标的影响，结果表明不同烘丝方式对卷烟单支质量标偏和吸阻标偏存在显著影响，采用滚筒烘丝方式过程造碎性较小，中丝率和短丝率提高，中部烟支密度均匀性更好。袁海霞等人[30]设计了适用细支卷烟大流量叶丝风选的三级柔性风选系统，烟丝纯净度提高，烟丝结构有所改善，卷烟物理质量稳定性提升，烟支含梗率明显下降，烟支刺破等外观质量缺陷问题明显改善。

2 片烟结构对细支卷烟吸阻稳定性的影响

烟叶原料的片型结构和含梗率等问题，使得卷制过程中极端尺寸烟丝和梗签比例过高，烟丝结构不均匀，影响产品质量稳定性和原料有效利用[14]。李飞宇等人[31]采用混料设计，分析了不同叶片结构配比对烟丝结构和烟支物理指标的影响，结果表明叶片结构与烟丝结构和细支卷烟物理指标的稳定性存在较强相关性，提高中片率，降低大片率，控制小片率，能够改善细支卷烟的物理指标。卢幼祥等人[32]对比分析了菱形框栏和六边形框栏片烟结构对细支卷烟叶丝质量和卷制质量的影响，六边形框栏片烟大小相对均匀，含水率和成丝稳定性好，烟支密度分布均匀，经加工后的单支质量、烟支吸阻、焦油稳定性好，燃烧时间短、持灰性有所改善，但抗造碎性弱、整丝率及烟丝利用率低。刘鹏等人[33]研究了不同框栏形状和打辊转速对叶片结构及片形的影响，结果表明，使用六边形框栏可有效降低大片率、提高中片率，叶中含梗率也明显降低，使用3.5~4.0 英寸六边形框栏打叶，打辊转速370 r/min 时，片烟形状更趋近于圆形，整丝率更高，叶片结构指标更能满足细支卷烟对原料的要求。袁帅等人[34]开展了不同打叶框栏组合对中细支卷烟的影响，结果表明，一打采用3.5″六边形、3.0″六边形和3.0″圆形框栏，二打采用2.5″六边形和2.5″圆形框栏的打叶模式，保证小片率在合理范围时，可降低大片率和叶中含梗率。另外，韩龙洋等人[35]在设备构造上也做了相应优化，开发了片烟在线控制单元，对大片筛分提取、叶片旋转分切、细梗分离净化，该模式下中、短丝率明显提高，单支质量和开放吸阻标偏下降，配方烟丝结构和烟支密度分布的均匀性明显提升，卷烟感官品质保持稳定。

3 卷接工序对细支卷烟吸阻稳定性的影响

目前，国内细支卷烟的生产设备大多建立在对原有设备的改造，改造后的卷烟机后身供丝量发生较大变化，仅能满足细支卷烟加工工艺的基本要求，在配件和稳定性上仍有改进空间。李钊[36]对细支卷烟PSSIM 的刀头部分导烟管、烟枪挡板、检测鼓轮销钉进行改进，设备的运行效率、烟支圆周标偏、烟支质量标偏均有所改善。

3.1 卷烟机参数对细支卷烟质量稳定性的影响

卷烟机组由供料、卷制和、接装3 个部分组成，供料部分是影响烟支质量的关键因素，在卷烟机硬件设备完好的前提下，回丝量、大风机负压和小风机正压等工艺参数对烟支重量存在较大影响[37]。研究认为，大风机负压越大，烟条越紧密，质量越稳定，但负压过高容易导致含梗量增大，刺破烟增多。小风机正压主要通过影响烟丝分布的均匀性和梗丝分离的效果，从而对烟支质量的稳定性产生影响[37]。回丝量会对烟丝的造碎程度、尺寸结构和填充性能产生影响，随着回丝量的增加，卷烟机后身的烟丝造碎增加，填充性能降低，烟枪中长丝减小，烟丝结构更均匀，烟支端部更加饱满，卷烟空头率降低[38]。周凯敏等人[39]通过正交试验得出，小风机正压1.1 kPa，大风机负压8 kPa，回丝量电压900 mv 时，卷烟吸阻最稳定，且增加回丝量可以减小细支烟空头率，改善细支烟的质量。河南中烟工业有限公司[40-41]提出了一种细支卷烟的加工工艺，控制卷烟机回丝量在25%~35%，剔梗量在1.5%时，烟支饱满而不空头、均匀而无竹节；控制卷烟机回丝量在35%~40%，大风机负压为8.0~9.9 kPa，梗签剔除量在0.1~0.8 kg /万支，平准器采用槽深2 mm，弧长22 mm，径向宽度2.5~4.0 mm 的6 槽平准器，弹丝辘齿轮数为16 时，卷烟质量标偏由13 mg 降低至11 mg，吸阻标偏由90 Pa降至40 Pa。潘著等人[42]研究了不同弹丝辘转速对细支卷烟品质的影响，当弹丝辘齿数降至16 齿时，碎丝率显著增加，空头剔除率和端部落丝量明显增长，随着弹丝辘转速的增加，长丝率呈显著降低趋势，中、短丝率呈显著增加趋势，烟支质量、圆周、吸阻的标准差呈显著降低趋势。在实际生产中，根据设备性能、工艺标准和烟丝结构等特点，确定最佳参数组合，对稳定短支烟质量会有很大作用。

3.2 平准器规格对细支卷烟质量稳定性的影响

作为质量控制系统的执行元件平准器，对控制烟支质量的稳定性同样有着重要影响[8]。一般认为，平准器会对紧头密度和烟丝条的均匀分布存在显著影响[43]。赵汉文等人[44]认为相比三槽平准器，使用三深三浅平整器烟支质量标偏和吸阻标偏均有所降低。云杰等人[45]研究认为规格为槽长16 mm、槽深2.0 mm 的平准器能有效降低超细支卷烟的空头剔除量。宾晖等人[46]研究认为烟支的端部落丝量随着平准器槽深的增加而呈下降，紧头密度随着槽深的增加而增大，槽深相同时，6 槽等深劈刀盘所卷制烟支的质量与吸阻的标准偏差均小于3 槽。王迅等人[47]研究认为不同剖切位置对细支卷烟空头剔除率、端部落丝量影响显著，但对细支卷烟质量、吸阻和含末率等无影响。

3.3 圆周对细支卷烟质量稳定性的影响

圆周作为衡量卷烟品质的重要指标之一，对卷烟吸阻的稳定性产生直接影响。黄幼斌等人[48]研究认为大压板、小压板和烟舌位置3 个主要设备参数对卷烟圆周稳定性有显著影响。苏巧[49]通过加强操作工培训及严格考核管理的方法，控制卷烟圆周CPK 值大于1.10，最终使卷烟吸阻波动较改善前有所减小。因此，在生产过程中，一方面优化3 个主要设备参数，另一方面提高操作人员的质量意识，从而使卷烟圆周稳定受控。

4 结语

目前，有关细支烟的研究主要是基于常规卷烟加工的改进和优化。在烟丝结构上，有关细支烟吸阻稳定性的研究相对比较成熟，通过优化片烟、切丝和梗丝加工工艺，在保障碎丝率的前提下，降低长丝率，提高中短丝率，提供满足细支烟工艺标准的烟丝，提升细支卷烟的吸阻稳定性，改善卷烟燃吸质量；在片烟结构上，通过设备改装和工艺优化，改善片型结构分布过宽和含梗率高的问题，但复烤前烟叶原料的叶形和含梗率对复烤过程中片型和含梗率的影响研究相对较少；现阶段对细支卷烟设备的研究主要通过优化VE 工艺参数和局部设备参数，改善烟支中烟丝的分布和降低含梗率，控制烟支质量标偏，减少空头率和刺破烟，提升批量卷烟吸阻的稳定性，但有关卷接设备对细支卷烟吸阻稳定性的研究还缺乏深入性和系统性。卷烟吸阻稳定性受烟叶原料、复烤、制丝和卷制工艺等多方面因素的影响，需要将四大环节作为一个整体进行深入系统的研究，建立细支卷烟加工的完整体系，从而构建以中式烤烟风格为前提的技术保障平台，全面提升细支烟质量的稳定性。