在线激光打孔参数对中支卷烟理化指标的影响

孙明铭 刘宏 许嘉欣 卢彦华 孙强 张广喜 张新龙 李洪涛 李军 杨明峰

摘要  [目的］明確在线激光打孔参数对中支卷烟理化指标的影响，为中支卷烟激光打孔参数的设置提供借鉴。［方法］以物理指标、常规烟气成分释放量和感官质量为衡量指标，分析不同在线激光打孔参数对中支卷烟质量的影响。［结果］激光打孔数量与中支卷烟吸阻呈现负相关关系（P<0.01），与滤嘴通风率、总通风率呈现正相关关系（P<0.01），与TPM、水分、焦油释放量均呈现二次回归关系。激光脉冲时间与中支卷烟吸阻、滤嘴通风率、总通风率均呈现二次回归关系，但其对常规烟气成分释放量无显著影响。激光打孔数量对中支卷烟理化指标的影响程度大于激光脉冲时间，在线激光打孔参数主要影响中支卷烟的香气量、刺激性和协调性。［结论］得到一套在线激光打孔参数和中支卷烟理化指标关系的数学模型，可应用于中支卷烟开发和产品维护中激光打孔参数的设置。

关键词  中支卷烟；在线激光打孔参数；激光打孔数量；激光脉冲时间

中图分类号  TS452  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）04-0165-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.037

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of On.line Laser Punching Parameters on Physical and Chemical Indices of Medium.sized Cigarette

SUN Ming.ming1，LIU Hong2，XU Jia.xin3 et al

（1.Technology Center of China Tobacco Shandong Industry Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266101;2.Process Technology Department，China Tobacco Shandong Industry Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266101;3.School of Plant Protection，Shandong Agricultural University，Taian，Shandong 271018）

Abstract  [Objective］The influence of on.line laser punching parameters on physical and chemical indexes of medium.sized cigarette was clearly defined，providing reference for the setting of laser punching parameters of medium.sized cigarette.[Method］The effects of different online laser punching parameters on the quality of medium.sized cigarette were analyzed with the physical indexes，the emission of conventional smoke components and the sensory quality.[Result］The number of on.line laser holes showed a negative correlation with the suction resistance of medium.sized cigarette（P<0.01），a positive correlation with the filter ventilation rate and total ventilation rate（P<0.01），and a quadratic regression relationship with the release amount of TPM，moisture and tar.There was a quadratic regression relationship between the laser pulse time  and the suction resistance，the filter ventilation rate and the total ventilation rate of the cigarette，and there was no significant effect on the emission of conventional smoke components.The effect of the number of laser holes on the physical and chemical indexes is higher than that of the on.line laser pulse time，the on.line laser punching parameters mainly affect the aroma，irritation and harmony of medium.sized cigarette.[Conclusion］A mathematical model of the relationship between the on.line laser punching parameters and the physical and chemical indexes of medium.sized cigarette was put forward and applied to the setting of laser punching parameters in the development and product maintenance of medium.sized cigarette.

Key words  Medium.sized cigarette;On.line laser punching parameters;Laser punch number;Laser pulse time

基金项目  山东中烟工业有限责任公司重大专项科技项目（JL-JS 01 025）。

作者简介  孙明铭（1994—），女，河南许昌人， 工程师，博士，从事卷烟工艺研究。*通讯信者，高级工程师，从事卷烟原料研究。

收稿日期  2023-03-01；修回日期  2023-04-25

中支卷烟作为具有中国特色的中式卷烟新类型，是当前卷烟市场的发展热点［1］。与常规卷烟相比，中支卷烟更满足节能降耗、降焦减害的要求；与细支烟相比，中支卷烟浓度更佳、满足感更好，受到市场的青睐，也符合行业高质量发展的总体战略需求。为进一步提升中支卷烟的产品质量，国内卷烟企业相继开展见关研究［2-7］，但是对于中支卷烟在线激光打孔参数的研究尚未见报道。

在线激光打孔技术已成为常用的打孔方式之一，是在卷制成型的烟支滤嘴端，通过高能激光将卷烟纸和滤棒成型纸穿透并进入滤棒一定深度，形成细微小孔［8］。烟支打孔不仅能稀释卷烟抽吸过程中的烟气，达到减害降焦的目的，而且能够提高卷烟的燃烧性，改善其感官质量［9-10］。严志景等［11］发现在线激光打孔制备的烟支通风率符合性和稳定性更好，能够进一步保证产品质量的稳定性。

在线激光打孔参数主要包括打孔位置、打孔排数、打孔数量和激光脉冲时间。高明奇等［12］研究发现打孔位置对细支卷烟理化指标的影响较小，而打孔数量和激光脉冲时间对细支卷烟通风率的影响较大。曹伏军等［13］研究了在线激光打孔参数对常规卷烟通风率及烟气成分释放量的影响，发现打孔位置距离滤嘴端越远，通风率越低，烟碱、焦油和一氧化碳释放量越多，而总孔数一定时，打孔排数越多，烟支的通风率稳定性越差，焦油、烟碱和一氧化碳释放量越多。与打孔位置和打孔排数相比，打孔数量和激光脉冲时间对卷烟通风率的影响更大。

目前在线激光打孔参数对卷烟品质影响的研究多集中于常规卷烟和细支卷烟，其对中支卷烟品质的影响未见报道。笔者分析了在线激光打孔参数对中支卷烟物理指标、常规烟气成分释放量和感官质量的影响，旨在为在线激光打孔技术在中支卷烟生产中的应用提供理论依据和数据支撑。

1  材料与方法

1.1  仪器与材料

1.1.1  试验仪器。

ZJ118卷接机组（常德烟草机械有限责任公司）；JK350PS在线式卷烟激光打孔装置（江苏瑞驰机电科技有限公司）；瑞拓综合测试台（成都瑞拓科技股份有限公司）；SM450直线型吸烟机（英国Cerulean公司）；7890B气相色谱仪（美国Agilent公司）。

1.1.2  试验材料。

“泰山”品牌某牌号中支卷烟配方烟丝（青岛卷烟厂，待上市牌号）；未打孔接装纸（76 mm，颐中集团嘉泽公司）；醋纤滤棒（120 mm，济南包材分公司）；含麻格纹卷烟纸（29 g，民丰纸业）。

1.2  试验方法

1.2.1  试验卷烟样品的制备。

利用在线激光打孔设备，对“泰山”品牌某牌号中支卷烟开展激光打孔数量和激光脉冲时间的试验（表1），以研究激光打孔数量和激光脉冲时间对中支卷烟物理指标、常规烟气成分释放量和感官质量的影响。打孔位置：第一排孔距接装纸抽吸端12 mm； 排与排之间的间距为2 mm。

1.2.2  试验卷烟样品测试。

利用综合测试台，按照相关标准［14-19］检测烟支质量、吸阻、总通风率、滤嘴通风率、硬度、长度和圆周。按照相关标准［20-22］，检测烟支主流烟气总粒相物（TPM）、焦油、烟碱和一氧化碳（CO）释放量。

1.2.3  感官评价。

按照感官评吸标准［23］，由具有国家级烟草机构评吸资质的专业评委对不同激光打孔参数下的卷烟样品进行感官质量评价，评价指标包括光泽、香气量、协调性、杂气、刺激性和余味6项指标，总分分别为5、32、6、12、20和25分。

1.2.4  数据统计与分析。利用Microsoft Excel 2010软件记录、整理数据，采用SPSS 12.0软件进行数据统计与分析。

2  结果与分析

2.1  在线激光打孔参数对中支卷烟物理指标的影响

2.1.1  激光打孔数量对中支卷烟物理指标的影响。

不同激光打孔数量条件下中支卷烟的物理指标如表2所示。由表2可知，随着激光打孔数量的增加，中支卷烟的水分含量、重量、圆周、长度和硬度均无显著变化。吸阻随着激光打孔数量的增加而减小，滤嘴通风率和总通风率均随着激光打孔数量的增加而增加。為了进一步明确关系，进行逐步回归分析（图1）。由图1可知，激光打孔数量与中支卷烟吸阻呈现负相关关系，与滤嘴通风率和总通风率均呈现正相关关系。

2.1.2  激光脉冲时间对中支卷烟物理指标的影响。

不同激光脉冲时间条件下中支卷烟的物理指标如表2所示。由表2可知，随着激光脉冲时间的增加，中支卷烟的水分含量、重量、圆周、长度和硬度均无显著变化。吸阻随着激光脉冲时间的增加而减小。当激光脉冲时间为73 μs时，与CK无显著差异；当激光脉冲时间为83 μs时，与CK存在显著差异。滤嘴通风率随着激光脉冲时间的增加而增加，5#、6#样品与CK存在显著差异。总通风率随着激光脉冲时间的增加而变化。当激光脉冲时间为73 μs时，与CK无显著差异；当激光脉冲时间为83 μs时，与CK存在显著差异。为了进一步明确关系，进行逐步回归分析（图2）。由图2可知，激光脉冲时间与中支卷烟吸阻、滤嘴通风率和总通风率均存在二次回归关系。

2.2  在线激光打孔参数对中支卷烟烟气指标的影响

为进一步分析不同在线激光打孔参数下中支卷烟吸阻、滤嘴通风率和总通风率的差异，测定了烟支常规烟气成分释放量，包括TPM、焦油、CO、烟碱、水分释放量。

2.2.1  激光打孔数量对中支卷烟烟气指标的影响。

不同激光打孔数量条件下中支卷烟的烟气指标如表3所示。由表3可知，随着激光打孔数量的增加，CO、TPM、烟碱、水分和焦油释放量均发生变化。与CK相比，CO释放量和烟碱释放量均无显著差异，TPM释放量有显著差异（P<0.05）。TPM释放量、水分释放量和焦油释放量均随着激光打孔数量的增加呈先增大后减小的变化趋势。当激光打孔数量为16个时，TPM释放量与CK相比呈现显著差异。当激光打孔数量为20个时，TPM释放量、水分释放量和焦油释放量与CK相比均有显著差异。当激光打孔数量为32个时，与CK相比，TPM释放量和焦油释放量有显著差异，水分释放量无显著差异。分别对影响显著的3个指标进行逐步回归分析，如图3所示。由图3可知，激光打孔数量与中支卷烟TPM释放量、水分釋放量和焦油释放量均呈现二次回归关系。

2.2.2  激光脉冲时间对中支卷烟烟气指标的影响。

不同激光脉冲时间条件下中支卷烟的烟气指标如表3所示。由表3可知，随着激光脉冲时间的增加，CO、TPM、烟碱、水分和焦油释放量均发生变化，但与CK相比均无显著差异。

2.3  在线激光打孔参数对中支卷烟感官质量的影响

感官质量是卷烟产品的核心指标，由7位具备国家评吸资质的评委对不同激光打孔参数条件下卷制的烟支进行感官评价，结果如表4所示。由表4可知，随着激光打孔数量的增加，烟支的香气量和刺激性先增加后减小，协调性、杂气和余味变化不大。随着激光脉冲时间的增加，烟支的香气量减少，刺激性和协调性减小，光泽、杂气和余味无明显变化。

2.4  在线激光打孔参数与中支卷烟理化指标的相关性分析

对在线激光打孔参数与中支卷烟理化指标进行相关性分析，结果如表5所示。吸阻与激光打孔数量的相关系数小于吸阻与激光脉冲时间的相关系数；滤嘴通风率与激光打孔数量的相关系数大于滤嘴通风率与激光脉冲时间的相关系数；总通风率与激光打孔数量的相关系数大于总通风率与激光脉冲时间的相关系数；TPM释放量与激光打孔数量的相关系数小于TPM释放量与激光脉冲时间的相关系数；水分释放量与激光打孔数量的相关系数小于水分释放量与激光脉冲时间的相关系数；焦油释放量与激光打孔数量的相关系数小于焦油释放量与激光脉冲时间的相关系数。综上，激光打孔数量对中支卷烟理化指标的影响程度大于激光脉冲时间。

2.5  在线激光打孔参数与中支卷烟理化指标的回归分析

以激光打孔数量（x1）和激光脉冲时间（x2）为自变量，分别以吸阻（y1）、滤嘴通风率（y2）、总通风率（y3）、CO释放量（y4）、TPM释放量（y5）、烟碱释放量（y6）、水分释放量（y7）和焦油释放量（y8）为因变量，构建8个回归方程，回归分析结果均达到显著差异。吸阻与在线激光打孔参数的回归方程为y1=-0.008x1-0.002x2+1.570，滤嘴通风率与在线激光打孔参数的回归方程为y2=0.871x1+0.364x2-24.601，总通风率与在线激光打孔参数的回归方程为y3=0.837x1+0.332x2-12.909，CO释放量与在线激光打孔参数的回归方程为y4=-0.049x1-0.037x2+11.249，TPM释放量与在线激光打孔参数的回归方程为y5=-0.120x1-0.095x2+22.657，烟碱释放量与在线激光打孔参数的回归方程为y6=-0.004x1-0.003x2+1.093，水分释放量与在线激光打孔参数的回归方程为y7=-0.034x1-0.022x2+4.231，焦油释放量与在线激光打孔参数的回归方程为y8=-0.083x1-0.071x2+17.356。

3  结论

（1）激光打孔数量对中支卷烟3项物理指标（吸阻、滤嘴通风率、总通风率）和3项常规烟气成分（TPM、水分、焦油）释放量有显著或极显著影响，其中与中支卷烟吸阻呈现负相关关系，与滤嘴通风率、总通风率呈现正相关关系，与TPM释放量、水分释放量、焦油释放量呈现二次回归关系。激光脉冲时间与中支卷烟3项物理指标（吸阻、滤嘴通风率、总通风率）均呈现二次回归关系，对常规烟气成分释放量均无显著影响。感官评价结果表明，在线激光打孔参数主要影响中支卷烟的香气量、刺激性和协调性，对光泽、杂气、余味无明显影响。

（2）相关性分析结果表明，吸阻、滤嘴通风率、总通风率、TPM释放量、水分释放量、焦油释放量与在线激光打孔参数的相关性强弱比较均表现为激光打孔数量>激光持续时间。综上可知，激光打孔数量对中支卷烟理化指标的影响程度大于激光脉冲时间。

（3）以激光打孔数量（x1）和激光脉冲时间（x2）为自变量，分别以吸阻（y1）、滤嘴通风率（y2）、总通风率（y3）、CO释放量（y4）、TPM释放量（y5）、烟碱释放量（y6）、水分释放量（y7）和焦油释放量（y8）为因变量，构建8个回归方程，得到一套在线激光打孔参数和中支卷烟理化指标关系的数学模型，可应用于中支卷烟开发和产品维护中激光打孔参数的设置。

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