濾嘴參數對細支煙主流煙氣pH和感官質量的影響

楚文娟，田海英*，李耀光*，馮曉民，孫志濤，李明哲，李國政，顧 亮，馬宇平，劉紹鋒，聶 聰

1.河南中煙工業有限責任公司技術中心，鄭州市經開第三大街8號 450000

2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

近年來，細支煙作為中式卷煙新品類在快速發展的同時，也遇到了一些技術瓶頸。例如細支煙總通風度普遍較高，易造成卷煙香氣豐富性變差；細支煙用濾棒壓降普遍偏高，導致卷煙抽吸輕松感欠缺等一系列問題。因此，系統研究細支煙輔材設計對卷煙質量的影響規律，對于細支煙新產品的研發設計具有重要意義。

主流煙氣pH反映煙氣化學成分的酸堿平衡關系和煙氣煙堿的存在形態［1-2］，而感官質量則是對卷煙產品吸食品質的綜合評價，兩者均是評價卷煙質量的重要指標。目前，煙草工作者在常規卷煙主流煙氣pH測定及其對感官質量的影響［3-6］、濾嘴通風對卷煙感官質量的影響［7-11］方面已做了大量工作。但是在濾嘴參數對卷煙主流煙氣pH和感官質量的影響方面，特別是針對細支煙，相關研究鮮見報道。鑒于此，以細支煙為對象，系統研究了絲束規格、濾棒壓降、濾嘴通風度對主流煙氣pH和感官質量的影響規律，旨在為細支煙產品研發提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

濾嘴通風度為0、20%、40%和60%，濾棒壓降為2 400、2 800、3 200、3 500、4 000、4 400、4 800和 5 200 Pa，規格 6.0Y/17 000、6.7Y/17 000的絲束（南通醋酸纖維有限公司），8.0Y/15 000的絲束（德國Rhodia Acetow公司），9.5Y/12 000、11.0Y/15 000的絲束（美國Celanese公司）；接裝紙（河南省新鄭金芒果實業總公司）；卷煙紙（牡丹江恒豐紙業）；其余輔材參數均相同，煙絲為同一種配方且同一批次。

超純水（＞18 MΩ·cm，使用前先煮沸，再冷卻至室溫備用）；系列校準用標準緩沖溶液（pH分別為4.01、6.86、9.18，瑞士Mettler Toledo公司）；氯化鉀（AR，國藥集團化學試劑有限公司）。

SM450直線型吸煙機（英國Cerulean公司）；KQ-700DE數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；AL-204-IC電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司）；Metrohm848型自動電位滴定儀［含復合水相電極，瑞士萬通（中國）有限公司］；HY-8A振蕩器（常州華冠儀器制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品的設計與制作

以河南中煙工業有限責任公司某一在產規格細支煙為基礎（煙支長度97 mm，圓周17 mm，濾嘴長度30 mm）；基準輔材參數：卷煙紙定量28 g/m2，卷煙紙透氣度50 CU，普通成型紙，采用同一種配方煙絲，按照單因素設計了5種絲束規格，每個絲束規格3個濾棒壓降梯度，共15個濾棒樣品，搭配4個濾嘴通風梯度，在同一機臺卷接60個卷煙樣品（表1）。

表1 設計的細支煙樣品的濾嘴參數①Tab.1 Designed filter parameters for slim cigarette samples

1.2.2 細支煙主流煙氣pH的測定

主流煙氣pH的測定參照文獻［12］進行。具體步驟為：將細支煙樣品置于溫度為（22±1）℃，相對濕度為（60±2）%的環境中平衡48 h；劍橋濾片在同樣環境條件下平衡12 h。然后選擇（平均質量±0.02）g的煙支作為測試樣品，將平衡過的劍橋濾片裝入煙氣捕集器，采用直線型吸煙機，按 GB/T 19609—2004［13］規定的方法抽吸卷煙。每種卷煙取8支，分為2組，每張劍橋濾片收集4支卷煙的主流煙氣總粒相物。卷煙抽吸完畢后，空吸5口，使主流煙氣自由沉積30 s，迅速取出劍橋濾片，并用脫脂棉擦拭捕集器，一并放入50 mL具塞錐形瓶；加入20 mL蒸餾水（已除去二氧化碳），振蕩提取濾片中收集到的總粒相物，提取時間為30 min。避光處靜置1 h，隨后用校準后的酸度計測定水溶液的pH。

1.2.3 細支煙感官質量評價

把5種絲束規格、不同壓降和不同濾嘴通風度等共45個卷煙樣品，置于溫度為（22±2）℃、相對濕度為（60±5）%的條件下平衡48 h。然后根據煙支（平均質量±0.02）g、（平均吸阻±30）Pa、濾嘴通風度（設計值±2）%的條件挑選煙支。參照GB 5606.4—2005［14］和 YC/T 497—2014［15］的方法，采用分組對比評吸方式，由7位持有由國家煙草質量監督檢驗中心頒發的卷煙感官評吸證書人員組成評吸小組，對細支煙樣品進行評價，最終得分取7位評吸人員打分的平均值。

1.2.4 統計分析方法

統計分析采用SPSS 19.0軟件［16］進行。其中，方差分析采用單因素方差分析F檢驗，相關性分析運用SPSS 19.0進行Pearson簡單相關分析和雙側t檢驗。

2 結果與討論

2.1 絲束規格對主流煙氣pH及感官質量的影響

為了考察絲束規格對細支煙主流煙氣pH及感官質量的影響，進行了單因素方差分析，結果（表2）顯示：細支煙主流煙氣pH和感官評價各指標在5種絲束規格間的差異未達到顯著性水平（P值均大于0.05），因此著重研究了濾棒壓降和濾嘴通風度對主流煙氣pH及感官質量的影響。

2.2 濾嘴參數對主流煙氣pH的影響

2.2.1 濾棒壓降

細支煙主流煙氣pH隨濾棒壓降的變化情況見圖1。在濾嘴通風度一定的條件下，同一絲束規格細支煙，隨著濾棒壓降升高，主流煙氣pH呈增加趨勢。李青青等、Morie和Henningfield等［3,17-18］的研究表明煙堿是煙草的特有成分，其存在狀態與pH密切相關，在煙草及煙氣粒相物中大部分與有機酸結合成鹽，以質子化形式存在，而非質子化的游離態煙堿含量較少，因此，有機酸含量的降低會導致非質子化煙堿含量增加，進而導致煙氣pH增加。潘立寧等［19］研究表明，隨著濾棒壓降增加，揮發性有機酸的降低率相對較小（如丙酸的降低率為0.7%/400 Pa、丁酸的降低率為1.5%/400 Pa），而非揮發性有機酸的降低率相對較大（如亞油酸的降低率為12.9%/400 Pa、油酸的降低率為 9.4%/400 Pa）。邱寶平等［6］的研究表明，對卷煙煙氣pH影響較大的是蘋果酸、十五酸、油酸等非揮發性有機酸。因此，隨著濾棒壓降的增大，濾棒的過濾效率增大，主流煙氣中的酸性物質損失增加，特別是對煙氣pH貢獻較大的非揮發性有機酸由于濾嘴的截留而損失相對較大，使非質子化煙堿釋放量增加，造成主流煙氣pH呈增大趨勢。對于不同絲束規格細支煙，隨著單旦增加，主流煙氣pH變化沒有明顯的規律性。回歸分析結果（表3）顯示，使用8.0Y/15 000絲束的細支煙，主流煙氣pH隨濾棒壓降變化幅度最大，達到0.010 0/100 Pa，但pH增加幅度與濾棒壓降沒有相關性。

表2 絲束規格對細支煙主流煙氣pH和感官質量影響的單因素方差分析Tab.2 Single-factor variance analysis of effects of tow specification on mainstream smoke pH and sensory quality of slim cigarettes

2.2.2 濾嘴通風度

圖1 細支煙主流煙氣pH隨濾棒壓降變化情況Fig.1 Variations of mainstream smoke pH of slim cigarettes along with pressure drop of filter rods

表3 濾棒壓降與細支煙主流煙氣pH的回歸分析Tab.3 Regression analysis of pressure drop of filter rods with mainstream smoke pH of slim cigarettes

細支煙主流煙氣pH隨濾嘴通風度的變化情況見圖2。同一絲束規格細支煙，在濾棒壓降一定的情況下，隨濾嘴通風度的增加，主流煙氣pH呈上升趨勢。這可能是因為增加濾嘴通風度，主流煙氣的橫向擴散作用增強，使得分子量相對較小、沸點較低的酸性成分損失較大，同時煙氣溫度的降低，使得極性較大、沸點較高的酸性成分被煙絲吸附或濾嘴截留，主流煙氣中酸性成分所占比例減小［7,20-22］，使非質子化煙堿的量增加，主流煙氣pH呈增大趨勢。對于不同絲束規格細支煙，隨著單旦增加，主流煙氣pH總體呈降低趨勢，這可能是因為隨著單旦增加，濾棒的過濾效率降低［23］，主流煙氣中有機酸成分損失量減少，總粒相物中酸性成分所占比例增加，使質子化煙堿的量增加，導致pH降低。回歸分析結果（表4）表明，5種絲束規格細支煙主流煙氣的pH隨濾嘴通風度變化差異不顯著。

2.3 濾嘴參數對感官質量的影響

2.3.1 濾棒壓降

圖2 細支煙主流煙氣pH隨濾嘴通風度的變化情況Fig.2 Variations of mainstream smoke pH of slim cigarettes along with filter ventilation rate

表4 濾嘴通風度與細支煙主流煙氣pH的回歸分析Tab.4 Regression analysis of filter ventilation rate with mainstream smoke pH of slim cigarettes

圖3 濾棒壓降對細支煙感官質量的影響Fig.3 Effects of pressure drop of filter rods on sensory quality of slim cigarettes

濾棒壓降對細支煙感官質量的影響結果見圖3。以20%濾嘴通風度，常用的6.0Y/17 000和8.0Y/15 000兩種絲束規格為例（其他3種絲束規格的細支煙變化趨勢類似），同一絲束規格、同一濾嘴通風度、不同濾棒壓降的細支煙，隨著濾棒壓降的增加，細支煙香氣、刺激性、余味得分及感官評價總得分呈降低的趨勢。其中，香氣指標得分最高相差1.0分，刺激性指標得分最高相差0.4分，余味指標得分最高相差0.6分，總得分最高相差1.5分，而諧調、雜氣等指標變化不大。說明低壓降的濾棒有利于提高細支煙的整體感官質量。這可能是因為隨著濾棒壓降增大，細支煙吸阻也隨之增加，導致對煙氣的過濾效率增大，進入口腔的香味成分減少，感官品質變差［24-25］。因此，從提升感官質量的角度考慮，細支煙在進行設計時應該選擇較低的濾棒壓降。

2.3.2 濾嘴通風度

為了系統考察細支煙濾嘴通風度對感官質量的影響，分別對濾嘴通風度為20%、40%、60%下的45個細支煙樣品進行了感官評吸。以絲束規格6.0Y/17 000、濾棒壓降4 400 Pa和絲束規格8.0Y/15 000、濾棒壓降3 200 Pa為例，結果見圖4。隨著濾嘴通風度的增加，細支煙香氣得分呈降低的趨勢，而刺激性、余味、感官評價總得分呈先增加后降低的趨勢。其中，香氣指標得分最高相差1.3分，刺激性指標得分最高相差0.7分，余味指標得分最高相差0.5分，總得分最高相差1.3分，而諧調、雜氣等指標變化不大。建議選擇40%的濾嘴通風度。這可能是因為隨著濾嘴通風度的增加，卷煙煙氣中的空氣比例亦明顯增加，使刺激性降低、雜氣減少，干凈程度提升，所以出現感官質量增加的現象；但是濾嘴通風度增加到一定程度后，繼續增加時香味成分也會大量損失，導致細支煙的感官質量下降［26］。這與李炎強等［7］對常規卷煙的研究結論基本一致，即隨濾嘴稀釋度的增加，煙氣香氣量、濃度均呈現一定的下降趨勢，煙氣的細膩程度、干燥感差異不大，而雜氣、刺激性以及干凈程度的得分呈上升趨勢。

圖4 濾嘴通風度對細支煙感官質量的影響Fig.4 Effects of filter ventilation rate on sensory quality of slim cigarettes

2.4 濾棒壓降與主流煙氣pH和感官質量的相關性分析

對濾棒壓降與細支煙主流煙氣pH及感官質量相關性分析的結果（表5）顯示：濾棒壓降與細支煙主流煙氣pH顯著正相關，與感官評價總分顯著負相關；與香氣極顯著負相關，與諧調顯著負相關，與雜氣、刺激性和余味沒有相關性（r均小于0.3）。

表5 濾棒壓降與主流煙氣pH、感官質量的相關性分析結果Tab.5 Results of correlation analysis between pressure drop of filter rod,mainstream smoke pH and sensory quality

2.5 濾嘴通風度對主流煙氣pH和感官質量的相關性分析

對濾嘴通風度與細支煙主流煙氣pH及感官質量相關性分析的結果（表6）顯示：濾嘴通風度與主流煙氣pH和刺激性極顯著正相關，與香氣極顯著負相關，與余味顯著正相關，與諧調沒有相關性；與雜氣、感官質量總得分負相關，但未達到顯著性水平。

表6 濾嘴通風度與pH、感官質量的相關性分析結果Tab.6 Results of correlation analysis between filter ventilation rate,mainstream smoke pH and sensory quality

3 結論

①絲束規格對細支煙主流煙氣pH和感官質量均沒有顯著影響。②主流煙氣pH隨濾棒壓降升高而增加；隨濾嘴通風度的增加而增加；隨單旦增加而降低。③感官評價得分隨濾棒壓降增加而降低，因此低壓降濾棒更有利于細支煙整體感官質量的提高；感官評價得分隨濾嘴通風度的增加基本呈先增加后降低的趨勢（6.7Y/17 000除外），濾嘴通風度40%時得分最高。④相關性分析顯示，濾棒壓降與主流煙氣pH顯著正相關，而與感官評價總分顯著負相關；濾嘴通風度與主流煙氣pH極顯著正相關，而與感官質量總得分負相關，但沒有達到顯著性水平。