基于短支卷煙物理質(zhì)量穩(wěn)定的煙絲尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)

楚 晗 范 磊 王天怡 李勁鋒 李 曉 姚二民

(1. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司許昌卷煙廠，河南 許昌 461000)

短支卷煙是指在圓周不變的情況下，長(zhǎng)度比常規(guī)卷煙短10 mm及以上的卷煙。作為中式卷煙創(chuàng)新產(chǎn)品，短支卷煙以其快節(jié)奏、大眾化的產(chǎn)品定位，降本降耗、低焦減害的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，自上市以來迅速成為卷煙市場(chǎng)的一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)[1]。隨著煙支長(zhǎng)度縮短，卷煙單支重量減小，煙絲段與濾嘴段的比例發(fā)生較大改變，使煙支吸阻變小、卷煙各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)也隨之發(fā)生變化，出現(xiàn)煙支重量控制不穩(wěn)定、端部落絲量波動(dòng)大、吸阻不穩(wěn)定等情況，對(duì)其煙絲的均勻性和卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性控制提出了更高要求。

目前，針對(duì)短支卷煙煙絲尺寸分布及其對(duì)物理質(zhì)量影響的研究尚未報(bào)道，制約了短支卷煙的持續(xù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)外學(xué)者[2-3]通過研究常規(guī)卷煙煙絲尺寸分布與卷煙物理質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)煙支內(nèi)煙絲結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)絲率過高、分布均勻性等問題對(duì)卷制后煙支的單支重量標(biāo)偏、硬度、端部落絲量、吸阻等物理質(zhì)量指標(biāo)都有不同程度的影響，可以通過適當(dāng)調(diào)整煙絲尺寸分布達(dá)到改善煙支物理質(zhì)量的目的[4-6]，對(duì)短支卷煙物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性的提升具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。李善蓮等[7]通過研究煙絲結(jié)構(gòu)與卷煙端部落絲量的關(guān)系，得出對(duì)卷煙端部落絲量產(chǎn)生正負(fù)影響的煙絲結(jié)構(gòu)分布區(qū)間。邵寧等[8]研究了不同檔次卷煙煙絲結(jié)構(gòu)分布對(duì)物理質(zhì)量的影響，針對(duì)高、中、低檔卷煙分別提出了可以提升卷煙物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性的煙絲結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施。劉著文[9]通過對(duì)比不同整絲率和碎絲率對(duì)卷煙機(jī)卷制后煙支質(zhì)量穩(wěn)定性的影響，得到了最有利于煙支卷制及其物理質(zhì)量穩(wěn)定的整絲率和碎絲率具體比例分布。此類研究在常規(guī)卷煙加工工藝和物理質(zhì)量提升方面發(fā)揮了重要作用，但針對(duì)短支卷煙的相關(guān)研究尚未報(bào)道。

本試驗(yàn)通過研究短支卷煙的煙絲尺寸分布與卷煙主要物理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，建立不同尺寸煙絲與短支煙物理指標(biāo)的關(guān)系模型，探究煙絲尺寸分布對(duì)短支煙物理質(zhì)量的具體影響，對(duì)短支煙物理質(zhì)量的提升有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

短支卷煙(二類卷煙)配方煙絲及成品煙支：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；

多功能檢測(cè)振篩：Y2SJO型，篩網(wǎng)孔徑可自由拆卸調(diào)整，本研究使用10.00，7.00，5.00，4.00，3.35，2.50，1.00 mm，徐州市鐵建機(jī)械制造有限公司；

煙支綜合測(cè)試臺(tái)：QTM型，湖南力科自動(dòng)化技術(shù)有限公司；

電子天平：PL3001-SMettler型，感量0.01 g，瑞士SMettler公司。

1.2 方法

1.2.1 煙絲及成品卷煙的取樣

(1) 煙絲取樣：卷煙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定生產(chǎn)后，固定機(jī)臺(tái)，操作人員分別對(duì)卷煙機(jī)煙槍處同批次煙絲用取樣盤隨機(jī)接樣4 000 g，用四分法縮至1 000 g，單次取樣時(shí)間間隔30 min，連續(xù)取樣8次，將取得的煙絲放入恒溫恒濕箱平衡24 h[溫度(22±2) ℃，濕度(60±5)%]，放進(jìn)密封袋中，粘貼上標(biāo)簽，作為樣品備用。

(2) 成品卷煙取樣：對(duì)應(yīng)同批次煙絲樣品，固定機(jī)臺(tái)，操作人員在卷煙機(jī)出口處對(duì)成品卷煙進(jìn)行取樣，每次150支，作為一組樣品，單次取樣時(shí)間間隔30 min，每批次連續(xù)取樣4次，共取樣8次，將取得的成品煙支放置于恒溫恒濕箱平衡24 h[溫度(22±2) ℃，濕度(60±5)%]，放進(jìn)密封袋中，粘貼上標(biāo)簽，作為樣品備用。

1.2.2 煙絲結(jié)構(gòu)及成品卷煙物理質(zhì)量的檢測(cè)

(1) 煙絲結(jié)構(gòu)檢測(cè)：按文獻(xiàn)[10]進(jìn)行測(cè)定，用振動(dòng)分選篩和多功能檢測(cè)振篩對(duì)煙絲樣品進(jìn)行篩分，將卷煙機(jī)煙槍處煙絲篩分為8層，振動(dòng)頻率40.00 Hz，每次篩分4 min。篩分后的卷煙煙絲結(jié)構(gòu)分別用X1～X6來表示，其中：X1>7.00 mm，5.00 mm

(2) 成品卷煙的檢測(cè)：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[11-14]，利用QTM型全自動(dòng)多功能煙支綜合測(cè)試臺(tái)分別對(duì)成品煙支的單支重量、圓周、硬度、吸阻、端部落絲量和卷煙含末率進(jìn)行檢測(cè)。單次抽取的150支樣品中，100支用于端部落絲量的測(cè)定，20支用于含末率的測(cè)定，另外30支用于煙支重量、硬度、圓周、吸阻的測(cè)定，取平均值進(jìn)行記錄。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0對(duì)煙絲尺寸分布和短支卷煙物理指標(biāo)做相關(guān)性分析和逐步回歸分析，找出兩者之間的相關(guān)關(guān)系和影響短支卷煙物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性的具體煙絲分布。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙支內(nèi)煙絲尺寸分布結(jié)果

由表1可知，短支卷煙大于3.35 mm的長(zhǎng)絲集中分布在X3層(3.35～5.00 mm)，X1層7.00 mm以上的超長(zhǎng)煙絲和X6層1.00 mm以下的碎絲占較小的比例。由表2 可知，短支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)區(qū)間分布表現(xiàn)為：短絲率>中絲率>長(zhǎng)絲率>碎絲率，中絲率和短絲率較高，占整體煙絲比例的65%以上?？赡苁怯捎跓熤чL(zhǎng)度縮短，長(zhǎng)絲和碎絲對(duì)煙支整體煙絲結(jié)構(gòu)均勻性的不利影響更加明顯，中、短絲在保證短支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)均勻分布方面起著更加重要的作用。

2.2 煙絲尺寸分布與短支煙物理指標(biāo)的相關(guān)性分析

為探究煙絲尺寸分布與短支卷煙物理質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系，對(duì)篩分后的煙絲結(jié)構(gòu)與短支煙主要物理指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行相關(guān)性分析，得到煙絲結(jié)構(gòu)與物理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系矩陣，如表3所示。

從表3可知，單層煙絲分布對(duì)卷煙的重量和吸阻的影響并不顯著，短支卷煙重量標(biāo)偏與X1層煙絲呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與X2層煙絲呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，說明X1和X2層煙絲影響卷煙單支重量穩(wěn)定性，其比例增多不利于重量的穩(wěn)定；吸阻標(biāo)偏受X5層煙絲影響較大，呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，即X5層煙絲比例增多可使煙支吸阻標(biāo)偏減小，有利于吸阻的穩(wěn)定；卷煙硬度與X3層煙絲呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，表明X3層煙絲增多會(huì)使煙支硬度增大，與X5、X6層煙絲呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，表明X5、X6層煙絲增多會(huì)使煙支硬度減小；硬度標(biāo)偏受X6層煙絲影響較大，呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，即隨著X6層煙絲增加，短支煙硬度穩(wěn)定性降低；短支煙端部落絲量和含末率與X3層煙絲呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與X6層煙絲呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，即適當(dāng)增加X3層煙絲，減少X6層煙絲，有利于減少卷煙端部落絲量和含末率。各尺寸煙絲對(duì)卷煙物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性都有不同程度的影響，5.00 mm以上的超長(zhǎng)煙絲不利于煙支重量穩(wěn)定性，3.35～5.00 mm的中長(zhǎng)絲有利于降低煙支的端部落絲量和含末率，1.00～2.50 mm的短絲影響煙支的吸阻和硬度，1.00 mm以下的碎絲影響卷煙的端部落絲量和含末率。整體來看，X3、X5、X6層煙絲對(duì)短支煙物理質(zhì)量的影響最大，說明1.00～2.50 mm的短絲和3.35～5.00 mm 的中長(zhǎng)絲有利于煙絲結(jié)構(gòu)的均勻，對(duì)短支煙整體物理質(zhì)量穩(wěn)定起重要作用，1.00 mm以下的煙絲對(duì)煙支整體物理質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，應(yīng)注意控制該尺寸煙絲的比例。

表1 煙絲尺寸分布結(jié)果

表2 計(jì)算后的煙絲尺寸分布結(jié)果

表3 煙絲尺寸分布與物理指標(biāo)間的相關(guān)矩陣?

? “*”表示顯著相關(guān)(P<0.05)；“**”表示極顯著相關(guān)(P<0.01)。

2.3 短支煙煙絲結(jié)構(gòu)與物理指標(biāo)的回歸分析

為進(jìn)一步探究煙絲尺寸分布對(duì)短支煙主要物理指標(biāo)的影響，以各層煙絲尺寸(X1、X2、X3、X4、X5、X6)為自變量X，以物理指標(biāo)煙支重量(Y1)、重量標(biāo)偏(Y2)、吸阻(Y3)、吸阻標(biāo)偏(Y4)、硬度(Y5)、硬度標(biāo)偏(Y6)、端部落絲量(Y7)、含末率(Y8)為因變量Y，使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行逐步回歸分析，得到多元回歸方程及顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表4、5所示。

回歸分析結(jié)果表明：卷煙重量標(biāo)偏與X1層煙絲呈線性正相關(guān)關(guān)系，線性回歸方程為Y2=0.008+0.002X1(P=0.006<0.01，極顯著)，X1層煙絲比例增大不利于短支卷煙重量穩(wěn)定；吸阻標(biāo)偏與X5層煙絲呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，即X5層煙絲增多有利于提升吸阻穩(wěn)定性，線性回歸方程為Y3=0.082-0.001X5(P=0.043<0.05，顯著)；硬度與X5層煙絲呈線性負(fù)相關(guān)，線性回歸方程為Y5=87.404-0.506X5(P=0.028<0.05，顯著)；硬度標(biāo)偏與X6層煙絲呈線性正相關(guān)，X6層煙絲比例增多不利于煙支硬度的穩(wěn)定性，線性回歸方程為Y6=0.192+0.584X6(P=0.035<0.05，顯著)；端部落絲量與X3層煙絲呈線性負(fù)相關(guān)，即X3層煙絲比例增多有利于端部落絲量減少，回歸方程為Y7=44.469-1.921X3(P=0.032<0.05，顯著)；含末率與X6層煙絲呈線性正相關(guān)關(guān)系，X6層煙絲比例減少有利于減小煙支含末率，回歸方程為Y8=0.001+0.380X6(P=0.015<0.05，顯著)。與短支煙物理質(zhì)量關(guān)系密切的煙絲尺寸分布主要是X1，X3，X5和X6，其中X1和X6層煙絲對(duì)卷煙物理質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)影響，X3和X5層煙絲對(duì)卷煙物理質(zhì)量產(chǎn)生正影響，與相關(guān)性分析結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論

本研究表明，影響短支卷煙物理質(zhì)量及其均勻性的煙絲尺寸分布主要在(>7.00,3.35～5.00,1.00～2.50,≤1.00 mm)，其中3.35～5.00 mm和1.00～2.50 mm層煙絲與物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性呈正影響，>7.00 mm和≤1.00 mm 層煙絲與其呈負(fù)影響；通過適當(dāng)增加1.00～2.50 mm 短絲和3.35～5.00 mm中長(zhǎng)煙絲，控制7.00 mm以上超長(zhǎng)煙絲和1.00 mm以下碎絲比例，可以達(dá)到改善短支卷煙物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性的目的。本研究為短支煙物理質(zhì)量及其穩(wěn)定性的優(yōu)化提供了思路和方法，在實(shí)際生產(chǎn)中，卷煙企業(yè)可以根據(jù)不同品牌短支卷煙的實(shí)際需要，確定與之適應(yīng)的煙絲尺寸優(yōu)化方案。本試驗(yàn)僅提出了短支卷煙煙絲尺寸優(yōu)化方向，具體的定量?jī)?yōu)化方案還需要進(jìn)一步研究，以達(dá)到短支卷煙物理質(zhì)量提升的目的。

表4 短支卷煙煙絲尺寸分布與物理指標(biāo)的回歸分析結(jié)果?

? “—”表示無相關(guān)關(guān)系。

表5 短支煙煙絲尺寸分布與物理指標(biāo)回歸分析的顯著性檢驗(yàn)