切絲寬度對細支煙卷制質(zhì)量、主流煙氣及感官質(zhì)量的影響

郭華誠 吳艷艷 張峻松 朱遠洋 郜海民 鄒嚴(yán)頡 李瑞麗

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450000；2. 鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

細支煙周長[標(biāo)準(zhǔn)為(17±1) mm]低于傳統(tǒng)卷煙，使得其具有單箱耗絲量少、焦油量相對較低、細長美觀等優(yōu)勢，在國內(nèi)外市場中產(chǎn)銷量及消費認可度均呈上升態(tài)勢[1]。目前對于細支煙適配技術(shù)的研究主要有卷煙機設(shè)備的改造與研發(fā)、卷煙材料對細支煙主流煙氣的影響等[2-4]。由于細支煙的突出特點是圓周小、煙支長、煙絲消耗量小等，對煙絲與煙支規(guī)格的適配性提出了更高的要求。煙絲結(jié)構(gòu)對填充能力、卷制質(zhì)量等均有重要影響，進而影響煙支主流煙氣成分和感官質(zhì)量[5-9]。而切絲寬度作為制絲關(guān)鍵工序參數(shù)之一，是煙絲結(jié)構(gòu)的主要影響因素，切絲寬度的改變會引起煙絲結(jié)構(gòu)、填充能力、卷制質(zhì)量、主流煙氣及感官質(zhì)量等發(fā)生相應(yīng)的變化[10-15]。如王旭峰等[9]采用正交設(shè)計試驗優(yōu)化卷煙制絲關(guān)鍵工序工藝參數(shù)。在0.85～1.05 mm范圍內(nèi)干燥后煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)含量、常規(guī)卷煙感官質(zhì)量隨切絲寬度增加均呈降低趨勢[12-13]。低切絲寬度會增加煙氣香味成分含量，提高卷煙香氣量和滿足感，也會導(dǎo)致卷煙產(chǎn)品燃燒錐溫度、焦油以及危害性指數(shù)的上升[14]。在0.7～1.1 mm范圍內(nèi)主流煙氣常規(guī)成分隨切絲寬度增加呈逐漸降低趨勢，氣溶膠質(zhì)量中值直徑減小，氣溶膠總量降低[15]?，F(xiàn)有文獻[7,9-14]多集中在切絲寬度對常規(guī)煙支的影響研究，對細支煙質(zhì)量的影響鮮見報道。細支煙的固有特點對煙絲與煙支規(guī)格的適配性提出了更高的要求，試驗擬以細支煙為研究對象，設(shè)置切絲寬度梯度，研究切絲寬度對煙絲結(jié)構(gòu)、細支煙卷制質(zhì)量及主流煙氣成分的影響，以期為優(yōu)化細支煙加工參數(shù)提供參考和指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

原料:河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉制造中心某細支卷煙全配方葉組;

純?nèi)~片：河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉制造中心；

濾棒：120 mm/16.9 mm，河南省新鄭金芒果實業(yè)總公司；

卷煙紙：28 g/m2，50 CU，恒豐紙業(yè)股份有限公司；

接裝紙：40 g/m2，河南省新鄭金芒果實業(yè)總公司；

滾刀式切絲機：SQ213B型，秦皇島煙機廠；

管道式烘絲機：SH96 SH962型，秦皇島煙機廠；

篩分儀：Retsch AS400型，德國Retsch公司；

細支煙卷接機組：ZJ17型，常州煙草機械有限責(zé)任公司；

綜合測試臺：QTM型，英國FLTRONA公司；

激光長度儀：JCD-Ⅲ型，沈陽科學(xué)儀器研制中心；

煙支硬度測定儀：WYC-1型，成都科學(xué)儀器廠；

轉(zhuǎn)盤式吸煙機：RM200A型，德國Brogwaldt KC公司；

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：7890B-5977A型，美國Agilent公司；

恒溫恒濕箱：KBF240型，德國Binder公司；

電子天平：EL204型，精確至0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙絲加工 將5 400 kg全配方葉組(加料后)均分為5等份，控制切絲條件(刀門壓力28 kN、刀輥轉(zhuǎn)速260 r/min)、烘絲條件(滾筒轉(zhuǎn)速10 r/min，筒壁溫度Ⅰ、Ⅱ區(qū)均為128 ℃，熱風(fēng)溫度115 ℃，熱風(fēng)風(fēng)速0.65 m/s)等其他制絲工藝參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)一致，切絲工序分別設(shè)置切絲寬度為0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 mm 5個梯度，制備不同切絲寬度配方煙絲。

1.2.2 細支煙樣品的卷制 使用相同的卷煙材料，控制車速及其他卷接參數(shù)一致，將5種不同切絲寬度制備的煙絲分別在同一卷接機組由相同操作人員加工卷制成同一規(guī)格[17 mm×(30+67) mm]的細支煙樣品，待設(shè)備運行穩(wěn)定后，參照GB/T 22838—2009分別對卷制后的煙支等時間間隔取樣3次，并將細支煙樣品在溫度(22±1) ℃、相對濕度(60±3)%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡48 h，備用。

1.2.3 煙絲結(jié)構(gòu)的測定 不同切絲寬度加工參數(shù)下，在烘絲機出口分別取樣并檢測其填充值、煙絲結(jié)構(gòu)指標(biāo)。

1.2.4 卷制質(zhì)量測定 分別按GB/T 22838.5—2009、GB/T 22838.3—2009、GB/T 22838.6—2009、GB/T 22838.4—2009、GB/T 22838.2—2009、GB/T 22838.15—2009標(biāo)準(zhǔn)方法對不同切絲寬度煙絲卷制的細支煙樣品的吸阻、圓周、硬度、單支重、長度、總通風(fēng)率等卷制質(zhì)量指標(biāo)進行測定。

1.2.5 常規(guī)煙氣指標(biāo)測定 檢測焦油、煙堿、CO量、抽吸口數(shù)、總粒相物等主流煙氣常規(guī)成分。

1.2.6 感官質(zhì)量評價 組織15位省級評委采用整體循環(huán)評吸法按YC/T 415—2011對不同切絲寬度煙絲制備細支煙樣品的香氣特性、煙氣特性和口感特性進行感官評價，對比評價優(yōu)選切絲寬度，并對優(yōu)選切絲寬度細支煙樣品再次進行評吸，驗證感官評價結(jié)果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 21.0、Excel 2010等軟件對不同切絲寬度下的煙絲結(jié)構(gòu)，不同切絲寬度煙絲卷制細支煙的卷制質(zhì)量及感官質(zhì)量進行差異分析，探索隨切絲寬度變化煙絲結(jié)構(gòu)、卷制質(zhì)量及感官質(zhì)量的變化趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 切絲寬度對烘后煙絲物理質(zhì)量的影響

由表1可知，在切絲寬度為0.6～1.0 mm時，隨著切絲寬度增加，煙絲整絲率逐漸增大，碎絲率逐漸降低。這是因為切絲寬度增加，中長絲比例顯著增加，短絲、碎絲比例顯著降低[16]。切絲寬度從0.6 mm增至0.8 mm，整絲率提升了6.57%，碎絲率降低了1.47%；切絲寬度從0.8 mm 增至1.0 mm，整絲率提升了2.99%，碎絲率降低了0.82%；即當(dāng)切絲寬度超過0.8 mm后，隨切絲寬度增加，整絲率、碎絲率的變化幅度均相對變小。填充值隨切絲寬度增大呈先增后減的變化趨勢，切絲寬度為0.8，0.9 mm 時，煙絲填充能力相對較大。

整絲率、碎絲率與切絲寬度的回歸分析結(jié)果(見圖1、2)表明，整絲率與切絲寬度正相關(guān)，碎絲率與切絲寬度負相關(guān)。整絲率、碎絲率與切絲寬度回歸模型的決定系數(shù)均在0.95以上，模型擬合度高，預(yù)測性能好，說明切絲寬度對整絲率、碎絲率影響較大。從回歸方程顯著性檢驗結(jié)果(見表2)可知，整絲率、碎絲率的回歸方程具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，保持其他加工工藝參數(shù)不變，可通過切絲寬度預(yù)測煙絲結(jié)構(gòu)的整絲率和碎絲率，或者通過整絲率、碎絲率設(shè)定目標(biāo)值控制切絲寬度的設(shè)計值。常規(guī)卷煙加工過程中，切絲寬度從0.96 mm增至1.20 mm，A規(guī)格配方碎絲率從4.48%降至2.95%，B規(guī)格配方碎絲率從9.35%降至3.20%，即不同配方原料碎絲率均隨切絲寬度增加呈降低趨勢，只是碎絲率降幅與配方原料存在相關(guān)關(guān)系[14]。

表1 不同切絲寬度烘后煙絲物理質(zhì)量檢測結(jié)果

圖1 整絲率與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

圖2 碎絲率與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

2.2 切絲寬度對細支煙卷制質(zhì)量的影響

由表3可知，在0.6～0.9 mm范圍內(nèi)，隨切絲寬度增大，細支煙的單支重、吸阻、總通風(fēng)率和硬度等指標(biāo)均大致呈降低趨勢，含末率及端部落絲量隨切絲寬度變化的規(guī)律并不明顯。

切絲寬度與細支煙卷制質(zhì)量的回歸分析(見圖3、4)及顯著性檢驗結(jié)果(見表4)表明，細支煙卷制質(zhì)量指標(biāo)中，吸阻受切絲寬度影響最大，總通風(fēng)率次之，兩者均與切絲寬度呈顯著負相關(guān)關(guān)系。切絲寬度減小，耐加工性變差，導(dǎo)致煙支內(nèi)中短絲、碎絲及煙末比例增加，碎絲、煙末填充空隙導(dǎo)致煙支內(nèi)填充更密實，吸阻也就越大[17]。這一結(jié)論與常規(guī)[11]、中支卷煙[17]的研究結(jié)果一致。由圖5可知，細支煙單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率與設(shè)計值的相對殘差在切絲寬度為0.6～0.8 mm時較接近于0。因此，細支煙適宜切絲寬度為0.6～0.8 mm。

2.3 切絲寬度對細支煙常規(guī)煙氣成分的影響

該細支煙焦油、煙堿、CO的設(shè)計值分別為7.0，0.6，5.0 mg/支。由表5可知，焦油量與切絲寬度間呈顯著負相關(guān)關(guān)系(y焦油量=8.28-2.10x)，CO量、煙堿量與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系均未達到顯著水平，即切絲寬度主要影響煙氣指標(biāo)中的焦油量。由表6可知，隨著切絲寬度增加，焦油量逐漸降低。切絲寬度增加，煙支內(nèi)部密實度減少，空隙率增加，抽吸過程中煙支燃燒更為充分，焦油量相對降低[18]。隨切絲寬度增加，焦油量與設(shè)計值的殘差逐漸增大。GB 5606.5—2005規(guī)定焦油量設(shè)計值在5～10 mg 的卷煙，實測與設(shè)計值殘差≤2.0 mg，2011年調(diào)整為焦油量設(shè)計值在5～9 mg的卷煙，實測與設(shè)計值殘差≤1.5 mg。嚴(yán)控產(chǎn)品焦油量與設(shè)計值殘差，殘差超出允差范圍則為A類質(zhì)量缺陷，可判定該批卷煙為不合格品[19]。切絲寬度為0.6～0.8 mm時，焦油量與設(shè)計值的殘差相對較小，且煙堿殘差在0.05 mg/支以下，明顯低于GB 5605.5—2005標(biāo)準(zhǔn)允差(±0.20 mg/支)，CO殘差在1.5 mg/支以下，符合GB 5605.5—2005標(biāo)準(zhǔn)對CO量的允差要求(±2.0 mg/支)。因此，以焦油量殘差為主要衡量指標(biāo)，兼顧CO、煙堿殘差，切絲寬度取0.6～0.8 mm相對較為適宜。

表2 切絲寬度對烘后煙絲物理質(zhì)量指標(biāo)的回歸分析檢驗結(jié)果

表3 不同切絲寬度煙絲卷制細支煙的卷制質(zhì)量檢測結(jié)果

圖3 吸阻與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

圖4 總通風(fēng)率與切絲寬度的相關(guān)關(guān)系

表4 切絲寬度對細支煙物理質(zhì)量指標(biāo)的回歸分析顯著性檢驗結(jié)果?

相對殘差=(指標(biāo)值與設(shè)計值的殘差/設(shè)計值)×100%

2.4 切絲寬度對細支煙感官質(zhì)量的影響

15位專家對不同切絲寬度煙絲卷制的細支煙樣品進行感官質(zhì)量對比評價。與0.6 mm相比，切絲寬度為0.7 mm 時，細支煙的香氣量、豐滿程度和甜度略有增加，干凈程度略有改善；切絲寬度為0.8 mm時，細支煙刺激性和干燥感略增，雜氣、細膩程度、干凈程度和回味略差；感官質(zhì)量整體表現(xiàn)優(yōu)劣排序為0.7 mm優(yōu)于0.6 mm，0.6 mm 略優(yōu)于0.8 mm。與0.8 mm相比，切絲寬度為0.9 mm 時，細支煙雜氣明顯增大，刺激性和干燥感略有增大，甜度和回味略有變差；切絲寬度為1.0 mm時，細支煙刺激性和干燥感明顯增大，雜氣略有增大，回味略有變差；感官質(zhì)量整體表現(xiàn)優(yōu)劣排序為0.8 mm優(yōu)于0.9 mm，0.9 mm優(yōu)于1.0 mm。研究[8,12]表明，其他工藝條件一致時，隨切絲寬度增加，干燥后揮發(fā)性香味物質(zhì)的總體含量呈降低趨勢，這可能是導(dǎo)致細支煙感官質(zhì)量隨切絲寬度增加而整體感官表現(xiàn)變差的主要原因。如煙氣中糠醛在切絲寬度為0.6，0.8 mm時的含量明顯高于1.0 mm的；糠醇、5-羥甲基糠醛、2-環(huán)戊烯-1,4-二酮、氧化異佛爾酮等均隨切絲寬度增加呈明顯降低趨勢[8]，這會導(dǎo)致高切絲寬度下細支煙刺激性、干燥感、雜氣、回味等感官體驗變差。且保持其他工藝條件一致的前提下，在一定范圍內(nèi)，切絲寬度減小會導(dǎo)致抽吸時燃燒錐溫度升高，煙草中糖類物質(zhì)裂解更加充分[8]，可提升煙氣回甜感，同時有降低抑雜、使回味舒適的作用。

表5 切絲寬度對細支煙煙氣成分指標(biāo)(焦油量)的回歸分析顯著性檢驗結(jié)果?

表6 不同切絲寬度煙絲所卷細支煙的煙氣成分分析結(jié)果

由于切絲寬度過小時，煙絲造碎增加，消耗增加，從降本增效角度出發(fā)，選擇0.7 mm樣品和0.8 mm樣品進行對比評吸驗證。相對于0.8 mm樣品，0.7 mm樣品的雜氣和刺激性略有減輕；整體表現(xiàn)為0.7 mm樣品稍優(yōu)于0.8 mm樣品。綜上，切絲寬度為0.7～0.8 mm時細支煙感官質(zhì)量表現(xiàn)相對較好。

3 結(jié)論

切絲寬度設(shè)計值為0.6～1.0 mm時，整絲率與切絲寬度正相關(guān)，碎絲率與切絲寬度負相關(guān)。保持其他加工工藝參數(shù)不變，可通過切絲寬度設(shè)計值預(yù)測煙絲結(jié)構(gòu)的整絲率和碎絲率。隨切絲寬度降低，細支煙樣品感官質(zhì)量整體表現(xiàn)基本逐漸向好。細支煙吸阻和總通風(fēng)率與切絲寬度呈顯著負相關(guān)關(guān)系。切絲寬度為0.6～0.8 mm時，細支煙單支重、吸阻、硬度及總通風(fēng)率與設(shè)計值的相對殘差較接近于0，且焦油量與設(shè)計值的殘差較小。綜合不同切絲寬度下細支煙卷制質(zhì)量、煙氣成分和感官質(zhì)量表現(xiàn)，兼顧煙絲造碎和成本消耗，細支煙適宜切絲寬度為0.7～0.8 mm。切絲寬度直接影響煙絲結(jié)構(gòu)，進而影響細支煙卷制質(zhì)量、煙氣成分及感官質(zhì)量，感官質(zhì)量是煙草消費的終極體驗，下一步工作應(yīng)細化完善切絲寬度對細支煙感官質(zhì)量的影響研究。