煙絲含水率對細支卷煙的影響

喻賽波 譚 超 王詩太 郭學民 金 勇 范紅梅 譚海風 李 克 陳 潛 劉 琦

(湖南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)研發(fā)中心，湖南 長沙 410007)

細支卷煙由于圓周和長度的差異與常規(guī)卷煙存在很大差異。中國已經(jīng)有少量關(guān)于細支卷煙煙氣釋放水平[1-2]、煙支物理特性[3-4]以及卷煙生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)設計[5]的研究報道。從現(xiàn)有的研究可以看出細支卷煙具有其自身的特性，對生產(chǎn)工藝參數(shù)有不同于常規(guī)卷煙的要求。

煙絲含水率是卷煙生產(chǎn)質(zhì)量保障的一個重要參數(shù)，它直接影響卷煙的物理性能、燃燒性能、煙氣成分以及感官特性等[6-7]。孫雯等[8]、肖文平等[9]和姜均停等[10]曾研究過卷煙水分對吸味的影響，水分過低時，煙味濃烈不醇和，刺激性和辛辣味增加；水分過高時，煙味平淡，煙草的香氣和吃味等不能充分揮發(fā)出來。Kobashhi等[11]早期研究了煙絲含水率對煙堿轉(zhuǎn)移的影響，此外Neurath等[12]、Ehmke等[13]、Zha等[14]和劉志華等[15]研究了煙絲含水率對卷煙主流煙氣中部分化學成分及含量的影響，煙絲含水率變化使得卷煙抽吸時主流煙氣成分和含量發(fā)生變化，因而導致卷煙吸味變化。另外，煙絲含水率除了影響卷煙煙氣釋放量和抽吸感官品質(zhì)外，在煙支卷接過程中對卷煙生產(chǎn)工藝以及卷接質(zhì)量也會產(chǎn)生影響。席年生等[16]、寇偉等[17]和張倩潔[18]研究證明煙絲含水率對煙支卷制過程中煙絲抗造碎性能影響很大，隨著煙絲水分的提高，煙絲在卷制過程中的抗造碎性能不斷提高，煙絲造碎程度小，整絲變化率高，卷煙端部落絲量減少。陳建中等[19]報道不同葉組配方有著不同的加工特性，對煙絲水分有不同的參數(shù)要求。在現(xiàn)有的研究報道中關(guān)于煙絲含水率的研究僅限于常規(guī)卷煙，而對于近年來突發(fā)猛進的細支卷煙仍沒有相應的研究報道。鑒于細支卷煙的特性和煙絲含水率對卷煙多方面的重大影響，有必要就煙絲含水率對細支卷煙的影響進行深入研究。本研究擬從細支卷煙的煙絲含水率著手，在借助常規(guī)卷煙工藝參數(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，詳細考察不同煙絲含水率對細支卷煙煙支物理性能、煙絲結(jié)構(gòu)分布、煙支靜燃速率、卷煙抽吸時燃燒錐落頭率及卷煙煙氣釋放量和卷煙感官質(zhì)量的影響，以期為細支卷煙煙絲含水率的工藝提出合理建議。

1 材料與方法

1.1 材料準備

配方煙絲：長沙卷煙廠某品牌，在設定的濕度條件下調(diào)節(jié)煙絲的平衡含水率。

1.2 細支卷煙卷制

取上述不同含水率的配方煙絲，使用相同的煙支卷接輔料，在長沙卷煙廠生產(chǎn)車間卷制成規(guī)格為97 mm×17 mm的細支卷煙，在煙支卷接過程中控制煙支單重為同一水平。

1.3 儀器

吸煙機：Borgwaldt-kc RM-200A型，Borgwaldt-kc LM5+型, 德國Borgwaldt KC Gmbh公司；

煙支/濾棒綜合測試臺：Borgwaldt-kc DT-5型,德國Borgwaldt KC Gmbh公司；

電子天平： BSM-220.4型，上海精卓電子科技有限公司；

烘箱： FED240型，德國Binder GmbH公司；

煙支火頭掉落檢測裝置：實驗室自制；

振篩：ASTM E 11 Laboratory Test Sieve型，美國Gilson company公司。

1.4 檢測方法

1.4.1 煙絲含水率檢測 按照YC/T31—1996 《煙草及煙草制品 試樣的制備和水分測定 烘箱法》的要求測定經(jīng)水分平衡后的試驗煙絲含水率。

1.4.2 煙支物理參數(shù)檢測 按照GB/T 22838—2009 《卷煙和濾棒物理性能的測定》第三～六部分的檢測方法分別測定卷煙圓周、質(zhì)量、吸阻和硬度。

1.4.3 細支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)檢測 用刀片輕輕劃開卷煙紙，取出煙絲并稱重(精確至0.001 g)；將稱重后的煙絲輕輕松開，小心均勻地平攤在試驗振篩的篩網(wǎng)上，啟動儀器，待振動5 min 儀器自動停止后用毛刷仔細將每層篩網(wǎng)上的煙絲收集起來并稱重。試驗振篩一共由5個圓形篩子組成，Φ30 cm，以(350±5) r/min和偏心19 mm運轉(zhuǎn)，振篩技術(shù)規(guī)格見表1。

不同篩網(wǎng)層煙絲占比按式(1)計算：

(1)

式中：

Wi——i層篩網(wǎng)上的煙絲質(zhì)量，g；

Wt——各篩網(wǎng)和盤上的煙絲總質(zhì)量，g；

Xi——i層篩網(wǎng)上煙絲所占的百分比例，%。

1.4.4 煙支靜燃速率檢測 按照文獻[20]方法測定卷煙靜燃速率，測試煙支從距接裝紙43～3 mm的煙柱靜燃所消耗的時間，求算煙支靜燃速率。

1.4.5 細支卷煙抽吸時燃燒錐落頭檢測 實驗室自行研發(fā)了敲擊式燃燒錐落頭檢測裝置(見圖1)，敲擊動作采用氣缸驅(qū)動，每次檢測時敲擊頭自上向下連續(xù)2次垂直敲擊煙支。敲擊頭開始運動時距煙支承載臺的距離為11 mm，在煙支上的作用位置中心距濾嘴端部30 mm，敲擊動作在每口抽吸動作完成2 s開始，2次敲擊間隔時間為0.2 s。氣缸壓力可以自行調(diào)節(jié)，在本研究過程中氣缸壓力設置為0.6 MPa。

1. 煙支點火端 2. 氣缸 3. 敲擊錘 4. 與彈簧相連的支撐臺 5. 煙支夾持器 6. 進氣管 7. 出氣管 8. 分流板 9. 抽吸單元 10. 壓縮空氣源

圖1 燃燒錐落頭檢測裝置示意圖

Figure 1 The instrument for testing thefirecone falling

of the cigarette

卷煙抽吸時燃燒錐落頭率檢測方法：將卷煙進行前處理(煙絲含水率不同的煙支不進行平衡處理)，采用Borgwaldt-kc LM5+型吸煙機在ISO標準抽吸模式下手動點燃煙支，當卷煙抽吸至第2口時開始檢測，直至燃燒錐掉落或卷煙抽吸完為止。燃燒錐落頭率即為測試過程中落頭卷煙支數(shù)與被測卷煙總支數(shù)的百分比值。在卷煙燃燒錐落頭檢測試驗中，每個卷煙樣品平行測試2組，每組50支，2組檢測數(shù)據(jù)取平均值。

1.4.6 卷煙常規(guī)煙氣檢測

(1) 焦油：按GB/T 19609—2004《卷煙 用常規(guī)分析用吸煙機測定總粒相物和焦油》執(zhí)行。

(2) 煙堿：按GB/T 23355—2009《卷煙 總粒相物中煙堿的測定 氣相色譜法》執(zhí)行。

(3) 水分：按GB/T 23203.1—2008《卷煙 總粒相物中水分的測定 第1部分：氣相色譜法》執(zhí)行。

1.4.7 卷煙感官評吸鑒定 由湖南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心評吸委員會組織8名具有煙草感官評吸資格的專家，依據(jù)YC/T 138—1998 《煙草及煙草制品感官評價方法》對試制卷煙進行感官評吸鑒定。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙絲含水率對細支卷煙煙支物理性能的影響

將配方煙絲在不同濕度環(huán)境條件下平衡調(diào)節(jié)煙絲含水率，經(jīng)測試得到5個試驗樣品的煙絲含水率分別為11.5%，11.9%，12.5%，12.9%，13.8%。選取相同的卷煙輔料將上述煙絲在卷煙機上卷接成同一規(guī)格的細支卷煙(圓周17 mm、長度97 mm)，所有卷煙煙支單重控制在同一水平。對所卷接的煙支抽樣檢測其物理參數(shù)，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，5個試制卷煙煙支重量都精確控制在同一水平。各組卷煙煙支圓周略有波動，但每組樣品本身差異很小。煙絲含水率變化導致了細支卷煙煙支硬度略有差異，含水率低(11.5%)的卷煙硬度稍高。隨著煙絲含水率增加，煙支硬度有小幅度降低；但當煙絲含水率超過12.5%后，煙支硬度差異不大。導致這一現(xiàn)象的原因是煙絲含水率提高，煙絲容易塌陷，煙支硬度降低。煙絲含水率變化對煙支吸阻沒有產(chǎn)生規(guī)律性的影響。由于樣品煙絲含水率變化區(qū)間較小，所以對煙支的卷接和卷接好的煙支的常規(guī)物理性能影響并不太明顯，僅在煙支硬度上有所差異，煙絲含水率低的卷煙硬度稍高。

表2 細支卷煙煙支物理參數(shù)Table 2 Physical parameters of the slim cigarette

2.2 煙絲含水率對細支卷煙煙支內(nèi)部煙絲結(jié)構(gòu)分布的影響

煙絲含水率不同，在卷接過程中可能導致造碎程度不一樣。為了考察煙絲含水率對細支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)分布的影響，將卷接好的煙支剖開后用實驗室振篩篩分了卷煙煙絲，并進行計算分析。

表3為各組樣品不同尺寸煙絲所占比例。其中含水率為11.5%的樣品12目以上(含12目)的煙絲占比明顯低得多，35目以下(含35目)的煙末占比也高得多。煙絲含水率為11.9%～12.9%，卷煙煙絲結(jié)構(gòu)差異不大。而當水分繼續(xù)增加到含水率為13.8%時，卷煙大尺寸煙絲明顯增加(≥12目)，小于35目的煙末比例降低。細支卷煙煙絲切絲寬度較常規(guī)卷煙小，在卷接過程中煙絲容易造碎。煙絲含水率低，煙絲抗造碎能力更差，經(jīng)過卷接加工的煙絲中產(chǎn)生大量煙末，原本尺寸較大的煙絲被造碎，導致煙絲整體尺寸偏小。煙絲含水率較高時，濕潤的煙絲柔韌性較好，在卷接過程不易被造碎。由此可以看出，改變煙絲含水率對細支卷煙煙支內(nèi)部煙絲結(jié)構(gòu)分布影響很大，煙絲結(jié)構(gòu)分布改變將會影響煙支的填充結(jié)構(gòu)，同時可能會對卷煙的燃燒和抽吸特征帶來影響，從而對卷煙質(zhì)量產(chǎn)生影響。

表3 卷煙煙絲結(jié)構(gòu)分布Table 3 Structural distribution of the tobacco blend %

2.3 煙絲含水率對細支卷煙靜燃速率的影響

為了考察煙絲含水率對細支卷煙靜燃速率的影響，5組卷煙經(jīng)過選煙后分別測試了各組煙支燃燒40 mm煙柱所消耗的時間，每組樣品連續(xù)測試20支，每組卷煙的測試結(jié)果和標準偏差列于表4中。煙絲含水率11.5%和11.9%的2個樣品煙支靜燃速率一致，煙絲含水率從11.9%提高至13.8%，煙支靜燃速率略有降低趨勢。煙絲含水率增加煙絲本身的燃燒性能應該會相應降低，但當煙絲卷接成煙支后煙支的靜燃速率降低不太明顯，分析導致這一現(xiàn)象的原因：① 煙支點燃后燃燒過程中會產(chǎn)生大量的熱，其中用于水分蒸發(fā)的熱量僅占其中很小份額，因此即使煙絲含水率有差異，但對于燃燒過程總體熱量的影響并不大；② 含水率低的煙絲在卷接過程中造碎嚴重，卷煙煙絲結(jié)構(gòu)中細小組份占的比例增大，因而影響了煙支的燃燒速率。

2.4 煙絲含水率對細支卷煙抽吸時燃燒錐落頭的影響

2.4.1 卷煙燃燒錐落頭檢測裝置及落頭檢測方法的可行性考察 取湖南中煙某品牌細支卷煙樣品5條，平衡樣品卷煙，并按煙支單重中心值±0.005 g的重量偏差選取300支卷煙，將其分為6組，每組50支，然后按1.4.5所述卷煙燃燒錐落頭檢測方法測試卷煙樣品的落頭水平，檢測結(jié)果見表5。

表5 卷煙樣品燃燒錐落頭檢測結(jié)果Table 5 The data of the firecone falling of the specific cigarette %

從表5的檢測結(jié)果可以看出，采用實驗室自行研發(fā)的卷煙燃燒錐落頭檢測儀按照給定的檢測方法測試卷煙抽吸時燃燒錐落頭水平得到的檢測結(jié)果波動性小，分6組連續(xù)檢測300支卷煙所得的結(jié)果標準偏差為2.34%，故認為使用實驗室自制的卷煙燃燒錐落頭檢測儀測試卷煙燃燒錐落頭水平的方法所得結(jié)果是可靠的。

2.4.2 不同煙絲含水率卷煙燃燒錐落頭評價 將上述5組煙絲含水率不同的試制卷煙樣品按煙支單重中心值±0.005 g的重量偏差選煙，然后測試樣品的落頭水平，結(jié)果見表6。

表6不同煙絲含水率卷煙燃燒錐落頭比較

Table 6 Comparison of the firecone falling ratio of the cigarettes withthe different moisture content

煙絲含水率/%落頭比例1落頭比例2落頭率/%11.532/5033/506511.926/5026/505212.521/5023/504412.915/5015/503013.817/5019/5036

從表6中可以看出，每個卷煙的2組平行樣品測試數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，平行性好，說明卷煙質(zhì)量相對穩(wěn)定，使用實驗室研發(fā)的燃燒錐落頭檢測裝置測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，樣品之間可比性強。煙絲含水率低時(11.5%)，卷煙抽吸時落頭現(xiàn)象很嚴重，達到65%；隨著煙絲含水率增加，卷煙在抽吸過程中燃燒錐落頭率明顯呈下降趨勢，煙絲含水率為12.9%時落頭率僅為30%；但當煙絲含水率達到13.8%時，落頭率略有回升。調(diào)節(jié)煙絲含水率，煙支內(nèi)部煙絲結(jié)構(gòu)分布發(fā)生變化，煙支的燃燒狀態(tài)也發(fā)生相應的變化。煙絲含水率提高，大尺寸煙絲比例增加，煙絲間相互纏繞能力增強，卷煙受到敲擊時燃燒錐持有力也相應增加，使得卷煙落頭率降低；同時煙絲含水率提高，煙支燃燒速率減慢，因而卷煙燃燒錐長度會變短，燃燒錐越短其落頭的可能性也會降低。由于所有卷煙重量保持在同一水平，當煙絲含水率提高時，煙支中實際煙絲填充量會略有降低，煙支的飽滿程度降低，硬度也略有降低，導致燃燒錐落頭的可能性增加。當煙絲含水率達到較高的狀態(tài)時，影響燃燒錐落頭的積極因素和消極因素抗衡，導致燃燒錐落頭趨勢略有回升。

2.5 煙絲含水率對細支卷煙煙氣釋放量和感官品質(zhì)的影響

為了考察煙絲含水率對卷煙煙氣釋放量的影響，將上述試制卷煙進行了常規(guī)煙氣檢測，結(jié)果見表7。隨著煙絲含水率增加，卷煙靜燃速率降低，抽吸口數(shù)略有增加，抽吸燃燒速率也會產(chǎn)生相應的變化，以致提高煙絲含水率使煙氣焦油略有降低，但總體幅度較小，差異性并不太明顯。隨煙絲含水率增大，煙氣煙堿釋放量也存在小幅度降低；煙絲含水率為13.8%的樣品煙氣水分略高，其它樣品煙氣水分基本相同。細支卷煙煙絲含水率對卷煙煙氣釋放的影響部分特征與常規(guī)卷煙類似[10]。

表7不同煙絲含水率卷煙主流煙氣釋放量比較

Table 7 The mainstream smoke release of the slim cigarette with different moisture content

煙絲含水率/%口數(shù)焦油/(mg·Cig-1)煙堿/(mg·Cig-1)水分/(mg·Cig-1)11.54.8710.10.852.1611.94.9410.00.832.1912.54.969.90.802.1512.94.989.60.802.1213.85.029.60.722.25

在考察了卷煙煙氣釋放量的基礎(chǔ)上，進一步考察了煙絲含水率對卷煙抽吸感官品質(zhì)的影響。通過評吸鑒定以上5個試制樣品中感官品質(zhì)最高的為含水率12.5%和12.9%的2組樣品(表8)，卷煙煙氣柔和、協(xié)調(diào)性好，感官舒適度高。降低煙絲含水率，卷煙煙氣濃度逐漸增大，刺激性逐漸增強，含水率11.5%的樣品尤為顯著，雖香氣透發(fā)性增強，同時刺激感也加大，煙氣發(fā)干程度加大。增加煙絲含水率，卷煙煙氣濃度減小，香氣透發(fā)性減小，含水率13.8%的樣品煙氣濃度下降明顯，滿足感不強。評吸結(jié)果認為：該規(guī)格的細支卷煙煙絲含水率最佳范圍為12.5%～12.9%。

表8 不同煙絲含水率卷煙感官評分表Table 8 The sensory value of the slim cigarette with different moisture content

3 結(jié)論

當煙絲含水率為11.5%～13.8%時，煙絲含水率對細支卷煙物理性能、煙支內(nèi)部煙絲結(jié)構(gòu)分布、卷煙靜燃速率、燃燒錐落頭率以及煙氣釋放和感官質(zhì)量會產(chǎn)生程度不一的影響。增加煙絲含水率，卷煙硬度略有降低，同時煙絲抗造碎性能提高，卷煙中煙絲尺寸偏大，煙末占比減少，煙支填充結(jié)構(gòu)較好。增加煙絲含水率，卷煙靜燃速率略減小，卷煙在抽吸過程中燃燒錐落頭率降低，煙絲含水率為12.9%時，燃燒錐落頭率最低降至30%。增加煙絲含水率，細支卷煙的煙氣焦油和煙堿會小幅度降低；但含水率過高的細支卷煙煙氣濃度小、滿足感不強?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，建議細支卷煙在生產(chǎn)過程中應盡量將煙絲含水率控制在12.5%～12.9%。