再造煙草顆粒卷煙與常規(guī)卷煙的對(duì)比

陳潛，李克，金勇，喻賽波，范紅梅，王詩(shī)太，譚海風(fēng)，譚超，劉琦

湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心 長(zhǎng)沙市勞動(dòng)中路386號(hào)

煙絲結(jié)構(gòu)的差異是影響卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的主要原因，它包括煙絲批次間的差異和卷煙機(jī)臺(tái)間的差異，煙絲結(jié)構(gòu)差異主要來(lái)源于加工過(guò)程，提高煙絲結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有利于保持卷煙感官品質(zhì)和風(fēng)格特征穩(wěn)定[1-4]。近年來(lái)，在加工過(guò)程提高煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和均勻性的研究主要包括：考察煙、梗絲的長(zhǎng)度、寬度等對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而調(diào)整制絲參數(shù)優(yōu)化煙、梗絲形態(tài)特征分布提高煙絲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[5-9]；通過(guò)篩分裝置、配比秤、摻配柜等設(shè)備改進(jìn)，或者增加摻配時(shí)間，以及提高摻配精度控制水平等來(lái)提高摻配均勻性[10-11]；供絲系統(tǒng)的改進(jìn)和柔性加工工藝的研究[12]。由于葉絲、梗絲和再造煙葉的物理、化學(xué)特性各不相同，長(zhǎng)短形狀不一，具有一定卷曲度，使得摻兌混合工藝難以滿(mǎn)足充分均勻混合的要求[13-14]。因此，采用將煙草原料先粉碎為細(xì)小顆粒，然后重新造粒制備成煙草顆粒填充物，進(jìn)而卷制成再造煙草顆粒卷煙，顯著提高了煙葉原料混合均勻程度和批次穩(wěn)定性，為提高卷煙穩(wěn)定性和均勻性提供了新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

同一批次配方煙絲、相同規(guī)格醋酸纖維絲束制備的濾棒、卷煙紙、成型紙、接裝紙（湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供）。

AL-204-IC 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；TCZ-3 型填充值測(cè)量?jī)x，鄭州煙草研究院，KNF 240 型恒溫恒濕箱（德國(guó)Binder 公司）；SM 450 直線(xiàn)型20通道吸煙機(jī)（英國(guó)Cerulean公司）；RM 200A 轉(zhuǎn)盤(pán)式吸煙機(jī)（德國(guó)Borgwaldt KC 公司）；Borgwaldt KC DT5 綜合測(cè)試臺(tái)（德國(guó)Borgwaldt KC, Inc.公司）；Phenom ProX 掃描電鏡（荷蘭Phenom-World公司）；PROTOS 70 卷煙機(jī)（德國(guó)HAUNI 公司）；DZB型多功能制粒包衣試驗(yàn)機(jī)（江蘇先鋒干燥）；自研小型擠壓設(shè)備。

1.2 方法

1.2.1 卷煙樣品的制備

再造煙草顆粒卷煙：按照?qǐng)D1所示的工藝流程制備，取配方煙絲，常溫粉碎至75～150μm，然后采用流化床造粒法制備成250～830μm的煙草顆粒；進(jìn)一步將煙草顆粒按固含量0.5%比例施加改性的水性高分子膠、混合均勻，經(jīng)熱固化成型為與常規(guī)卷煙煙絲段圓周相同的煙草顆粒圓棒，將煙草顆粒圓棒手工包裹卷煙紙、按照常規(guī)卷煙煙絲段的長(zhǎng)度進(jìn)行切割；最后，將切割后的煙草顆粒棒與醋纖濾棒卷接得到再造煙草顆粒卷煙。

兩種卷煙均在溫度（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中平衡水分48 h。

圖1 再造煙草顆粒卷煙制備工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.1 Technological flow chart of reconstituted granule cigarette

常規(guī)卷煙：取與上述再造煙草顆粒相同的配方煙絲，按照通用卷煙制造工藝卷接，煙支規(guī)格為84.0(25+59)mm×24.2mm，調(diào)整工藝參數(shù)使煙支重量與顆粒卷煙一致。

1.2.2 分析方法

卷煙煙支參數(shù)的測(cè)試：分別按照GB/T 22838.4—2009、GB/T 22838.3—2009、GB/T 22838.5—2009、GB/T 22838.6—2009和 GB/T 22838.8—2009檢測(cè)卷煙煙支的質(zhì)量、圓周、吸阻、硬度和含水率等物理指標(biāo)。

煙絲填充值檢測(cè)：按照YC/T152－2001測(cè)定煙絲填充值。

端部落絲檢測(cè)：按照YCT151.2 -2001 卷煙端部掉落煙絲的測(cè)定 第2部分旋轉(zhuǎn)箱法測(cè)定煙支端部落絲。

煙草化學(xué)成分的檢測(cè)：分別按照YC/T 159—2002和YC/T 160—2002測(cè)定總糖和煙堿。

主流煙氣常規(guī)化學(xué)成分的檢測(cè)：按照GB/T19609—2004檢測(cè)總粒相物、抽吸口數(shù)和焦油；按照GB/T 23355—2009檢測(cè)煙堿；按照GB/T 23356—2009檢測(cè)一氧化碳；按照GB/T 23203.1—2013檢測(cè)水分。

用掃描電鏡表征煙草顆粒的形貌，掃描時(shí)加速電壓：10～15 kV。

包灰值檢測(cè)[15-16]：在固定的成像條件下，用數(shù)碼相機(jī)拍攝卷煙靜態(tài)或動(dòng)態(tài)燃燒后的煙灰柱照片，用圖像分析軟件Image.J檢測(cè)并計(jì)算選定區(qū)域內(nèi)煙灰的裂口像數(shù)與所選區(qū)域總像數(shù)的比值，稱(chēng)為包灰值（%）。包灰值越小說(shuō)明卷煙包灰性能越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 再造煙草顆粒卷煙的外觀形態(tài)和燃燒性能

2.1.1 再造煙草顆粒卷煙的外觀形態(tài)

再造煙草顆粒卷煙的煙支端面、煙草顆粒以及煙草顆粒掃描電鏡的放大圖像見(jiàn)圖2。圖2a表明再造煙草煙草顆粒卷煙外觀與常規(guī)卷煙相近，煙支端面更規(guī)整。由于再造煙草顆粒卷煙的煙支段是通過(guò)將煙草顆粒施膠、擠壓、熱固化成型得到的，煙草顆粒之間有較強(qiáng)的粘結(jié)力，其端部落絲量為6.89 mg/支，滿(mǎn)足GB5606.3—2005《卷煙 第3部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運(yùn)》的要求。再造煙草顆粒卷煙的端面由細(xì)小、均勻、不易散落的煙草顆粒構(gòu)成，這是其端面規(guī)整的原因。圖2b顯示煙草顆粒大小和顏色等基本一致，從圖2c和2d掃描電鏡圖上可以清晰地看到煙草顆粒是由更小的煙草粉末堆積而成的。受煙草顆粒外觀形態(tài)、顆粒強(qiáng)度和堆密度的影響，其填充值為3.05cm3/g，低于常規(guī)煙絲的4.42cm3/g。粉末化的煙草原料可以充分混合均勻，從而本質(zhì)上保證了煙草顆粒卷煙品質(zhì)的穩(wěn)定性和均勻性。

圖2 再造煙草顆粒卷煙外觀形態(tài)Fig.2 Appearance of reconstituted granule cigarette

2.1.2 再造煙草顆粒卷煙的燃燒性能

（1）靜燃速率

靜燃速率采用檢測(cè)卷煙燃燒40 mm長(zhǎng)所用時(shí)間的方法[17]。常規(guī)卷煙靜燃速率為3.88 mm/min，再造煙草顆粒卷煙靜燃速率為4.13 mm/min，較常規(guī)卷煙快6.4%。這與生物質(zhì)燃燒時(shí)，顆粒度越小，燃燒速率越快的現(xiàn)象是一致的[18]。

（2）包灰情況

再造煙草顆粒卷煙和常規(guī)卷煙動(dòng)態(tài)燃燒、靜態(tài)燃燒時(shí)煙支的圖片，以及動(dòng)態(tài)燃燒后的煙灰的圖片見(jiàn)圖3。

圖3 兩種卷煙包灰性對(duì)比Fig.3 Comparison of ash integration

圖3的結(jié)果表明：無(wú)論是靜態(tài)燃燒，還是動(dòng)態(tài)燃燒，再造煙草顆粒卷煙的包灰均較完整，沒(méi)有明顯的裂紋，包灰效果遠(yuǎn)好于常規(guī)卷煙。與常規(guī)卷煙相比，再造煙草顆粒卷煙的燃燒線(xiàn)齊整，煙灰顏色較白。

用數(shù)碼相機(jī)拍攝兩種卷煙分別在動(dòng)態(tài)、靜態(tài)燃燒后的煙灰柱照片，用圖像分析軟件Image.J定量分析兩種卷煙燃燒后的卷煙紙包灰性能，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 包灰測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of dynamic and static ash integration between two types of cigarettes

表1的結(jié)果表明：常規(guī)卷煙在動(dòng)態(tài)燃燒狀態(tài)下的包灰效果遠(yuǎn)差于靜態(tài)燃燒，而再造煙草顆粒卷煙在動(dòng)態(tài)燃燒狀態(tài)下的包灰效果接近靜態(tài)燃燒。相同的卷煙紙，再造煙草顆粒卷煙靜態(tài)和動(dòng)態(tài)包灰值分別為常規(guī)卷煙的15.8%和16.6%，分別減少84.2%和83.4%，說(shuō)明再造煙草顆粒卷煙的包灰性能要好于常規(guī)卷煙。由于再造煙草顆粒本身形狀接近球體，粘合為柱形后，受溫度影響，各方向卷曲張力均衡，不會(huì)對(duì)卷煙紙灰產(chǎn)生明顯的張力，而常規(guī)卷煙中，煙絲主要以線(xiàn)體形式存在，與卷煙紙有一定的壓力接觸，升溫前卷曲張力大，因此再造煙草顆粒卷煙的燃燒包灰性較好。程占剛等[19]研究也表明，結(jié)構(gòu)疏松的煙原料和較窄的煙絲，較快的煙支靜燃速率，有助于改善包灰。

2.2 再造煙草顆粒卷煙的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

分別取試制的常規(guī)卷煙與再造煙草顆粒卷煙，參照國(guó)標(biāo)GB/T 5606.4—2005 《卷煙感官技術(shù)要求》對(duì)各感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 2種卷煙感官質(zhì)量Tab.2 Sensory quality of two types of cigarettes

評(píng)吸認(rèn)為：再造煙草顆粒卷煙的抽吸順暢感和香氣質(zhì)與常規(guī)卷煙基本相當(dāng)，再造煙草顆粒卷煙的滿(mǎn)足感較強(qiáng)，刺激性有所降低，整體感官質(zhì)量有所提升。

2.3 煙支的物理指標(biāo)和化學(xué)成分

2.3.1 煙支的物理指標(biāo)

常規(guī)卷煙和再造煙草顆粒卷煙的煙支常規(guī)物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 2種卷煙煙支樣品常規(guī)物理指標(biāo)Tab.3 Routine physical indexes of two types of cigarettes

表3兩種卷煙煙支常規(guī)物理指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表明：常規(guī)卷煙和再造煙草顆粒卷煙的質(zhì)量、圓周、長(zhǎng)度和吸阻的平均值基本一致，兩者的質(zhì)量平均值都顯著高于常見(jiàn)的市售卷煙產(chǎn)品。因?yàn)闊煵蓊w粒的填充值較低，制備的再造煙草顆粒卷煙的質(zhì)量較高，因此提高了相應(yīng)的以配方煙絲為原料的常規(guī)卷煙的質(zhì)量。在兩種卷煙質(zhì)量平均值基本一致時(shí)，卷煙吸阻平均值也基本一致，但再造顆粒卷煙吸阻的標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯小于試制的常規(guī)卷煙，基本能夠達(dá)到常見(jiàn)市售卷煙產(chǎn)品吸阻的波動(dòng)水平。再造煙草顆粒卷煙的圓度好、硬度高。再造煙草顆粒卷煙煙支的物理指標(biāo)滿(mǎn)足GB5606.3—2005《卷煙 第3部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運(yùn)》的要求。

2.3.2 煙支化學(xué)成分

隨機(jī)取常規(guī)卷煙和再造煙草顆粒卷煙樣品各10批次，分別取出煙絲和煙草顆粒，檢測(cè)其總糖、總堿含量及糖堿比，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 兩種卷煙煙支填充物化學(xué)成分Tab.4 Chemical constituents of two types of cigarettes

續(xù)表4

表4兩種卷煙煙支填充物化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果表明：常規(guī)卷煙和再造煙草顆粒卷煙的總糖、總堿和糖堿比的平均值基本一致，說(shuō)明煙草原料在粉碎、加工成煙草顆粒的過(guò)程中化學(xué)成分沒(méi)有明顯變化。再造煙草顆粒卷煙總糖、總堿和糖堿比的標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差均低于常規(guī)卷煙，其中再造煙草顆粒卷煙總糖檢測(cè)值的極差僅為對(duì)應(yīng)常規(guī)卷煙的18.4%。配方煙絲中不同等級(jí)和產(chǎn)地的煙草原料的化學(xué)成分具有差異，在再造煙草顆粒制備中，煙草原料經(jīng)過(guò)煙絲混合、磨粉混合和流化床造粒混合等三步加工過(guò)程，使得煙草原料得到了充分的均勻混合，提高了其均勻性，顯著降低了煙支之間化學(xué)成分的差異。

2.4 卷煙主流煙氣常規(guī)成分分析

按照質(zhì)量1.110±0.050 g、吸阻1120±50 Pa選取常規(guī)卷煙和再造煙草顆粒卷煙樣品，在ISO抽吸模式下，采用RM200A轉(zhuǎn)盤(pán)式吸煙機(jī)檢測(cè)主流煙氣常規(guī)煙氣成分，采用SM450直線(xiàn)式吸煙機(jī)檢測(cè)評(píng)價(jià)主流煙氣常規(guī)煙氣成分的穩(wěn)定性。

2.4.1 卷煙主流煙氣常規(guī)成分分析

采用RM200A轉(zhuǎn)盤(pán)式吸煙機(jī)進(jìn)行常規(guī)卷煙和再造煙草顆粒卷煙抽吸，檢測(cè)常規(guī)煙氣成分，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 兩種卷煙常規(guī)煙氣數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Comparison of routine smoke indexes between two types of cigarettes

表5兩種卷煙常規(guī)煙氣檢測(cè)結(jié)果表明，在同等煙絲用量的情況下常規(guī)卷煙與再造煙草顆粒卷煙的焦油和煙堿的釋放量基本相當(dāng)，再造煙草顆粒卷煙CO釋放量比常規(guī)卷煙降低4.95 mg/支，降低37.5%，相應(yīng)的CO/Tar比值降低到0.554。再造煙草顆粒卷煙主流煙氣中的水分低于常規(guī)卷煙，這可能是因?yàn)樵僭鞜煵蓊w粒卷煙的煙草顆粒的含水率為9.92%低于常規(guī)卷煙煙絲的12.51%。降低卷煙含水率、提高靜燃速率、燃燒充分可以降低卷煙CO釋放量[20-21]，煙支填充結(jié)構(gòu)對(duì)CO擴(kuò)散也有著重要影響，再造煙草顆粒卷煙含水率低、靜燃速率快、并且具有特殊的煙支結(jié)構(gòu)，這些可能是其CO釋放量較低的原因。

2.4.2 常規(guī)煙氣成分穩(wěn)定性比較

在ISO抽吸模式下，采用SM450直線(xiàn)式吸煙機(jī)對(duì)常規(guī)卷煙與再造煙草顆粒卷煙樣品進(jìn)行抽吸并檢測(cè)常規(guī)煙氣成分，每個(gè)樣品進(jìn)行10次平行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 兩種卷煙常規(guī)煙氣成分穩(wěn)定性Tab.6 Comparison of stability of routine smoke indexes of two types of cigarettes

表6兩種卷煙常規(guī)煙氣成分檢測(cè)結(jié)果表明：再造煙草顆粒卷煙與常規(guī)卷煙的焦油和煙堿均值基本一致，但焦油和煙堿檢測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為常規(guī)卷煙的40.5%和23.1%。再造煙草顆粒卷煙煙支之間重量、吸阻和化學(xué)成分等差異較小可能是其主流煙氣常規(guī)成分釋放量波動(dòng)較小的重要原因。在焦油基本一致的情況下，再造煙草顆粒卷煙的CO釋放量比常規(guī)卷煙降低了38.7%，CO/焦油比值降低到0.54。

3 結(jié)論

將煙草原料粉碎，以煙草顆粒為填充物制備了再造煙草顆粒卷煙，相比以相同重量的配方煙絲為原料的常規(guī)卷煙，再造煙草顆粒卷煙靜燃速率較快、包灰性較好，卷煙煙支之間的物理指標(biāo)和化學(xué)成分差異較小，焦油和煙堿釋放量的平均值基本一致，但焦油和煙堿檢測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為常規(guī)卷煙的40.5%和23.1%，常規(guī)煙氣成分更加穩(wěn)定。在同等焦油水平，再造煙草顆粒卷煙的CO釋放量顯著降低，CO/焦油比值可以降低到0.54。以煙草顆粒為填充物的再造煙草顆粒卷煙為提高卷煙品質(zhì)穩(wěn)定性和降低CO/焦油比值提供了新方法，同時(shí)，因?yàn)槠渚哂刑厥獾臒熤ЫY(jié)構(gòu)，也可以為新型煙草的研發(fā)開(kāi)拓思路。