煙支刺破梗簽粒度分析

徐大勇，鄧國棟，劉朝賢，舒芳譽(yù)，嚴(yán)劍凡，鄒泉，劉澤，郝喜良，堵勁松*

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業(yè)煙草工藝重點實驗室，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001；2 廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建省廈門市海滄新陽工業(yè)區(qū)新景路1號 361022；3 云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100；4 江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南京市建鄴區(qū)夢都路30號 210019

煙葉中的梗和葉脈在制絲加工過程中易形成梗簽或梗塊，在卷制前需將煙絲中的梗簽進(jìn)行剔除，減少煙絲中的含簽量。卷制到煙支中的梗簽一方面容易造成煙絲填充松緊不均勻，進(jìn)而影響煙支重量、吸阻的穩(wěn)定性；另一方面也是造成煙支刺破、漏氣的主要原因；并且梗簽在燃燒時易產(chǎn)生燃燒端爆口現(xiàn)象，從而影響煙支的燃燒性和感官質(zhì)量，因此梗簽控制一直是卷煙企業(yè)過程控制的重點和難點。

卷煙加工過程一般通過打葉復(fù)烤葉中含梗的控制、制絲環(huán)節(jié)的風(fēng)選和卷煙機(jī)的梗簽分離系統(tǒng)來減少卷煙中的梗簽含量，提高卷煙質(zhì)量。行業(yè)內(nèi)有關(guān)梗簽的相關(guān)研究主要集中在打葉復(fù)烤葉中含梗率的控制[1-2]和梗簽分離或剔除裝置的研究與開發(fā)[3-11]。目前燃燒端爆口的現(xiàn)象基本得到有效控制，但刺破現(xiàn)象仍然存在，尤其是細(xì)支煙的刺破率較高，調(diào)研發(fā)現(xiàn)常規(guī)卷煙、中支煙、細(xì)支煙煙支刺破率分別為0.12‰、0.32‰和0.69‰。不同圓周規(guī)格的卷煙，在不同加工環(huán)節(jié)如何合理地控制、降低梗簽的含量尚缺乏依據(jù)和統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn)，因此在實際生產(chǎn)過程中，不同企業(yè)對梗簽有各自不同的控制標(biāo)準(zhǔn)。

本文通過大量收集刺破不同圓周煙支梗簽，分析刺破煙支梗簽粒度分布規(guī)律，獲得刺破煙支概率較高的梗簽粒度，為合理控制煙絲中梗簽尺寸及其含量，減少煙支刺破概率，提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品與儀器

3 種不同圓周規(guī)格卷煙的刺破煙支，其中：常規(guī)煙8 個牌號1244 支（福建中煙、云南中煙），圓周（24±1）mm，切絲寬度（1.0±0.1）mm；中支煙3 個牌號893 支（福建中煙），圓周（20±1）mm，切絲寬度（0.9±0.1）mm；細(xì)支煙7 個牌號913 支（江蘇中煙、福建中煙、云南中煙），圓周（17±1）mm，切絲寬度（0.8±0.1）mm。卷煙機(jī)剔除物；裁紙刀；鑷子；片煙大小及其分布測定系統(tǒng)（昆明船舶設(shè)計研究院、鄭州煙草研究院，分辨率0.3 mm×0.3 mm）。

1.2 方法

1.2.1 梗簽收集

刺破煙支梗簽：用裁紙刀將煙支刺破處割開，鑷出刺破梗簽，并將不同圓周規(guī)格卷煙的刺破梗簽分別收集。本文著重討論不同圓周規(guī)格卷煙刺破梗簽粒度差異，因此雖然不同牌號/規(guī)格卷煙原料葉中含梗率、加工工藝有所差異，但不單獨分類收集，僅按其煙支圓周進(jìn)行分類。

卷煙機(jī)剔除梗簽：隨機(jī)選擇不同圓周規(guī)格卷煙各一個牌號，在其正常加工時任一卷煙機(jī)臺的梗簽剔除出口各接取30 kg，合并為一個樣品。

1.2.2 梗簽粒度檢測

圖1 被剔除梗簽的尺寸分布Fig. 1 The size distribution of rejected cigarette-puncturing slivers

圖2 常規(guī)煙刺破梗簽尺寸分布Fig. 2 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in conventional cigarette

圖3 中支煙刺破梗簽尺寸分布Fig. 3 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in medium cigarette

刺破煙支梗簽：利用片煙大小及其分布測定系統(tǒng)，采用圖像法檢測出每根梗簽的最小外接矩形的長和寬，視為梗簽的長度和寬度。

卷煙機(jī)剔除梗簽：用四分法選擇一份并挑選出剔除物中的煙絲后，利用片煙大小及其分布測定系統(tǒng)檢測卷煙機(jī)剔除梗簽的長度和寬度。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺破煙支梗簽及剔除物梗簽尺寸分布比較

圖4 細(xì)支煙刺破梗簽尺寸分布Fig. 4 The size distribution of cigarette-puncturing slivers in slim cigarette

卷煙機(jī)剔除梗簽和常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙刺破梗簽尺寸分布見圖1～4 所示?？梢灾庇^看出刺破煙支（常規(guī)、中支、細(xì)支）的梗簽尺寸分布較卷煙機(jī)剔除梗簽尺寸短且窄，剔除物梗簽中個別梗簽最大長度達(dá)50 mm，最大寬度達(dá)14.7 mm；常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙刺破梗簽最大長度均在25 mm 以內(nèi)，常規(guī)煙、中支煙刺破梗簽寬度均在10 mm 以內(nèi)，細(xì)支煙刺破梗簽寬度在6.5 mm 以內(nèi)。由此表明卷制過程中較大尺寸的梗簽（或梗塊）基本能被卷煙機(jī)剔除，且由于細(xì)支煙在卷制時梗簽剔除比例較高且尺寸越大越易剔除，因此細(xì)支煙刺破梗簽尺寸分布范圍小于常規(guī)煙和中支煙。

為進(jìn)一步分析刺破梗簽長度與寬度的相關(guān)關(guān)系，按梗簽長度和寬度兩個維度統(tǒng)計不同尺寸梗簽量占總梗簽量比例，進(jìn)行卡方檢驗，并計算lambad 關(guān)聯(lián)度系數(shù)和相關(guān)性系數(shù)，統(tǒng)計結(jié)果分別見表1、2。

表1 刺破梗簽長度和寬度卡方檢驗結(jié)果Tab. 1 Chi-square test results for length and width of cigarettepuncturing sliver

表2 刺破梗簽長度和寬度關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果Tab. 2 Correlation analysis results of length and width of cigarettepuncturing sliver

由表1 卡方檢驗結(jié)果可以看出，卡方檢驗的概率P 值均小于顯著性水平0.05，表明刺破煙支的梗簽長度和寬度存在關(guān)聯(lián)性。但由表2 可以看出，Lambda系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小1，由此可見刺破梗簽長度與寬度的相關(guān)性一般。

2.2 煙支刺破梗簽寬度分布規(guī)律

不同圓周煙支刺破梗簽寬度統(tǒng)計結(jié)果見表3 所示。由統(tǒng)計結(jié)果可以看出，不同圓周卷煙煙支刺破梗簽最小寬度均為0.7 mm，說明0.7 mm 以下梗簽刺破煙支的概率較小，其主要原因是寬度0.7 mm 以下梗簽一般呈粒狀或厚度較薄的絲狀，對于絲狀而言，其硬度較小，即使梗簽長度較長，卷制時也不易產(chǎn)生刺破。

常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙刺破煙支梗簽的平均寬度存在明顯差異，分別為2.12 mm、1.74 mm 和1.69 mm，約為對應(yīng)周長煙支切絲寬度（常規(guī)煙1 mm、中支煙0.9 mm、細(xì)支煙0.8 mm）的2 倍。

表3 不同類型煙支刺破梗簽寬度描述統(tǒng)計結(jié)果Tab. 3 Description statistics of width of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

以1 mm 為區(qū)間間隔，統(tǒng)計不同圓周卷煙煙支刺破梗簽寬度的區(qū)間頻率，結(jié)果見圖5 所示。由統(tǒng)計結(jié)果可知，不同圓周煙支刺破梗簽寬度均集中在1 mm～3 mm范圍內(nèi)，占刺破煙支梗簽的80%以上，其中，由于中支煙和細(xì)支煙切絲寬度較小，寬度在1 mm～2 mm 范圍內(nèi)的梗簽占60%以上。因此，為減少該寬度范圍內(nèi)的梗簽含量，降低煙支刺破概率，葉中含梗應(yīng)重點控制直徑1.0 mm 以上含梗比例，同時提高切絲寬度的均勻性。

2.3 煙支刺破梗簽長度分布規(guī)律

不同圓周煙支刺破梗簽長度統(tǒng)計結(jié)果見表4 所示。由統(tǒng)計結(jié)果可以看出，常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙煙支刺破梗簽最小長度分別為1.00 mm、1.30 mm 和1.00 mm，表明雖然煙絲匯總長度在1.0 mm 以下的梗簽大量存在，但通常長度1 mm 以下的梗簽呈顆粒狀，其刺破煙支的概率較小。

圖5 不同類型煙支刺破梗簽寬度區(qū)間頻率統(tǒng)計結(jié)果Fig. 5 Frequency statistics of width of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙刺破梗簽的平均長度分別為7.39 mm、5.89 mm 和5.12 mm，與對應(yīng)周長煙支直徑基本相當(dāng)（常規(guī)煙7.6 mm、中支煙6.4 mm、細(xì)支煙5.4 mm），表明煙支圓周越小，刺破煙支的梗簽長度越小。并且由于煙絲中尺寸越小的梗簽數(shù)量越多，因此造成卷煙生產(chǎn)加工過程中煙支刺破的概率：細(xì)支煙＞中支煙＞常規(guī)煙。

表4 不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長度描述統(tǒng)計結(jié)果Tab. 4 Description statistics of length of cigarette-puncturing slivers in cigarettes with different circumference

以1 mm 為區(qū)間間隔，統(tǒng)計不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長度的區(qū)間頻率，結(jié)果見圖6 所示。由統(tǒng)計結(jié)果可知，常規(guī)煙、中支煙和細(xì)支煙刺破煙支梗簽長度分別主要集中在6 mm～9 mm、4 mm～7 mm 和3 mm～6 mm 范圍內(nèi)，占刺破煙支梗簽的70%以上，因此為減少煙支刺破概率，常規(guī)煙、中支煙和細(xì)支煙在制絲和卷制過程中應(yīng)分別減少長度6 mm、4 mm 和3 mm 以上，寬度1.0 mm 以上梗簽比例。

2.4 煙支刺破梗簽長寬比分布規(guī)律

不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長寬比統(tǒng)計結(jié)果見表5 所示。由統(tǒng)計結(jié)果可以看出，常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙煙支刺破梗簽長寬比分別分布在1.0～11.1、1.0～9.7 和1.0～8.5 范圍內(nèi)，平均長寬比分別為3.8、3.9 和3.3，細(xì)支煙煙支刺破梗簽長寬比相對較小。

圖6 煙支刺破梗簽長度區(qū)間頻率統(tǒng)計結(jié)果Fig. 6 Frequency statistics of length range of cigarette-puncturing slivers in different types of cigarettes

表5 不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長寬比統(tǒng)計結(jié)果Tab. 5 Description statistics of aspect ratio of cigarette-puncturing slivers in cigarettes with different circumference

圖7 煙支刺破梗簽長寬比區(qū)間頻率統(tǒng)計結(jié)果Fig. 7 Frequency statistics of aspect ratio range of cigarettepuncturing slivers in different types of cigarettes

不同圓周卷煙煙支刺破梗簽長度的區(qū)間頻率統(tǒng)計結(jié)果見圖7 所示，常規(guī)煙和中支煙長寬比主要分布在2～6 之間，細(xì)支煙長寬比主要分布在1～5 之間，占80%以上。通過對刺破梗簽形態(tài)的觀察發(fā)現(xiàn)，該長寬比范圍內(nèi)的梗簽呈圓柱狀，通常硬度較大，在煙支中易垂直或基本垂直軸向分布，從而卷制時出現(xiàn)刺破現(xiàn)象，對于長寬比較小的梗簽，通常長度較短，僅對直徑相對較小的細(xì)支煙影響較大，而對于長寬比較大的梗簽（一般是長度大于煙支直徑），即使未被剔除，卷制時梗簽受卷煙紙邊界條件約束，與煙支軸向形成一定夾角，且梗簽長度越長軸向夾角越小，梗簽受卷煙紙脅迫產(chǎn)生的徑向反作用力越小，因此發(fā)生刺破的概率較小。

按圖7 對直徑在1 mm-9 mm 之間的煙支刺破梗簽長寬比分布與不同規(guī)格卷煙區(qū)間頻率進(jìn)行方差分析，并對顯著差異因子作Duncan 事后檢驗（Alpha=0.05），結(jié)果分別見表6、表7。由表6 可知，不同長寬的梗簽刺破的概率存在顯著差異。由表7 可以看出，刺破煙支梗簽中長寬比為3～4 的梗簽比例最多，其次是長寬比為2～3 與4～5 和1～2 與5～6 的梗簽，長寬比在6以上的梗簽刺破概率差異不大且刺破的概率最小。

表6 刺破梗簽頻率方差分析Tab. 6 Variance analysis of the frequency of cigarette-puncturing slivers

表7 長寬比同類子集Tab. 7 Similar subsets of aspect ratio

3 結(jié)論

（1）卷制過程中較大尺寸梗簽基本能被卷煙機(jī)剔除；寬度小于0.7 mm 或長度小于1.0 mm 的細(xì)梗簽和梗粒造成煙支刺破的概率較小。

（2）常規(guī)煙、中支煙、細(xì)支煙刺破煙支梗簽的寬度主要集中在1.0 mm～3 mm 之間，占80%以上，平均寬度分別為2.12 mm、1.74 mm 和1.69 mm，約為對應(yīng)周長煙支切絲寬度的2 倍。

（3）常規(guī)煙、中支煙和細(xì)支煙刺破煙支梗簽長度分別主要集中在6 mm～9 mm、4 mm～7 mm 和3 mm～6 mm 范圍內(nèi)，占70%以上。刺破梗簽的平均長度為：常規(guī)煙（7.39 mm）＞中支煙（5.89 mm）＞細(xì)支煙（5.12 mm），與對應(yīng)煙支直徑基本相當(dāng)。

（4）刺破煙支梗簽中長寬比為3～4 的梗簽比例最多，其次是長寬比為2～3 與4～5 和1～2 與5～6 的梗簽，長寬比在6 以上的梗簽刺破概率差異不大且刺破的概率最小。

（5）為減少煙支絲刺破概率，對于梗簽的控制：一是葉中含梗應(yīng)重點控制直徑1.0 mm 以上含梗比例；二提高切絲寬度的均勻性；三進(jìn)一步提高煙絲中梗簽的剔除效果，常規(guī)、中支、細(xì)支卷煙分別重點控制長度＞6 mm、＞4 mm、＞3 mm 的梗簽含量。