貯存期間盒裝卷煙含水率的影響因素

劉民昌，溫若愚，劉 洋，文 武*，張榮亞，吉笑盈，陳雪梅，王志紅，萬 明

1.四川中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，成都市成龍大道一段56號 610066 2.四川中煙工業(yè)有限責任公司成都卷煙廠，成都市成龍大道一段56號 610066 3.四川中煙工業(yè)有限責任公司什邡卷煙廠，四川省什邡市鎣峰南路1號 618400

煙絲含水率是影響卷煙感官品質的重要因素，含水率過高，煙味平淡，香氣無法充分彰顯；含水率過低，煙氣干燥刺激，舒適性較差［1-2]。為保障煙絲含水率的穩(wěn)定性，卷煙在生產(chǎn)過程中有嚴格的工藝及環(huán)境控制要求，但成品卷煙經(jīng)長時間貯存、流通后，其含水率有時會發(fā)生較大變化，造成卷煙感官品質下降，嚴重時甚至有黃斑霉變現(xiàn)象發(fā)生［3-4]。為減小外界環(huán)境的影響，在卷煙包裝時普遍采用BOPP透明紙作為水分阻隔材料，但由于無法做到透明紙完全密封，長時間貯存后煙包與環(huán)境間依然存在水分遷移現(xiàn)象［5]。對于煙包的密封性能，前人研究多基于充氣法檢測原理［6-8]，而煙草行業(yè)標準YC/T140—1998《卷煙 小盒密封度的測定 充氣法》［9]已于2013年廢止，目前執(zhí)行煙草企業(yè)標準YC-JY/T2—2018《卷煙 小盒密封度及泄漏點的測定負壓抽氣 水浸法》［10]，對于最新標準，已有文獻主要關注檢測方法的準確性及密封度的影響因素［11-12]，而對于密封度及貯存環(huán)境對煙包內煙絲含水率影響規(guī)律的深入研究還鮮見報道?；谧钚旅芊舛葯z測標準，通過系統(tǒng)研究貯存時間、貯存溫度、相對濕度及密封度對硬包卷煙煙絲含水率的影響規(guī)律，旨在為改善卷煙的貯存條件及包裝質量的控制水平提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

“嬌子（紅格調）”常規(guī)硬包卷煙由四川中煙工業(yè)有限責任公司成都卷煙廠提供。

乙酸鉀、氯化鎂、碳酸鉀、溴化鈉、氯化鈉、氯化鉀、硫酸鉀（AR，阿拉丁試劑有限公司）。

PL203電子天平（感量：0.000 1 g，瑞士Mettle Toledo公司）；PSTNE100卷煙包裝密封度檢測儀（合肥眾沃儀器技術有限公司）；YM-OPT-1卷煙小盒氣密性測試儀（云南巴菰生物科技有限公司）；RGX-150B人工氣候培養(yǎng)箱（上海坤天儀器有限公司）；GZX-9240MBE電熱恒溫鼓風干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 密封度檢測方法

（1）負壓抽氣法：利用卷煙包裝密封度檢測儀PSTNE100，將煙包放置在測試區(qū)，設備自動進樣、打孔、檢測，孔的深度為煙包厚度的一半。其原理是：通過檢測孔與外界聯(lián)通并對密封檢測室進行抽氣，由于煙包內外存在壓差，空氣會通過透明紙粘貼搭扣處的縫隙向外擴散，將空氣流量穩(wěn)定在200 mL/min，記錄此時檢測室內的負壓值，檢測結果以密封度表示，單位為kPa，密封度越高，表示煙包密封性能越好。

（2）充氣法：利用卷煙小盒氣密性測試儀YM-OPT-1，在煙包上手工進行打孔，孔的深度為煙包厚度的一半，將煙包放置在測試區(qū)，煙包開孔處與設備檢測氣孔對齊。測試原理是：煙包外氣壓為大氣壓，通過檢測孔對煙包進行充氣，由于煙包內外存在壓差，空氣會通過透明紙粘貼搭口處的縫隙向外擴散，使煙包內外壓差穩(wěn)定在1.0 kPa，記錄此時通入煙包的空氣流量，檢測結果以氣密值表示，單位為mL/min，氣密值越小，表示煙包密封性能越好。

1.2.2 恒溫恒濕環(huán)境制作方法

根據(jù)“飽和鹽溶液標準相對濕度表”［13-14]，從中選擇7種試劑進行飽和鹽溶液配制，不同溫度條件下飽和鹽溶液的平衡相對濕度值如表1所示，樣品平衡箱示意圖如圖1所示。試驗時，將煙包樣品放置在平衡箱中，平衡箱放置在一定溫度的人工氣候培養(yǎng)箱中，在平衡箱的中部配有帶孔洞的隔板，底部為飽和鹽溶液盛放區(qū)域，上部為煙包樣品盛放區(qū)域，平衡箱蓋具有硅樹脂密封圈及鎖扣。煙包樣品平衡前，首先將平衡箱在一定溫度環(huán)境中放置1 d以上，以避免因平衡箱內溫度變化帶來的相對濕度波動。

表1 所選飽和鹽溶液不同溫度下的平衡相對濕度值Tab.1 Equilibrium relative humidity of selected saturated salt solutions at different temperatures

1.2.3 樣品平衡方法

1.2.3.1 煙包內煙絲含水率計算方法

隨機取15包卷煙，編號并稱量煙包初始質量。剝開1包卷煙，利用烘箱法檢測煙絲初始含水率［15]，將剩余14包卷煙等分為2組，分別放置在盛有乙酸鉀、氯化鉀飽和溶液的平衡箱中，再將平衡箱整體放入人工氣候培養(yǎng)箱中，人工氣候培養(yǎng)箱溫度設置為40℃，每間隔2 d各取出1包卷煙，稱量煙包質量。開包并剝開煙支，利用烘箱法檢測煙絲含水率，建立煙絲含水率與煙包質量變化率的關系模型，后續(xù)利用該模型計算不同平衡條件下煙包內的煙絲含水率。

1.2.3.2 煙包密封度對煙絲含水率的影響試驗方法

利用卷煙包裝密封度檢測儀檢測煙包密封度，將密封度分為30個梯度，每種梯度均挑選3包密封度差異在±0.02 kPa范圍內的煙包，編號并利用1 cm2的透明膠帶將檢測孔粘貼密封，稱量煙包初始質量。將煙包放置在盛有氯化鉀飽和溶液的平衡箱中，再將平衡箱整體放入人工氣候培養(yǎng)箱中，人工氣候培養(yǎng)箱溫度設置為40℃，平衡箱內相對濕度為82.32%，每間隔5 d稱量1次煙包質量，根據(jù)煙包質量變化計算不同密封度下的煙絲含水率平均值。

1.2.3.3 相對濕度對煙絲含水率的影響試驗方法

利用卷煙包裝密封度檢測儀檢測煙包密封度，從中選擇70包密封度在（1.00±0.02）kPa范圍內的煙包，編號并利用1 cm2的透明膠帶將檢測孔粘貼密封，稱量煙包初始質量。將煙包分別放置在盛有7種不同飽和鹽溶液的平衡箱中，再將平衡箱整體放入人工氣候培養(yǎng)箱中，每個平衡箱均放置10包卷煙，人工氣候培養(yǎng)箱溫度設置為30℃，每間隔5 d稱量1次煙包質量，根據(jù)煙包質量變化計算不同濕度條件下的煙絲含水率平均值。

1.2.3.4 貯存溫度對煙絲含水率的影響試驗方法

利用卷煙包裝密封度檢測儀檢測煙包密封度，從中選擇70包密封度在（1.00±0.02）kPa范圍內的煙包，編號并利用1 cm2的透明膠帶將檢測孔粘貼密封，稱量煙包初始質量。將煙包放置在盛有相對濕度隨溫度變化較小的氯化鈉飽和溶液的平衡箱中，再將平衡箱整體放入人工氣候培養(yǎng)箱中，人工氣候培養(yǎng)箱溫度分別設置為10、15、20、25、30、35、40℃，每種溫度均放置10包卷煙，每間隔5 d稱量1次煙包質量，根據(jù)煙包質量變化計算不同溫度條件下的煙絲含水率平均值。

2 結果與分析

2.1 密封度檢測方法對比

隨機取300包卷煙，編號并利用密封度檢測儀檢測密封度，之后利用小盒氣密性測試儀檢測氣密值，二者檢測結果的關系見圖2，300包卷煙的密封度分布情況見圖3?？梢钥闯觯孩倜芊舛扰c氣密值的關系符合冪函數(shù)模型y=124.64x-0.9880，R2=0.887 3，擬合程度較好。說明兩種檢測方法均能夠表征煙包的密封性能。卷煙包裝密封性能越好，煙包越不易漏氣，檢測結果的密封度越大、氣密值越小，即相同氣體流量下所需負壓越大，或相同氣壓下的氣體流量越小。②抽樣范圍內，300包卷煙的密封度平均值為1.41 kPa，變異系數(shù)為68.78%，說明不同煙包之間的密封度存在較大波動。

2.2 煙包內煙絲含水率計算模型的建立

煙包質量與煙絲含水率數(shù)據(jù)見表2，煙絲含水率與煙包質量變化率的關系見圖4?？梢钥闯觯瑹熃z含水率與煙包質量變化率的關系符合線性模型y=1.374 6x+11.877 3，R2=0.996 7，計算值與實測值的平均相對誤差為0.53%，擬合程度良好。說明可以利用該模型通過煙包質量變化較為準確地計算煙包內的煙絲含水率，提高試驗效率。

表2 煙包質量與煙絲含水率測試結果Tab.2 Weight of cigarette packet and moisture content in cut filler

2.3 密封度對煙包內煙絲含水率的影響

煙包內煙絲含水率與密封度的關系見圖5和圖6?？梢钥闯觯孩僭跍囟?0℃、相對濕度82.32%條件下，煙包內煙絲含水率隨貯存時間延長而逐漸增加，且密封度越小，煙絲含水率增加速率越快。這是因為密封度越小，外界水分越易通過透明紙搭口處縫隙進入煙包。當密封度在2.00 kPa以下時，提高密封度能夠顯著提高煙包的防潮性能；當密封度在2.00 kPa以上時，提高密封度，煙包的防潮性能改善不明顯。②貯存15 d后，煙包內煙絲含水率與密封度的關系符合冪函數(shù)模型y=0.807 0x-0.5833+12.848 2，R2=0.977 9，擬合程度良好。煙包內煙絲的初始含水率為11.877 3%，當密封度無窮大時，煙絲含水率依然增加了0.970 9百分點。這是因為煙包透明紙材料自身具有一定的透濕性［16-17]，由該模型計算出密封度的理論臨界值為0.73 kPa，當密封度大于臨界值時，水分主要通過透明紙的自身微孔進入煙包；當密封度小于臨界值時，水分主要通過透明紙搭口處的縫隙進入煙包。在卷煙包裝生產(chǎn)時，應適當提高煙包密封度及其穩(wěn)定性。

2.4 相對濕度對煙包內煙絲含水率的影響

煙包內煙絲含水率與相對濕度的關系見圖7和圖8?？梢钥闯觯孩僭诿芊舛?.00 kPa、溫度30℃條件下，隨著貯存時間延長，在干燥環(huán)境中煙絲含水率逐漸降低，在潮濕環(huán)境中煙絲含水率逐漸增加。②貯存15 d后，煙絲含水率與相對濕度的關系符合線性模型y=0.049 9x+8.876 8，R2=0.992 6，擬合程度良好。煙包內煙絲的初始含水率為11.877 3%，以此計算出相對濕度理論臨界值為60.13%。當外界相對濕度高于臨界值時，水分由外向內擴散，反之水分由內向外擴散，且環(huán)境相對濕度與臨界值差異越大，水分擴散速率越快。在卷煙貯存時，應根據(jù)卷煙煙絲含水率實際情況設置合理的環(huán)境相對濕度。

2.5 貯存溫度對煙包內煙絲含水率的影響

煙包內煙絲含水率與貯存溫度的關系見圖9和圖10?？梢钥闯觯孩僭诿芊舛?.00 kPa、相對濕度75%左右條件下，煙包內煙絲含水率隨貯存時間延長而逐漸增加，且貯存溫度越高，煙絲含水率增加速率越快。②貯存15 d后，煙絲含水率與溫度關系為y=7.374 8e（-84.2112/x）+12.096 3，R2=0.997 6，擬合程度良好。環(huán)境溫度越高，水分子擴散速率越快，溫度對水分擴散速率的影響符合阿倫尼烏斯行為。在卷煙貯存時，應結合能源消耗情況適當降低環(huán)境溫度。

3 結論

（1）分別利用負壓抽氣法與充氣法對相同的300包卷煙進行了檢測，兩種方法檢測結果的相關性較好，均能夠表征煙包的密封性能。煙包密封度平均值為1.41 kPa，變異系數(shù)為68.78%，說明不同煙包之間的密封度存在較大波動。

（2）建立了基于煙包質量變化的煙絲含水率計算模型，R2=0.996 7，平均相對誤差為0.53%，擬合程度良好?？梢愿鶕?jù)煙包質量變化計算煙包內的煙絲含水率，提高試驗效率。

（3）在溫度40℃、相對濕度82.32%條件下貯存15 d后，煙包內煙絲含水率隨密封度的減小而顯著增加。密封度的理論臨界值為0.73 kPa，當密封度小于臨界值時，外界水分主要通過透明紙粘貼搭口處縫隙進入煙包。

（4）環(huán)境溫度越高，煙絲含水率變化越快，煙包的相對濕度臨界值為60.13%，當環(huán)境相對濕度低于臨界值時，煙絲水分散失，反之則吸潮，且環(huán)境相對濕度與臨界值差異越大，煙絲水分散失或吸潮速率越快。在卷煙貯存時，應根據(jù)實際情況，設置合理的相對濕度、降低貯存溫度并縮短貯存周期。