接裝紙透氣度對(duì)卷煙煙氣及感官質(zhì)量影響的PLS 回歸分析

楊金龍,王文婷,朱萍,張紅玉,張進(jìn)文,崔遲

(甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)研發(fā)中心,甘肅 蘭州,730050)

“三紙一棒”是目前煙草企業(yè)實(shí)現(xiàn)“降焦減害”方面最有效的途徑之一,同時(shí)卷煙輔助材料的設(shè)計(jì)參數(shù)(卷煙紙定量、濾棒吸阻、圓周、接裝紙透氣度和濾嘴通風(fēng)度等)與卷煙煙氣有害成分釋放量的量化關(guān)系的研究已經(jīng)成為行業(yè)的研究熱點(diǎn)[1-4]。如趙樂(lè)等[5]人則研究了輔助材料設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)卷煙7 種煙氣有害成分釋放量的影響,發(fā)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣CO、氫氰酸、NNK、氨、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛釋放量的影響程度不一樣。而透氣度作為“三紙一棒”輔材參數(shù)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo),它不僅對(duì)卷煙的常規(guī)煙氣和7 種有害成分釋放量有顯著影響,也影響著卷煙的感官質(zhì)量。

眾所周知,接裝紙是一種將濾嘴與煙支卷接起來(lái)的專用紙。目前,針對(duì)接裝紙透氣度對(duì)卷煙質(zhì)量的相關(guān)研究也較多。如施豐成、楊松等[6,7]人就接裝紙透氣度等輔助材料設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)不同規(guī)格卷煙感官質(zhì)量和煙氣化學(xué)成分進(jìn)行了研究。堯珍玉[8]、龐永強(qiáng)[9]等人則分析了不同透氣度的接裝紙對(duì)卷煙煙氣成分和燃燒溫度的影響,研究發(fā)現(xiàn)透氣度跟煙氣成分、燃燒溫度、感官質(zhì)量等都有一定的線性相關(guān)關(guān)系。翟玉俊等[10]人研究了接裝紙和成形紙透氣度對(duì)主流煙氣中堿性香味成分的影響。偏最小二乘(PLS)回歸分析方法是一種新型的多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法[11],可以實(shí)現(xiàn)回歸建模、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和兩組變量之間的相關(guān)性分析[12]。羅彥波等[12]利用PLS 回歸分析方法研究了卷煙材料和膨脹梗絲等多因素作用對(duì)卷煙燃燒溫度和主流煙氣有害成分釋放量的影響。金勇[11]等也利用PLS 分析方法研究了接裝紙打孔參數(shù)對(duì)卷煙煙氣焦油和七種有害成分釋放量的影響。本文擬通過(guò)研究在低的接裝紙透氣度下,利用PLS 回歸分析方法觀察其透氣度變化給卷煙的常規(guī)煙氣、7 種有害成分及感官質(zhì)量帶來(lái)的影響,旨在為卷煙產(chǎn)品開(kāi)發(fā)維護(hù)時(shí)能提供科學(xué)合理的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

采用同一種配方煙絲,用不同透氣度(0、80、150、250 CU)的接裝紙卷制樣品,其他輔助材料都完全一樣,編號(hào)為S1、S2、S3、S4。其中,煙支規(guī)格為84×24.4 mm、濾嘴長(zhǎng)度為30 mm、濾棒成形紙透氣度為6 000 CU。

電子天平(MSA224S-CE 型,德國(guó)Sartorius 公司);流動(dòng)分析儀(AA3 型,德國(guó)SEAL 公司);離子色譜儀(ICS-3000 型,美國(guó)Thermo 公司);全自動(dòng)吸煙機(jī)(RM200A 型,德國(guó)Borgwaldt 公司);直線吸煙機(jī)(SM450 型,英國(guó)Cerulean 公司);氣相色譜儀(7890B 型,美國(guó)Agilent 公司);氣相-色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(7890B-5977A 型,美國(guó)Agilent 公司);超高效液相串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(UPLC XEVO-TQD 型,美國(guó)Waters公司);高效液相色譜儀(E2695 型,美國(guó)Waters 公司);恒溫恒濕箱(Pharma 600 型,法國(guó)WEISS 公司)。

1.2 煙氣分析及數(shù)據(jù)處理

卷煙試驗(yàn)樣品在溫度(22±1)℃、相對(duì)濕度(60±2)%條件下平衡48 h,然后進(jìn)行質(zhì)量和吸阻的選擇,其中質(zhì)量為(平均質(zhì)量±0.02)g、吸阻為(平均吸阻±50)Pa。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)卷煙試驗(yàn)樣品測(cè)定煙氣常規(guī)成分和主流煙氣7 種有害成分(CO、氫氰酸、NNK、氨、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛)的釋放量。然后用Minitab 軟件對(duì)接裝紙透氣度與煙氣的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行PLS 回歸分析、相關(guān)性系數(shù)r和顯著性水平P。

1.3 感官質(zhì)量評(píng)吸

依據(jù)煙草行業(yè)感官評(píng)吸方法,結(jié)合本次的研究?jī)?nèi)容,針對(duì)性的設(shè)計(jì)卷煙感官評(píng)吸方案。由7 位評(píng)吸人員組成評(píng)吸小組,分別對(duì)卷煙樣品進(jìn)行評(píng)價(jià),最終得分取7 位評(píng)吸人員給的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 接裝紙透氣度對(duì)主流煙氣7 種有害成分釋放量的影響

依據(jù)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)不同接裝紙透氣度的卷煙試驗(yàn)樣品的主流煙氣的7 種成分(CO、HCN、NNK、NH3、苯并[a]芘、苯酚、巴豆醛)的釋放量及卷煙危害性指數(shù)H如表1 所示,并采用Minitab 軟件對(duì)接裝紙透氣度與主流煙氣七種有害成分釋放量進(jìn)行線性回歸擬合分析及PLS 回歸方程的方差分析,結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 卷煙樣品主流煙氣7 種有害成分釋放量及H 值

由表2 可知,在保證其他參數(shù)不變的前提下,隨著接裝紙透氣度的增加,其與主流煙氣中的CO、HCN、NH3、苯酚和巴豆醛的釋放量有很好的顯著負(fù)相關(guān)性(P＜0.05)。雖然接裝紙透氣度與BaP 和NNK的釋放量沒(méi)有相關(guān)性(P＞0.05),但是不影響其與危害性指數(shù)H的相關(guān)性,兩者反而具有很好的顯著相關(guān)性(P＜0.05)。根據(jù)不同透氣度下主流煙氣成分的釋放量,發(fā)現(xiàn)接裝紙透氣度每增加10 CU,CO、HCN、NH3、苯酚、巴豆醛的釋放量以及危害性指數(shù)H可分別降低1.80%、2.43%、2.90%、0.97%、1.68%和1.65%。這是因?yàn)殡S著接裝紙透氣度增大,空氣由接裝紙進(jìn)入主流煙氣的量也隨之增大,使得稀釋作用增強(qiáng)[13]。由于主流煙氣有害成分總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì),也就使得卷煙危害性指數(shù)減小。同時(shí),由圖2的方差分析結(jié)果表明主流煙氣有害成分除BaP 和NNK 外,其他成分釋放量及危害指數(shù)H的PLS 回歸方程的P值均小于0.05,說(shuō)明回歸方程能通過(guò)顯著水平的檢驗(yàn)。

表2 接裝紙透氣度與7 種有害成分釋放量的線性回歸方程及PLS 方差分析

2.2 接裝紙透氣度對(duì)卷煙常規(guī)煙氣成分的影響

不同接裝紙透氣度卷煙的常規(guī)煙氣成分的測(cè)定含量及與接裝紙透氣度的擬合線性回歸方程如表3所示。由表3 可知,隨著接裝紙透氣度從0 CU 增加到250 CU,卷煙常規(guī)煙氣成分的總粒相物、煙堿、焦油呈現(xiàn)有規(guī)律的下降,而抽吸口數(shù)卻增加,它們都與透氣度有很好的顯著性相關(guān)關(guān)系(P＜0.05),這與堯珍玉等人的研究結(jié)果一致[8],這都?xì)w因于透氣度的增大使得更多的空氣進(jìn)入煙氣中,起到稀釋煙氣的作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著接裝紙透氣度每增加10 CU,總粒相物、煙堿和焦油含量依次降低1.41%、1.00%和1.30%。圖1 也展示了接裝紙透氣度對(duì)卷煙煙氣中總粒相物、煙堿和焦油的影響,發(fā)現(xiàn)即使透氣度增加使得卷煙的抽吸口數(shù)增加,但卷煙單口的總粒相物、煙堿和焦油卻呈現(xiàn)顯著性的負(fù)相關(guān)關(guān)系。也就是說(shuō)接裝紙透氣度的增加稀釋了卷煙煙氣,反而降低了煙氣中總粒相物、煙堿和焦油的遞送率,進(jìn)而使得每口的含量降低[13]。

圖1 接裝紙透氣度對(duì)每口煙氣的總粒相物、焦油和煙堿量的影響

表3 接裝紙透氣度與卷煙常規(guī)煙氣含量的線性關(guān)系

2.3 接裝紙透氣度對(duì)卷煙感官質(zhì)量的影響

不同接裝紙透氣度卷煙感官評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2 和表4。由圖2 和表4 可知,接裝紙透氣度的增加對(duì)卷煙感官質(zhì)量的不同指標(biāo)影響也不一樣,基本是遞增、遞減和先增后減的趨勢(shì)。隨著透氣度從0 CU 增加到250 CU,細(xì)膩度、刺激性、香氣質(zhì)等指標(biāo)有提升趨勢(shì),煙氣濃度、生津感、香氣量等指標(biāo)卻呈減弱趨勢(shì),剩下的雜氣、余味、干燥感等指標(biāo)有先增后降的趨勢(shì)。這種感官質(zhì)量指標(biāo)的變化主要?dú)w因于接裝紙透氣度的改變使其濾嘴通風(fēng)度隨之增加,卷煙煙氣中空氣比例也增加,即稀釋度增加,使得刺激感降低、細(xì)膩度提升、香氣質(zhì)較好等,同時(shí)隨著繼續(xù)增加通風(fēng)度,香氣量受稀釋作用開(kāi)始下降,進(jìn)而導(dǎo)致卷煙感官質(zhì)量總體呈先增后降。這與楚文娟和李炎強(qiáng)等人的研究結(jié)論基本保持一致[13-14]。

表4 不同接裝紙透氣度的卷煙感官質(zhì)量變化表

圖2 接裝紙透氣度對(duì)卷煙感官質(zhì)量的影響

但從整體來(lái)看,接裝紙透氣度對(duì)卷煙感官質(zhì)量總體評(píng)價(jià)為150 CU＞80 CU＞0 CU＞250 CU。結(jié)合卷煙常規(guī)煙氣成分及主流煙氣的7 種有害成分釋放量的情況,綜合考慮,接裝紙透氣度選擇150 CU 為佳。

3 結(jié)論

接裝紙透氣度對(duì)卷煙的主流煙氣7 種有害成分和常規(guī)煙氣成分的釋放量基本都有顯著的影響。研究發(fā)現(xiàn),接裝紙透氣度與主流煙氣中的CO、HCN、NH3、苯酚和巴豆醛的釋放量有很好的顯著負(fù)相關(guān)性。雖然接裝紙透氣度與BaP 和NNK的釋放量沒(méi)有相關(guān)性(P＞0.05),但是不影響其與危害性指數(shù)H的顯著負(fù)相關(guān)性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)隨著接裝紙透氣度的增加,卷煙常規(guī)煙氣成分的總粒相物、煙堿、焦油的釋放量呈有規(guī)律性的下降。雖然卷煙的抽吸口數(shù)隨透氣度增加,但卷煙單口抽吸的總粒相物、煙堿和焦油的釋放量與透氣度仍然呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在對(duì)卷煙的感官質(zhì)量影響方面,雖然對(duì)卷煙的香氣、煙氣和口感特性有所改善,但總體評(píng)價(jià)呈先增后降的趨勢(shì)。