細支卷煙吸阻穩(wěn)定性影響因素研究進展

鄭亞楠，申麗霞，馬丹妮，楊 洋，張 琦，武 健，包桉銀，吳玉潔，龍 月，陳昭定

（浙江中煙工業(yè)有限責任公司，浙江 杭州 310008）

0 引言

《細支卷煙》 （YQ/T 54-2015） 標準給細支卷煙下了定義，即煙支圓周設計標準值為（17±0.1） mm的卷煙制品，具有煙支圓周小、低焦油、低危害等特點[1-2]。降低圓周可節(jié)約原輔材料消耗，實現(xiàn)節(jié)能、減排和降耗，進而顯著降低生產(chǎn)成本。近年來，隨著消費者需求向多元化、個性化的轉(zhuǎn)變及健康意識的不斷增強，煙草行業(yè)對卷煙發(fā)展高度重視，細支卷煙一經(jīng)問世，便受到很多年輕消費者的青睞，市場規(guī)模不斷擴大，成為發(fā)展中式卷煙的新亮點[3]。為進一步發(fā)揮細支卷煙在降焦減害、降本增效等領域的天然優(yōu)勢，2016 年國內(nèi)煙草行業(yè)正式啟動了“細支卷煙升級創(chuàng)新”重大專項，工業(yè)企業(yè)積極響應，相繼開展細支卷煙的研發(fā)與銷售[4]。在此背景下，細支卷煙銷量和銷售額占比逐年提高，成為行業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、持續(xù)健康發(fā)展的新動能。

近年來，隨著消費需求趨向理性化，內(nèi)在質(zhì)量成為影響消費的主要因素之一，保證內(nèi)在質(zhì)量的長期穩(wěn)定是企業(yè)長期占有市場的關(guān)鍵一環(huán)。然而細支卷煙圓周較小，相同尺寸煙絲的空間比例變大[5]，生產(chǎn)過程中普遍出現(xiàn)煙支密度分布不均勻、空頭率高易刺破、吸阻和感官品質(zhì)波動大，產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性差等問題[6]。因此，如何提升細支卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性成為國內(nèi)外煙草企業(yè)研究的重點和熱點。

卷煙吸阻作為衡量卷煙質(zhì)量優(yōu)劣的重要物理指標之一，其穩(wěn)定性對煙氣化學成分的釋放及卷煙感官質(zhì)量產(chǎn)生重要影響[7]。卷煙吸阻由短支煙吸阻、濾棒吸阻、卷接系數(shù)和撞擊系數(shù)構(gòu)成，為提高煙草加工過程中卷煙吸阻的穩(wěn)定性，可以從卷煙輔材、煙支重量和煙絲結(jié)構(gòu)3 個方面進行控制，以確保卷煙加工過程中吸阻的穩(wěn)定性[8]。相同生產(chǎn)條件下，卷接系數(shù)和撞擊系數(shù)可視為常量，而濾棒吸阻穩(wěn)定受控，因此可通過對短支煙吸阻的控制進而控制長支煙吸阻的穩(wěn)定性。研究認為，短支卷煙的吸阻受煙絲填充密度和圓周的雙重影響[9-10]，而短支煙的煙絲填充密度與煙絲質(zhì)量呈顯著相關(guān)，且煙絲填充值標偏與煙支質(zhì)量標偏呈顯著的線性正相關(guān)[11-12]。因此，控制煙絲質(zhì)量的波動是保證煙支吸阻穩(wěn)定性的關(guān)鍵。因此，擬從影響煙支質(zhì)量穩(wěn)定性的研究進行綜述，旨在為降低細支煙吸阻波動提供參考。

1 煙絲結(jié)構(gòu)對細支卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

均勻穩(wěn)定的煙絲結(jié)構(gòu)是提高卷制質(zhì)量的關(guān)鍵[13]，煙絲結(jié)構(gòu)通過影響單支質(zhì)量和填充密度等物理指標的穩(wěn)定性，進而對卷煙燃吸品質(zhì)產(chǎn)生影響[14]。細支卷煙因圓周的減小，煙絲結(jié)構(gòu)中長絲率過高帶來的負面影響愈加凸顯，為提高細支卷煙的質(zhì)量穩(wěn)定性，卷煙所需的煙絲結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化[12]。

1.1 切絲模式對細支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)的影響

煙絲結(jié)構(gòu)的均勻分布與切絲工序密切相關(guān)[15]。在保障碎絲率的前提下，通過優(yōu)化切絲加工工序，降低超長絲率，提高中短絲率，提供均勻穩(wěn)定的煙絲[16-17]。朱文魁等人[18]認為，采用40 mm 定長切絲模式，煙絲結(jié)構(gòu)中大于3.35 mm 長絲比率降低，3.35 mm 以下各區(qū)間煙絲比例增加，長絲和中短絲比例均勻性得到改善，單支質(zhì)量標偏降低，卷煙物理質(zhì)量的穩(wěn)定性得到提升。韓慧杰等人[19]對比分析了傳統(tǒng)切絲和30，40 mm 異型切絲對煙絲結(jié)構(gòu)的影響，與傳統(tǒng)切絲相比，30mm 異型切絲整絲率下降，40 mm 異型切絲的整絲率和中絲率保持不變，但平均端部落絲量、單支質(zhì)量、吸阻和圓周標偏均降低。王震等人[20]對比分析了常規(guī)切絲和柔性斷絲兩種模式在細支卷煙生產(chǎn)中的應用效果，柔性斷絲技術(shù)在保證碎絲率可控前提下，降低了長絲率，提高了中短絲比例，風選環(huán)節(jié)中梗簽剔除量上升，煙支軸向填充密度及其均勻性得到提高，單支煙重和吸阻標偏降幅超過10%。另外，王夏婷等人[21]開展了平刀和矩形刀2 種成絲方式對細支卷煙質(zhì)量的影響，與平刀相比，矩形刀切絲模式以中短絲占比為主，卷煙吸阻、質(zhì)量標偏和空頭剔除率顯著降低，煙氣中有害物質(zhì)的釋放明顯減少。

1.2 煙絲規(guī)格對細支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)的影響

一般認為，過長或過寬的煙絲不僅會造成煙絲尺寸分布不均勻，還會使煙絲間的間隙更大，填充均勻性變差，改變煙支軸向密度，對細支卷煙的吸阻穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[22]。孫東亮等人[5]研究認為，對長度>6.80 mm 和≤2.29 mm 煙絲的混料配比控制和梗片的絲狀處理，碎絲率增加約0.4%，卷煙吸阻穩(wěn)定性提升。周凱敏等人[23]研究發(fā)現(xiàn)，隨著切絲寬度的減小，卷煙空頭率降低，當切絲寬度為0.8 或0.9 時，卷煙吸阻穩(wěn)定性更高。李曉玲[24]研究認為隨著切絲寬度的降低，整絲率和含簽率降低，碎絲率和填充值增大，細支卷煙煙支的質(zhì)量、吸阻、總通風率和硬度標準偏差有降低趨勢，切絲寬度為0.8 mm 時，卷煙感官品質(zhì)較好。段海濤等人[25]研究顯示，降低切絲寬度，碎絲率升高，長絲率和中絲率基本沒變化，切絲寬度對吸阻略有影響，但對其他物理指標影響不大。

1.3 梗絲形態(tài)對細支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)的影響

梗絲是配方煙絲的重要組成部分，梗絲形態(tài)對煙絲混合的均勻性及卷制質(zhì)量產(chǎn)生影響。隨著細支卷煙切絲寬度的降低，與之配伍的梗絲在工藝上也需做相應的調(diào)整。廖曉祥等人[26]開展了微波膨脹梗絲、薄壓氣流梗絲、正常氣流梗絲3 種梗絲處理方式對細支卷煙品質(zhì)穩(wěn)定性的影響，研究認為3 種梗絲摻配樣品的煙支密度分布標偏存在顯著差異，經(jīng)微波膨脹的梗絲其摻配均勻度更高，卷制出的煙支吸阻更穩(wěn)定，燃吸產(chǎn)生的焦油和一氧化碳穩(wěn)定性更高。丁美宙等人[27]對比分析了絲狀梗絲和片狀梗絲對加工過程混合均勻性的影響，發(fā)現(xiàn)絲狀梗絲在混絲和卷制時的混合均勻度更高、穩(wěn)定性更好，卷煙燃燒更穩(wěn)定、感官品質(zhì)更好，但由于絲狀梗絲結(jié)構(gòu)小，長絲率低，單支質(zhì)量和吸阻稍大，可通過適當降低煙支目標質(zhì)量，保證煙支吸阻滿足工藝要求。梗絲厚度也會對梗絲的物理特性和煙支質(zhì)量產(chǎn)生影響，張富等人[28]研究認為，梗絲厚度與梗絲填充值無相關(guān)性，但與煙支吸阻呈顯著負相關(guān)。

另外，在烘絲方式和風選環(huán)節(jié)也也會對煙絲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。趙靜芬等人[29]對比分析了滾筒烘絲方式與氣流烘絲方式對細支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)和卷煙物理指標的影響，結(jié)果表明不同烘絲方式對卷煙單支質(zhì)量標偏和吸阻標偏存在顯著影響，采用滾筒烘絲方式過程造碎性較小，中絲率和短絲率提高，中部煙支密度均勻性更好。袁海霞等人[30]設計了適用細支卷煙大流量葉絲風選的三級柔性風選系統(tǒng)，煙絲純凈度提高，煙絲結(jié)構(gòu)有所改善，卷煙物理質(zhì)量穩(wěn)定性提升，煙支含梗率明顯下降，煙支刺破等外觀質(zhì)量缺陷問題明顯改善。

2 片煙結(jié)構(gòu)對細支卷煙吸阻穩(wěn)定性的影響

煙葉原料的片型結(jié)構(gòu)和含梗率等問題，使得卷制過程中極端尺寸煙絲和梗簽比例過高，煙絲結(jié)構(gòu)不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和原料有效利用[14]。李飛宇等人[31]采用混料設計，分析了不同葉片結(jié)構(gòu)配比對煙絲結(jié)構(gòu)和煙支物理指標的影響，結(jié)果表明葉片結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)和細支卷煙物理指標的穩(wěn)定性存在較強相關(guān)性，提高中片率，降低大片率，控制小片率，能夠改善細支卷煙的物理指標。盧幼祥等人[32]對比分析了菱形框欄和六邊形框欄片煙結(jié)構(gòu)對細支卷煙葉絲質(zhì)量和卷制質(zhì)量的影響，六邊形框欄片煙大小相對均勻，含水率和成絲穩(wěn)定性好，煙支密度分布均勻，經(jīng)加工后的單支質(zhì)量、煙支吸阻、焦油穩(wěn)定性好，燃燒時間短、持灰性有所改善，但抗造碎性弱、整絲率及煙絲利用率低。劉鵬等人[33]研究了不同框欄形狀和打輥轉(zhuǎn)速對葉片結(jié)構(gòu)及片形的影響，結(jié)果表明，使用六邊形框欄可有效降低大片率、提高中片率，葉中含梗率也明顯降低，使用3.5~4.0 英寸六邊形框欄打葉，打輥轉(zhuǎn)速370 r/min 時，片煙形狀更趨近于圓形，整絲率更高，葉片結(jié)構(gòu)指標更能滿足細支卷煙對原料的要求。袁帥等人[34]開展了不同打葉框欄組合對中細支卷煙的影響，結(jié)果表明，一打采用3.5″六邊形、3.0″六邊形和3.0″圓形框欄，二打采用2.5″六邊形和2.5″圓形框欄的打葉模式，保證小片率在合理范圍時，可降低大片率和葉中含梗率。另外，韓龍洋等人[35]在設備構(gòu)造上也做了相應優(yōu)化，開發(fā)了片煙在線控制單元，對大片篩分提取、葉片旋轉(zhuǎn)分切、細梗分離凈化，該模式下中、短絲率明顯提高，單支質(zhì)量和開放吸阻標偏下降，配方煙絲結(jié)構(gòu)和煙支密度分布的均勻性明顯提升，卷煙感官品質(zhì)保持穩(wěn)定。

3 卷接工序?qū)氈Ь頍熚璺€(wěn)定性的影響

目前，國內(nèi)細支卷煙的生產(chǎn)設備大多建立在對原有設備的改造，改造后的卷煙機后身供絲量發(fā)生較大變化，僅能滿足細支卷煙加工工藝的基本要求，在配件和穩(wěn)定性上仍有改進空間。李釗[36]對細支卷煙PSSIM 的刀頭部分導煙管、煙槍擋板、檢測鼓輪銷釘進行改進，設備的運行效率、煙支圓周標偏、煙支質(zhì)量標偏均有所改善。

3.1 卷煙機參數(shù)對細支卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

卷煙機組由供料、卷制和、接裝3 個部分組成，供料部分是影響煙支質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在卷煙機硬件設備完好的前提下，回絲量、大風機負壓和小風機正壓等工藝參數(shù)對煙支重量存在較大影響[37]。研究認為，大風機負壓越大，煙條越緊密，質(zhì)量越穩(wěn)定，但負壓過高容易導致含梗量增大，刺破煙增多。小風機正壓主要通過影響煙絲分布的均勻性和梗絲分離的效果，從而對煙支質(zhì)量的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[37]?；亟z量會對煙絲的造碎程度、尺寸結(jié)構(gòu)和填充性能產(chǎn)生影響，隨著回絲量的增加，卷煙機后身的煙絲造碎增加，填充性能降低，煙槍中長絲減小，煙絲結(jié)構(gòu)更均勻，煙支端部更加飽滿，卷煙空頭率降低[38]。周凱敏等人[39]通過正交試驗得出，小風機正壓1.1 kPa，大風機負壓8 kPa，回絲量電壓900 mv 時，卷煙吸阻最穩(wěn)定，且增加回絲量可以減小細支煙空頭率，改善細支煙的質(zhì)量。河南中煙工業(yè)有限公司[40-41]提出了一種細支卷煙的加工工藝，控制卷煙機回絲量在25%~35%，剔梗量在1.5%時，煙支飽滿而不空頭、均勻而無竹節(jié)；控制卷煙機回絲量在35%~40%，大風機負壓為8.0~9.9 kPa，梗簽剔除量在0.1~0.8 kg /萬支，平準器采用槽深2 mm，弧長22 mm，徑向?qū)挾?.5~4.0 mm 的6 槽平準器，彈絲轆齒輪數(shù)為16 時，卷煙質(zhì)量標偏由13 mg 降低至11 mg，吸阻標偏由90 Pa降至40 Pa。潘著等人[42]研究了不同彈絲轆轉(zhuǎn)速對細支卷煙品質(zhì)的影響，當彈絲轆齒數(shù)降至16 齒時，碎絲率顯著增加，空頭剔除率和端部落絲量明顯增長，隨著彈絲轆轉(zhuǎn)速的增加，長絲率呈顯著降低趨勢，中、短絲率呈顯著增加趨勢，煙支質(zhì)量、圓周、吸阻的標準差呈顯著降低趨勢。在實際生產(chǎn)中，根據(jù)設備性能、工藝標準和煙絲結(jié)構(gòu)等特點，確定最佳參數(shù)組合，對穩(wěn)定短支煙質(zhì)量會有很大作用。

3.2 平準器規(guī)格對細支卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

作為質(zhì)量控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件平準器，對控制煙支質(zhì)量的穩(wěn)定性同樣有著重要影響[8]。一般認為，平準器會對緊頭密度和煙絲條的均勻分布存在顯著影響[43]。趙漢文等人[44]認為相比三槽平準器，使用三深三淺平整器煙支質(zhì)量標偏和吸阻標偏均有所降低。云杰等人[45]研究認為規(guī)格為槽長16 mm、槽深2.0 mm 的平準器能有效降低超細支卷煙的空頭剔除量。賓暉等人[46]研究認為煙支的端部落絲量隨著平準器槽深的增加而呈下降，緊頭密度隨著槽深的增加而增大，槽深相同時，6 槽等深劈刀盤所卷制煙支的質(zhì)量與吸阻的標準偏差均小于3 槽。王迅等人[47]研究認為不同剖切位置對細支卷煙空頭剔除率、端部落絲量影響顯著，但對細支卷煙質(zhì)量、吸阻和含末率等無影響。

3.3 圓周對細支卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響

圓周作為衡量卷煙品質(zhì)的重要指標之一，對卷煙吸阻的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。黃幼斌等人[48]研究認為大壓板、小壓板和煙舌位置3 個主要設備參數(shù)對卷煙圓周穩(wěn)定性有顯著影響。蘇巧[49]通過加強操作工培訓及嚴格考核管理的方法，控制卷煙圓周CPK 值大于1.10，最終使卷煙吸阻波動較改善前有所減小。因此，在生產(chǎn)過程中，一方面優(yōu)化3 個主要設備參數(shù)，另一方面提高操作人員的質(zhì)量意識，從而使卷煙圓周穩(wěn)定受控。

4 結(jié)語

目前，有關(guān)細支煙的研究主要是基于常規(guī)卷煙加工的改進和優(yōu)化。在煙絲結(jié)構(gòu)上，有關(guān)細支煙吸阻穩(wěn)定性的研究相對比較成熟，通過優(yōu)化片煙、切絲和梗絲加工工藝，在保障碎絲率的前提下，降低長絲率，提高中短絲率，提供滿足細支煙工藝標準的煙絲，提升細支卷煙的吸阻穩(wěn)定性，改善卷煙燃吸質(zhì)量；在片煙結(jié)構(gòu)上，通過設備改裝和工藝優(yōu)化，改善片型結(jié)構(gòu)分布過寬和含梗率高的問題，但復烤前煙葉原料的葉形和含梗率對復烤過程中片型和含梗率的影響研究相對較少；現(xiàn)階段對細支卷煙設備的研究主要通過優(yōu)化VE 工藝參數(shù)和局部設備參數(shù)，改善煙支中煙絲的分布和降低含梗率，控制煙支質(zhì)量標偏，減少空頭率和刺破煙，提升批量卷煙吸阻的穩(wěn)定性，但有關(guān)卷接設備對細支卷煙吸阻穩(wěn)定性的研究還缺乏深入性和系統(tǒng)性。卷煙吸阻穩(wěn)定性受煙葉原料、復烤、制絲和卷制工藝等多方面因素的影響，需要將四大環(huán)節(jié)作為一個整體進行深入系統(tǒng)的研究，建立細支卷煙加工的完整體系，從而構(gòu)建以中式烤煙風格為前提的技術(shù)保障平臺，全面提升細支煙質(zhì)量的穩(wěn)定性。