輥切梗絲在細支卷煙中的應(yīng)用

周利軍，于存峰，王銀龍，鄭力文，徐大勇，關(guān) 欣，朱 波，王 迅，李高坡，張 東，王新輝，李洪濤*

1. 山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東省青島市嶗山區(qū)株洲路137 號 266100

2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，山東省青島市嶗山區(qū)株洲路137 號 266100

3.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號 450001

煙梗作為卷煙的主要原料之一，由其加工制成的梗絲或梗粒由于具有較高的填充值和較好的燃燒性，對減害降焦、降低配方成本、改善卷煙物理質(zhì)量均具有十分重要的作用［1-2］。然而由于現(xiàn)有梗絲加工工藝制成的梗絲多為片狀，影響與葉絲摻配的均勻度，致使卷制后的煙支吸阻、密度、單支質(zhì)量等物理指標變化較大［3］。因此，為了提高梗絲在高檔卷煙中的可用性，需要對梗絲的加工形態(tài)進行調(diào)整。劉峘［4］提出，采取先壓梗再切絲工藝制梗絲，可使梗絲的物理性狀更加接近于葉絲，從而減少分層分離效應(yīng)，可提高煙絲的混合均勻程度。微波膨脹梗絲作為一種新型的煙用材料，具有填充值高、焦烤香明顯、木質(zhì)氣輕、混配均勻性好等特點［5-8］。丁美宙等［9］首先對煙梗進行微波膨脹，然后進行兩次切絲，制成微波條狀梗絲，應(yīng)用到卷煙中后煙支單支質(zhì)量標準偏差較小，抽吸口數(shù)較少，主要煙氣指標產(chǎn)量降低，燃燒性好，能顯著改善口感特性。但是，以上研究主要集中于利用微波、盤磨和現(xiàn)有切絲設(shè)備進行處理［10-11］，制得梗絲存在絲狀化不高、出絲率及生產(chǎn)效率低、流程長、能耗大等問題。另外，目前梗絲多應(yīng)用于中低檔卷煙，在中支、高檔卷煙中應(yīng)用較少。隨著卷煙結(jié)構(gòu)的提升以及細支卷煙快速持續(xù)的增長，解決梗絲在細支卷煙中的應(yīng)用問題是行業(yè)亟需攻關(guān)的課題。因此，采用新型復(fù)切設(shè)備（輥切式）制得輥切梗絲，分析輥切梗絲對細支卷煙綜合質(zhì)量的影響，旨在探索梗絲在細支、中支及高檔卷煙中的應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與設(shè)備

配方煙梗、葉絲（青島卷煙廠提供）。

KBF 型恒溫恒濕箱（德國Binder 公司）；CP224S電子天平（感量：0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；OM-VM 型卷煙綜合測試臺、OM-VM 型卷煙硬度測定儀（北京歐美利華科技有限公司）；YDZ-Ⅱ型端部落絲測定儀（合肥眾沃儀器技術(shù)有限公司）；K 型微細熱電偶（直徑0.254 mm，美國Omega 公司）；卷煙燃吸溫度分布檢測儀（中國煙草總公司鄭州煙草研究院）；SML100溫控型單孔道吸煙機（中國煙草總公司鄭州煙草研究院；中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所）；030NDAA5 壓力傳感器（-7 500～7 500 Pa，美國Honeywell 公司）；USB-6002 壓力數(shù)據(jù)采集器（美國National Instruments 公司）；CFP800A 型卷煙落頭傾向測試儀、i-TDR100 動態(tài)吸阻測定儀、MW4420 型密度測定儀（德國Tews Elekteronik 公司）；輥切梗絲生產(chǎn)線（青島卷煙廠）；ZJ112A型卷煙機組（常德煙草機械有限責(zé)任公司）。

輥切式梗絲復(fù)切設(shè)備：采用“軋制”理論，輥切設(shè)備先經(jīng)過高速皮帶機將物料進行攤薄，保證進料均勻性，再通過具有特殊結(jié)構(gòu)的切刀對梗絲進行剪切，從而制得寬度均勻的輥切梗絲［12］。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備

參考文獻［13］，按照圖1加工工藝流程制得輥切梗絲（梗絲厚度0.15 mm、寬度0.9 mm）。然后將輥切梗絲按照2%、5%和8%比例分別摻配在某牌號細支卷煙中（樣品編號分別為1#、2#、3#），與對照樣進行對比試驗。其中，對照樣為純?nèi)~絲，不摻配任何梗絲，相同梗絲摻配比例的卷煙目標質(zhì)量設(shè)定相同，并在同一機臺、相同條件下進行卷制。

圖1 輥切梗絲加工工藝流程Fig.1 A preparation flow chart for roller cut stems

1.2.2 檢測方法

根據(jù)相關(guān)文獻方法［14-20］測定煙支單支質(zhì)量、總通風(fēng)率、靜態(tài)吸阻、煙支硬度、端部落絲量、煙支密度和動態(tài)吸阻。利用卷煙燃吸溫度分布檢測儀檢測卷煙燃燒錐內(nèi)部氣相溫度，檢測方法及溫度數(shù)據(jù)前處理方法同文獻［21-24］。采用文獻［25-29］的方法進行卷煙煙氣指標測定。采用文獻［30］的方法進行卷煙感官質(zhì)量評價。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Origin 2019b 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 卷煙物理質(zhì)量

將制得的輥切梗絲以不同比例摻配到卷煙配方中，所得煙支物理指標檢測結(jié)果見表1。由表1 可知，與對照樣相比，摻配不同比例輥切梗絲的煙支單支質(zhì)量、吸阻及其標準偏差和密度均下降，其中吸阻標準偏差降低8%以上，總通風(fēng)率、硬度以及密度標準偏差均稍有增加。隨著摻配比例增加，吸阻及其標準偏差、硬度標準偏差、密度均降低。當(dāng)摻配比例為5%時，端部落絲量最低，為1.07 mg/支，含末率最高，為1.71%。整體來看，摻配輥切梗絲后，煙支物理質(zhì)量穩(wěn)定性得到一定提高，端部落絲量和含末率稍有增加。這是因為輥切梗絲采用定寬切絲，絲狀度好，梗絲結(jié)構(gòu)和寬度均勻性較高［12］，又由于其結(jié)構(gòu)分布中長絲量降低，中短絲量和碎絲量增加，煙支中梗絲與葉絲之間的配伍性和“填縫”作用提高，因此煙支硬度、總通風(fēng)率、吸阻穩(wěn)定性以及含末率有所增加。

表1 煙支物理指標檢測結(jié)果Tab.1 Physical indexes of cigarette samples

2.2 燃燒特性

摻配不同比例輥切梗絲的煙支與對照樣燃燒特性檢測結(jié)果見表2 和表3。由表2 可知，與對照樣相比，摻配輥切梗絲煙支動態(tài)吸阻均值較高，而動態(tài)吸阻的標準偏差、一致性系數(shù)以及落頭傾向較低，且當(dāng)摻配比例為5%時，值最小。由表3可知，煙支靜態(tài)燃燒速率和動態(tài)燃燒速率均高于對照樣，且隨摻配比例增加呈上升趨勢，兩者變異系數(shù)均低于對照樣；摻配不同比例輥切梗絲的煙支燃燒錐平均特征溫度顯著高于對照樣，增幅達到25.0%以上，且隨摻配比例增加而增加；摻配不同比例輥切梗絲的煙支燃燒錐體積顯著低于對照樣，降幅達到23.4%以上，當(dāng)摻配比例為5%時，燃燒錐體積最小。

表2 煙支動態(tài)吸阻及落頭傾向檢測結(jié)果Tab.2 Dynamic draw resistance and combustion cone-falling propensity of cigarette samples

圖2 為不同摻配比例梗絲的卷煙樣品在ISO抽吸過程中特定時刻（0、0.5、1.0、1.5、2.0 s）的軸向截面溫度分布偽彩圖。由圖2 可以看出，隨著輥切梗絲摻配比例增加，煙支中心溫度范圍逐漸擴大，溫度線邊緣輪廓更均勻，即燃燒錐形態(tài)均勻。與對照樣相比，當(dāng)輥切梗絲摻配比例為5%時，煙支直徑中心處與邊緣處的溫度差較?。ㄈ?.5 s 時刻），溫度場分布和燃燒錐形態(tài)更加均勻。這是由于輥切梗絲呈現(xiàn)為近似葉絲的形態(tài)，與葉絲摻配后，煙支密度一致性提高，煙支在燃吸時充分燃燒，煙支溫度場溫度線輪廓清晰、分布更加緊密均勻。綜上所述，摻配輥切梗絲可以增加煙支燃燒速率，減小燃燒錐體積，降低落頭傾向，從而改善煙支燃燒狀態(tài)。

圖2 煙支溫度分布偽彩圖Fig.2 Pseudo-color images of combustion temperature distribution in cigarette samples

2.3 主流煙氣

摻配不同比例輥切梗絲煙支和對照樣的主流煙氣中焦油、煙堿和CO 的釋放量檢測結(jié)果見表4。由表4可知，隨著梗絲摻配比例的增大，煙支的抽吸口數(shù)、焦油量、煙堿量和CO 量降低。摻配輥切梗絲的煙支主流煙氣中各項指標釋放量較對照樣相比都有不同程度下降，其中，TPM 量降低0.77 mg/支以上。根據(jù)2.2 小節(jié)結(jié)果可知，摻配輥切梗絲后，煙支燃燒狀態(tài)改善，不完全燃燒產(chǎn)物減少，且摻入梗絲后對煙氣成分起到一定“稀釋”作用，TPM量降低。因此，提高輥切梗絲摻配比例可以降低煙支主流煙氣中焦油、煙堿和CO釋放量。

表4 煙支主流煙氣檢測結(jié)果Tab.4 Chemical test results of mainstream smoke of cigarette samples

2.4 感官質(zhì)量

對照樣與摻配不同比例輥切梗絲的感官評吸結(jié)果見表5。由表5 可知，隨著輥切梗絲比例增加，煙氣狀態(tài)改善，雜氣和刺激性先減小后增加，余味和總分先增加后減??；與對照樣相比，當(dāng)摻配比例為8%時，煙氣濃度、香氣質(zhì)和總分略有降低。由于輥切梗絲與煙絲匹配性好，煙支燃燒時溫度分布均勻，更利于香氣物質(zhì)的充分產(chǎn)生，而當(dāng)摻配比例達到一定程度時，因為梗絲內(nèi)在化學(xué)成分不同，燃燒時刺激性和木質(zhì)氣突出，抽吸時口腔干燥感和灼燒感凸顯，煙支感官質(zhì)量有所降低。因此，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加輥切梗絲比例（5%），能夠提高煙支感官質(zhì)量。

表5 煙支感官評價結(jié)果Tab.5 Sensory evaluation results of cigarette samples

3 結(jié)論

在試驗范圍內(nèi)，隨輥切梗絲摻配比例增加，①煙支吸阻及標準偏差、硬度標準偏差、密度均降低，當(dāng)摻配比例為5%時，端部落絲量最低，為1.07 mg/支，含末率最高，為1.71%。②與對照樣相比，試驗樣煙支物理質(zhì)量穩(wěn)定性提高，其中吸阻標準偏差降低8%以上；煙支靜態(tài)燃燒速率、動態(tài)燃燒速率、燃燒錐平均特征溫度增加，中心溫度范圍逐漸擴大，煙支動態(tài)吸阻標準偏差、一致性系數(shù)以及落頭傾向較低，燃燒錐體積顯著低于對照樣，降幅達到23.4%以上，當(dāng)輥切梗絲摻配比例為5%時，溫度場分布更加均勻。③煙支主流煙氣各項指標隨輥切梗絲摻配比例增加而降低，且均低于對照樣，其中TPM 量降低0.77 mg/支以上。④適當(dāng)增加輥切梗絲比例，可減小刺激性和雜氣，提高余味和煙氣狀態(tài)，當(dāng)輥切梗絲摻配比例為5%時，感官質(zhì)量較好。