卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析研究

喬月梅，趙秋蓉，李力群，紀(jì)旭東，葉亞軍，王勝利，郭春生

（內(nèi)蒙古昆明卷煙有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析研究

喬月梅，趙秋蓉，李力群，紀(jì)旭東，葉亞軍，王勝利，郭春生

（內(nèi)蒙古昆明卷煙有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

取同一批次A牌號的煙絲，設(shè)計(jì)均勻試驗(yàn)，通過卷煙機(jī)卷制不同定量、透氣度、紙漿類型、助燃劑比例、鉀鹽比例的卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測定方法進(jìn)行評定，通過數(shù)學(xué)回歸方程確定卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響并進(jìn)行評價(jià)，由顯著性分析確定各卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。單因素試驗(yàn)分析結(jié)果表明：卷煙紙定量低、助燃劑比例較低、透氣度為50-55CU、麻漿比例低的卷煙燃燒錐掉落率低。均勻試驗(yàn)分析結(jié)果表明，根據(jù)各因素顯著性檢驗(yàn)值t可推出各因素對卷煙燃燒錐掉落率的影響大小依次是助燃劑比例＞卷煙紙定量＞麻漿比例＞卷煙紙助燃劑鉀鹽比例＞卷煙紙透氣度。對二次回歸方程用非線性規(guī)劃方法進(jìn)行最小模型優(yōu)化，可得到卷煙燃燒錐掉落率最小組合，即卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑比例1.2%，麻漿比例0，代入上述回歸方程，得到Y(jié)（卷煙燃燒錐掉落率）最小預(yù)測值為0.681 9%。按照最優(yōu)的卷煙紙參數(shù)卷制卷煙，卷煙燃燒錐掉落率由12.7%降低為0.5%，卷煙紙和煙絲燃燒適配性得到改善，調(diào)整卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率有積極的影響。

卷煙紙參數(shù)；燃燒錐掉落率；助燃劑

中國煙草市場目前仍在進(jìn)一步實(shí)施卷煙減害降焦工程，許多煙草企業(yè)積極圍繞“一高兩低”（高香氣、低焦油、低危害）在卷煙“降害”領(lǐng)域進(jìn)行新一輪的競爭，因此，當(dāng)前卷煙紙的功能要求仍集中在“減害降焦”效果上。降焦減害效果與香煙的燃燒速度有直接關(guān)系，香煙的燃燒速度越快，相對應(yīng)香煙的“抽吸口數(shù)”越少，“抽吸口數(shù)”越少則單支煙的焦油量及有害物質(zhì)相對越低，同時(shí)香煙的燃燒速度越快，對香煙的包灰效果要求也越高，因?yàn)檩^快的燃燒速度會(huì)導(dǎo)致香煙的“炸灰”“掉頭”現(xiàn)象明顯[1-5]。取相同結(jié)構(gòu)的煙絲，設(shè)計(jì)均勻試驗(yàn)，通過卷煙機(jī)卷制不同定量、透氣度、紙漿類型、助燃劑比例的卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測定方法進(jìn)行評定，通過數(shù)學(xué)回歸方程確定卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響進(jìn)行評價(jià)，并由顯著性分析確定各卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。

1 試劑 儀器及方法

1.1試劑與儀器

A牌號煙絲，蒙昆公司提供；不同參數(shù)規(guī)格卷煙紙，民豐特種紙股份有限公司提供。

聯(lián)機(jī)卷煙燃燒錐掉落檢測儀器（自研發(fā)儀器）；RM200A型全自動(dòng)轉(zhuǎn)盤吸煙機(jī)，德國Brogwaldt公司產(chǎn)品；KBF 540型恒溫恒濕箱，德國Binder公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同參數(shù)卷煙紙樣品和卷煙樣品的制備

按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，制作調(diào)配不同卷煙紙定量、不同卷煙紙助燃劑量比例、不同鉀鹽比例（相對鈉鹽）、不同卷煙紙透氣度、不同麻漿比例的卷煙紙樣品24種，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，通過卷煙機(jī)卷制不同卷煙樣品。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

試驗(yàn)固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鈉比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，麻漿比例0，分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)測定，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機(jī)分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)考查卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響。

卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.2.3 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)[6-10]

取大線同一批次A牌號卷煙的煙絲，設(shè)計(jì)均勻試驗(yàn)，通過卷煙機(jī)卷制卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測定方法進(jìn)行評定，通過數(shù)學(xué)回歸方程確定卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響進(jìn)行評價(jià)，并由顯著性分析確定各卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。

根據(jù)項(xiàng)目研究內(nèi)容要求按照均勻性試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則，擬定以下試驗(yàn)方案。

均勻試驗(yàn)因素見表2，均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表3。

1.2.4 燃燒錐掉落率評價(jià)方法

取每組20支卷煙樣品，共5組，用聯(lián)機(jī)卷煙燃燒錐掉落檢測儀器檢測燃燒錐掉落率，燃燒錐掉落率檢測公式如下：

表2 均勻試驗(yàn)因素

表1 卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表3 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

燃燒錐掉落指煙支燃燒錐傾斜≥45°或燃燒錐完全掉落，總檢測支數(shù)為200支。

1.2.5 感官品質(zhì)評價(jià)方法

將石墨烯卷煙樣品和對照樣品置于溫度22℃，濕度60%的恒溫恒濕箱中平衡48 h后進(jìn)行感官評吸。感官評吸由8位評吸人員組成，按YC/T 138—1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法對卷煙樣品的香氣特性（香氣質(zhì)、香氣量、雜氣），煙氣特性（濃度、勁頭、細(xì)膩度），口感特性（刺激性、余味、干凈度）等進(jìn)行評價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 卷煙紙定量對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

圖1 卷煙紙定量對卷煙燃燒錐掉落率的影響

卷煙紙定量對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖1。

固定卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鹽比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，卷煙紙麻漿占比0，分別制配定量為26，29，32，35，38 g/m2的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機(jī)分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙定量對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結(jié)果可知，卷煙紙定量低的卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.1.2 卷煙紙助燃劑添加量對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

卷煙紙助燃劑添加量對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖2。

圖2 卷煙紙助燃劑添加量對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量為35 g/m2，鉀鹽比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，卷煙紙麻漿比例0，分別制配助燃劑添加量為1.6%，2.4%，3.2%，4.0%的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機(jī)分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙助燃劑添加量對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結(jié)果可知，助燃劑添加量較低的卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.1.3 鉀鹽比例對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

鉀鹽比例對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖3。

圖3 鉀鹽比例對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，卷煙紙透氣度60 CU，卷煙紙麻漿占比0，分別制配鉀鹽比例為70%，50%，30%的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機(jī)分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查鉀鹽比例對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結(jié)果可知，鉀鹽比例為30%卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.1.4 卷煙紙透氣度對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

卷煙紙透氣度對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖4。

圖4 卷煙紙透氣度對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鹽比例50%，卷煙紙麻漿占比0，分別制配卷煙紙透氣度為40，50，60 CU的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機(jī)分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙透氣度對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結(jié)果可知，卷煙紙透氣度為50～55 CU的卷煙燃燒錐掉落率低。

2.1.5 麻漿占比對卷煙燃燒錐掉落率的影響分析

麻漿占比對卷煙燃燒錐掉落率的影響見圖5。

圖5 麻漿占比對卷煙燃燒錐掉落率的影響

固定卷煙紙定量35 g/m2，卷煙紙助燃劑添加量3.2%，鉀鹽比例50%，卷煙紙透氣度60 CU，分別制配麻漿占比為0，15%，30%的卷煙紙，取大線同一批次A牌號卷煙樣品的煙絲，上卷煙機(jī)分別卷制，測定各煙支燃燒錐掉落率，平行測定3次，考查卷煙紙麻漿占比對燃燒錐掉落率的影響。由檢測結(jié)果可知，麻漿占比低的卷煙燃燒錐掉落率較低。

2.2 均勻試驗(yàn)結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對卷煙紙定量（X1）、卷煙紙助燃劑鉀鹽比例（X2）、卷煙紙透氣度（X3）、助燃劑添加量（X4）、麻漿占比（X5）5個(gè)因素進(jìn)行均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)。以卷煙燃燒錐掉落率為考查指標(biāo)，選用U6（65）均勻試驗(yàn)表。

均勻試驗(yàn)結(jié)果見表4，均勻試驗(yàn)相關(guān)分析結(jié)果見表5。

?

表5 均勻試驗(yàn)相關(guān)分析結(jié)果

根據(jù)表4～表5中各因素相關(guān)性可推出各因素對卷煙燃燒錐掉落率的影響大小依次是助燃劑添加量＞卷煙紙定量＞麻漿占比＞鉀鹽比例＞卷煙紙透氣度。

卷煙紙各參數(shù)（包括各參數(shù)之間交互作用） 對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度的大小可以通過回歸模型中各卷煙紙參數(shù)與卷煙燃燒錐掉落率的偏相關(guān)t檢驗(yàn)值的相對大小進(jìn)行判斷。

均勻試驗(yàn)偏相關(guān)檢驗(yàn)見表6。

表6 均勻試驗(yàn)偏相關(guān)檢驗(yàn)

表6中所示的偏相關(guān)各項(xiàng)檢驗(yàn)的置信概率p-值都很小，在置信度在0.05的水平上表明回歸檢驗(yàn)結(jié)果可以接受，回歸結(jié)果可信，回歸模型可以應(yīng)用。表6中按照偏相關(guān)t檢驗(yàn)值可知，這些影響因素中X1X4，X1X5，X2X4，X1X3對卷煙燃燒錐掉落率均有顯著影響，其中X1和X4的交互作用對卷煙燃燒錐掉落率影響程度最大。

利用數(shù)據(jù)處理軟件DPS進(jìn)行多因子二次回歸分析，得二次回歸方程為：

相關(guān)系數(shù)R=0.999 9，調(diào)整后相關(guān)系數(shù)Ra=0.999 5，決定系數(shù) R2=0.976 3；F=1 160.745 4＞Df=（4，1）；顯著水平p=0.022；剩余標(biāo)準(zhǔn)差S=0.229 8；決定系數(shù)=0.999 78；剩余通徑系數(shù)=0.014 67。同時(shí)，對二次回歸方程用非線性規(guī)劃方法進(jìn)行最小模型優(yōu)化，還可得到卷煙燃燒錐掉落率最小組合，即卷煙紙定量29.0 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例80%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.20%，麻漿占比0，代入上述回歸方程，得到Y(jié)（卷煙燃燒錐掉落率） 最小預(yù)測值為0.68%。最佳方案為卷煙紙定量29.0 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例80%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%，麻漿占比0。

最低指標(biāo)時(shí)各個(gè)因素組合見表7，通徑系數(shù)見表8，一次逐步回歸的回歸參數(shù)見表9。

表7 最低指標(biāo)時(shí)各個(gè)因素組合

表8 通徑系數(shù)

表9 一次逐步回歸的回歸參數(shù)

采用線性回歸和二次逐步回歸分析均勻設(shè)計(jì)結(jié)果如表4～表6所示，其中R∈[0，1]為相關(guān)系數(shù)，R值越大，相關(guān)程度越高；p-值為概率，一般以p＜0.05為顯著，p＜0.01為非常顯著；D為Durbin Watson統(tǒng)計(jì)量，等于2為正態(tài)分布，其值越接近2，說明殘差越符合服從正態(tài)分布，模型可用，否則模型不可用。表4～表9表明二次逐步回歸方程指標(biāo)均接近于最優(yōu)參考值，方程相關(guān)程度較高。所以可采用二次逐步回歸方法分析均勻設(shè)計(jì)，其模擬程度接近試驗(yàn)數(shù)據(jù)，D=2.654 9，說明該方程能很好的擬合卷煙紙參數(shù)對燃燒錐掉落率的擬合。

卷煙紙燃燒錐掉落率的卷煙紙參數(shù)擬合值對比見表10。

表10 卷煙紙燃燒錐掉落率的卷煙紙參數(shù)擬合值對比

2.3 卷煙紙更換驗(yàn)證

按照卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%的卷煙紙參數(shù)卷制卷煙。結(jié)果顯示，卷煙紙參數(shù)調(diào)整后，卷煙燃燒錐掉落率為0.5%，卷煙紙和煙絲燃燒適配性得到改善，與未優(yōu)化前的卷煙燃燒錐掉落率為12.7%相比，調(diào)整卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率有積極的影響。

卷煙紙參數(shù)改善前后煙支燃燒錐掉落率對比見圖6。

圖6 卷煙紙參數(shù)改善前后煙支燃燒錐掉落率對比

3 結(jié)論

取同一批次A牌號的煙絲，設(shè)計(jì)均勻試驗(yàn)，通過卷煙機(jī)卷制不同定量、透氣度、紙漿類型、助燃劑添加量、鉀鹽比例的卷煙試樣，按照卷煙掉頭測定方法進(jìn)行評定，通過數(shù)學(xué)回歸方程確定卷煙紙參數(shù)對卷煙掉頭的影響進(jìn)行評價(jià)，并由顯著性分析確定各卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。單因素試驗(yàn)分析結(jié)果表明，卷煙紙定量低的卷煙燃燒錐掉落率低，助燃劑添加量較低的卷煙燃燒錐掉落率低，透氣度為50～55 CU的卷煙燃燒錐掉落率低，麻漿比例低的卷煙燃燒錐掉落率低。均勻試驗(yàn)分析結(jié)果表明，根據(jù)各因素顯著性檢驗(yàn)值t可推出各因素對卷煙燃燒錐掉落率的影響大小依次為助燃劑添加量＞卷煙紙定量＞麻漿比例＞卷煙紙助燃劑鉀鹽比例＞卷煙紙透氣度。對二次回歸方程用非線性規(guī)劃方法進(jìn)行最小模型優(yōu)化，可得到卷煙燃燒錐掉落率最小組合，即卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%，麻漿比例0，代入上述回歸方程，得到Y(jié)（卷煙燃燒錐掉落率）最小預(yù)測值為0.681 9%。

按照卷煙紙定量29 g/m2，卷煙紙助燃劑鉀鹽比例20%，卷煙紙透氣度50 CU，助燃劑添加量1.2%的卷煙紙參數(shù)卷制卷煙。結(jié)果顯示，卷煙紙參數(shù)調(diào)整后，卷煙燃燒錐掉落率為0.5%，卷煙紙和煙絲燃燒適配性得到改善，與未優(yōu)化前的卷煙燃燒錐掉落率為12.7%相比，調(diào)整卷煙紙參數(shù)對卷煙燃燒錐掉落率有積極的影響。

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Analysis of the Influence of Cigarette Paper Parameters on Cigarette Discharge Rate

QIAO Yuemei，ZHAO Qiurong，LI Liqun，JI Xudong，YE Yajun，WANG Shengli，GUO Chunsheng
（Inner Mongolia Kunming Cigarette Co.，Ltd.，Hohhot，Inner Mongolia 010020，China）

Taking the same batch of A grade tobacco，the uniform test was designed.The cigarettes with different quantitative，air permeability，pulp type，combustion promoter proportion and potash proportion were rolled by cigarette rolling machine and evaluated according to the method of cigarette U-turn measurement.The mathematical regression equation was used to determine the influence of the cigarette paper parameters on the cigarette turn-around and the effect of each cigarette paper parameter on the cigarette turn-around were determined by the significance analysis.The results of the single factor experiment showed that the cigarettes with low cigarettes papermaking rate，low combustion promoter，with 50～55 CU permeability with low pulp ratio had a low drop rate.The results of uniform experimental analysis showed that the influence of each factor on cigarette burning cone drop rate was combustion aid proportion＞cigarette paper weight＞mahjong ratio＞cigarette paper combustion agent potassium salt proportion＞air permeability of cigarette paper.The minimum combination of the cigarette burning cone could be obtained by the minimum model optimization of the quadratic regression equation using the nonlinear programming method，ie，cigarette paper weight 29 g/m2，cigarette paper combustion promoter potassium salt ratio 20%，Cigarette paper permeability 50 CU，the proportion of propellant 1.2%and mahjong proportion 0.The minimum predicted value of cigarette burning cone fall 0.681 9%.According to the optimum cigarette paper parameters，the cigarette burning cone drop rate was reduced from 12.7%to 0.5%.The cigarette paper and cigarette burnability were improved.The cigarette paper parameters were adjusted positively to the cigarette burning cone drop rate Impact.

cigarette paper parameters；combustion cone drop rate；combustion

TS41

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.012

1671-9646（2017） 12a-0044-05

2017-08-02

喬月梅（1972— ），女，本科，工程師，研究方向?yàn)闊煵莨に嚒?/p>