在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙理化指標(biāo)的影響

孫明銘 劉宏 許嘉欣 盧彥華 孫強(qiáng) 張廣喜 張新龍 李洪濤 李軍 楊明峰

摘要? [目的］明確在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙理化指標(biāo)的影響，為中支卷煙激光打孔參數(shù)的設(shè)置提供借鑒。［方法］以物理指標(biāo)、常規(guī)煙氣成分釋放量和感官質(zhì)量為衡量指標(biāo)，分析不同在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙質(zhì)量的影響。［結(jié)果］激光打孔數(shù)量與中支卷煙吸阻呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.01），與濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），與TPM、水分、焦油釋放量均呈現(xiàn)二次回歸關(guān)系。激光脈沖時(shí)間與中支卷煙吸阻、濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率均呈現(xiàn)二次回歸關(guān)系，但其對(duì)常規(guī)煙氣成分釋放量無顯著影響。激光打孔數(shù)量對(duì)中支卷煙理化指標(biāo)的影響程度大于激光脈沖時(shí)間，在線激光打孔參數(shù)主要影響中支卷煙的香氣量、刺激性和協(xié)調(diào)性。［結(jié)論］得到一套在線激光打孔參數(shù)和中支卷煙理化指標(biāo)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，可應(yīng)用于中支卷煙開發(fā)和產(chǎn)品維護(hù)中激光打孔參數(shù)的設(shè)置。

關(guān)鍵詞? 中支卷煙；在線激光打孔參數(shù)；激光打孔數(shù)量；激光脈沖時(shí)間

中圖分類號(hào)? TS452? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A

文章編號(hào)? 0517-6611（2024）04-0165-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.037

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effects of On.line Laser Punching Parameters on Physical and Chemical Indices of Medium.sized Cigarette

SUN Ming.ming1，LIU Hong2，XU Jia.xin3 et al

（1.Technology Center of China Tobacco Shandong Industry Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266101;2.Process Technology Department，China Tobacco Shandong Industry Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266101;3.School of Plant Protection，Shandong Agricultural University，Taian，Shandong 271018）

Abstract? [Objective］The influence of on.line laser punching parameters on physical and chemical indexes of medium.sized cigarette was clearly defined，providing reference for the setting of laser punching parameters of medium.sized cigarette.[Method］The effects of different online laser punching parameters on the quality of medium.sized cigarette were analyzed with the physical indexes，the emission of conventional smoke components and the sensory quality.[Result］The number of on.line laser holes showed a negative correlation with the suction resistance of medium.sized cigarette（P<0.01），a positive correlation with the filter ventilation rate and total ventilation rate（P<0.01），and a quadratic regression relationship with the release amount of TPM，moisture and tar.There was a quadratic regression relationship between the laser pulse time? and the suction resistance，the filter ventilation rate and the total ventilation rate of the cigarette，and there was no significant effect on the emission of conventional smoke components.The effect of the number of laser holes on the physical and chemical indexes is higher than that of the on.line laser pulse time，the on.line laser punching parameters mainly affect the aroma，irritation and harmony of medium.sized cigarette.[Conclusion］A mathematical model of the relationship between the on.line laser punching parameters and the physical and chemical indexes of medium.sized cigarette was put forward and applied to the setting of laser punching parameters in the development and product maintenance of medium.sized cigarette.

Key words? Medium.sized cigarette;On.line laser punching parameters;Laser punch number;Laser pulse time

基金項(xiàng)目? 山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司重大專項(xiàng)科技項(xiàng)目（JL-JS 01 025）。

作者簡(jiǎn)介? 孫明銘（1994—），女，河南許昌人， 工程師，博士，從事卷煙工藝研究。*通訊信者，高級(jí)工程師，從事卷煙原料研究。

收稿日期? 2023-03-01；修回日期? 2023-04-25

中支卷煙作為具有中國特色的中式卷煙新類型，是當(dāng)前卷煙市場(chǎng)的發(fā)展熱點(diǎn)［1］。與常規(guī)卷煙相比，中支卷煙更滿足節(jié)能降耗、降焦減害的要求；與細(xì)支煙相比，中支卷煙濃度更佳、滿足感更好，受到市場(chǎng)的青睞，也符合行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的總體戰(zhàn)略需求。為進(jìn)一步提升中支卷煙的產(chǎn)品質(zhì)量，國內(nèi)卷煙企業(yè)相繼開展見關(guān)研究［2-7］，但是對(duì)于中支卷煙在線激光打孔參數(shù)的研究尚未見報(bào)道。

在線激光打孔技術(shù)已成為常用的打孔方式之一，是在卷制成型的煙支濾嘴端，通過高能激光將卷煙紙和濾棒成型紙穿透并進(jìn)入濾棒一定深度，形成細(xì)微小孔［8］。煙支打孔不僅能稀釋卷煙抽吸過程中的煙氣，達(dá)到減害降焦的目的，而且能夠提高卷煙的燃燒性，改善其感官質(zhì)量［9-10］。嚴(yán)志景等［11］發(fā)現(xiàn)在線激光打孔制備的煙支通風(fēng)率符合性和穩(wěn)定性更好，能夠進(jìn)一步保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

在線激光打孔參數(shù)主要包括打孔位置、打孔排數(shù)、打孔數(shù)量和激光脈沖時(shí)間。高明奇等［12］研究發(fā)現(xiàn)打孔位置對(duì)細(xì)支卷煙理化指標(biāo)的影響較小，而打孔數(shù)量和激光脈沖時(shí)間對(duì)細(xì)支卷煙通風(fēng)率的影響較大。曹伏軍等［13］研究了在線激光打孔參數(shù)對(duì)常規(guī)卷煙通風(fēng)率及煙氣成分釋放量的影響，發(fā)現(xiàn)打孔位置距離濾嘴端越遠(yuǎn)，通風(fēng)率越低，煙堿、焦油和一氧化碳釋放量越多，而總孔數(shù)一定時(shí)，打孔排數(shù)越多，煙支的通風(fēng)率穩(wěn)定性越差，焦油、煙堿和一氧化碳釋放量越多。與打孔位置和打孔排數(shù)相比，打孔數(shù)量和激光脈沖時(shí)間對(duì)卷煙通風(fēng)率的影響更大。

目前在線激光打孔參數(shù)對(duì)卷煙品質(zhì)影響的研究多集中于常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙，其對(duì)中支卷煙品質(zhì)的影響未見報(bào)道。筆者分析了在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙物理指標(biāo)、常規(guī)煙氣成分釋放量和感官質(zhì)量的影響，旨在為在線激光打孔技術(shù)在中支卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1? 材料與方法

1.1? 儀器與材料

1.1.1? 試驗(yàn)儀器。

ZJ118卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）；JK350PS在線式卷煙激光打孔裝置（江蘇瑞馳機(jī)電科技有限公司）；瑞拓綜合測(cè)試臺(tái)（成都瑞拓科技股份有限公司）；SM450直線型吸煙機(jī)（英國Cerulean公司）；7890B氣相色譜儀（美國Agilent公司）。

1.1.2? 試驗(yàn)材料。

“泰山”品牌某牌號(hào)中支卷煙配方煙絲（青島卷煙廠，待上市牌號(hào)）；未打孔接裝紙（76 mm，頤中集團(tuán)嘉澤公司）；醋纖濾棒（120 mm，濟(jì)南包材分公司）；含麻格紋卷煙紙（29 g，民豐紙業(yè)）。

1.2? 試驗(yàn)方法

1.2.1? 試驗(yàn)卷煙樣品的制備。

利用在線激光打孔設(shè)備，對(duì)“泰山”品牌某牌號(hào)中支卷煙開展激光打孔數(shù)量和激光脈沖時(shí)間的試驗(yàn)（表1），以研究激光打孔數(shù)量和激光脈沖時(shí)間對(duì)中支卷煙物理指標(biāo)、常規(guī)煙氣成分釋放量和感官質(zhì)量的影響。打孔位置：第一排孔距接裝紙抽吸端12 mm； 排與排之間的間距為2 mm。

1.2.2? 試驗(yàn)卷煙樣品測(cè)試。

利用綜合測(cè)試臺(tái)，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［14-19］檢測(cè)煙支質(zhì)量、吸阻、總通風(fēng)率、濾嘴通風(fēng)率、硬度、長度和圓周。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［20-22］，檢測(cè)煙支主流煙氣總粒相物（TPM）、焦油、煙堿和一氧化碳（CO）釋放量。

1.2.3? 感官評(píng)價(jià)。

按照感官評(píng)吸標(biāo)準(zhǔn)［23］，由具有國家級(jí)煙草機(jī)構(gòu)評(píng)吸資質(zhì)的專業(yè)評(píng)委對(duì)不同激光打孔參數(shù)下的卷煙樣品進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括光澤、香氣量、協(xié)調(diào)性、雜氣、刺激性和余味6項(xiàng)指標(biāo)，總分分別為5、32、6、12、20和25分。

1.2.4? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。利用Microsoft Excel 2010軟件記錄、整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙物理指標(biāo)的影響

2.1.1? 激光打孔數(shù)量對(duì)中支卷煙物理指標(biāo)的影響。

不同激光打孔數(shù)量條件下中支卷煙的物理指標(biāo)如表2所示。由表2可知，隨著激光打孔數(shù)量的增加，中支卷煙的水分含量、重量、圓周、長度和硬度均無顯著變化。吸阻隨著激光打孔數(shù)量的增加而減小，濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率均隨著激光打孔數(shù)量的增加而增加。為了進(jìn)一步明確關(guān)系，進(jìn)行逐步回歸分析（圖1）。由圖1可知，激光打孔數(shù)量與中支卷煙吸阻呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

2.1.2? 激光脈沖時(shí)間對(duì)中支卷煙物理指標(biāo)的影響。

不同激光脈沖時(shí)間條件下中支卷煙的物理指標(biāo)如表2所示。由表2可知，隨著激光脈沖時(shí)間的增加，中支卷煙的水分含量、重量、圓周、長度和硬度均無顯著變化。吸阻隨著激光脈沖時(shí)間的增加而減小。當(dāng)激光脈沖時(shí)間為73 μs時(shí)，與CK無顯著差異；當(dāng)激光脈沖時(shí)間為83 μs時(shí)，與CK存在顯著差異。濾嘴通風(fēng)率隨著激光脈沖時(shí)間的增加而增加，5#、6#樣品與CK存在顯著差異?？偼L(fēng)率隨著激光脈沖時(shí)間的增加而變化。當(dāng)激光脈沖時(shí)間為73 μs時(shí)，與CK無顯著差異；當(dāng)激光脈沖時(shí)間為83 μs時(shí)，與CK存在顯著差異。為了進(jìn)一步明確關(guān)系，進(jìn)行逐步回歸分析（圖2）。由圖2可知，激光脈沖時(shí)間與中支卷煙吸阻、濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率均存在二次回歸關(guān)系。

2.2? 在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙煙氣指標(biāo)的影響

為進(jìn)一步分析不同在線激光打孔參數(shù)下中支卷煙吸阻、濾嘴通風(fēng)率和總通風(fēng)率的差異，測(cè)定了煙支常規(guī)煙氣成分釋放量，包括TPM、焦油、CO、煙堿、水分釋放量。

2.2.1? 激光打孔數(shù)量對(duì)中支卷煙煙氣指標(biāo)的影響。

不同激光打孔數(shù)量條件下中支卷煙的煙氣指標(biāo)如表3所示。由表3可知，隨著激光打孔數(shù)量的增加，CO、TPM、煙堿、水分和焦油釋放量均發(fā)生變化。與CK相比，CO釋放量和煙堿釋放量均無顯著差異，TPM釋放量有顯著差異（P<0.05）。TPM釋放量、水分釋放量和焦油釋放量均隨著激光打孔數(shù)量的增加呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)激光打孔數(shù)量為16個(gè)時(shí)，TPM釋放量與CK相比呈現(xiàn)顯著差異。當(dāng)激光打孔數(shù)量為20個(gè)時(shí)，TPM釋放量、水分釋放量和焦油釋放量與CK相比均有顯著差異。當(dāng)激光打孔數(shù)量為32個(gè)時(shí)，與CK相比，TPM釋放量和焦油釋放量有顯著差異，水分釋放量無顯著差異。分別對(duì)影響顯著的3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行逐步回歸分析，如圖3所示。由圖3可知，激光打孔數(shù)量與中支卷煙TPM釋放量、水分釋放量和焦油釋放量均呈現(xiàn)二次回歸關(guān)系。

2.2.2? 激光脈沖時(shí)間對(duì)中支卷煙煙氣指標(biāo)的影響。

不同激光脈沖時(shí)間條件下中支卷煙的煙氣指標(biāo)如表3所示。由表3可知，隨著激光脈沖時(shí)間的增加，CO、TPM、煙堿、水分和焦油釋放量均發(fā)生變化，但與CK相比均無顯著差異。

2.3? 在線激光打孔參數(shù)對(duì)中支卷煙感官質(zhì)量的影響

感官質(zhì)量是卷煙產(chǎn)品的核心指標(biāo)，由7位具備國家評(píng)吸資質(zhì)的評(píng)委對(duì)不同激光打孔參數(shù)條件下卷制的煙支進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4所示。由表4可知，隨著激光打孔數(shù)量的增加，煙支的香氣量和刺激性先增加后減小，協(xié)調(diào)性、雜氣和余味變化不大。隨著激光脈沖時(shí)間的增加，煙支的香氣量減少，刺激性和協(xié)調(diào)性減小，光澤、雜氣和余味無明顯變化。

2.4? 在線激光打孔參數(shù)與中支卷煙理化指標(biāo)的相關(guān)性分析

對(duì)在線激光打孔參數(shù)與中支卷煙理化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表5所示。吸阻與激光打孔數(shù)量的相關(guān)系數(shù)小于吸阻與激光脈沖時(shí)間的相關(guān)系數(shù)；濾嘴通風(fēng)率與激光打孔數(shù)量的相關(guān)系數(shù)大于濾嘴通風(fēng)率與激光脈沖時(shí)間的相關(guān)系數(shù)；總通風(fēng)率與激光打孔數(shù)量的相關(guān)系數(shù)大于總通風(fēng)率與激光脈沖時(shí)間的相關(guān)系數(shù)；TPM釋放量與激光打孔數(shù)量的相關(guān)系數(shù)小于TPM釋放量與激光脈沖時(shí)間的相關(guān)系數(shù)；水分釋放量與激光打孔數(shù)量的相關(guān)系數(shù)小于水分釋放量與激光脈沖時(shí)間的相關(guān)系數(shù)；焦油釋放量與激光打孔數(shù)量的相關(guān)系數(shù)小于焦油釋放量與激光脈沖時(shí)間的相關(guān)系數(shù)。綜上，激光打孔數(shù)量對(duì)中支卷煙理化指標(biāo)的影響程度大于激光脈沖時(shí)間。

2.5? 在線激光打孔參數(shù)與中支卷煙理化指標(biāo)的回歸分析

以激光打孔數(shù)量（x1）和激光脈沖時(shí)間（x2）為自變量，分別以吸阻（y1）、濾嘴通風(fēng)率（y2）、總通風(fēng)率（y3）、CO釋放量（y4）、TPM釋放量（y5）、煙堿釋放量（y6）、水分釋放量（y7）和焦油釋放量（y8）為因變量，構(gòu)建8個(gè)回歸方程，回歸分析結(jié)果均達(dá)到顯著差異。吸阻與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y1=-0.008x1-0.002x2+1.570，濾嘴通風(fēng)率與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y2=0.871x1+0.364x2-24.601，總通風(fēng)率與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y3=0.837x1+0.332x2-12.909，CO釋放量與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y4=-0.049x1-0.037x2+11.249，TPM釋放量與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y5=-0.120x1-0.095x2+22.657，煙堿釋放量與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y6=-0.004x1-0.003x2+1.093，水分釋放量與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y7=-0.034x1-0.022x2+4.231，焦油釋放量與在線激光打孔參數(shù)的回歸方程為y8=-0.083x1-0.071x2+17.356。

3? 結(jié)論

（1）激光打孔數(shù)量對(duì)中支卷煙3項(xiàng)物理指標(biāo)（吸阻、濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率）和3項(xiàng)常規(guī)煙氣成分（TPM、水分、焦油）釋放量有顯著或極顯著影響，其中與中支卷煙吸阻呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與TPM釋放量、水分釋放量、焦油釋放量呈現(xiàn)二次回歸關(guān)系。激光脈沖時(shí)間與中支卷煙3項(xiàng)物理指標(biāo)（吸阻、濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率）均呈現(xiàn)二次回歸關(guān)系，對(duì)常規(guī)煙氣成分釋放量均無顯著影響。感官評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在線激光打孔參數(shù)主要影響中支卷煙的香氣量、刺激性和協(xié)調(diào)性，對(duì)光澤、雜氣、余味無明顯影響。

（2）相關(guān)性分析結(jié)果表明，吸阻、濾嘴通風(fēng)率、總通風(fēng)率、TPM釋放量、水分釋放量、焦油釋放量與在線激光打孔參數(shù)的相關(guān)性強(qiáng)弱比較均表現(xiàn)為激光打孔數(shù)量>激光持續(xù)時(shí)間。綜上可知，激光打孔數(shù)量對(duì)中支卷煙理化指標(biāo)的影響程度大于激光脈沖時(shí)間。

（3）以激光打孔數(shù)量（x1）和激光脈沖時(shí)間（x2）為自變量，分別以吸阻（y1）、濾嘴通風(fēng)率（y2）、總通風(fēng)率（y3）、CO釋放量（y4）、TPM釋放量（y5）、煙堿釋放量（y6）、水分釋放量（y7）和焦油釋放量（y8）為因變量，構(gòu)建8個(gè)回歸方程，得到一套在線激光打孔參數(shù)和中支卷煙理化指標(biāo)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，可應(yīng)用于中支卷煙開發(fā)和產(chǎn)品維護(hù)中激光打孔參數(shù)的設(shè)置。

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［14］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定 第2部分 長度 光電法：GB/T 22838.2—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［15］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定 第3部分 圓周 激光法：GB/T 22838.3—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［16］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定 第4部分 卷煙質(zhì)量：GB/T 22838.4—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［17］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定 第5部分 卷煙吸阻和濾棒壓降：GB/T 22838.5—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［18］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定 第6部分 硬度：GB/T 22838.6—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［19］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙和濾棒物理性能的測(cè)定 第15部分 卷煙 通風(fēng)的測(cè)定 定義和測(cè)量原理：GB/T 22838.15—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［20］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙 用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定 總粒相物和焦油：GB/T 19609—2004［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［21］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙 煙氣氣相中一氧化碳的測(cè)定 非散射紅外法：GB/T 23356—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［22］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙 總粒相物中煙堿的測(cè)定 氣相色譜法：GB/T 23355—2009［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［23］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙 第4部分 感官技術(shù)要求：GB 5606.4—2005［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.