田忠 王宏偉 王孝峰 鮑穗

摘要：為考察卷煙紙透氣度和定量對常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙燃燒錐最高溫度和主流煙氣有害成分釋放量的影響，采用偏最小二乘（PLS）回歸法建立了多因素預(yù)測模型。結(jié)果表明，隨著卷煙紙透氣度的增大，常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙的燃燒錐最高溫度、HCN、CO、NH3和煙氣危害性指數(shù)均有降低的趨勢，且不利于感官綜合特性的提升；隨著卷煙紙定量的增大，兩種卷煙的燃燒錐最高溫度和CO有升高的趨勢，NH3、煙氣危害性指數(shù)以及感官綜合特性有降低的趨勢；卷煙紙透氣度和定量對兩種卷煙部分指標(biāo)（如苯酚、HCN釋放量、香氣、煙氣以及口感特性等）的影響表現(xiàn)出一定的差異性。

關(guān)鍵詞：卷煙紙透氣度；定量；燃燒錐溫度；有害成分；感官質(zhì)量

中圖分類號：TS761.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254508X.2018.12.006

卷煙紙作為卷煙的主要輔料，雖然只占煙支質(zhì)量的5%，但卷煙紙直接參與卷煙燃燒，對煙支燃燒過程會產(chǎn)生重要影響。定量和透氣度是卷煙紙的兩個重要參數(shù)，其直接影響卷煙燃燒過程中的燃燒狀態(tài)和溫度，進(jìn)而極大地影響了卷煙主流煙氣相關(guān)成分的釋放量和抽吸品質(zhì)[16]。目前卷煙紙對常規(guī)卷煙燃燒性能及主流煙氣的影響已有諸多報道，胡群等人[7]研究了卷煙紙透氣度對卷煙物理性能及煙氣量的影響；馬靜等人[8]考察了卷煙紙定量對卷煙品質(zhì)的影響；謝定海等人[910]探討了卷煙紙透氣度、定量對常規(guī)卷煙燃燒溫度及煙氣指標(biāo)的影響。更多學(xué)者聚焦于卷煙紙對主流煙氣中有害成分的影響以及調(diào)控應(yīng)用技術(shù)研究[1115]。然而，卷煙紙對常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙燃燒溫度及主流煙氣成分影響的對比研究鮮有報道。因此，本實驗擬通過研究不同透氣度、定量的卷煙紙對常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙燃燒錐最高溫度及主流煙氣中有害成分釋放量的影響，旨為卷煙紙產(chǎn)品的研制及減害降焦提供參考。

1材料與方法

1.1材料與儀器

煙絲選擇安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司某牌名烤煙煙絲；不同透氣度卷煙紙：卷煙紙定量為28 g/m2，透氣度分別為40、50、60、70、80 CU；不同定量卷煙紙：卷煙紙透氣度為50 CU，定量分別為26、28、29和32 g/m2，卷煙紙均由牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司提供。

7890A氣相色譜儀和68905975氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司；Acquity高效液相色譜儀，美國Waters公司，配備熒光/PDA檢測器；4000 Q Trap質(zhì)譜儀，美國AB公司；離子色譜儀，美國戴安公司；AL2041C電子天平，感量0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司；MilliQ純水儀，美國Millipore公司；MIKRON MC320紅外熱成像儀，美國LumaSense公司。

1.2方法

1.2.1卷煙樣品卷制

按同一煙支質(zhì)量，分別用不同的卷煙紙在同一機(jī)臺卷制同一牌號同一批次的煙絲， 其他卷制輔材均相同，卷制常規(guī)卷煙（煙支長度84 mm、圓周24.4 mm）、細(xì)支卷煙（煙支長度97 mm、圓周17 mm）兩種規(guī)格。均按安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)卷制。合格煙支在溫度（22±1）℃和相對濕度（60±2）%條件下平衡48 h。

1.2.2卷煙燃燒錐溫度測定

參照前人研究[16]，采用紅外熱成像儀對卷煙抽吸第三口時的燃燒錐最高溫度進(jìn)行測量，紅外探頭的測溫范圍為300～1500℃，精確度為±2℃，測試抽吸燃燒錐最高溫度10次，取平均值。

1.2.3煙氣相關(guān)成分測定

分別采用GB/T 23356—2009《卷煙 煙氣氣相中一氧化碳的測定 非散射紅外法》、GB/T 21130—2007《卷煙 煙氣總粒相物中苯并[a]芘的測定》、YC/T 253—2008《卷煙 主流煙氣中氰化氫的測定連續(xù)流動法》、YC/T 377—2010《卷煙 主流煙氣中氨的測定離子色譜法》、YC/T 255—2008《卷煙 主流煙氣中主要酚類化合物的測定高效液相色譜法》、YC/T 254—2008《卷煙 主流煙氣中主要羰基化合物的測定高效液相色譜法》以及GB/T 23228—2008《卷煙 主流煙氣總粒相物中煙草特有N亞硝胺的測定氣相色譜熱能分析聯(lián)用法》測定主流煙氣中的CO、苯并[a]芘、HCN、NH3、苯酚、巴豆醛和NNK的釋放量，卷煙煙氣危害性指數(shù)（H）值按照國煙科[2009]211號文件規(guī)定計算。

1.2.4卷煙感官質(zhì)量評價

參照YC/T497—2014《卷煙 中式卷煙風(fēng)格感官評價方法》，專業(yè)評委組對各分項指標(biāo)按照九分制進(jìn)行打分，評價指標(biāo)包括香氣質(zhì)、香氣豐富性、香氣量、雜氣（香氣特征值）；細(xì)膩柔和度、成團(tuán)性、濃度、勁頭（煙氣特征值）；干燥感、刺激、余味（口感特征值）。最終以香氣特征值、煙氣特征值、口感特征值以及感官綜合值四項指標(biāo)進(jìn)行偏最小二乘（PLS）回歸分析。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

采用 Minitab 17統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行PLS回歸分析，采用逐一剔除法對回歸方程進(jìn)行交叉驗證。參照文獻(xiàn)[17]的方法，根據(jù)回歸方程的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)分析各自變量對因變量的影響。

2結(jié)果與討論

2.1卷煙紙透氣度和定量對卷煙燃燒錐最高溫度的影響

由卷煙燃燒錐最高溫度模型的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)得到卷煙紙透氣度和定量對其影響程度。常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙燃燒錐最高溫度 PLS 回歸方程的方差分析結(jié)果和模型的回歸系數(shù)分別見表1和表2。本方差分析中的自變量包括常量（A）、卷煙紙透氣度（B）和卷煙紙定量（C），SS、MS、F和P分別代表離均差平方和、均方差、F統(tǒng)計量和顯著性概率值，當(dāng)P值<0.05時，說明預(yù)測模型能通過顯著水平的檢驗；當(dāng)P值<0.01時，說明預(yù)測模型能通過極顯著水平的檢驗。表1方差分析結(jié)果表明，常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙燃燒錐最高溫度PLS回歸方程的P值為 0，說明其預(yù)測模型均能通過 0.01 極顯著水平的檢驗。

表2數(shù)據(jù)顯示，兩種卷煙燃燒錐最高溫度均隨著卷煙紙透氣度的增大而降低，隨著卷煙紙定量的增加而升高，且卷煙紙透氣度對常規(guī)卷煙燃燒錐最高溫度的影響程度較定量更大，而對細(xì)支卷煙燃燒錐最高溫度的影響程度較定量更小。

2.2卷煙紙透氣度和定量對主流煙氣7種有害成分的影響

常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙主流煙氣有害成分釋放量 PLS 回歸方程的方差分析結(jié)果分別見表3和表4；兩種卷煙的模型回歸系數(shù)見表5。由表3和表4可知，常規(guī)卷煙的主流煙氣中，CO、HCN、苯酚、氨和煙氣危害性指數(shù)H的PLS回歸方程P值均低于0.01，說明其預(yù)測模型均能通過0.01極顯著水平檢驗。細(xì)支卷煙主流煙氣中HCN釋放量的PLS回歸方程的P值為0.003，說明其預(yù)測模型能通過0.01極顯著水平檢驗，CO、氨和卷煙煙氣危害性指數(shù)（H）的PLS回歸方程的P值均低于0.05，說明其模型均能通過0.05顯著水平檢驗。本研究中，其他未能通過顯著水平檢驗的煙氣組分和感官特性模型不予討論。

由卷煙主流煙氣組分模型的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)得到卷煙紙透氣度和定量對7組有害成分以及煙氣危害性指數(shù)的主要影響因素。由表5可知，卷煙紙透氣度的提升均可降低兩種卷煙的卷煙煙氣危害性指數(shù)和CO、HCN、NH3的釋放量，同時也使常規(guī)卷煙煙氣中苯酚釋放量有下降的趨勢；隨著卷煙紙定量的增加，兩種卷煙的CO釋放量有增大趨勢，NH3和卷煙煙氣危害性指數(shù)有下降的趨勢，同時常規(guī)卷煙的苯酚和細(xì)支卷煙的HCN亦有所降低，而常規(guī)卷煙的HCN釋放量則有所增加。從影響程度來看，卷煙紙透氣度對所列各煙氣指標(biāo)的影響程度均大于定量。

2.3卷煙紙透氣度和定量對卷煙感官質(zhì)量的影響

常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙感官評價的香氣、煙氣、口感特征值以及感官綜合值的PLS回歸方程的方差分析結(jié)果分別見表6和表7；兩種卷煙的模型回歸系數(shù)見表8。由表6和表7可知，常規(guī)卷煙的煙氣、口感以及感官綜合值PLS回歸方程的P值均低于0.01，說明其預(yù)測模型均能通過0.01極顯著水平的檢驗；而細(xì)支卷煙香氣、口感以及感官綜合值PLS回歸方程的P值均低于0.01，說明其預(yù)測模型均能通過0.01極顯著水平的檢驗，煙氣特征值的PLS回歸方程的P值為0.016，說明其預(yù)測模型能通過0.05顯著水平的檢驗。

由表8可知，對于常規(guī)卷煙，隨著卷煙紙透氣度和定量的增加，其煙氣、口感以及感官綜合值均有降低的趨勢，就影響程度而言，透氣度對煙氣和感官綜合值的影響更大，而定量對口感特征值的影響更大；對于細(xì)支卷煙，香氣和口感特征值受卷煙紙定量的影響大于透氣度，并且兩指標(biāo)均與定量呈負(fù)相關(guān)，而與透氣度呈正相關(guān)；煙氣特征值受透氣度的影響更大，其與透氣度呈負(fù)相關(guān)，而與定量呈正相關(guān)，感官綜合值均隨著定量和透氣度的增加而有降低的趨勢。

2.4數(shù)理統(tǒng)計結(jié)果的交叉驗證

由卷煙燃燒錐最高溫度、主流煙氣有害成分釋放量和感官質(zhì)量模型的非標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)得到卷煙紙透氣度和定量對這些指標(biāo)的預(yù)測模型。表9列出了由交叉驗證選擇的各因變量模型的預(yù)測回歸系數(shù)R2（預(yù)測）以及觀測值和預(yù)測值之間的相對偏差。驗證結(jié)果表明，所列因變量的預(yù)測結(jié)果最大偏差均小于10%，且常規(guī)CO、卷煙煙氣危害性指數(shù)和燃燒錐最高溫度預(yù)測模型的R2值較高，分別0.982、0.965和0.900，其余因變量預(yù)測模型的R2值分別介于0.365～0.890；而細(xì)支卷煙只有燃燒錐最高溫度預(yù)測模型的R2值較高，達(dá)0.900，其余因變量的預(yù)測模型的R2值分別介于0.110～0.871。

2.5卷煙紙透氣度和定量對兩種卷煙綜合特性影響的對比分析

2.5.1常規(guī)卷煙

卷煙紙透氣度的升高，使常規(guī)卷煙的燃燒錐最高溫度、主流煙氣中CO、HCN、苯酚、NH3以及煙氣危害性指數(shù)均有降低的趨勢。這主要是由于隨著卷煙紙透氣度的增大，抽吸時從燃燒錐底部進(jìn)入煙支內(nèi)部的冷空氣增多，導(dǎo)致燃燒錐最高溫度降低，同時增強(qiáng)了對煙支主流煙氣的稀釋作用，從而降低了煙氣的釋放量[9]。另外，卷煙紙透氣度的增大會進(jìn)一步促進(jìn)煙絲的燃燒，降低抽吸口數(shù)，從而減少主流煙氣的釋放量[12]。隨著卷煙紙透氣度的增大，常規(guī)卷煙的煙氣、口感和感官綜合特性均有下降的趨勢，對香氣特性無顯著影響。

卷煙紙定量的增大，使常規(guī)卷煙的燃燒錐最高溫度、CO和HCN釋放量有升高趨勢，NH3和卷煙煙氣危害性指數(shù)有降低的趨勢。這是因為隨著卷煙紙定量的增加，單位面積內(nèi)纖維的絕對量增加，有更多的纖維物質(zhì)參與燃燒，從而使卷煙燃燒錐溫度得到提高[10]。定量的增加意味著卷煙紙厚度增大，增加了外部空氣進(jìn)入到煙支內(nèi)部的難度，導(dǎo)致卷煙內(nèi)部組分的燃燒不充分，從而加大了CO和焦油的釋放量[8]；于此同時，卷煙內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的大量熱量不能及時擴(kuò)散到煙支外部，使生成的CO2在高溫缺氧的情況下與煙絲炭化組分發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生了大量新的CO，并在下一口抽吸時進(jìn)入到主流煙氣中。因此，隨著卷煙紙定量的增大，煙氣產(chǎn)生的CO有增大趨勢。此外，卷煙紙定量的增大，也意味著單位面積內(nèi)的助劑含量相應(yīng)增加，煙支的燃燒速率加快，使得卷煙抽吸口數(shù)下降，降低了煙氣的釋放量[10]。因此，卷煙紙定量對煙氣的影響應(yīng)是上述機(jī)制共同作用的綜合結(jié)果。隨著卷煙紙定量的增大，常規(guī)卷煙的煙氣、口感及感官綜合特性均有明顯下降的趨勢。

2.5.2細(xì)支卷煙

卷煙紙透氣度和定量對細(xì)支卷煙綜合特性的影響與常規(guī)卷煙類似，但在部分指標(biāo)上，仍存在較為明顯的差異，主要體現(xiàn)在：①卷煙紙定量的增大使常規(guī)卷煙的HCN釋放量有升高的趨勢，而對細(xì)支卷煙的作用則剛好相反；卷煙紙透氣度的提升有利于常規(guī)卷煙苯酚釋放量的降低，而對細(xì)支卷煙則沒有明顯的影響。②卷煙紙透氣度和定量影響細(xì)支卷煙的香氣特征值，而對常規(guī)卷煙的則無明顯影響；隨著卷煙紙透氣度的增加，常規(guī)卷煙的口感特征值有降低的趨勢，而細(xì)支卷煙則反之；隨著卷煙紙定量的增大，有利于細(xì)支卷煙煙氣特征值的提升，而常規(guī)卷煙則反之。

因此，適當(dāng)調(diào)整卷煙紙透氣度和定量，可在一定程度上有針對性地調(diào)控常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙的燃燒錐最高溫度、煙氣組分和感官質(zhì)量。

3結(jié)論

本實驗主要研究了不同透氣度和不同定量的卷煙紙對常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙燃燒錐最高溫度及主流煙氣中有害成分釋放量的影響，采用偏最小二乘（PLS）回歸法建立了多因素預(yù)測模型。

3.1常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙的燃燒錐最高溫度、CO、HCN、NH3和卷煙煙氣危害性指數(shù)（H）以及卷煙感官質(zhì)量等指標(biāo)均受到卷煙紙透氣度和定量的影響。

3.2隨著卷煙紙透氣度的增大和定量的減小，均有利于常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙的燃燒錐最高溫度的降低。

3.3兩種卷煙的CO、NH3釋放量以及卷煙煙氣危害性指數(shù)均隨卷煙紙透氣度和定量的增大而降低；在HCN和苯酚釋放量方面，兩種卷煙受卷煙紙透氣度和定量的影響表現(xiàn)出一定的差異性。

3.4整體上卷煙紙透氣度和定量的增加，不利于常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙綜合感官特性的提升，且卷煙紙透氣度和定量對不同卷煙的香氣、煙氣和口感特性的影響差異明顯。

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（責(zé)任編輯：董鳳霞）