邢梓爍，劉顯軍，王 沖，孫海峰，王 奕，吉 雄

(深圳煙草工業(yè)有限責任公司技術(shù)研發(fā)中心，廣東 深圳 518000)

1 研究背景

卷煙主流煙氣中的總粒相物TPM、焦油、一氧化碳(CO)、煙堿和水分等成分是監(jiān)控卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的重要指標，也是消費者在選擇一款卷煙時所重點關(guān)注的因素之一。隨著經(jīng)濟的高速增長，社會民眾對身體健康的重視程度也越來越高。因此，如何對卷煙產(chǎn)品進行降焦減害以保障群眾健康，如何對卷煙產(chǎn)品進行穩(wěn)定可靠的質(zhì)量監(jiān)控等，都是煙草行業(yè)一直以來所需要面對的難題，也是一項長期的挑戰(zhàn)。

據(jù)報道，影響卷煙煙氣中的總粒相物TPM、焦油、一氧化碳(CO)、煙堿和水分等成分的因素有很多。在卷煙的生產(chǎn)過程中，制絲制葉工藝主要參數(shù)、卷煙紙接裝紙及濾棒主要參數(shù)、煙支重量及煙支密度等物理指標都在一定程度上決定了卷煙主流煙氣的結(jié)果[1-3]。同時，在煙氣分析的實驗分析過程中，也存在著各種各樣的影響因素。不同抽吸參數(shù)、不同氣流速度、不同濕度平衡條件、不同大氣壓條件下、甚至不同型號的吸煙機等都會對煙氣分析結(jié)果造成不同的影響[4-7]。

煙氣分析實驗是產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，也是監(jiān)控卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前，國內(nèi)對煙氣分析實驗已經(jīng)有了大量的研究，但是，針對吸煙機自身所導致的誤差所做的研究相對較少。除了吸煙機對抽吸容量、風速等的控制偏差會影響實驗結(jié)果外，吸煙機在上煙過程中負壓不同而造成卷煙空頭也會影響分析結(jié)果。目前，由于吸煙機負壓不同而造成的上煙差異的研究還相對較少。本文通過系統(tǒng)研究了不同上煙負壓對不同規(guī)格卷煙主流煙氣中5中常規(guī)化學成分的釋放量影響，并對儀器設(shè)備進行優(yōu)化尋找出最優(yōu)的煙支上煙負壓，旨在為進一步提高煙氣分析結(jié)果準確性上提高更強有力的支持。

2 材料和方法

2.1 材料與儀器

樣品煙：深圳煙草工業(yè)有限責任公司常規(guī)、中支、細支三款不同規(guī)格卷煙。

儀器：BSA224S電子天平，德國sartorius公司；RM200A2全自動吸煙機，德國Borgwaldt公司；非散射紅外分析儀，與全自動吸煙機配套；Climacell 222 eco恒溫恒濕箱，德國MMM公司；HY-5(A)型回旋式振蕩器、7890A型氣相色譜儀，美國安捷倫公司。

2.2 實驗方法

2.2.1 卷煙樣品篩選

按照 GB/T 16447-2004平衡卷煙樣品，各規(guī)格卷煙在相同的物理指標條件下，篩選重量相同的卷煙樣品各20支。

2.2.2 卷煙空頭的判定

按照GB 5606.3-2005《卷煙 第3部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運》對空頭的定義，對卷煙的空頭進行判定。

2.2.3 主流煙氣中焦油的分析

按照 GB/T16450-2004對吸煙機參數(shù)進行調(diào)整檢查，選取篩選后重量一致的3種不同規(guī)格卷煙各20支樣品進行抽吸。抽吸結(jié)束后，按照GB/T 19609-2004、YC/T 157-2001以及YC/T 156-2001，分別對總粒相物、焦油、水分以及煙堿釋放量進行分析。

2.2.4 主流煙氣中CO釋放量的分析

按照 GB/T18204.23-2000分析3種不同規(guī)格卷煙主流煙氣中CO的含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 手動上煙及不同負壓對空頭率的影響

在吸煙機的上煙過程，是通過一定強度的負壓將煙支吸入到夾持器里。因此，由于負壓的大小不同，容易造成不同規(guī)格卷煙上煙的差異。負壓過小則容易造成煙支上煙失敗，負壓過大則容易造成煙支空頭。上煙所形成的煙支空頭，會影響原本煙支內(nèi)部煙絲的分布，造成煙支密度增大，引起煙氣分析實驗結(jié)果誤差。在實驗分析進行前，先根據(jù)吸煙機負壓可調(diào)節(jié)范圍，將上煙負壓分為小、中、大三個不同強弱的檔次。

由表1可知，隨著上煙負壓的增大，三種不同規(guī)格卷煙的空頭率均呈現(xiàn)上升的趨勢，其影響程度大小不一。根據(jù)出現(xiàn)卷煙空頭出現(xiàn)的數(shù)量，負壓變化對煙支空頭的影響程度總體表現(xiàn)為細支卷煙>中支卷煙>常規(guī)卷煙。

表1 手動上煙及不同負壓對煙支空頭的影響Table 1 The effect of manual smoking and different negative pressures on the short end of cigarettes

3.2 手動上煙及不同負壓對卷煙主流煙氣常規(guī)成分的影響

3.2.1 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中總粒相物TPM釋放量的影響

通過手動上煙及逐步提高吸煙機負壓，將3種不同規(guī)格卷煙總粒相物的釋放量進行整理，結(jié)果見表2?？梢钥闯?，常規(guī)卷煙手動上煙及在最大負壓下的TPM為14.27 mg/cig和14.75 mg/cig；中支卷煙及細支卷煙的TPM都呈現(xiàn)上升趨勢；中支卷煙從手動上煙的11.80 mg/cig上升到12.76 mg/cig，TPM釋放量增加了8.1%；細支卷煙從手動上煙的11.29 mg/cig上升到12.35 mg/cig，TPM釋放量增加了9.4%。對比可知，負壓的變化對中支卷煙及細支卷煙的TPM釋放量具有顯著的影響。

表2 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中TPM釋放量的影響Table 2 Effects of manual smoking and different negative pressures on TPM release in mainstream smoke

3.2.2 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中焦油釋放量的影響

焦油的釋放量來源于煙葉的不完全燃燒[8]，其釋放量不僅受煙葉、煙支輔料等客觀條件的影響，還取決于抽吸口數(shù)、抽吸容量等主觀因素。由表3可知，三款不同規(guī)格卷煙主流煙氣中焦油釋放量受上煙負壓的影響趨勢與TMP釋放量受影響的趨勢基本一致，影響程度總體表現(xiàn)為細支卷煙>中支卷煙>常規(guī)卷煙。

表3 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中焦油釋放量的影響Table 3 Effects of manual smoking and different negative pressures on the release of tar in mainstream smoke

3.2.3 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中一氧化碳釋放量的影響

一氧化碳作為主流煙氣中7種有害成分之一，與吸煙與健康問題關(guān)系重大。根據(jù)研究表明，煙支包卷密度、陰燃速率、粗纖維、煙堿、氯以及鉀、鈣、銅、鐵等金屬元素與主流煙氣中一氧化碳釋放量呈顯著相關(guān)[9]。由表4可知，常規(guī)卷煙及中支卷煙的一氧化碳釋放量與上煙負壓無顯著相關(guān)性，細支卷煙一氧化碳釋放量與上煙負壓呈正相關(guān)性。

表4 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中一氧化碳釋放量的影響Table 4 Effects of manual smoking and different negative pressures on the release of carbon monoxide in mainstream smoke

3.2.4 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中水分釋放量的影響

卷煙主流煙氣中的水分含量大小是影響卷煙感官評價的重要指標。根據(jù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，主流煙氣中水分適宜能改善煙氣柔和度及感官舒適性，降低煙氣的刺激性；當水分含量低時，會增強煙氣的干燥感及刺激性、降低感官舒適性[10]。由表5可知，中細支卷煙的水分釋放量與上煙負壓呈負相關(guān)性，分別由1.56 mg/cig下降至1.43 mg/cig、2.02 mg/cig下降至1.75 mg/cig，下降幅度分別為8.3%和14.8%。

表5 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中水分釋放量的影響Table 5 Effects of manual smoking and different negative pressures on water release in mainstream smoke

3.2.5 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中煙堿釋放量的影響

煙氣中煙堿釋放量指的是主流煙氣總粒相物中的煙堿量，是致使吸煙者吸煙成癮的主要原因，因此也被作為監(jiān)控一款卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的重要指標。由表6可知，隨著負壓增強而導致的卷煙空頭，對常規(guī)卷煙及中支卷煙并沒有相關(guān)性影響。但細支卷煙的尼古丁釋放量則隨著上煙負壓的增強而上升，呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢。

表6 手動上煙及不同負壓對主流煙氣中煙堿釋放量的影響Table 6 Effects of manual smoking and different negative pressures on nicotine release in mainstream smoke

3.3 不同規(guī)格卷煙最優(yōu)上煙負壓的探索

為了進一步量化吸煙機負壓流量大小，尋找不同規(guī)格卷煙最優(yōu)上煙負壓，因此需要對現(xiàn)有吸煙機設(shè)備進行升級改造。本研究通過在吸煙機負壓模塊及轉(zhuǎn)盤通氣孔之間添加一個輔助上煙模塊，以實現(xiàn)能夠顯示并控制管路中氣體流量的大小的功能，并申請授權(quán)了使用新型專利[12]。

表7 不同規(guī)格卷煙最優(yōu)上煙負壓流量Table7 Optimal negative pressure flow rate of cigarettes with different specifications

綜合3.1及3.2的實驗結(jié)果可知，上煙負壓對卷煙主流煙氣常規(guī)成分分析結(jié)果的影響主要是由卷煙的空頭率而引起的。通過調(diào)整改進優(yōu)化后吸煙機的負壓大小，尋找出不同規(guī)格卷煙在上煙時不產(chǎn)生空頭的最佳負壓，結(jié)果如表7所示。在上煙負壓流量分別為20.0～20.5 mL/min，17.0～17.5 mL/min，14.0～14.5 mL/min時，常規(guī)、中支、細支卷煙在吸煙機自動上煙過程中不會出現(xiàn)煙支掉落、煙支空頭或煙支夾持器插入不到位等情況。

4 結(jié) 論

吸煙機是檢測卷煙主流煙氣的必要儀器之一。吸煙機吸煙實驗是研發(fā)人員觀察吸煙者而總結(jié)出來的一套標準，嚴格控制風速、抽吸容量、抽吸間隔等因素都是必不可少的。吸煙機在上煙時，負壓會導致煙支產(chǎn)生空頭，改變了原有煙支的內(nèi)部密度分布情況，從而使得吸煙實驗的分析結(jié)果與吸煙者實際的吸煙情況產(chǎn)生誤差。試驗通過手動上煙以及大中小三個不同壓強的負壓對常規(guī)卷煙、中支卷煙、細支卷煙3中不同規(guī)格卷煙的出現(xiàn)空頭情況及主流煙氣中總粒相物、焦油、一氧化碳、水分和煙堿進行分析比較。可以看出不同規(guī)格卷煙在不同上煙負壓下煙支空頭與負壓呈正相關(guān)且主流煙氣中各物質(zhì)釋放量不同，總粒相物、焦油、一氧化碳和煙堿呈不同程度的上升趨勢，水分釋放量呈下降趨勢，且中細支卷煙與上煙負壓的相關(guān)性更為顯著。5種主流煙氣主要成分的變化，主要是煙支密度增大所帶來的影響，與王鍇等[11]考察了煙支密度對卷煙主流煙氣品質(zhì)影響的研究結(jié)果相符合。同時，研究還通過對吸煙機進行改造升級，量化了不同規(guī)格卷煙的最優(yōu)上煙負壓，有利于行業(yè)內(nèi)煙氣分析統(tǒng)一性以及實驗結(jié)果準確性的進一步提升，且為吸煙機根據(jù)卷煙規(guī)格自動調(diào)整負壓提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。