朱涛 杨传敏 雷振 潘玥 史俊杰

摘 要 通过测试不同梗丝掺配比例、不同烟丝含水率、不同烟丝温度和不同切丝宽度下的烟丝填充值，系统分析了各因素对烟丝填充值的影响规律，并根据研究结果建立烟丝填充值的修正模型。结果表明，在试验范围内烟丝填充值与梗丝掺配比例呈线性正相关关系（R2>0.92），与烟丝含水率呈线性负相关关系（R2>0.99），与烟丝温度呈线性负相关关系（R2>0.97），与切丝宽度无明显线性相关关系（R2=0.331 7）。

关键词 烟丝填充值;影响因素;线性关系;修正模型

中图分类号：TS452.4 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.13.018

烟丝填充值是指卷烟烟丝在一定时间、一定压力的持续作用下，单位质量所占的容积[1]。目前，消费者对烟草的吸食口味由浓香型已逐渐向淡味型转变，对低烟碱量和低焦油量卷烟的需求逐渐增加[2]。烟丝填充值是影响烟支烟气中焦油含量、一氧化碳含量和卷烟抽吸品质的重要因素，同时是评价成品烟丝物理质量的重要指标，其决定了卷烟的烟丝消耗量和烟丝硬度[3-5]。通常影响烟丝填充值的主要因素可分为物理因素（吸湿性、叶质重等）和化学因素（蛋白质含量、糖含量等），还包括农艺措施、工艺措施、生物活动等其他因素[6-7]。而在卷烟生产中，影响烟丝填充值的主要因素可概括为烟丝的结构组成、烟丝的物理指标和烟丝的检测环境[8]。

本文通过开展烟丝填充值影响因素的相关性研究，旨在为优化烟丝填充值的评价方法提供依据，并对生产过程中稳定控制烟丝填充值提供技术指导。

1  材料与方法

1.1  材料与仪器

黄山品牌烟丝HS（YJY），安徽中烟工业有限责任公司生产;YGD 450填充值测定仪，购自郑州嘉德机电科技有限公司;PL 402-L电子天平，購自瑞士Mettler公司;KBF 240恒温恒湿箱，购自德国Binder公司;FD 115热风循环烘箱，购自德国Binder公司。

1.2  试验方法

1）在实际生产叶丝过程中，分别设定0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.1 mm、1.2 mm、1.3 mm的切丝宽度，取样，放于平衡箱内（设定温度22.0 ℃、相对湿度60.0%）平衡48 h后快速测试其填充值。

2）在实际生产烟丝过程中，取样叶丝5 kg，成品梗丝1 kg，在标准恒温恒湿检测室（温度22 ℃±2 ℃、相对湿度60%±5%）内配制5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的梗丝掺配比例混合烟丝，样品混合均匀后快速检测其填充值。

3）在实际生产烟丝过程中，取成品烟丝1 kg，分成八等份，分别放于平衡箱内，通过调节平衡箱的温湿度参数，制备不同烟丝含水率的样品，快速检测其填充值，并同步测量其含水率。

4）在实际生产烟丝过程中，取成品烟丝1 kg，放于平衡箱（温度22.0 ℃、湿度60.0%）内平衡48 h后，分成八等份，放入密封袋中待用。通过将样品密封袋放置到冰箱、平衡箱等不同方式进行处理，制备不同烟丝温度的样品，快速检测其填充值，并用红外测温枪同步测量其温度。

1.3  检测指标

1.3.1  烟丝填充值的测定

1）称取10.0 g样品，误差控制在0.02 g内，将样品置于测量筒内，并使样品均匀地分布于容器内。2）启动施力测头，使样品受到均匀压力并进行测量。

重复上述两个步骤，共测量5次，以5次测定结果的算术平均值表示，检测结果由填充值测定仪自动计算。

1.3.2  烟丝含水率的测定

样品混合均匀后，取4～6 g样品置于已知重量的样品盒中，及时盖上盒盖并立即称重，精确至0.001 g，每个样品平行测定2次。

当烘箱温度稳定在（100±1） ℃时，将待测样品盒盖打开并将盒盖放在盒子底部，然后将待测样品盒置于烘箱中层，关闭烘箱门并开始计时。2 h后打开烘箱门，将样品盒逐一加盖后取出置于干燥皿内，冷却至室温后分别称重，精确至0.001 g。

样品含水率计算公式为：

[W=m1-m2m1×100%]  （1）

式（1）中：W为样品含水率;m1为烘前样品重量，g;m2为烘后样品重量，g。

1.4  数据处理

使用Microsoft Excel对试验数据进行处理分析。

2  结果与分析

2.1  切丝宽度对烟丝填充值的影响

对不同切丝宽度下烟丝的填充值测量数据进行统计分析，由图1可知，当对切丝宽度参数进行调整后，烟丝填充值会随之发生变化，但无明显的规律性变化趋势。对切丝宽度与烟丝填充值数据进行线性拟合，线性方程为y=-0.111 4x+3.442，R2=0.331 7，拟合关系差，说明烟丝填充值与切丝宽度无明显线性相关性，切丝宽度并非烟丝填充值的主要影响因素。

2.2  梗丝掺配比例对烟丝填充值的影响

对不同梗丝掺配比例的混合烟丝的填充值测量数据进行统计分析，由图2可知，烟丝填充值会随梗丝掺配比例的提高而增大，且变化规律较为一致。对梗丝掺配比例与烟丝填充值数据进行线性拟合，得到烟丝填充值与梗丝掺配比例的关系符合线性方程

y=0.007 95x+4.347 6，R2=0.928 1，拟合关系良好，说明烟丝填充值与梗丝掺配比例呈线性正相关性。由于梗丝填充值大于叶丝填充值，将梗丝掺配到叶丝中会使成品烟丝的填充值呈线性增长，梗丝比例每上升1%，填充值上升约0.01 cm3·g-1。

2.3  烟丝含水率对烟丝填充值的影响

对不同烟丝含水率条件下烟丝的填充值测量数据进行统计分析，由图3可见，烟丝填充值会随烟丝含水率的增加而减小，变化规律较为一致。对烟丝含水率与烟丝填充值数据进行线性拟合，烟丝填充值与烟丝含水率的关系符合线性方程y=-0.523x+11.24，R2=0.996 6，拟合关系良好，说明烟丝填充值与烟丝含水率呈线性负相关性，根据线性方程烟丝含水率每上升1%，烟丝填充值减少约0.52 cm3·g-1。

根据检测结果可知，烟丝含水率是烟丝重要的物理指标，含水率增加会使烟丝变得更加柔软，在烟丝填充值的实际测量过程中，烟丝对仪器测量头的支撑力变小，从而使烟丝填充值降低。对烟丝填充值与烟丝含水率的线性回归方程进行验证，通过实测填充值和计算填充值的比较，计算两者相对误差，结果如表1所示。

由验证结果看来，实测填充值与计算填充值的最大相对误差为1.98%，说明回归方程预测准确性较好，在实际的测量过程中可以作为指导依据。

2.4  烟丝温度对烟丝填充值的影响

对不同烟丝温度条件下烟丝的填充值测量数据进行统计分析，由图4可知，烟丝填充值会随烟丝温度的升高而减小，且变化规律较为一致。对烟丝温度与烟丝填充值数据进行线性拟合，烟丝填充值与烟丝温度的关系符合线性方程y=-0.019 8x+5.077，R2=0.975 9，拟合关系良好，说明烟丝填充值与烟丝含水率呈线性负相关性，根据线性方程，烟丝温度每上升1 ℃，烟丝填充值减少约0.02 cm3·g-1。根据检测结果分析，温度越高烟丝越柔软，更容易在外力的作用下变形，受力挤压时空隙少，单位重量烟丝填充体积减小，烟丝填充值降低。

2.5  烟丝填充值修正模型的构建

由前文的分析可知，烟丝填充值与切丝宽度无明显的线性相关性，与梗丝掺配比例呈线性正相关性;在试验范围内，烟丝填充值与烟丝含水率、温度均呈线性负相关性。按照《烟草及烟草制品 调节和测试的大气环境》（GB/T 16447—2004）（以下简称标准）的要求，烟丝填充值测量时需进行平衡，保证其含水率和温度在一定的范围内[9]。烟草是多孔性固体，因其化学特性，烟丝的含水率平衡是一个缓慢的过程[10]。且标准中要求的试样含水率允差较大，在实际生产过程中，无法完成快速反馈，使烟丝填充值质量控制存在一定的滞后性。因此，本文根据研究结果构建烟丝填充值的修正模型，即：

[d修正=0.523×12.5-W测+0.019 8×22.0-T测+d测] （2）

式（2）中：d修正为修正之后的烟丝填充值，cm3·g-1;W测为烟丝含水率，%;T测为烟丝温度，℃;d测为实际测量的烟丝填充值，cm3·g-1。

该修正模型使离线检验可以快速反馈制丝线实际生产状况，更具科学性，同时为烟丝填充值的调控提供了理论基础。

3  结论

在叶丝中掺配梗丝会明显增大烟丝的填充值，烟丝填充值随梗丝掺配比例的提高而增大，两者呈明显的线性正相关性;在试验范围内，烟丝含水率和烟丝温度会影响烟丝填充值，且烟丝填充值与烟丝含水率和烟丝温度均呈明显的线性负相关性;切丝宽度对烟丝填充值具有一定的影响，但无明显线性相关性。本文构建的烟丝填充值修正模型，可为烟丝填充值的调控提供理论基础，在实际生产过程中用以快速有效地指导制丝线的质量控制。

参考文献：

[1] 国家烟草专卖局.卷烟 烟丝填充值的测定：YC/T 152—2001[S].北京：中国标准出版社，2001.

[2] 楊道剑.检测环境对烟丝填充值检测结果影响的研究[J].安徽农学通报，2015，21（16）：119-122.

[3] 《烟草检验工（物理）专业知识》编写组.烟草检验工（物理）专业知识[M].郑州：河南科学技术出版社，2016.

[4] 刘新民，杜咏梅，程森，等.烤烟烟丝填充值与其理化指标和感官品质的关系[J].中国烟草科学，2012，33（5）：74-78.

[5] 倪克平，范铁桢，王涛.卷烟硬度、吸阻与单支重相关性分析[J].烟草科技，2002（3）：9-13.

[6] 陆玉浩，王彬彬，万云飞，等.基于神经网络的烟丝填充值预测模型研究[J].中国烟草科学，2016，37（5）：82-86.

[7] 刘建军.烟叶填充值的研究进展[J].安徽农业科学，2015，43（1）：244-245.

[8] 崔升，韦小玲.烘丝工艺参数对烟丝加工质量的影响[J].南方农业学报，2014，45（12）：2248-2252.

[9] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.烟草及烟草制品 调节和测试的大气环境：GB/T 16447—2004[S].北京：中国标准出版社，2005.

[10] 刘博，李洪涛，徐风仓，等.烟草在制品解吸湿特性研究[J].湖北农业科学，2018，57（23）：105-108.

收稿日期：2022-03-24

作者简介：朱涛（1988—），男，安徽滁州人，硕士，助理工程师，主要从事烟草工艺研究。E-mail：511722597@qq.com。