卷烟纸参数对短支卷烟主流烟气常规成分释放量及感官质量的影响

杨 松 ，赵永振，孙学辉，孙培健，王宜鹏，田海英，高明奇，胡少东，颜权平，陈 宸，李国政*，聂 聪*

1.中国烟草总公司郑州烟草研究院 烟草行业烟草化学重点实验室，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

2.河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市经开区第三大街8号 450000

近年来，短支卷烟的销量持续增长，逐渐成为消费热点之一。目前，市场上的短支卷烟烟支长度以75 mm为主，短支卷烟的滤嘴段长度与常规卷烟差别不大，但烟丝段长度与常规卷烟差异较大。卷烟辅材设计可分为滤嘴段设计和烟丝段设计，烟丝段设计主要针对卷烟纸进行设计，卷烟纸可通过影响卷烟的燃烧以及烟气的稀释和扩散，进而影响烟气化学成分的释放量及感官质量［1-3］。近年来，科研人员已开展了大量有关卷烟纸参数对常规及细支卷烟主流烟气成分和感官质量影响的研究。赵乐等［4］考察了卷烟纸定量、卷烟纸透气度、成型纸透气度、接装纸透气度和滤棒吸阻对常规成分及7种有害成分释放量影响。谢卫等［5］考察了卷烟纸助燃剂含量、卷烟纸助燃剂类型、卷烟纸亚麻配比、卷烟纸定量、卷烟纸透气度、滤棒吸阻和滤嘴通风率对7种有害成分及其危害性指数的影响。谢国勇等［6］考察了卷烟纸助燃剂、透气度、定量对主流烟气中7种有害成分的影响。刘鸿等［7］综述了近年来国内外卷烟纸透气度、卷烟纸添加剂（助燃剂、助燃剂添加量、催化型添加剂、吸附型添加剂等）、卷烟纸定量、卷烟纸纸浆类型等指标对常规卷烟主流烟气成分释放量影响相关的研究报道。杨松等［8］考察了细支烟辅材参数对烟气常规成分释放量及感官质量的影响。董艳娟等［9］考察了卷烟纸参数对细支卷烟烟气常规成分释放量的影响。周全等［10］和张亚平等［11］考察了卷烟纸参数对细支卷烟和常规卷烟烟气化学成分的影响。然而，目前卷烟纸参数对短支卷烟主流烟气常规成分及感官质量影响的研究鲜见报道。因此，考察卷烟纸参数对短支卷烟烟气常规化学成分释放量和感官质量的影响，旨在为短支卷烟产品设计提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验卷烟

在同一机台上，采用相同烟丝配方，卷制具有不同卷烟纸透气度、定量、助燃剂用量、助燃剂钾/钠比、碳酸钙含量的短支卷烟，试验卷烟设计方案见表1。

1.2 烟气常规成分、卷烟物理参数及卷烟纸参数分析

参考标准方法［12-15］测定焦油、CO和烟碱等烟气常规成分释放量。样品测试前参考文献［8］的方法对烟支质量和吸阻进行分选。采用标准方法［16］测试烟支质量、开式吸阻、总通风率、滤嘴通风率等卷烟物理参数。采用相应的国家或烟草行业标准方法［17-20］测定卷烟纸透气度、定量、碳酸钙含量（质量分数）、钾和钠的含量。

1.3 卷烟感官质量评价

卷烟感官评吸指标包括香气特性（香气质、香气量、丰富性、杂气）、烟气特性（劲头、浓度、细腻程度、成团性）和口感特性（刺激性、干燥感、甜润度、余味）。打分的最小分值为0.5分，基准卷烟每项分值均打为6分，评吸人员数量及评吸分数处理与文献［8］相同。

2 结果与讨论

2.1 卷烟纸参数及试验卷烟物理参数

卷烟纸参数测试结果见表2。可以看出，卷烟纸定量、透气度、助燃剂用量、钾/钠比及碳酸钙含量参数符合设计要求。

表2 卷烟纸实测参数表Tab.2 Measured physical parameters of cigarette paper

样品卷烟的物理参数测试结果见表3。可以看出，所有样品卷烟的质量基本一致，变异系数为0.9%，滤嘴通风率基本一致，纸通风率随卷烟纸透气度升高而增加，样品卷烟符合设计要求。

2.2 卷烟纸透气度对短支卷烟烟气常规成分及感官质量的影响

将卷烟纸透气度与总粒相物（TPM）、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数进行线性拟合，结果见图1。可以看出，卷烟纸透气度与短支卷烟TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数均呈负相关关系，卷烟纸透气度由40 CU增加至80 CU时，TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数降低率分别为12.5%、11.6%、7.8%、12.2%、30.0%和4.5%。与以往文献报道［1-2，6］对比可知，卷烟纸透气度对常规、细支和短支卷烟常规成分释放量的影响趋势一致，即随着卷烟纸透气度的增加，烟气常规成分的释放量降低。据报道，卷烟纸透气度的改变主要通过影响卷烟的燃烧和烟气的扩散进而影响烟气成分的释放量［21-24］。

表3 试验卷烟物理参数Tab.3 Physical parameters of unlit test cigarettes

不同卷烟纸透气度短支卷烟感官评价结果见图2。可以看出，随着卷烟纸透气度的增加，香气特性、烟气特性和口感特性呈下降趋势，对口感特性影响更大。在香气特性方面，卷烟纸透气度增加时，香气量有较明显的下降，其他指标变化较小；在烟气特性方面，烟气细腻程度和成团性有一定程度下降，其他指标变化较小，单口烟碱释放量基本无变化（0.14～0.15 mg/口）可能是劲头变化较小的原因；在口感特性方面，烟气刺激性、干燥感、甜润度、余味均有较明显的下降。总体上，采用低透气度卷烟纸时，短支卷烟感官质量较好。据文献［8，25］报道，随着卷烟纸透气度的增加，常规卷烟的香气量、烟气浓度等指标下降，细支卷烟的感官质量变化较小，与本研究结果对比可知，卷烟纸透气度对短支卷烟感官质量的影响与常规卷烟较为接近。

图1 卷烟纸透气度与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数线性拟合结果Fig.1 Linear fittings between deliveries of TPM，tar，nicotine，CO，water and puff numbers with cigarette paper air permeability

图2 卷烟纸透气度对短支卷烟感官质量的影响Fig.2 Effects of cigarette paper air permeability on sensory quality of short cigarettes

2.3 卷烟纸定量对短支卷烟烟气常规成分及感官质量的影响

将卷烟纸定量与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数进行线性拟合，结果见图3。可以看出，卷烟纸定量与短支卷烟TPM、焦油、烟碱释放量及抽吸口数均呈负相关关系，与CO释放量呈正相关关系，与水分释放量无相关关系，卷烟纸定量由26 g/m2增加至35 g/m2时，TPM、焦油、烟碱、抽吸口数降低率分别为8.9%、7.1%、14.5%和7.2%，CO增加幅度为5.4%。与以往文献报道［4-5，9］对比可知，卷烟纸定量对常规、细支和短支卷烟常规成分释放量的影响趋势一致，即随着卷烟纸定量的增加，烟气焦油、烟碱释放量降低，CO释放量升高［26-27］。

图3 卷烟纸定量与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数线性拟合结果Fig.3 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and puff numbers with cigarette paper grammage

图4 卷烟纸定量对短支卷烟感官质量的影响Fig.4 Effects of cigarette paper grammage on sensory quality of short cigarettes

不同卷烟纸定量短支卷烟感官评价结果见图4。可以看出，随着卷烟纸定量的增加，香气特性、烟气特性和口感特性呈下降趋势。在香气特性方面，卷烟香气质、香气量、丰富性、杂气均呈下降趋势；在烟气特性方面，浓度、细腻程度呈下降趋势，单口烟碱释放量基本无变化（0.14～0.16 mg/口）可能是劲头变化较小的原因；在口感特性方面，余味呈下降趋势。总体上，采用低定量卷烟纸时，短支卷烟感官质量较好。据文献［8，28］报道，随着卷烟纸定量的增加，常规和细支卷烟的感官质量均呈下降趋势，与本研究结果对比可知，卷烟纸定量对短支卷烟感官质量的影响趋势与常规和细支卷烟一致。

2.4 卷烟纸助燃剂用量及钾/钠比对短支卷烟烟气常规成分及感官质量的影响

图5 卷烟纸助燃剂用量与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数线性拟合结果Fig.5 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and puff numbers with combustion improver content in cigarette paper

将卷烟纸助燃剂用量与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数进行线性拟合，结果见图5。可以看出，卷烟纸助燃剂用量与短支卷烟TPM、焦油、烟碱、CO释放量及抽吸口数均呈负相关关系，与水分无相关关系，助燃剂用量由0.7%增加至2.2%，TPM、焦油、烟碱和CO释放量及抽吸口数降低幅度分别为16.5%、17.5%、13.7%、21.6%和12.3%。与以往文献报道［5，9］对比可知，卷烟纸助燃剂用量对常规、细支和短支卷烟常规成分释放量的影响趋势一致，即随着卷烟纸助燃剂用量的增加，烟气常规成分释放量降低。卷烟纸助燃剂用量的改变主要通过影响卷烟的燃烧进而影响烟气成分的释放量。据报道，卷烟纸中加入助燃剂后可提高卷烟纸的燃烧速率，并相应提高卷烟烟支的燃烧速率［29-30］。

图6 卷烟纸助燃剂用量对短支卷烟感官质量的影响Fig.6 Effects of combustion improver content in cigarette paper on sensory quality of short cigarettes

不同卷烟纸助燃剂用量短支卷烟感官评价结果见图6。可以看出，随着卷烟纸助燃剂用量的增加，香气特性、烟气特性和口感特性呈先下降、在用量为1.92%时上升后又下降的趋势。香气特性方面的香气质、香气量、丰富性、杂气，烟气特性方面的浓度、成团性，以及口感特性方面的刺激性、干燥感、甜润度、余味指标均表现出上述变化趋势。单口烟碱释放量基本无变化（0.15～0.16 mg/口）可能是劲头变化较小的原因。总体上，采用低助燃剂用量（0.87%）卷烟纸时，短支卷烟感官质量较好。据文献［11］报道，卷烟纸助燃剂用量降低有利于改善常规和细支卷烟的感官质量，与本研究结果对比可知，卷烟纸助燃剂用量对短支烟感官质量影响趋势与常规和细支卷烟一致。

卷烟纸助燃剂钾钠比与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数进行线性拟合，结果见图7。可以看出，卷烟纸助燃剂钾/钠比与短支卷烟TPM、焦油、烟碱、CO释放量及抽吸口数均呈负相关关系，当助燃剂钾/钠比由0∶1改变为1∶0时，TPM、焦油、烟碱、CO、抽吸口数降低幅度分别为6.9%、8.5%、12.6%、9.2%和4.5%。与以往文献报道［5，9］对比可知，卷烟纸助燃剂钾/钠比对常规、细支和短支卷烟常规成分释放量的影响趋势一致，即随着卷烟纸助燃剂钾/钠比的增加，烟气常规成分释放量降低。据报道，卷烟纸助燃剂钾/钠比的改变主要通过影响卷烟的燃烧进而影响烟气成分的释放量［31］。

不同卷烟纸助燃剂钾/钠比短支卷烟感官评价结果见图8。可以看出，随着卷烟纸助燃剂钾/钠比由1∶0改变为0∶1，香气特性、烟气特性和口感特性呈下降趋势。香气特性方面的香气量、杂气，烟气特性方面的浓度、细腻程度，以及口感特性方面的刺激性、干燥感、余味指标均呈下降趋势。单口烟碱释放量基本无变化（0.15～0.16 mg/口）可能是劲头变化较小的原因。总体上，采用纯钾盐卷烟纸时，短支卷烟感官质量较好。据文献［11］报道，卷烟纸助燃剂钾/钠比增加不利于改善常规卷烟感官质量，但有利于改善细支卷烟感官质量，与本研究结果对比可知，卷烟纸助燃剂钾/钠比对短支卷烟感官质量影响趋势与细支卷烟一致。

图7 卷烟纸助燃剂钾/钠比与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数线性拟合结果Fig.7 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and moisture with potassium/sodium ratio in combustion improver

图8 卷烟纸助燃剂钾/钠比对短支卷烟感官质量的影响Fig.8 Effects of potassium/sodium ratio in combustion improver on sensory quality of short cigarettes

2.5 卷烟纸碳酸钙含量对短支卷烟烟气常规成分及感官质量的影响

将卷烟纸碳酸钙含量与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数进行线性拟合，结果见图9。可以看出，卷烟纸碳酸钙含量与短支卷烟TPM、焦油、CO释放量及抽吸口数均呈负相关关系，与烟碱和水分无相关关系，卷烟纸碳酸钙含量由29%增加至38%，TPM、焦油、CO和抽吸口数降低幅度分别为3.8%、4.8%、4.0%和1.5%。与以往文献报道［9，26，31］对比可知，卷烟纸碳酸钙含量对常规、细支和短支卷烟常规成分释放量的影响趋势基本一致，即随着卷烟纸碳酸钙含量增加，烟气焦油和CO释放量降低，烟碱和水分释放量基本不受影响。据文献［9，32］报道，卷烟纸碳酸钙含量的改变主要通过影响卷烟纸的燃烧速率进而影响烟气成分的释放量，同时增加碳酸钙含量后，炭化线附近的卷烟纸微孔数目增加，导致炭化线附近卷烟纸透气度增大，扩散作用与稀释作用使CO释放量降低。

图9 卷烟纸碳酸钙含量与TPM、焦油、烟碱、CO、水分释放量及抽吸口数线性拟合结果Fig.9 Linear fittings of deliveries of TPM，tar，nicotine，CO and moisture with calcium carbonate content in cigarette paper

图10 卷烟纸碳酸钙含量对短支卷烟感官质量的影响Fig.10 Effects of calcium carbonate content in cigarette paper on sensory quality of short cigarettes

感官评价结果（图10）表明，随卷烟纸碳酸钙含量增加，香气特性、烟气特性、口感特性各指标均呈下降趋势。香气特性方面的香气量和杂气，烟气特性方面的细腻程度和成团性，以及口感特性方面的干燥感和甜润度指标均呈下降趋势。单口烟碱释放量基本无变化（0.15～0.16 mg/口）可能是劲头变化较小的原因。总体上，采用低碳酸钙含量卷烟纸时，短支卷烟感官质量较好。

3 结论

①随着卷烟纸透气度的增加，短支卷烟常规成分及水分释放量均呈降低趋势，抽吸口数减少，感官质量呈下降趋势。②随着卷烟纸定量的增加，焦油和烟碱释放量降低，CO释放量升高，抽吸口数减少，感官质量下降。③随着卷烟纸助燃剂用量的增加，常规成分释放量均降低，抽吸口数减少，感官质量下降；随着卷烟纸助燃剂钾/钠比的增加，常规成分释放量均降低，抽吸口数减少，感官质量提升。④随着卷烟纸碳酸钙含量的增加，焦油和CO释放量降低，烟碱释放量无明显变化，抽吸口数减少，感官质量下降。⑤与文献报道结果对比，随着卷烟纸透气度的增加，短支和常规卷烟感官质量下降，细支卷烟基本不受影响；随着卷烟纸定量和助燃剂用量的增加，短支、常规和细支卷烟感官质量下降；随着卷烟纸助燃剂钾/钠比增加，短支和细支卷烟感官质量有所改善，常规卷烟感官质量下降。