滤棒成型参数对卷烟七种烟气有害成分释放量的影响

摘要：为明确不同滤棒成型参数对卷烟7种烟气有害成分（一氧化碳、氰化氢、亚硝胺、氨、苯并芘、苯酚及巴豆醛）释放量的影响规律，采用正交试验设计方法研究了卷烟滤棒成型材料中丝束规格、丝束填充量、三乙酸甘油酯添加量3个参数对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响。通过直观分析和极差分析，结果表明，滤棒丝束规格是影响7种烟气有害成分释放量中巴豆醛、苯并芘、苯酚、氰化氢和亚硝胺的第一重要因素，是一氧化碳和氨的第二重要因素；丝束填充量是影响7种烟气有害成分释放量中一氧化碳、苯酚、苯并芘和亚硝胺的第二影响要素；三乙酸甘油酯添加量是影响7种烟气有害成分释放量中氰化氢和氨的第一影响要素，是巴豆醛的第二影响要素。

关键词：滤棒成型参数；七种烟气有害成分释放量；正交试验

中图分类号：TS41+1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）09-1691-04

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.09.022

Effects of Filter Stick Forming Parameters on Cigarette Deliveries of Seven Harmful Chemicals in Mainstream Smoke

XIAO Ke-yi1，QIU Guang-ming1，SUN Yu-feng2，WANG Chang-guo1，DAI Ya1

（1. Technical Research Center， China Tobacco Chongqing Industrial Co.， Ltd.， Chongqing 400060， China；

2. Technical Research Center， China Tobacco Sichuan Industrial Co.， Ltd.， Chengdu 610066， China）

Abstract： In order to explicit the influence of filter stick forming parameters on cigarette deliveries of seven harmful chemicals（Carbon monoxide， hydrogen cyanide， nitrosamines， ammonia， benzopyrene， phenol and crotonaldehyde） in mainstream smoke， the experiment of three filter stick forming parameters（tow types， tow filling amount and triacetin additive amount） on deliveries of seven harmful chemicals in mainstream smoke was carried out by the orthogonal experimental design method. Through visual analysis and variance analysis， the results showed that， filter rod tow specification is the first important factor for crotonic aldehyde， benzopyrene， phenol， hydrogen cyanide and nitrosamines， is the second important factor for carbon monoxide and ammonia； Tow filling is the second influence factor for carbon monoxide， phenol， benzopyrene and nitrosamines； Triacetin additive amount is the first influence factor for hydrogen cyanide and ammonia in the flue gas harmful ingredients， and is the second influence factors for crotonaldehyde.

Key words： filter stick forming parameter；release amount of seven harmful chemicals in mainstream smoke；orthogonal experiment

卷减害降焦技术的研究是当前烟草科技的一个重要探索领域，其中卷烟滤嘴的主要作用是过滤卷烟主流烟气中的粒相成分，尤其对烟气中有害成分的过滤效率产生较大的影响[1]。而丝束规格、丝束填充量、三醋酸甘油酯添加量等作为滤嘴质量及特性的主要影响因素，当各参数以不同水平进行搭配后会直接或间接地影响滤嘴的过滤效率。文献大多采用的是单因素循环法或简单的组合性研究[2-4]，这些研究通过每次改变一个参数来考察滤棒各材料对烟气释放量的影响，无法对不同的滤棒成型参数进行针对性的材料选择。为此，尝试采用正交设计法[5]进行试验，通过直观分析和极差分析[6]进行相关判定，研究丝束规格、丝束填充量、三醋酸甘油酯添加量3种滤棒成型参数对卷烟7种烟气有害成分（一氧化碳、氰化氢、亚硝胺、氨、苯并芘、苯酚及巴豆醛）释放量的影响，以期为滤棒成型各参数的搭配使用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：制定出因素水平表（表1），用丝束特性纵向表面积等效描述指数I代替丝束规格[7]，选择3种类型的醋酸丝束规格[16733（I）、17320（I）、18605（I）]，3种丝束添加量（6.3 g/10支、6.6 g/10支、6.9 g/10支），3种三乙酸甘油酯添加量（6%、8%、10%）。制备出的醋酸纤维滤棒样品（四川三联卷烟材料公司）接装某牌号的卷烟样品（成都卷烟厂）。

仪器：RM20H/CS转盘式吸烟机（德国Borgwaldt公司），HP7890气相色谱仪（美国惠普公司），AX504电子天平（感量0.000 1 g），Direct-Q3超纯水系统（德国SGwater公司），直线型吸烟机（英国CERULEAN公司），旋转振荡器（国华电器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷制要求 每个不同滤棒接装成的卷烟组进行试验时，除表1中涉及的因素外，烟丝及其余的卷制参数保持一致，挑选的烟支质量在（平均质量±0.02） g范围内，吸阻在（平均吸阻±50） Pa范围内；被测卷烟样品在（22±2） ℃，相对湿度（60±3）%的环境下平衡48 h。

1.2.2 卷烟烟气分析 依据行业标准GB/T 23356-2009[8]测定一氧化碳、YC/T 253-2008[9]测定氰化氢、GB/T 23228-2008[10]测定亚硝胺、YC/T 377-2010[11]测定氨、GB/T 21130-2007[12]测定苯并芘、YC/T 255-2008[13]测定苯酚、YC/T 254-2008[14]测定巴豆醛的释放量。

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

确定试验指标为卷烟7种烟气有害成分释放量，即一氧化碳、氰化氢、亚硝胺、氨、苯并芘、苯酚及巴豆醛的释放量，采用正交设计法进行试验设计，按照L9（34）正交设计进行试验（表2），9次试验所用的烟丝及香精香料配方保持不变。

首先对表2中的试验结果进行各因素水平均值计算，得到极差的数值；为了直观地看到变化趋势，根据计算结果绘制各因素对指标的效应曲线图。这样在试验范围内，各列对试验指标的影响从大到小排队，某列的极差最大，表示该列的数值在试验范围内变化时使试验指数值的变化最大。所以各列对试验指标的影响从大到小的排队，就是各列极差的数值从大到小的排队。

2.2 巴豆醛释放量分析

滤棒成型参数与烟气中巴豆醛释放量的极差分析和直观分析见表3。由表3可知，滤棒丝束规格的极差最大，对巴豆醛释放量的影响最大，其次是三乙酸甘油酯添加量，丝束填充量影响最小，极差为1.2。随着三乙酸甘油酯添加量的增加，巴豆醛释放量逐渐降低，当三乙酸甘油酯添加量为10%时，巴豆醛释放量最低，为25.7 μg/支；丝束填充量对巴豆醛释放量的影响总体呈减小趋势，当丝束填充量增加时，巴豆醛释放量下降较明显，达到最低值26.0 μg/支，随后小幅回升至26.2 μg/支；而滤棒丝束规格对巴豆醛释放量的影响没有明显的线性规律，随着滤棒丝束规格的增大，巴豆醛释放量先增加后减少。

通过以上分析可以得出，滤棒成型参数对巴豆醛释放量控制最好的一组试验为：滤棒丝束规格18605（I），三乙酸甘油酯添加量10%，丝束填充量6.6 g/10支。

2.3 苯酚释放量分析

V棒成型参数与烟气中苯酚释放量的极差分析和直观分析见表4。由表4可知，滤棒丝束规格的极差最大，对苯酚释放量的影响最大，其次是丝束填充量，三乙酸甘油酯添加量影响最小。随着三乙酸甘油酯添加量的增加苯酚释放量逐渐降低，当三乙酸甘油酯添加量为10%时，苯酚释放量最低，为18.8 μg/支；丝束填充量对苯酚释放量的影响趋势与三乙酸甘油酯添加量类似，当丝束填充量增加时，苯酚释放量逐渐下降，最后达最低值18.4 μg/支；而滤棒丝束规格对苯酚释放量的影响没有明显的线性规律，随着滤棒丝束规格的增大苯酚释放量先增加后减少。

通过以上分析可以得出，滤棒成型参数对苯酚释放量控制最好的一组试验应为：滤棒丝束规格18605（I），丝束填充量6.9 g/10支，三乙酸甘油酯添加量10%。

2.4 氰化氢释放量分析

滤棒成型参数与烟气中氰化氢释放量的极差分析和直观分析见表5。由表5可知，滤棒丝束规格和三乙酸甘油酯添加量的极差最大且相同，对苯酚释放量的影响最大，丝束填充量影响略小，极差为9。随着丝束填充量的增加氰化氢释放量总体呈上升趋势，当丝束填充量从6.3 g/10支增至6.6 g/10支时，氰化氢释放量小幅下降到123 μg/支。随着丝束填充量继续增至6.9 g/10支，氰化氢释放量明显增加，达到132 μg/支；而滤棒丝束规格和三乙酸甘油酯添加量对氰化氢释放量的影响没有明的线性规律，随着各规格的增大，氰化氢释放量先增加后减少。

通过以上分析可以得出，滤棒成型参数对氰化氢释放量控制最好的一组试验应为：滤棒丝束规格18605（I），三乙酸甘油酯添加量10%，丝束填充量6.6 g/10支。

2.5 亚硝胺释放量分析

滤棒成型参数与烟气中亚硝胺释放量的极差分析和直观分析见表6。由表6可知，滤棒丝束规格的极差最大，对亚硝胺释放量的影响最大，其次是丝束填充量，三乙酸甘油酯添加量影响最小，极差为0.10。随着三乙酸甘油酯添加量的增加，亚硝胺释放量总体呈下降趋势，当三乙酸甘油酯添加量从6%增至8%时，亚硝胺释放量小幅上升，达3.29 ng/支。随着三乙酸甘油酯添加量继续增至10%，亚硝胺释放量又缓慢下降至3.19 ng/支；而滤棒丝束规格和丝束填充量对亚硝胺释放量的影响没有明显的线性规律，随着各规格的增大亚硝胺释放量先降低后升高。

通过以上分析可以得出，滤棒成型参数对亚硝胺释放量控制最好的一组试验应为：滤棒丝束规格17320（I），丝束填充量6.6 g/10支，三乙酸甘油酯添加量10%。

2.6 氨释放量分析

滤棒成型参数与烟气中氨释放量的极差分析和直观分析见表7。由表7可知，三乙酸甘油酯添加量的极差最大，对氨释放量的影响最大，其次是滤棒丝束规格，丝束填充量影响最小，极差为0.45。随着丝束填充量的增加氨释放量逐渐降低，当丝束填充量为6.9 g/10支时，氨释放量最低，为7.47 μg/支；三乙酸甘油酯添加量对氨释放量的影响总体呈减少趋势，当三乙酸甘油酯添加量增加到8%时，氨释放量增加至8.09 μg/支，继续增大到10%时，大幅下降至7.21 μg/支；而滤棒丝束规格对氨释放量的影响没有明显的线性规律，随着滤棒丝束规格的增大氨释放量先增加后减少。

通过以上分析可以得出，滤棒成型参数对氨释放量控制最好的一组试验应为：三乙酸甘油酯添加量10%，滤棒丝束规格16733（I），丝束填充量6.9 g/10支。

2.7 苯并芘释放量分析

滤棒成型参数与烟气中苯并芘释放量的极差分析和直观分析见表8。由表8可知，滤棒丝束规格的极差最大，对苯并芘释放量的影响最大，其次是丝束填充量，三乙酸甘油酯添加量影响最小，极差为0.14。随着丝束填充量的增加，苯并芘释放量逐渐降低，当丝束填充量为6.9 g/10支时，苯并芘释放量最低，为9.44 ng/支；滤棒丝束规格对苯并芘释放量的影响波动较大，总体呈减少趋势，当滤棒丝束规格增加到17320（I）时，苯并芘释放量增加至10.27 ng/支，继续增大到18605（I）时，大幅下降至9.08 ng/支；而三乙酸甘油酯添加量对苯并芘释放量的影响没有明显的线性规律，随着三乙酸甘油酯添加量的增大，苯并芘释放量先减少后增加。

通过以上分析可以得出，滤棒成型参数对苯并芘释放量控制最好的一组试验应为：滤棒丝束规格18605（I），丝束填充量6.9 g/10支，三乙酸甘油酯添加量8%。

2.8 一氧化碳放量分析

一氧化碳的分析与之前研究结果[15]有所差别，一氧化碳方差分析结果达到了较显著的水平。但以上分析的6种成分未达到显著水平，具体有待研究。

3 小结与讨论

通过极差分析和直观分析研究滤棒成型中滤棒丝束规格、丝束填充量和三乙酸甘油酯添加量3N材料对卷烟7种烟气有害成分释放量的影响，可以得出以下结论。

1）各参数对有害成分的总体影响。滤棒丝束规格变化对各个指标的极差影响最大。即滤棒丝束规格在7种烟气有害成分释放量中的影响最大；丝束填充量和三乙酸甘油酯添加量对7种烟气有害成分释放量的各指标影响虽有不同，但通过比较分析可知两者影响大小相近，都为次要影响因素。

2）各参数对各有害成分的影响排序。滤棒丝束规格是影响7种烟气有害成分释放量中巴豆醛、苯并芘、苯酚、氰化氢和亚硝胺的第一重要因素，是一氧化碳和氨的第二重要因素；丝束填充量是影响7种烟气有害成分释放量中一氧化碳、苯酚、苯并芘和亚硝胺的第二影响要素；三乙酸甘油酯添加量是影响7种烟气有害成分释放量中氰化氢和氨的第一影响要素，是巴豆醛的第二影响要素。

3）各参数对有害成分的影响趋势。滤棒丝束规格对7种烟气有害成分释放量（除亚硝胺）的影响均为先增大后减小的波动趋势，且在I=18605时为最低值，在I=17320时为最高值；7种烟气有害成分释放量各指标都基本随三乙酸甘油酯添加量的增加而减少，并在添加量为10%时释放量达到最低值；丝束填充量变化对7种烟气有害成分释放量的影响没有统一的规律。

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