中式卷烟设计关键技术探讨
郑州烟草研究院 宗永立 张晓兵
卷烟是一种独特的消费产品，以烟气形式消费，而烟气中起主要作用的是主流烟气，因此卷烟设计主要是针对主流烟气的设计。这里包括两个方面：一方面是主流烟气的感官品质和特点的设计，这方面过去主要靠感官评吸，今后将过渡到以评吸为主，同时结合化学分析等技术手段的方式；另一方面是主流烟气一些化学指标（目前主要是焦油、烟碱、一氧化碳等）的设计，这一方面主要依靠化学分析。
既然卷烟设计主要是对主流烟气的设计，那么影响主流烟气的因素就是卷烟设计要考虑的因素。在吸烟过程中，烟草从固态形式被转变为一种复杂的带有悬浮粒的气体。烟草成分通过直接转移和通过化学反应产生新物质的转移来影响主流烟气；香料和添加剂也是通过直接转移和通过化学反应产生新物质的转移来影响主流烟气；辅助材料如滤嘴等主要是通过对烟气成分的截留和稀释来影响主流烟气；工艺条件影响烟草成分的变化进而影响主流烟气。因此，叶组配方、加香加料、辅助材料、工艺条件作为影响主流烟气的四个主要因素，也就成为卷烟设计的四个关键技术。当然，吸烟条件，如环境气压、相对湿度、氧气浓度等也将对主流烟气产生影响，因其不属卷烟设计因素，故暂且不加讨论。
当前，国家局提出了要大力发展中式卷烟，中式卷烟是指能够满足中国广大卷烟消费者需求、具有独特香气风格和口味特征、拥有自主核心技术的卷烟。而中式卷烟的设计既然是卷烟设计，也就符合卷烟设计的一般规律，即主要针对叶组配方、加香加料、辅助材料、工艺条件等四个方面的设计。但同时，由于中式卷烟自身的特点，因此中式卷烟的设计也应具有一定的独特性，要能够满足中式卷烟的要求。
叶组配方、加香加料、辅助材料、工艺条件对主流烟气的影响要靠评吸和分析来判断。因此，建立一个评吸体系和一个分析体系就显得尤为重要。
对于评吸体系来说主要包括人员和方法，人员包括三个层次评吸小组：专家小组、评吸员小组、消费者小组。专家小组成员、评吸员小组成员要严格筛选，感官评定要得到相对准确的结果，首先要求评吸人员具有灵敏的感官，尤其是灵敏的嗅觉或味觉。嗅、味觉测验包括：基本味觉测验；基本嗅味觉测验；评吸测验。这些测验，目的主要在试验应试者嗅、味觉能力。通过测验者要进行专业培训。尤其对专家小
组成员要进行系统的培训，对主流烟气的香味特点和口感特点的差别能准确把握。专家小组被用作烟草研究和产品开发的一种工具或测量设施，进行卷烟研制的过程控制。阶段性结果由评吸员小组进行鉴定。最终结果由消费者小组进行鉴定。
分析的体系包括人员、方法、仪器。建立分析队伍，配备仪器设备，进行分析方法研究。对烟气、烟草进行系统分析。主流烟气分析包括焦油、烟碱、CO等常规指标和香味物质含量、有害物质含量。烟草分析包括总糖、总氮、烟碱、还原糖、钾、氯、挥发碱、蛋白质等常规成分和重要香味物质。
下面就中式卷烟设计的关键技术分别进行探讨：
一、叶组配方设计
中式卷烟具有独特的香气风格和口味特征，这与中式卷烟配方思路有关，中式卷烟以国内烟叶为主体原料，具有明显的中国烤烟烟叶香气特征，在香气风格和口味特征上与英式、美式、日式等卷烟不同，具有明显的浓郁的中国烟叶烟气风格。通过对比国内外部分卷烟的一些常规成分发现，国产烤烟型卷烟烟丝和混合型卷烟烟丝的还原糖含量均明显高于进口卷烟烟丝；总氮含量均低于进口卷烟烟丝，游离烟碱占总烟碱的比例也低于进口卷烟烟丝；而且无论烤烟型还是混合型，进口卷烟烟丝和烟气的pH都比国产的高，进口卷烟烟气游离烟碱占烟气烟碱的比例也明显高于国产卷烟。这些差别虽然既与卷烟配方有关也与加香加料有关。但叶组配方设计决定着产品的基本风格和质量特征，并对整个产品的成本产生重大影响。叶组配方设计的具体内容为：
（1）单一品种烟叶外观品质评价：具体评价项目包括：烟叶产地、等级代码、成熟度、油分、叶片组织、身份、残伤、叶片尺寸、片烟结构、颜色、香味（嗅香）、醇化（或发酵）质量、等级合格率、可用性、价格。
（2）单一品种烟叶感官质量评价：评价项目为香气质、香气量、杂气（种类及程度），吸味、刺激（部位及程度）、细腻程度、香气浓度、劲头、燃烧性、灰色、可用性等。
（3）单一品种烟叶化学成分分析：分析项目为：总糖、总氮、烟碱、糖/氮、糖/碱、K+/N-、蛋白质、重要香味物质含量等。
（4）单一品种烟叶烟气化学成分分析：分析项目为焦油、烟碱、CO常规指标和香味物质含量、有害物质含量等。
（5）单一品种烟叶配方用途分类：在单一品种烟叶评价的基础上，根据设计目标确定各单品种烟叶在配方中的作用。一般可分为主料烟叶、调味烟叶、填充料烟叶三类。
（6）膨胀烟丝、膨胀梗丝、薄片评吸和分析，及膨胀烟丝、膨胀梗丝、薄片对卷烟主流烟气的感官、化学指标的影响。
二、加香加料设计
中式卷烟具有独特的香气风格和口味特征不仅与叶组配方设计有关，同时这也与加香加料与英式、美式、日式等卷烟不同有关。中式卷烟中焦甜、辛甜、果甜、清甜类香料以及中国特色的天然香原料的大量应用，也使中式卷烟从嗅香到烟气特征香气与英式、美式、日式等卷烟不同。中式卷烟能使卷烟消费者在吸食的第一反应中分辨出来。
（1）卷烟加香加料的作用
卷烟加料作用是减轻刺激性，使烟气柔和细腻，改善余味，并可改进烟草的物理性能，如保润性、柔韧性、燃烧性和防霉。卷烟加香作用是赋予烟草制品优美舒适的嗅香，增强人们的吸烟欲望。赋予烟草制品的烟气特征香气，消除不同等级烟叶之间的差异并使之相互协调，协调不同类型烟叶的香气，增加或增强某些香气，使烟香丰满，模拟某些类型烟叶的香气。减轻烟气的刺激性，掩盖杂气，使烟气柔和圆润，并能改善余味。因此，卷烟加香加料对改善和稳定卷烟品质，尤其对确立卷烟风格有重要影响，对形成中式卷烟独特的香气风格和口味特征起了重要作用。
卷烟加香加料也是通过影响卷烟主流烟气化学组成而起作用的。卷烟主流烟气化学组成决定卷烟品质，其中香味成分的种类和比例决定香气质，香味成分的总量决定香气量。烟气的酸碱平衡对口感有重要影响。卷烟加香加料可对主流烟气组成产生重要影响。因为挥发性香料和添加剂可以直接转移到主流烟气中；香料和添加剂在卷烟加工、存储和燃吸过程中，发生化学反应产生新物质；香料和添加剂在卷烟燃吸过程中热解产生新物质。例如糖类物质在燃烧后产生酸性烟雾并能中和烟草含氮物燃烧后产生的碱性物质，从而减轻刺激性和改善余味；糖类物质在烟草加工过程中和烟草燃烧时参与棕化反应，产生香味物质；糖在烟草燃烧时本身会焦化、产生优美舒适的焦甜香等。
因此，对香料和添加剂的作用和转移规律进行研究，把卷烟加香加料作为调控主流烟气的重要手段显得极为重要。
（2）烟草加料设计
a 、了解烟草制品的设计要求（类型、等级、口味等），评吸、分析鉴别烟叶配方的特点，找出与设计要求的差异；
b 、以a 项为依据来选择组成料液的原料，同时还要注意原料的安全性、功能效果、物理性能和化学性质，原料之间的配伍性及价格；
c 、选择原料之间的比例；
d 、确定料液配方，同时也要选定料液的适宜用量。
（3）烟草加香设计
a、了解烟草制品的设计要求；
b、评吸、分析鉴别加料烟叶配方的特点，找出与设计要求的差异；
c、以评吸、分析为基础，有针对性地选择香原料，同时还要注意原料的安全性、效果、物理性能和化学性质，原料之间的配伍性及价格；
d、选择香原料之间的比例；
e、确定香精配方和适宜用量。
三、辅助材料的选择
辅助材料的种类、规格、特性及其配伍组装等对主流烟气的感官质量和化学指标关系极为密切。辅助材料的选择包括以下几个内容：
（1）卷烟纸：卷烟纸的种类、规格、透气度、均匀性、定量、抗张力、白度、燃烧性等的选择。
卷烟纸由植物纤维和遍布在其结构中的无机填料组成。生产卷烟纸通常采用的纤维是亚麻纤维和木浆，亚麻纤维因其对卷烟吃味的影响较小而应用较广。卷烟纸中的无机填料主要是碳酸钙和一些燃烧调节剂。卷烟纸填料的大小和用量、纤维种类和大小及纸的密度（定量）会影响卷烟纸的透气度和不透明度。
燃烧调节剂是卷烟纸中的主要添加剂，它们以非常细小的晶体分布在填料及纤维表面，有些渗入植物纤维中，并在一定程度上与其发生化学反应。虽然燃烧调节剂的含量仅为卷烟纸重量的0.5-3%，但它们的种类及用量将影响卷烟纸的燃烧特性及灰分外部特征。卷烟纸燃烧调节剂会影响卷烟的燃烧性能，从而影响卷烟烟气组成和烟气量。目前，已和其它手段组合用于研制低焦油、低危害卷烟、低侧流卷烟、低引燃性卷烟。
（2）滤嘴：滤嘴规格（圆周、长度、质量、硬度、圆度、压降、透气性及外观等）；滤材种类（醋纤、丙纤、复合滤棒及吸附剂等）的选择。
工业上降低焦油释放量和烟气有害成分的途径大致有两种：一种是使用比较成熟的降焦技术如加长滤嘴长度、减少烟丝用量、掺配膨胀烟丝和烟草薄片、应用通风稀释技术等。目前国际上在低焦油卷烟设计生产方面作为研究开发和推广应用的重点技术之一就是开发应用功能嘴棒，其中国际上应用较多的功能嘴棒是活性炭嘴棒、生物滤嘴联合效益嘴棒、卷烟滤嘴中添加吸附剂或催化剂，如加有分子筛的复合滤棒等。
（3）接装纸：透气度、透气方式及分布、与滤嘴的匹配等。
研究发现，香味成分的输送量都是随着稀释度的增加而减少的，烟气中常规成分也都是随着稀释度的增加而减少的。但各种物质减少的程度不同，常规成分中CO和焦油减少较多，烟碱减少较少；香味成分中分子量较小、沸点较低的物质减少较多，而分子量较大、沸点较高的物质减少较少。随着稀释度的增加，卷烟烟气组分不仅量减少了，而且质也有所变化；不仅烟味减弱，而且香气质也发生一定的变化。这是应用通风稀释技术制造低焦油卷烟时进行叶组配方与加香加料设计时所必须考虑的问题。
四、工艺条件确定
在卷烟加工工艺过程中，工艺技术条件对在制品内在质量和化学成分有一定的影响，要通过研究试验与生产评价，建立较为系统完善的卷烟生产工序质量评价体系，优化工艺参数，发挥原料使用价值，促进企业工艺管理创新，提高工艺技术和管理水平，提高卷烟内在质量。针对特定风格卷烟，设计出有特色的卷烟加工工艺。
目前，由于卷烟产品的设计因素增多和复杂性增大，在加之满足降低产品研发成本和缩短研发周期的需要，因此，开发计算机辅助卷烟设计技术显得迫切。通过计算机辅助卷烟设计，来定性定量地勾画出所期望的烟气中各组分释放量的卷烟产品，而避免过多地浪费资源、时间和劳动。总之，以评吸体系和分析体系为平台，借助计算机辅助卷烟设计技术，对卷烟的四个关键技术：叶组配方技术、加香加料技术、辅助材料技术、工艺技术进行系统化研究，可以实现构筑中式卷烟产品研制技术体系的目标。