CN103005702B - 一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，所述方法包括以下步骤：1）获取基于选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量情况下深度抽吸的危害性指数的步骤；2）基于获取的危害性指数进行卷烟设计的步骤；采用基于卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度的烟气排放关系模型，对选定材料配方的危害性指数的确定，实现可以根据实际需要制定卷烟生产目标，以危害性指数作为鉴定的指标，设计出符合需求的卷烟，同时还能够根据关系模型进行材料的组分调整，使到设计出的卷烟进一步的符合预期设计的目标，从根本上控制了卷烟中烟气的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟设计领域，特别是涉及一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法。
背景技术
如何通过有效手段降低卷烟烟气中的有害物质，提高卷烟品质，一直是行业内外共同关心的话题，也是行业科技攻关的主要任务和工作重点，这同时也是我过卷烟发展过程中必须面对和解决的焦点问题。各烟草研究机构一直致力于该工作的研究并取得了可喜的成绩，但仍有很大一部分的成果得不到应用，原因多在于烟气体系的复杂性和人们对卷烟特殊的吸食要求。
在现有的研究领域中，技术人员对卷烟中Paschke等人综述了189篇公开文献，涵盖300多种添加剂对卷烟烟气性质的影响研究。他们发现不同添加剂及添加浓度对烟气成分的影响存在差异。大多数情况下，有些添加剂以其在市售卷烟中的最大添加量或超量(一股添加量都是ppm级)添加后，某些烟气成分有增高或降低。
但是卷烟的设计也会存在对烟气的排放存在着很大的影响，因此，科学准确地判别卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、成型纸透气度、滤棒压降、膨胀梗丝参配比例等卷烟设计指标对烟气组分释放量量的影响程度，对判定减害降焦添加剂功效，提高卷烟产品质量安全具有重要的现实意义。
为了对不同卷烟产品的烟气组分释放量进行评价，国际ISO组织建立了一套标准规定了吸烟机的抽吸条件。但由于不同人员的个体差异，其肺活量及抽吸卷烟的频率各不相同，因此ISO组织同时指明，“任何抽吸模式均不能代表人类的抽吸行为”。为此，ISO/TC126组织拟定“除了在ISO 4387规定的吸烟机抽吸条件下测定卷烟外，还应在一个不同的深度抽吸条件下对卷烟进行测试”，以评价极端情况下烟气组分释放量的最大释放量，并正制定相关标准。根据这一形势，许多烟草研究工作者对此展开了研究。但目前的研究主要集中于抽吸方式改变对烟气组分释放量的影响分析，仅有少部分研究涉及卷烟材料单指标变动的影响分析。
关于卷烟纸中添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、成型纸透气度、滤棒压降等卷烟设计指标对烟气组分释放量量的影响，在以往已有许多研究报道，并有研究者尝试建立卷烟设计指标参数调整与烟气组分释放量间的回归方程。但大部分研究主要局限于单指标调整对烟气常规组分（焦油、烟碱、烟气）变化的作用，仅通过与对照卷烟的简单直观比较而判断其变化的显著性，不能将卷烟纸中添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、成型纸透气度、滤棒压降，膨胀梗丝参配比例等卷烟设计指标变化对卷烟烟气成分的影响与实验误差带来的波动进行区分，从而影响了添加剂减害降焦功效的准确判定。仅有少部分研究分析了卷烟设计参数对烟气7种主要有害物释放量的影响，或研究多指标协同作用的效果。但已有关于多指标协同作用对烟气害组分影响的分析，却与单指标分析的结果存在差异。因此，目前根据分析结果判别卷烟纸中添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、成型纸透气度、滤棒压降，膨胀梗丝参配比例对卷烟常规烟气指标影响程度的并没有可行的办法，进而影响到卷烟的设计，使到卷烟的设计无法更有效的达到减害降焦功效。
发明内容
本发明的发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种在生产卷烟过程中，能有效控制烟气排放量、提高卷烟生产效率的一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法。
本发明进一步的发明目的在于提供一种能够根据卷烟的危害性指数进行卷烟设计的深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法。
本发明更进一步的发明目的在于提供一种能够根据卷烟的危害性指数实现在进行卷烟设计过程中提供各个材料的调节方法的深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法。
为了实现上述的发明目的，本发明提供：
一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，所述方法包括以下步骤：
1）获取基于选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量情况下深度抽吸的危害性指数的步骤；
2）基于获取的危害性指数进行卷烟设计的步骤；
其中，获取深度抽吸的危害性指数的步骤包括：
11）建立基于卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量与深度抽吸的危害性指数之间的关系模型的步骤；
12）选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量，获取危害性指数的步骤。
优选地，所述关系模型为：
X = 5.7499 + 12.1299 × b1 + （0.4260 × 10-3）× b2 -（1.2637 × 10-3）× b3 +（0.9455 × 10-3）× b5 + 1.9510 × b6
其中，b1为卷烟纸中添加剂用量，b2为卷烟纸透气度，b3为接装纸透气度，b5为滤棒压降，b6为其它烟丝参配量。
优选地，所述的步骤2）中还包括对获取的危害性指数根据预设的规则进行匹配判断，若危害性指数符合规则则采用对应的参数进行卷烟设计，若不符合规则，则调整卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量中一个或多个直到符合规则。
优选地，所述的规则为：预设危害性指数样板值，通过获取的危害性指数与样板值做比较，当获取的危害性指数不大于样板值时，则判断为符合规则。
优选地，调整的方法为根据 关系模型获取 卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量与深度抽吸的危害性指数的关联性进行调整。
优选地，所述调整方法为：根据所述的关联性分别增加或减小烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量中一个或多个的值。
优选地，所述调整方法为以下的一种或多种结合：降低卷烟纸添加剂用量、提高接装纸透气度、降低滤棒压降、降低膨胀梗丝参配量、提高卷烟纸透气度。
优选地，所述关联性为卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量对危害性指数的影响幅度：
Ybi =ai×△bi/Y
其中，Ybi为影响幅度，ai为材料参数指标bi与危害性指数的关联性参数，即为关联性公式中材料参数bi对应的参数，△bi（该指标可调整范围）（bi的最大最小值见表1），Y（该烟气组分权重）
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的技术方案通过在卷烟的生产过程中，采用基于卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度的烟气排放关系模型，对选定材料配方的危害性指数的确定，实现可以根据实际需要制定卷烟生产目标，以危害性指数作为鉴定的指标，设计出符合需求的卷烟，同时还能够根据关系模型进行材料的组分调整，使到设计出的卷烟进一步的符合预期设计的目标，从根本上控制了卷烟中烟气的排放量，而且无需对现有的加工设备以及材料进行改进，只需根据烟气排放关系模型统计到的各个参数之间的关联性合理调节组分，就能够很好的达到减害降焦功效。
附图说明
图1为本发明的实施例1的方法流程图；
图2为本发明的实施例2的方法流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）获取基于选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量情况下深度抽吸的危害性指数的步骤；
2）基于获取的危害性指数进行卷烟设计的步骤；
其中，获取深度抽吸的危害性指数的步骤包括：
11）建立基于卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量与深度抽吸的危害性指数之间的关系模型的步骤；
12）选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量，获取危害性指数的步骤。
本发明中所有的数据的统计与检测均是采用自ISO 4387国内转化标准，采用根据不同材料设计参数需求制备的、单料烟卷烟产品为实验样品。
样品的采集条件为：
Intense方案：抽吸容量、55mL；抽吸频率、30s/口；采用胶带缠绕的方式，对滤棒透气度进行100%封闭。
烟气组分检测:
烟气气相中烟气的测定，依据GB/T 23356执行。
各卷烟样品的物理参数见表1
表1 卷烟实验样品的设计参数（采用相同的烟丝原料）
| 样品编号 | 卷烟纸中添加剂用量 | 卷烟纸透气度设计值（CU） | 接装纸透气度设计值（CU) | 成形纸透气度设计值（CU） | 滤棒压降 | 其它烟丝参配 |
| 1 | 0.7% | 30 | 150 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 2 | 0.7% | 60 | 150 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 5 | 0.5% | 40 | 150 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 6 | 0.7% | 40 | 150 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 7 | 0.9% | 40 | 150 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 8 | 0.7% | 40 | 300 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 9 | 0.7% | 40 | 450 | 12000 | 800Pa | 10% |
| 10 | 0.7% | 40 | 150 | 6000 | 800Pa | 10% |
| 11 | 0.7% | 40 | 150 | 20000 | 800Pa | 10% |
| 12 | 0.7% | 40 | 150 | 32000 | 800Pa | 10% |
| 13 | 0.7% | 40 | 150 | 12000 | 700Pa | 10% |
| 14 | 0.7% | 40 | 150 | 12000 | 900Pa | 10% |
| 17 | 0.7% | 40 | 150 | 12000 | 800Pa | 5% |
| 18 | 0.7% | 40 | 150 | 12000 | 800Pa | 15% |
| 19 | 0.7% | 60 | 450 | 32000 | 700Pa | 5% |
| 20 | 0.7% | 60 | 450 | 20000 | 700Pa | 5% |
| 21 | 0.7% | 60 | 450 | 6000 | 900Pa | 15% |
| 22 | 0.9% | 60 | 450 | 6000 | 700Pa | 15% |
| 23 | 0.7% | 30 | 300 | 20000 | 900Pa | 5% |
| 24 | 0.7% | 30 | 300 | 6000 | 700Pa | 15% |
| 25 | 0.9% | 30 | 300 | 6000 | 900Pa | 5% |
在上述中，基于不同接装纸透气度的情况下选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量，根据上述各个参数与危害性指数的关系模型进行测量：
深度抽吸模式与ISO烟气检测模式最大的不同在于，深度抽吸模式下卷烟烟气检测时，其滤棒需进行透气度封闭，使接装纸和成型纸透气度变化带来的影响大大弱化。此时，滤棒透气稀释的作用失效，卷烟材料对烟气的影响因素变少。所得回归方程如下：
X = 5.7499 + 12.1299 × b1 + （0.4260 × 10-3）× b2 -（1.2637 × 10-3）× b3 +（0.9455 × 10-3）× b5 + 1.9510 × b6
分析以上回归方程可以知道：①深度抽吸模式下，降低卷烟纸中添加剂（柠檬酸盐）用量（b1）、滤棒压降（b5）和其它烟丝（膨胀梗丝）参配量（b6），可减少危害性指数值。②深度抽吸模式下，提高卷烟纸透气度（b2）和接装纸透气度（b3），可减少危害性指数值。③深度抽吸模式下，成型纸透气度（b4）的调整，对危害性指数值影响不大。
根据上述的检测结果可以直观简单地对卷烟中的各种组分进行简单和合理的调节，从而实现在生产过程中根据生产目标设计卷烟。
为检查回归方程的准确性，验证此卷烟设计方法所获得结果的准确性，对一批不同卷烟设计参数的将样品进行了检验，将获取的的与之比较，通过两者数据差异性大小判断设计预测的准确性。相关结果见表2。
表2 深度抽吸模式下卷烟材料设计参数对危害性指数的预测
其中上表2中为对应于表1中各个参数得出的结果.
根据表2可见，应用各回归方程通过卷烟材料参数推算烟气危害性指数的预测结果，与深度抽吸模式下所获得检测数据的偏差较小，表明本回归方程预测结果理想，对卷烟材料因素的关联性分析较为准确：①预测结果与实际结果的整体偏差较小，相对标准偏差的均值仅为2.44%，远远低于6%；②21组对比数据中，除了三组对比数据外其余的相对标准偏差均小于6%；③各组对比数据中，偏差最大的一组，其相对标准偏差仅7.28%，远小于12%。
根据上述的关系模型，从而获取采用对应于当前卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量的所设计出卷烟在深度抽吸的情况下的危害性指数预测值，对于获取的危害性指数进行判断，若该值在预设的设计目标值范围内，则采用当前的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量进行卷烟设计。
进一步地，在进行卷烟的设计过程中，在进入到所述的步骤2）中时，还包括对获取的危害性指数根据预设的规则进行匹配判断，若危害性指数符合规则则采用对应的参数进行卷烟设计，若不符合规则，则调整卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量中一个或多个直到符合规则。
进一步地，所采用的规则为：预设危害性指数样板值，通过获取的危害性指数与样板值做比较，当获取的危害性指数不大于样板值时，则判断为符合规则。
根据上述对获取的危害性指数若不符合要求，则从新选择卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量进行测试，直到危害性指数的值符合要求。
实施例2
如图2所示，根据上述实施例1所述当在危害性指数若不符合要求，可以通过调整当前的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量的一个或多个量。直到危害性指数符合要求。
调整的方法为根据关系模型获取卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量与深度抽吸的危害性指数的关联性进行调整。
进一步地，所述调整方法为：根据所述的关联性分别增加或减小烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝参配量中一个或多个的值。
所述调整方法为以下的一种或多种结合：降低卷烟纸添加剂用量、提高接装纸透气度、降低滤棒压降、降低膨胀梗丝参配量、提高卷烟纸透气度。
在实施例1和2的基础上，为了比较不同烟气组分对危害性指标的影响，各烟气组分释放量数据根据其各自危害性指数权重进行修正，并根据各卷烟设计参数可调整范围计算其对危害性指标的影响幅度，即，
Y（最大可调整幅度）bi=ai（该指标回归方程系数）×△bi（该指标可调整范围），其中，Ybi为影响幅度，bi为材料参数，ai为材料参数bi与危害性指数的关联性参数，即为关联性公式中材料参数bi对应的参数，△bi为参数bi的可调整范围）（bi的最大最小值见表1），Y为该烟气组分权重。
因此，各卷烟设计指标对危害性指标的影响幅度如下（见表3）：
表3 卷烟材料设计参数对深度抽吸模式下烟气危害性指标的影响幅度
由表3可知：①提高接装纸透气度，可以有效降低卷烟危害性指数，最大降幅可达0.3791。②对卷烟危害性指数影响最大的材料指标依次是，b3（接装纸透气度）>b6（其它烟丝参配量）>b5（滤棒压降）> b1（柠檬酸盐添加量）>b2（卷烟纸透气度）。③依据表16可根据需要对卷烟产品的危害性指数进行调整。
因此，低害卷烟设计，提高接装纸透气度，降低卷烟纸中添加剂（柠檬酸盐）用量、卷烟纸透气度、滤棒压降和其它烟丝（膨胀梗丝）参配量。
Claims (4)
1.一种深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）获取基于选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝掺配量情况下深度抽吸的危害性指数的步骤；
2）基于获取的危害性指数进行卷烟设计的步骤；
其中，获取深度抽吸的危害性指数的步骤包括：
11）建立基于卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝掺配量与深度抽吸的危害性指数之间的关系模型的步骤；
12）选取任意的卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝掺配量，获取危害性指数的步骤；
所述关系模型为：
X = 5.7499 + 12.1299 × b1 + （0.4260 × 10-3）× b2 -（1.2637 × 10-3）× b3 +（0.9455 × 10-3）× b5 + 1.9510 × b6
其中，X为危害性指数，b1为卷烟纸中添加剂用量，b2为卷烟纸透气度，b3为接装纸透气度，b5为滤棒压降，b6为膨胀梗丝掺配量；
所述的步骤2）中还包括对获取的危害性指数根据预设的规则进行匹配判断，若危害性指数符合规则，则采用对应的参数进行卷烟设计，若不符合规则，则调整卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝掺配量中一个或多个直到符合规则；
所述的规则为：预设危害性指数样板值，通过获取的危害性指数与样板值做比较，当获取的危害性指数不大于样板值时，则判断为符合规则。
2.根据权利要求1所述的深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，其特征在于，调整的方法为根据关系模型获取卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝掺配量与深度抽吸的危害性指数的关联性进行调整。
3.根据权利要求2所述的深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，其特征在于，所述调整方法为：根据所述的关联性分别增加或减小卷烟纸添加剂用量、卷烟纸透气度、接装纸透气度、滤棒压降和膨胀梗丝掺配量中一个或多个的值。
4.根据权利要求2所述的深度抽吸下基于危害性指数的低危害卷烟设计方法，其特征在于，所述调整方法为以下的一种或多种结合：降低卷烟纸添加剂用量、提高接装纸透气度、降低滤棒压降、降低膨胀梗丝掺配量、降低卷烟纸透气度。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |