CN103105341A

CN103105341A - 一种评价烟草保润性能的方法

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Publication number: CN103105341A
Application number: CN2013100369581A
Authority: CN
Inventors: 胡军; 刘菲; 马骥; 曾世通; 何保江; 胡有持
Original assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Current assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103105341B

Abstract

一种评价烟草保润性能的方法，其特征是：该方法按以下步骤进行：测定烟草样品的初始含水率；利用烟草含水率测量装置测量烟草样品在恒定环境中烟丝重量随时间的变化；根据初始含水率与烟草质量-时间的数据计算烟草样品含水率-时间的数据；通过烟草样品含水率对

时刻作非线性拟合图，所拟合的曲线满足公式

；根据公式

可以求出任意时间段内解湿（吸湿）平均速率。在烟草样品初始含水率相近的情况下，将解湿（吸湿）的

Description

一种评价烟草保润性能的方法

技术领域

本发明涉及烟草物理保润性能的评价方法，该方法通过对烟草在不同湿度条件下含水率动态变化的测量,拟合出烟草水分吸湿和解湿过程的数学方程,并计算出烟草在不同时间区域的吸湿和解湿速率,从而可以对烟草的物理保润性能进行定性和定量评价。该方法不仅可用于烟叶、烟丝、膨胀烟丝、梗丝、叶组、成品卷烟等不同类型烟草制品的物理保润性能的评价，而且可以用于保润剂的物理保润性能评价。

背景技术

烟叶的保润性能不仅影响烟草在加工过程中的造碎程度，在吸食过程中也会影响到烟草制品的感官舒适度。所以，烟草保润性能的测定与评价对烟草制品的生产与吸食都有非常重要的影响。目前对保润性能测定与评价的主要方法是将烟草样品放入盛有不同浓度硫酸（调节不同湿度）的干燥器中，或一定温湿度条件下的恒温恒湿箱（实验室）中，定期取样称量，将称量得出的质量转化成含水率并绘制出含水率-时间关系曲线图进行对照比较^[1,2]。此方法可以对烟草或保润剂的保润性能进行直观的定性描述，但是无法给予定量评价，而且取样过程会干扰到烟草样品所处的稳定恒湿度环境。此外，很多烟草样品的含水率-时间关系曲线差别很小，有时会有交叉，无法直接利用含水率-时间关系曲线图来判断保润效果的优劣。2008年，郑州烟草研究院研发出一套利用手套箱测定烟草含水率的方法^[3]，该方法避免了取样过程对烟草样品所处稳定温湿度环境的影响，所得出的烟草含水率-时间的曲线更准确。郑州烟草研究院对上述测量方法做了进一步改进，研发出连续测量烟草及烟草制品含水率的方法与装置^[4]，自动化程度高，将称量数据直接传输给电脑，称量过程无需人工操作；而且能够同时测量多个样品，节约了时间。该方法与前面所述方法相比，在测量方法上有明显的改进，但在评价方法上还是停留在作图定性比较的层面。2010年，上海烟草集团提出了一种保润性能评价的新方法^[5]：使用DVS动态水分吸附分析仪测量烟丝在恒温恒湿条件下含水率随时间的变化，待烟草样品达到平衡时，测定烟丝的干基重量，计算烟草样品t时刻的干基含水率Mt，并绘制干基含水率Mt随时间t的变化曲线；当0.4＜Mt-Me/M₀-Me＜1.0时，t时刻烟丝干基含水率Mt值对t^0.5满足线性关系，所得直线的斜率就是速率常数k，通过k值可以评价烟丝的保润性能。该方法可以对烟草或保润剂的保润性能进行定性与部分定量的评价，但烟草吸水与失水的过程是相当漫长的过程，一般需要4～5天才能达到平衡，而上述方法中的速率必须在满足0.4＜Mt-Me/M₀-Me＜1.0的时间段（一般在0-90 min之间）内测量，所以该方法的速率仅代表了0-90min的平均速率，很难完整地反映整个吸湿或者解湿过程的动态变化，不能够全面的评价烟草及烟草制品的物理保润性能。

目前，还没有一套直观的、从定性定量两个角度全面评价烟丝在整个吸水或者失水过程动力学行为的评价方法，所以建立一个能够全面反映保润性能的方法并将其应用于烟草及烟草制品、保润剂保润性能的评价是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中所存在的问题而提供一种适用于烟草保润性能评价的方法，并将此方法用于烟草及烟草制品（烟叶、烟丝、膨胀烟丝、梗丝、叶组、成品卷烟等）、保润剂的物理保润性能评价。

本发明的研究机理在于：本发明利用烟草含水率连续测量装置测定烟丝在高湿与低湿环境中的含水率随时间的变化。该过程是一个水分扩散的过程，符合Fick第一定律：水分子向介质中扩散的速度与水分子在扩散方向上的浓度变化成正比例关系，比例常数称为扩散系数。当扩散系数保持一定时，水分子扩散速度将随介质中水分子浓度的增加而递减，水分子的浓度增加率与时间的关系为指数曲线。本方法使用烟草含水率连续测量的装置得到含水率-时间的数据点，经过数据处理软件拟合满足公式

Figure 2013100369581100002DEST_PATH_IMAGE001

(公式1)。所以公式1可以很好的反映烟丝在恒定湿度下吸湿与解湿的动力学行为，式中

为含水率，a代表平衡含水率，b值接近于初始含水率与平衡含水率的差值，c为扩散系数。当时间t=0时，，则

为起始含水率；当时间

Figure 2013100369581100002DEST_PATH_IMAGE005

时，

，

Figure 2013100369581100002DEST_PATH_IMAGE007

，

近似于烟草样品的平衡含水率；在初始含水率相近的情况下，初始含水率与平衡含水率的差值越小，说明该烟草制品越稳定，其保润性能越好；扩散系数

越小，说明扩散速率越低，保润性能也越好，但是由于扩散系数

值太小，对保润性能的判断不能起到决定性作用，所以

不能作为保润性能判断的标准。对该方程求导可得到吸湿或者解湿速率函数

Figure 2013100369581100002DEST_PATH_IMAGE011

（公式2），从而计算出t时刻下的实时解湿（吸湿）速率。由于烟草在整个失水或吸水过程中的解湿（吸湿）速率是一直在变化，不能用单一某个时刻的速度来表征整个过程的速度。通过对速率函数进行积分，就可以得到烟草样品在t₀-t时间段的平均吸湿（解湿）速率

（公式3），利用该吸湿解湿速率就可对烟草或烟草制品的物理保润性能进行定性定量评价：在相同温湿度条件和相同时间段中，烟草或烟草制品的吸湿或解湿速率越小，说明该烟草或烟草制品的物理保润性能越好。在烟草的平均吸湿（解湿）速率公式中，

与

越小，

Figure 2013100369581100002DEST_PATH_IMAGE013

就越小，说明吸湿或者解湿比较慢，保润性能就越好；

与

越大，

就越大，说明吸湿或者解湿比较快，保润性能就越差。

相对于以前的方法，本发明利用烟草水分扩散拟合方程

，可以得到任意时间点烟草的动态含水率和任意时间段烟丝的解湿或者吸湿的平均速率，可以全面地评价烟草的物理保润性能，同时给出定量的评价结果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种评价烟草保润性能的方法，按以下步骤进行：测定烟草样品的初始含水率；利用烟草含水率测量装置测量烟草样品在恒定的环境中其质量随时间的变化；根据初始含水率与烟草质量-时间的数据计算烟草样品含水率-时间的数据；按公式

对烟草样品在不同时间下的含水率进行拟合；根据公式

求出任意时间段内解湿或吸湿平均速率

，式中

为含水率，a代表平衡含水率（烟叶的平衡含水率是指烟叶放在一定的温湿度环境下放置一段时间，烟叶不再向外界散失或吸收水分，此时烟叶的含水率就称为在此温湿度条件下的平衡含水率），b值接近于初始含水率与平衡含水率的差值，e是对数形式，t₀测试开始时间，t是结束时间；

在烟草样品初始含水率相近的情况下，将解湿或吸湿的

值作为评价烟草样品保润性能的依据。

具体步骤如下：

1）样品前处理：将混合均匀的烟草及烟草制品：烟丝、梗丝、薄片，或添加了香精或保润剂的烟草制品在恒温恒湿实验室中平衡48h后备用；

2）准确称取5 g（精确至0.0001 g）平衡好的烟草及烟草制品，按照国家标准YCT 31-1996的方法测定其初始含水率；

3）同时另准确称取5 g（精确至0.0001 g）平衡好的相同的烟草及烟草制品，使用烟草含水率连续测量装置测定烟丝样品在恒定的环境中其质量随时间的变化，根据初始含水率与烟草样品质量-时间的数据，得出烟草含水率关于时间的数据点；

4）作出烟草及烟草制品实时含水率关于时间的点图，使用数据处理软件进行拟合建模分析，含水率-时间的点满足公式

（公式1），在初始含水率相近的情况下，初始含水率与平衡含水率的差值

越小，说明该烟草制品越稳定，其保润性能越好，可以根据

来评价烟草样品的保润性能；对该方程求导可得到吸湿或者解湿速度函数为

（公式2），由上述公式积分求出任意时间段内的平均速率为速率

，（公式3）根据相同时间段内吸湿或解湿速率

的大小来评价烟草样品的保润效果。

本发明的有益效果是：

1）该方法使用烟草含水率连续测量装置测可以得到烟草样品质量-时间的数据，无需人工操作，减少误差，节约成本。

2）建立了整个过程中含水率与时间的模型满足公式1，该模型可以求出烟草样品在任意时刻的含水率并能够反映烟草样品在整个吸湿或者解湿过程中的动力学行为。

3）公式3可以反映整个吸湿或解湿过程中任意时间段的平均速率，可通过相同时间段内的平均吸湿或解湿速率的大小来评价烟草样品的保润性能。

4）该方法不仅适用于烟叶、烟丝、膨胀烟丝、梗丝、叶组、成品卷烟等不同类型烟草制品的保润性能的评价，而且可以用于保润剂的保润性能评价。

具体实施方式

样品前处理：实施例1-3所需成品卷烟烟丝、薄片在恒温恒湿实验室中（温度为22±2℃，相对湿度为60±2%）平衡48h后备用。以下三个实施例分别从成品卷烟烟丝、保润剂、薄片三个应用实例来说明。

实施例1

准确称取5 g（精确至0.0001 g）成品卷烟烟丝(帝豪、555、云烟、白沙、红金龙)，按照国家标准YCT 31-1996^[6]测其初始含水量。另准确称取5 g（精确至0.0001 g）烟丝放置在烟草含水率连续测量装置中的称量模块（天平）上（称量模块放置在20 ±2 ℃，相对湿度为40±2%恒温恒湿环境中），每隔5min称量一次，读数会同时自动传送到数据分析模块，测量时间达到7天时停止测量。数据分析模块将起始含水率和得到的质量-时间数据进行处理，形成一系列烟丝实时含水率关于时间的数据点。按公式1对烟草及烟草制品在不同时间下的含水率进行拟合。根据公式1推导出速率公式3。

按照以上实验过程重复5次实验，重复性相对标准偏差RSD＜3%，说明该方法是可行的。表1给出了五种品牌烟所拟合曲线对应公式的常数项（a、b、c），拟合参数R²，(0-67h)与

(0-100h)。拟合参数R²≥0.998，说明公式1可以很好的描述含水率随时间的变化趋势。五个品牌烟样品拥有相近的起始含水率（11.7%-11.9%），

(0-67h)与(0-100h)均满足：红金龙=555＞白沙＞帝豪＞云烟。由于平均失水速率值与保润性能成反比，所以五个品牌烟中云烟的保润性能最好，其次为帝豪、白沙帝，555与红金龙的保润性能最差。

表1 5种品牌烟含水率变化拟合参数值

品牌	a	b	c	R²	(0-67h)	（0-100h）
							帝豪	9.177	2.714	-0.043	0.998	0.038	0.027
555	8.288	3.390	-0.055	0.998	0.049	0.034
							云烟	9.471	2.332	-0.055	0.998	0.034	0.023
白沙	8.496	3.264	-0.045	0.999	0.046	0.032
							红金龙	8.288	3.428	-0.051	0.999	0.049	0.034

实施例2

分别喷加一定量的保润剂（麦芽糖、低聚木糖醇、D-山梨醇、木糖醇）于烟丝样品上，然后将样品放入恒温恒湿实验室中平衡72 h。准确称取5 g（精确至0.0001 g）平衡好的待测样品烟丝，按照国家标准YCT 31-1996^[6]的方法测其初始含水量，另取5 g（精确至0.0001 g）烟丝放置在烟草含水率连续测量装置称量模块（天平）上（称量模块放置在20 ±2 ℃，相对湿度为40±2%恒温恒湿环境中），每隔5min称量一次重量，同时将读数传送到数据分析模块，测量时间达到7天时停止测量。数据分析模块将起始含水率和得到的质量-时间数据进行处理，形成烟丝实时含水率关于时间的数据点。将含水率-时间的数据输入数据分析软件进行拟合满足公式1，根据公式1推导出的速率公式3。

按照以上实验过程重复5次实验，重复性相对标准偏差RSD＜2%，说明该方法是可行的。表2给出了喷加四种保润剂的烟丝样品拟合曲线所对应公式的常数项（a、b、c），拟合参数R²，

(0-25h)、

(0-50h)与(0-75h)。拟合参数R²≥0.997，说明公式1与含水率-时间的数据点匹配性很好。喷加四种保润剂的烟丝样品拥有相近的起始含水率（28.4%-28.8%），(0-25h)、

(0-50h)与

(0-75h)均满足：木糖醇＞D-山梨醇＞低聚木糖醇＞麦芽糖。由于平均失水速率值与保润性能成反比，所以四种保润剂的保润性能为麦芽糖的保润性能最好，其次为低聚木糖醇与D-山梨醇，木糖醇的保润性能最差。

表2 4种保润剂含水率变化拟合参数值

名称	a	b	c	R²	(0-25h)	(0-50h)	(0-75h )
								麦芽糖	15.208	13.178	-0.034	0.998	0.303	0.216	0.162
低聚木糖醇	14.893	13.555	-0.036	0.998	0.320	0.226	0.168
								D-山梨醇	13.906	14.739	-0.038	0.997	0.364	0.252	0.186
木糖醇	12.509	16.263	-0.039	0.997	0.402	0.278	0.205

实施例3

准确称取5 g（精确至0.0001 g）待测样品薄片(A、B、C)，按照国家标准YCT 31-1996^[6]的方法测其初始含水量。另取两份5 g（精确至0.0001 g）待测烟草薄片放置在烟草含水率连续测量装置中的称量模块（天平）上（称量模块分别放置在20 ±2 ℃，相对湿度为40±2%恒温恒湿环境与20±2 ℃，相对湿度为80±2%恒温恒湿环境中），每隔5min称量一次重量，同时读数自动传送到数据分析模块，测量时间达到7天时停止测量。数据分析模块将起始含水率和得到的质量-时间数据进行处理，形成烟草薄片实时含水率关于时间的数据点。将数据输入数据分析软件进行拟合满足公式1，根据公式1推导出速率公式3。

按照以上实验过程重复5次实验，在RH=80%条件下重复性相对标准偏差RSD＜3%，在RH=40%条件下重复性相对标准偏差RSD＜4%，说明该方法是可行的。表3与表4分别A、B、C三种薄片样品在RH=80%与RH=40%环境中所拟合曲线对应公式的常数项（a、b、c），拟合参数R²，(0-25h)与

(0-50h)。在RH=80%环境中，拟合参数R²≥0.996，，三种膨胀烟丝的起始含水率相近（10.4%-10.7%），b满足：C>B>A，

(0-25h)与

(0-50h)均满足：C>B>A；在RH=40%环境中，拟合参数R²≥0.993，三种膨胀烟丝的起始含水率相近（11.0%-11.4%），

满足：C>B>A，

(0-25h)与

(0-50h)均满足：C>B>A。由于平均失水（吸水）速率值与保润性能成反比，所以三种烟草薄片中薄片A的保润性能优于薄片B，薄片C的保润性能最差。

表3 3种烟草薄片在RH=80%时含水率变化拟合参数值

名称	a	b	c	R²	(0-25h)	(0-50h)
							A	7.016	3.760	-0.027	0.996	0.059	0.018
B	6.523	3.957	-0.025	0.997	0.063	0.019
							C	5.900	4.619	-0.024	0.997	0.074	0.022

表4 3种烟草薄片在RH=40%时含水率变化拟合参数值

名称	a	b	c	R²	(0-25h)	(0-50h)
							A	19.790	-8.469	0.029	0.993	0.127	0.040
B	19.825	-8.790	0.030	0.993	0.127	0.042
							C	21.075	-10.078	0.030	0.994	0.144	0.048

参考文献

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周博，张天栋，李赓等；乳酸和乳酸盐在卷烟保润中的应用[J]；中国烟草学报，2011（17）8-12；

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