不同产区茄衣对半叶卷小规格机制雪茄烟燃烧特性的影响

张齐，伊晓龙，胡希，等. 不同产区茄衣对半叶卷小规格机制雪茄烟燃烧特性的影响［J］. 烟草科技， 2026，59（3）：85-96.

ZHANG Qi， YI Xiaolong， HU Xi， et al. Effects of cigar wrapper producing area on combustion characteristics of machine-made cigarillos with reconstituted tobacco binders［J］. Tobacco Science & Technology， 2026，59（3）：85-96.

DOI: 10.16135/j.issn1002-0861.2025.0173

张齐1，伊晓龙2，胡希3，4，付丽丽1，张维3，邓国栋1，李虹漪1，王兵1，王乐*1，杨振*3，4

1. 中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

2. 山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，济南市历城区科航路2006号 250104

3. 四川中烟工业有限责任公司长城雪茄烟厂，四川省什邡市蓥华山路南段128号 618499

4. 厅市共建国产雪茄烟叶工业高效利用四川省重点实验室（四川中烟工业有限责任公司），成都市龙泉驿区成龙大道2段 610066

为探究茄衣对半叶卷小规格机制雪茄烟样品燃烧特性的影响，以5个来源于典型产区的茄衣为研究对象，基于统一内胚制备半叶卷小规格机制雪茄烟样品。通过改变抽吸间隔并结合动态吸阻检测来评价雪茄烟熄火倾向；采集雪茄烟燃吸过程的图像，处理得到茄衣的燃烧速率及烟支包灰特征；同步测定雪茄烟径向中心位置燃烧锥温度以评估茄衣‒内胚燃烧的匹配度；结合茄衣原料的化学组成和燃烧热解特性，探究不同产区茄衣烟叶特性与雪茄烟燃烧特性之间的关系。

结果表明，茄衣对半叶卷小规格机制雪茄烟的燃烧特性有显著影响，①由A号茄衣卷制的雪茄烟的燃烧性较差，表现为内陷式燃烧且容易熄火，包灰性能较差；由E号茄衣卷制的雪茄烟同样容易内陷式燃烧；由B号、C号、D号茄衣卷制的雪茄烟燃烧性较好，包灰性能较好。②半叶卷小规格机制雪茄烟茄衣和内胚的燃烧速率均与茄衣品种有关，两者之间匹配度（比值）越接近于1.00的雪茄烟的燃烧性越好。③茄衣原料的钾氯比及平均燃烧速率能够反映不同茄衣原料燃烧特性间的差异，可为茄衣原料筛选提供明确的选择方向。该研究为国产雪茄烟原料筛选、产品开发设计和品质提升提供了技术支撑。

优质的雪茄烟应具有燃烧均匀及凝灰度较好等特点。半叶卷小规格机制雪茄烟的茄芯多为烟片式或叶丝式。茄衣与传统卷烟的卷烟纸类似，起到包裹内胚的作用，同时也起到调控雪茄烟燃烧速率的作用。由于烟叶的透气度较低，雪茄烟阴燃阶段除炭化的燃烧线部分外，茄衣几乎无气流的自由扩散，抽吸阶段空气主要通过燃烧线附近进入燃烧锥。因此，茄衣的燃烧性对雪茄烟的燃烧性具有较大影响。同时，茄衣和内胚燃烧速率的匹配对雪茄烟的燃烧至关重要。理想的雪茄烟燃烧状态是茄衣和茄芯燃烧速率相近，并保持均匀的燃烧节奏，该条件下燃烧锥呈规则的圆锥形，灰环均衡。当茄衣燃烧较快时，燃烧锥呈锥形或洞穴形，导致雪茄烟整体燃烧速率较快，影响品吸节奏和口感；当内胚燃烧较快时，燃烧锥内陷呈倒锥形，在抽吸阶段空气不能直接进入燃烧锥热解区，导致空气供应不足，容易出现熄火现象。

目前，有关卷烟燃烧特性的研究主要集中在包灰性能、表观燃烧速率等方面。雪茄烟与卷烟在原料、结构等方面存在较大差异，对雪茄烟燃烧性的研究主要集中在各产地原料或雪茄烟总体等方面。但前人研究仅关注了雪茄烟叶原料自身的燃烧特性及其影响因素，有关雪茄烟烟支燃烧特性的研究鲜见报道，仅围绕雪茄烟叶原料的燃烧特性所开展的研究不足以支撑雪茄烟烟支产品的设计及产品质量的提升改进。因此，本研究中以烟片式半叶卷小规格机制雪茄烟为试验对象，对由常用的不同产区茄衣卷制的半叶卷小规格机制雪茄烟的熄火倾向、内胚和茄衣燃烧速率、灰色等燃烧特性进行了评价，旨在为国产雪茄烟产品的开发设计和品质提升提供技术和理论支撑。

根据雪茄烟轴向密度分布情况（图1），分别对雪茄烟燃吸过程中密度稳定段（20~40 mm）茄衣燃烧速率及内胚燃烧速率进行表征和分析。

图1 半叶卷小规格机制雪茄烟轴向密度分布

Fig. 1 Density distributions in axial direction of machine-made cigarillos with reconstituted tobacco binders

在采集图像前，通过张正友标定法对相机外参（主要包括旋转矩阵和平移向量）进行标定，以求得数字图像相对真实世界坐标的转换关系，进而得到数字图像中单像素的真实尺寸。将图像转为灰度模式后，以阈值100为分割燃烧前后的像素。单帧下阈值分割后燃烧线位置与同帧下原图的比对图见图2。可以看出经阈值分割后的图像与原彩图基本吻合。对雪茄烟烟支燃吸过程中图像的灰度图逐帧阈值分割后，获取燃烧线随抽吸时间变化的空间坐标，计算燃吸过程中茄衣的燃烧速率。

a. 阴燃阶段

b. 抽吸阶段

图2 阈值分割后图像与原彩图的对比

Fig. 2 Images after threshold segmentation and their original color images

抽吸过程中，雪茄烟样品动态吸阻的变化见图3。可知，对于1号雪茄烟样品，在抽吸间隔为60和40 s时，动态吸阻随抽吸口序整体呈下降趋势，且肉眼观察到燃烧线也无推进，表明其在该抽吸间隔下均无法连续抽吸，不满足国家标准要求的自由阴燃时间；在抽吸间隔为20 s时，动态吸阻随抽吸口序表现为先上升后略下降，并趋于稳定，表明在该抽吸间隔下雪茄烟可以保持连续抽吸。

a. 1号雪茄烟样品（A号茄衣） b. 2号雪茄烟样品（B号茄衣） c. 3号雪茄烟样品（C号茄衣） d. 4号雪茄烟样品（D号茄衣）e. 5号雪茄烟样品（E号茄衣）

图3 抽吸过程中雪茄烟样品动态吸阻的变化

Fig. 3 Changes in dynamic draw resistances of cigarillo samples during the puffing process

5种雪茄烟样品燃烧线推进至距点燃端20、34及40 mm时，雪茄烟样品燃烧图像见图4。可知，1号雪茄烟样品的燃烧状态较差，燃烧线不整齐，碳线宽度宽，包灰性能较差，有飞花现象；其他雪茄烟样品的燃烧状态较好，燃烧线较为整齐，包灰性能较好。

图4 雪茄烟样品燃烧线推进至距点燃端20、34、40 mm时的雪茄烟燃烧图像

Fig. 4 Images when the combustion line was 20，34 and 40 mm from the lit end of the cigarillo samples

在抽吸过程中，对雪茄烟样品燃烧线推进至距点燃端20~40 mm内的茄衣燃烧速率进行统计，结果见图5。可知，①抽吸间隔为20 s的1号雪茄烟样品的抽吸口数为13.10口，燃烧速率为1.52 mm/周期。②抽吸间隔均为40 s的其他4种雪茄烟样品中，4号雪茄烟样品的抽吸口数相对较多，茄衣燃烧速率相对较慢；5号雪茄烟样品的抽吸口数较少，但其茄衣燃烧速率较快，表明在相同的抽吸间隔下，雪茄烟烟支的表观燃烧速率与茄衣本身的特性有关。

1号（A号茄衣）雪茄烟样品抽吸周期为20 s，其他4种雪茄烟样品抽吸周期均为40 s。下同。

图5 雪茄烟样品茄衣燃烧速率特征

Fig. 5 Cigar wrapper combustion rates of cigarillo samples

雪茄烟样品燃烧线推进至距点燃端20~34 mm区间内，8个中心深度的温度曲线随抽吸时间的变化见图6。结合雪茄烟样品中心深度的温度及同一时刻下茄衣燃烧线的位置对雪茄烟样品的燃烧状态进行分析。

A线为燃烧线到达20 mm处，B线为燃烧线到达34 mm处，时间终点对应燃烧线到达40 mm处。

图6 雪茄烟样品燃烧线推进至距点燃端20~34 mm区间内8个中心深度的温度曲线

Fig. 6 Temperature curves at 8 central depths when the combustion line was 20-34 mm from the lit end of cigarillo samples

对图6中采集的温度进行差值后，提取各时刻下燃烧锥靠近抽吸端的位置，计算内胚在燃烧线推进至距点燃端20~40 mm区间内的燃烧速率，结果见图7。可知，①对于抽吸间隔为20 s的1号雪茄烟样品，内胚燃烧速率为0.96 mm/周期。②抽吸间隔为40 s的4种雪茄烟样品的内胚燃烧速率从大到小依次为2号（B号茄衣）、5号（E号茄衣）、3号（C号茄衣）、4号（D号茄衣），这与茄衣燃烧速率的规律基本一致。

图7 雪茄烟样品燃烧线推进至距点燃端20~40 mm区间内内胚的燃烧速率

Fig. 7 Bunch combustion rates when the combustion line was 20-40 mm from the lit end of cigarillo samples

不同雪茄烟样品茄衣及内胚燃烧速率的对比结果见表1。可知，内胚的燃烧速率均小于茄衣，但二者的比值不同。其中，①1号和5号雪茄烟样品在燃烧线推进至距点燃端20 mm时已具有内陷式燃烧特征，其茄衣及内胚燃烧速率的比值均大于1.30；②2号和4号雪茄烟样品在燃烧线推进至距点燃端20 mm时，燃烧状态相对较好，其茄衣及内胚燃烧速率的比值均约为1.10。

表1 雪茄烟样品茄衣及内胚燃烧速率特征对比①

Tab. 1 Combustion rate characteristics of the wrappers and bunch of cigarillo samples

注：①内胚在20~40 mm区间内的燃烧速率。

不同燃烧状态的雪茄烟样品燃吸后的燃烧锥图像见图8。可知，对于燃烧状态正常的烟支（2号雪茄烟样品），俯视图和侧视图显示炭化后的烟丝形成了完整的锥形，纵切面图显示燃烧锥的底部与茄衣炭化线位置基本一致；对于燃烧状态为内陷式（5号雪茄烟样品）和“内陷+偏燃”式（1号雪茄烟样品）的烟支，俯视图和侧视图无法拍摄到完整的燃烧锥的锥形，从侧视图暴露部分可以清晰地看到烟灰是完全燃烧且呈白色的状态，纵切面图显示燃烧锥的底部与茄衣的炭化线位置不一致，内胚被未燃烧的茄衣包裹着。

a. 俯视图 b. 侧视图 c. 纵切面图

图8 雪茄烟样品燃吸后的燃烧锥图像

Fig. 8 Images of combustion cone of cigarillo samples after puffing

对雪茄烟样品燃烧后的非炭化线区域烟灰的灰度特征进行统计，结果见表2。可知，4号雪茄烟样品烟灰灰柱灰度值的平均值较低，主要原因是4号雪茄烟样品燃烧后的烟灰形成了灰环；其他4种雪茄烟样品的灰度值基本一致，但1号雪茄烟样品间的标准偏差比较大。

表2 不同雪茄烟样品的烟灰特征

Tab. 2 Ash characteristics of various cigarillo samples

5种雪茄烟样品茄衣原料中常规化学成分含量测定结果见表3。可知，1号和5号雪茄烟样品茄衣原料中钾氯比偏低，均小于4；2号和4号雪茄烟样品茄衣原料中钾氯比均大于4；3号雪茄烟样品茄衣原料中钾氯比大于10。由于钾氯比为对烟叶燃烧性有利的指标，其合适的范围为4~10，故2号和4号雪茄烟样品茄衣原料的燃烧性较好，适合作为雪茄烟的茄衣原料。

表3 不同雪茄烟样品茄衣原料中常规化学成分测定结果

Tab. 3 Detection results of conventional chemical components for wrappers of various cigarillo samples

5种雪茄烟样品茄衣原料中挥发分、固定碳和灰分的含量见表4。可知，2号雪茄烟样品茄衣原料中挥发分的含量最低，固定碳含量高；其他4种雪茄烟样品茄衣原料中挥发分和灰分的含量无明显差异，主要为固定碳含量的差异。

表4 不同雪茄烟样品茄衣原料中挥发分、固定碳和灰分的含量

Tab. 4 Contents of volatile components， fixed carbon and ash in wrappers of various cigarillo samples 

注：①在中高温（750 ℃）条件下燃烧。

5种雪茄烟样品茄衣原料燃烧热解的TG和DTG曲线（106~950 ℃）见图9。可知，不同雪茄烟样品茄衣原料的热失重过程无明显差异。

a. TG曲线 b. DTG曲线

图9 不同雪茄烟样品茄衣原料燃烧热解的TG及DTG曲线

Fig. 9 TG and DTG curves of the combustion and pyrolysis process for wrappers of various cigarillo samples

雪茄烟样品茄衣原料燃烧热解过程特征参数计算结果见表5。可知，2号雪茄烟样品茄衣原料的Ti较高，1号雪茄烟样品茄衣原料的Ti较低；2号雪茄烟样品茄衣原料的Tf较低；1号雪茄烟样品茄衣原料的Tmax相对较大。

表5 不同雪茄烟样品茄衣原料燃烧热解过程特征参数计算结果

Tab. 5 Characteristic parameters of wrappers of various cigarillo samples during combustion and pyrolysis process

对5种雪茄烟样品茄衣原料热解后的固相产物进行SEM表征，结果见图10。可知，1号和5号雪茄烟样品茄衣原料热解后的固相产物为致密的片型结构，表面分布少许碳球，孔洞为蜂窝状结构，这种类型的碳主要是由难以热解的稠环芳烃形成的；2号和4号雪茄烟样品茄衣原料热解后的固相产物多为尺寸较小、无固定形态的碳球，表面有明显的孔隙和裂缝，可能是由于高温热解过程中气体逸出产生的；3号雪茄烟样品茄衣原料热解后的固相产物的结构较为致密，碳球的尺寸较大，其表面有较多的孔洞。表明不同茄衣原料燃烧后，其微观物理结构发生不同的变化，进而影响雪茄烟燃吸过程中氧气的传输效率及雪茄烟的燃烧速率。

a. 1号（A号茄衣） b. 2号（B号茄衣） c. 3号（C号茄衣） d. 4号（D号茄衣） e. 5号（E号茄衣）

图10 不同雪茄烟样品茄衣原料高温热解后形成的焦炭SEM图

Fig. 10 SEM images of the coke formed after high-temperature pyrolysis for wrappers of various cigarillo samples