煙草燃燒性研究綜述孟黎明 王維超 姚云鵬等（18）
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摘要 介紹了煙草燃燒性概念，綜述了煙草燃燒性的測定方法、煙草燃燒性與煙葉品質的關系、影響煙草燃燒性的因素，并對煙草燃燒性改善進行了展望。
關鍵詞 煙草;燃燒性;煙葉品質;測定方法
中圖分類號 TS41文獻標識碼 A
文章編號 0517-6611（2019）11-0018-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.006
開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：
Abstract The concept of tobacco combustion was introduced，the measurement methods of tobacco combustion， the relationship between tobacco combustion and tobacco quality， the factors affecting the combustion of tobacco were reviewed，and the improvement of tobacco combustion was proposed.
Key words Tobacco;Flammability;Quality of tobacco;Determination method
作者簡介 孟黎明（1987—），男，河南商丘人，助理農藝師，碩士，從事煙草栽培與質量評價研究。*通信作者，助理農藝師，碩士，從事煙草病蟲害防治研究。
收稿日期 2018-06-12;修回日期 2019-02-18
煙葉燃燒性不僅是煙葉物理特性的一項指標，而且是煙葉感官質量的一項重要指標，其燃燒性的好壞直接關系著煙葉的可用性和安全性，一般來講，結構疏松、有機物質豐富、有機鉀含量高的煙葉燃燒性較好，能夠減少卷煙抽吸口數，從而減少焦油產生量，提高安全性;燃燒性不好的煙葉，燃燒不充分，灰分灰色或黑色，能夠較多的產生CO、焦油等有害物質的含量。筆者在前人研究的基礎上對煙草燃燒性研究進行了綜述。
1 煙草燃燒性的概念及內容
1.1 煙葉的燃燒性
煙葉的燃燒性是指煙葉點燃后的燃燒程度，它對煙氣質量有顯著影響。衡量煙葉的燃燒性包括陰燃性和煙灰顏色2個方面，其中陰燃性又包括陰然持火力、燃燒速度、燃燒完全性和燃燒均勻性4個方面。
1.1.1 陰燃持火力。陰燃持火力是指煙葉點燃無火焰后持續保持陰燃的能力，也就是無焰燃燒的能力。一般要求煙葉的陰燃持火力不少于2 s，否則為熄火煙。熄火煙燃燒不完全，香氣和吃味差，焦油量高。
1.1.2 燃燒速度。燃燒速度是指單位時間內煙葉或卷煙燃去的煙葉量或長度。燃燒速度緩慢為好，燃燒過快，會使吸煙者口腔灼熱不適。
1.1.3 燃燒完全性。燃燒完全性是指煙葉內所含物質燃燒的充分程度。煙葉燃燒后所剩下的殘渣稱為灰分，灰分的特性與煙葉燃燒的完全程度有直接地關系。充分燃燒的煙葉，燃燒后的灰分呈白色或淺灰色，而且黏結性好。燃燒不充分，煙灰會變黑而且夾雜有雜色斑點。
1.1.4 燃燒均勻性。燃燒均勻性是指煙葉及卷煙在燃燒時各部分保持均勻燃燒速度的程度。一般燃燒不均勻者，陰燃持火力差。
1.1.5 灰色和凝聚性?；疑湍坌允侵笩熑~或其制品燃燒后的顏色和凝聚能力。灰分顏色在很大程度上反映焦油量的高低和內在質量的優劣?；疑詽嵃诪樽詈?，淺灰色次之，黑色最差。此外，還要求煙灰有較好的黏結性。
1.2 卷煙制品的燃燒性
成支狀態下的煙支燃燒是卷煙紙和煙絲的協同持續陰燃，因而，煙絲的燃燒狀況還受卷煙紙燃燒性的較大影響，如果卷煙紙的燃燒性較差，將會由于供氧量的減少而造成煙絲燃燒性變差并最終導致煙支熄火[1]。
2 煙草燃燒性的測定方法
2.1 煙葉陰燃時間的測定方法
2.1.1 試驗材料。每個樣品選取10～20片，每片煙葉按葉尖、葉中、葉基3個部位對稱地從葉脈兩側取樣，每片煙葉取6塊，每塊大小約2×3 cm2。樣品在溫度22±2 ℃、相對濕度60%±5%的恒溫恒濕條件下平衡7 d，所有樣品煙葉平衡含水率在11%～15%范圍內。
2.1.2 試驗工具。以調溫電爐作為點火器，將電爐絲的其中一段彎成凸型，并使煙片在點火時所接觸的面積為0.5×1.0 cm2。精度為1/1 000的秒表。
2.1.3 試驗方法。接通電爐電源，調節溫度在540 ℃左右，待凸型部分的電爐絲發亮穩定后，用鑷子夾著待測煙片放在電爐絲上，等待數秒后，煙葉被點燃，移開電爐絲，并立即摁下秒表，開始計時。注意觀察煙片陰燃情況，待最后一個火點熄滅時，再次摁下秒表，并記錄陰燃時間，取最后平均值即為樣品的陰燃時間[3]。
2.2 卷煙燃燒速率的測定方法
2.2.1 基于機器視覺的卷煙陰燃速率測試的方法。
首先把被測試卷煙樣品水平放在測試的卷煙夾持裝置上，點燃卷煙，工業相機及采集卷煙的圖像進行處理，識別卷煙的位置，每隔5 s進行一次圖像采集，按照一定的算法進行卷煙燃燒線的跟蹤和判斷卷煙是否熄滅，最終記錄卷煙陰然長度、陰燃時間，計算出卷煙陰燃速率[4]。
2.2.2 基于紅外測溫的測定卷煙陰然速率的方法。
不斷地向周圍空間發出紅外輻射能量的物體一定都是高于絕對零度的物體，紅外測溫原理是將物體發射的紅外線輻射能轉化為電信號，紅外線輻射能的大小與物體本身的溫度呈正相關，根據轉變成電信號的大小，可以確定物體的溫度[5]。燃燒區域是卷煙表面溫度最高的位置，通過步進電機帶動紅外溫度傳感器移動，配有合適的算法控制電機的運動軌跡，可以實現跟蹤卷煙的燃燒線及判斷卷煙的燃燒狀態[6]。 2.2.3 YSZ-Ⅱ卷煙自由燃燒速度測定儀測定。
按GB/T 16447對樣品進行調節，并在相應的環境條件下進行測試。按YC/T 28.4～5分別對煙支進行稱量和吸阻分選。采用間接法[7-8]測定各單料煙樣品的自由燃燒速度。取20支樣品煙，分成兩組，每組各10支，調節2根棉線之間的距離為40 ram，插上煙支并點燃，測量每支卷煙自由燃燒至一定長度所需的時間，并依照下式計算出煙支的自由燃燒速度：
自由燃燒速度=煙支燃去長度/所需時間
3 煙葉燃燒性與煙葉品質的關系
一般情況下燃燒性好的煙葉或煙支其外觀質量和內在質量也比較好;反之亦然。而且煙葉燃燒性的好壞直接影響到煙氣中煙堿、總粒相物和總揮發性酚含量的多少，進而影響了煙葉的安全性。燃燒性較好的煙葉一般也表現出成熟度好、組織結構疏松、厚薄適中、油份足、色澤鮮亮、香吃味良好、風格突出等特點，雖然燃燒性作為煙葉的一個物理特性，但同時是煙葉感官質量評價的一個重要指標，它很大程度上影響了煙葉的品質。
3.1 煙葉燃燒性與外觀質量的關系
煙葉的外觀質量主要包括成熟度、色澤、油分、組織結構、身份等，趙瑞蕊[9]通過對外觀成熟度得分與感官質量評價得分的灰色關聯分析的研究表明，成熟度對煙葉燃燒性的影響與刺激性相對較小，不同成熟度檔次間表現出的差異較顯著，但“成熟”“成熟+”和“成熟-”檔次間差異不顯著。而蔡憲杰等[10-11]研究表明烤煙上、中、下3個部位的煙葉中：成熟度與燃燒性呈極顯著正相關，可能是因為成熟度高的煙葉發育充分，細胞呈疏開狀，細胞間隙增大，內含物質豐富，比例協調等?？赡苁且驗槌墒於群玫臒熑~，葉片組織結構疏松程度増加。閆洪洋等[12]對河南烤煙的感官質量與外觀質量進行了簡單相關關系分析，表明外觀質量指標中的顏色、油分、色度、身份、組織結構與燃燒性均存在極顯著正相關關系;而胡戰軍等[13]研究了燃燒性與外觀質量之間的關系，表明與燃燒性呈顯著正相關的是成熟度、身份、油分、色度指標，呈極顯著正相關是顏色、組織結構指標，而且同部位橘黃煙葉的自由燃燒時間一般明顯長于檸檬黃煙葉，自由燃燒速度都比檸檬黃的慢;上部位紅棕煙葉的自由燃燒時間比檸檬黃的長，比桔黃的短，自由燃燒速度比檸檬黃的慢，比桔黃的快。影響煙葉燃燒性的重要因素也包括身份，身份過厚可能會造成煙葉燃燒受阻，一般來講，煙葉身份分為厚、稍厚、中等、稍薄、薄5個等次，自由燃燒速度隨著煙葉的厚度增加而減慢[14]。據李章海等[15]研究表明，煙葉的油分與燃燒性有密切的關系，煙葉油分足，可以有助于煙葉的燃燒，即隨著煙葉油分的增加，煙葉的燃燒性會得到改善。
3.2 煙葉燃燒性與物理特性的關系
物理特性可以分為煙葉的外部形態和物理性能，包括煙葉的葉長、葉寬、單葉重、含梗率、填充值、抗張強度和葉質重等，時向東等[16]研究表明，煙葉的開片度較好時，單葉重輕、厚度小、葉質重小，不僅可以使煙氣中的雜氣、刺激性降低，而且能使香氣質量和煙葉燃燒性得到提高;而任勝超等[17]研究表明燃燒性隨著葉質重的增加總體上呈現先增加后下降的趨勢，并且燃燒性得分達最大值時葉質重處于70.00～75.00 g/m2;王育軍等[18]對烤煙物理特性與評吸質量進行了研究，表明烤煙葉質重、填充值、平衡含水率與烤煙評吸質量關系最為密切，主要影響烤煙的刺激性、燃燒性、余味和灰色。有研究認為烤煙抗破碎性與燃燒性呈正相關關系，抗破碎指數較高的煙葉燃燒性也較好[19]。
3.3 煙葉燃燒性與化學成分的關系
煙葉的燃燒性是煙葉中的多種化學成分在高溫下相互作用的結果，不過煙葉中的化學成分種類較多，但主要的化學成分對燃燒性的影響前人研究的較多，葛巍巍等[20]研究表明，煙葉的著火溫度跟總糖含量呈正相關的關系，即隨著總糖含量的提高，著火溫度也會有所提高，總植物堿、總氮含量對燃燒性的影響較小，而煙葉鉀氯比越高，煙葉的燃燒性明顯越好，煙草中的淀粉、纖維素、果膠等碳水化合物是煙葉的重要組成部分，約占煙葉總質量的20%～40%，它們對煙葉的燃燒性也有一定的影響。李洪勛等[21]對貴州主產煙區的煙葉化學成分與感官質量關系的研究表明，還原糖、總糖含量以及兩糖差值與燃燒性均呈極顯著的正相關，而蛋白質、總氮含量則與燃燒性呈極顯著的負相關。
常愛霞等[22]研究表明煙葉中總鉀含量提高，煙葉雜氣較輕，燃燒性提高，煙灰顏色較白，整體感官質量變好，而氯含量過高時，燃燒性降低、灰色變差，無機硫與燃燒性也呈顯著負相關，糖堿比和氮堿比較高時，燃燒性較好，兩糖比與燃燒性相關性不顯著。胡皓月[23]對煙草中的揮發酸、揮發堿與感官質量之間的關系進行了研究發現，隨著揮發酸含量的增加，煙葉燃燒性的分值顯著的提升，尤其是以高揮發酸類群煙葉的得分最高，此外，揮發酸與燃燒性的回歸方程也達到了顯著水平;在不同揮發堿含量類群間煙葉燃燒性的差異均達到了極顯著水平，隨著揮發堿含量的增加，燃燒性的分值明顯降低，其回歸方程也達到了顯著水平。Weeks[24]研究表明初烤后煙葉中殘留的淀粉會對燃燒速度和燃燒完全性有著不良的影響，同時在燃吸時這些淀粉會產生焦糊氣味，對煙氣產生不良影響，這與王聰等[25]、王東勝[26]、張強等[27]研究結果一致。
3.4 煙葉燃燒性與感官質量的關系
煙葉的感官質量是指煙葉燃燒時，吸煙者對香氣、吃味的綜合感受，包括香氣、吃味、勁頭、刺激性、余味等，閆克玉等[28]研究了河南烤煙（40級）煙葉樣品主要理化指標與評吸質量的關系，認為：與單料煙支的陰燃時間呈顯著正相關的是煙葉的香氣質、香氣量、濃度、雜氣，且單料煙的陰燃時間越長，越有利于煙葉余味的產生，同時可以減小煙支刺激性，從煙葉整體的內在品質來看，影響煙葉內在品質的重要因素與單料煙的陰燃時間有關。同時，李向陽等[29]發現，如果煙支點燃出現熄火，煙葉一般表現為香氣質差、香氣量少、雜氣重、濃度很淡、勁頭小、刺激性大、余味不干凈、口感不舒適、煙灰為灰黑色;煙葉燃燒性的提高，可以明顯改善煙葉評吸質量，使煙葉香氣質、量提高，雜氣減少，吃味醇和、濃度增大，勁頭增強，刺激性減弱，余味干凈舒適，煙灰逐漸轉為白色。 3.5 煙葉燃燒性與安全性
目前認為對吸煙產生危害的原因主要有兩方面，一方面是化學農藥殘留，另一方面是卷煙煙氣中的有害物質，而燃燒性對卷煙煙氣成分影響較大。劉華山等[30]研究指出，顯著提高煙葉中的鉀含量得益于煙株在打頂后噴施降堿増鉀制劑，提高煙葉燃燒性，進而降低煙氣中的焦油含量;同時，于建軍等[31]通過對靜燃速率與焦油量關系的研究得出，靜燃速率對煙氣中焦油量影響最大，兩者之間的表現出極顯著負相關關系，靜燃速率還會影響人們的抽吸口數，進而影響焦油量。張國等[32]對烤煙評吸質量與煙氣成分的關系進行了研究，認為燃燒性分別與煙氣中總粒相物、煙堿和水分、焦油量呈極顯著和顯著負相關，即認為隨著燃燒性的改善，煙氣中有害物質會相應的減少。
4 影響煙草燃燒性的因素
影響煙葉和煙支燃燒性的因素非常多，主要包括煙葉水分含量、葉片的組織結構、各種有機化學成分和礦物質元素的含量及其比例關系等。
4.1 煙葉水分含量
有研究認為[33]，煙草的燃燒性隨著煙草含水量的增加而降低，煙草水分在12%～14%時，最適合供應吸煙著評吸。張宏宇等[34]對煙絲含水率對其燃燒性的影響研究指出，平衡濕度與煙絲含水率、平均燃燒速度間均呈現顯著正相關，煙絲的燃燒特性指數隨著平衡濕度的增加而減小，即含水率過高降低了煙絲的燃燒性，含水率低有利于增加煙絲的燃燒性，但含水率過低會使煙絲燃燒速度過快，影響煙絲的評吸質量。
4.2 煙葉的組織結構
組織是指煙葉細胞的排列狀況，外觀表現為粗糙、疏松或緊密。通常優質的煙葉要求葉片組織結構疏松，厚薄適中，這樣的煙葉持火力強;相反，重而緊實的煙葉持火力較差，可能是因為組織結構疏松的煙葉自然孔隙多且大，透氣性好，因此空氣的有效供應量較充足，煙葉接觸氧氣的機增多，燃燒更加充分。煙葉自由燃燒時間短，速度快，表明煙葉組織結構疏松，自由燃燒時間長，速度慢表明煙葉處于尚疏松和稍密的狀態;煙葉身份對自由燃燒時間和速度的影響十分明顯，呈現一定的規律性，表現為自由燃燒時間是稍厚>中等>稍薄>薄，自由燃燒速度是薄>稍薄>中等>稍厚[14]。目前在卷煙工藝上廣泛運用的煙絲膨脹技術就是改變煙絲的組織結構，使煙葉內部空隙增加，接近未調制之前的狀態，提高其工業可用性。
4.3 煙葉的有機成分含量及其比例
煙草中的有機物質種類繁多，主要包括水溶性糖、蛋白質、淀粉、纖維素、果膠質、木質素、水溶性的有機酸的鈉鹽和鉀鹽以及低分子的氮素物質等。它們均具有燃燒性，但是有些有機物質有利于改善煙葉的燃燒性，有些物質阻礙煙葉的燃燒性，有些則無影響。有研究表明與煙葉燃燒性無明顯相關性的有總糖、還原糖;呈顯著的負相關的有煙堿、總氮，說明煙堿、總氮含量增加時，煙葉的燃燒性、灰色變差;糖堿比、氮堿比與燃燒性呈顯著正相關，即糖堿比和氮堿比較高時，燃燒性較好，灰色較白;兩糖比與燃燒性、灰色相關性不顯著[22]。
4.4 礦質元素及其比例
鉀是煙草的品質元素，鉀元素對煙葉質量有重要的影響，主要影響煙葉的燃燒性和吸濕性上，它可以明顯改善葉片的身份和顏色，許自成等[35]通過對煙葉中鉀含量與感官質量進行回歸分析，發現煙葉燃燒性在一定范圍內隨著烤煙煙葉鉀含量的提高而得到改善，當烤煙中鉀含量超過20 g/kg時，其燃燒性分值可穩定在最高水平，經F測驗，二者的回歸方程達到了0.01極顯著水平。竇玉青等[36]對北方煙區鉀氯含量與燃燒性的關系進行了分析，表明與北方煙區煙葉燃燒性呈現很高的相關性的有氧化鉀、 氯及鉀氯比，其中，與煙葉燃燒性正相關的是煙葉氧化鉀和鉀氯比，與煙葉燃燒性負相關的是煙葉氯含量，同時，以鉀含量、 氯含量、 鉀氯比為自變量，以煙支線性燃燒速率和質量燃燒速率為因變量，進行逐步回歸分析和通徑分析研究表明，煙葉中氯含量對燃燒性起著決定性作用，且是負作用;而氧化鉀含量是第二位的影響因素，起正作用。煙草中鉀含量一般在2%左右[37]，當煙葉氯含量高于1.0%[38]時，煙葉會表現出吸濕性強、燃燒性差、易熄火、雜氣重、利用價值極低;當煙葉氯含量低于0.3%時，葉片枯燥、油分少、彈性差、成絲率低、香吃味變劣，煙葉中氯含量在0.3%～0.8%，K+/C1->4比較理想[39];冉法芬等[40]研究發現，鉀氯比<4時，鉀氯比與灰色、燃燒性、總分和余味的簡單相關系數均為正相關，且均達到極顯著水平，相關系數大小為灰色>燃燒性>總分>余味，說明，隨著鉀氯比的增加，煙葉燃燒性會得到明顯提高。
煙草雖然是公認的“忌氯”作物，但氯也是煙草生長的重要的必需營養元素之一?？緹熥鳛橐环N忌氯作物，要向增加煙葉的彈性和油潤性，降低煙葉破碎率，提高煙葉的內、外品質，適當的氯很有必要[41-43]。鄧小華等[44]對煙葉中氯含量與煙葉燃燒性和灰色的關系進行了研究發現，從燃燒性上看，氯含量偏高時，燃燒性分值低于全部樣本的平均值，燃燒性分值以氯含量適宜時最高;從灰色來看，氯含量偏高時，灰色分值低于全部樣本的平均值，灰色分值以氯含量偏低時最高。而許自成等[45]對烤煙氯含量與感官質量的關系做了研究，發現烤煙氯含量低于0.7%，隨著氯含量的增加，煙葉的燃燒性分值變化不明顯，燃燒性處于較好狀態，但當氯含量高于0.7%時，燃燒性分值急劇下降，燃燒性變差，超過1.0%時降至最低，煙葉燃燒性變得很差，且氯含量在0.3%～0.5%時，灰分分值最高。
硫元素作為植物的必需營養元素之一，是許多植物蛋白質、酶和生理活性物質的重要組成元素，而且硫與煙葉的燃燒性密切相關，鄧小華等[46]對烤煙燃燒性與煙葉硫含量的量化關系進行了研究，表明烤煙燃燒性分值會隨著煙葉硫含量的增加而降低，煙葉燃燒性變差?？赡苁且驗榱蚴菢嫵傻鞍踪|不可缺少的元素，同樣幾乎所有的煙草蛋白質都含有硫，隨著煙草吸硫量的增加，大量SO42-運輸到葉片中，被還原形成含硫化合物[47]，另外，葉片中的硫酸根的過量積累使鉀與有機酸的結合的機會減少，導致有機鉀的含量降低甚至出現負值，而草酸鉀、檸檬酸鉀等有機酸鉀與卷煙的燃燒性和焦油產生量關系密切[48]。煙草中的硫含量一般為0.2%～0.7%[49]，同時，溫玉轉[50]通過硫肥試驗對燃燒性的影響研究表明隨著硫用量的增加，陰燃時間逐漸縮短，燃燒性逐漸變差?？梢娏蛟貙熑~的燃燒其阻礙作用，但是硫含量的過少就會使煙株生長發生異常，所以應盡量使煙葉硫含量達到適宜水平[51]。 5 展望
煙支燃燒性的好壞直接關系到煙氣的成分和焦油量的大小，因此，在提高煙草燃燒性方面應繼續加大投入，對煙葉原材料的燃燒性進行改善。一般說來，大田生產中對煙葉燃燒性的改善主要從提高煙葉中鉀元素著手，最直接的辦法就是增加鉀肥的施用量，然而，由于土壤大環境的限制，隨著鉀肥施用量的增加，煙葉中的鉀并沒有隨之增加，有研究表明，煙葉的燃燒性與有機鉀指數呈正相關，而有機鉀指數又與硫、氯呈負相關，可以采取降低硫、氯的含量，以增加有機鉀指數，進而提高煙葉的燃燒性。
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