技术领域
本发明涉及卷烟设计领域，特别是涉及一种基于烟气危害性指数的卷烟设计方法。
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，能有效控制烟气中的烟气排放量、提高卷烟生产效率的一种基于烟气危害性指数的卷烟设计方法。
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基于烟气危害性指数的卷烟设计方法。
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基于烟气危害性指数的卷烟设计方法。
为了实现上述的发明目的，本发明提供：
一种基于烟气危害性指数的卷烟设计方法，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，不区分接装纸透气度时，所述的危害性指数关系模型为：
X = 2.7453 + 10.2769 × b1 -（2.8497 × 10-3）× b3 +（0.2182 × 10-3）× b5 + 0.0878 × b6；
其中，X为危害性指数，b1为卷烟纸中添加剂用量，b3为卷烟接装纸透气度，b5为滤棒压降，b6为膨胀梗丝参配量。
优选地，接装纸透气度（b3）=150CU时：
X = 3.5396 – 15.0000 × b1 – 0.012187 × b2 +（0.3149 × 10-5）× b4 -（0.6149 × 10-3）× b5 + 1.1684 × b6；
其中b2为卷烟纸透气度，b4为成型纸透气度，b5为滤棒压降，b6为膨胀梗丝参配量。
优选地，当接装纸透气度=300时：
X = -1.4803 + 0.07451 × b2 +（1.5801 × 10-3）× b5 – 2.9856 × b6；
其中b2为卷烟纸透气度，b5为滤棒压降，b6为膨胀梗丝参配量。
优选地，当接装纸透气度=450时：
X = 3.13534 + 201.4085 × b1 - 0.02623 × b2 -（1.3008 × 10-5）× b4 -（0.7816 × 10-3）× b5 – 1.5757 × b6；
其中b1为卷烟纸中添加剂用量，b2为卷烟纸透气度，b4为成型纸透气度，b5为滤棒压降，b6为膨胀梗丝参配量。
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危害性指数的关联性，然后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、提高膨胀梗丝参配量、降低卷烟纸透气度。
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，同时还能够根据排放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，本发明提供一种一种基于烟气危害性指数的卷烟设计方法，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。
实施例1
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。
样品的测量标准为：ISO regime方案依据GB/T 19609（ISO 4387国内转化标准）的规定进行设定：抽吸容量、35mL；抽吸频率、60s/口；不人为封闭滤棒透气率。
卷烟物理指标的检测，依据GB/T 22838执行。烟气气相中N-亚硝胺的测定，依据GB/T 23228-2008执行。
各卷烟样品的物理参数见表1
表1 卷烟实验样品的参数
样品编号 卷烟纸中添加剂（柠檬酸盐）用量 卷烟纸透气度（CU） 接装纸透气度（CU) 成形纸透气度（CU） 滤棒压降 膨胀梗丝参配 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：
各卷烟材料设计参数影响大小分析
X = 2.7453 + 10.2769 × b1 -（2.8497 × 10-3）× b3 +（0.2182 × 10-3）× b5 + 0.0878 × b6；
分析以上回归方程可以知道：①卷烟接装纸透气度（b3），对烟气危害性指数影响最大，提高b3值可以有效降低烟气危害性指数。②降低卷烟纸中添加剂（柠檬酸盐）用量（b1）、及滤棒压降（b5）和其它烟丝（膨胀梗丝）参配量（b6），可以降低烟气危害性指数。③卷烟纸透气度（b2）和成型纸透气度（b4），对烟气危害性指数影响不大。
具体实施例2
基于实施例1所述的内容，当接装纸透气度（b3）不同时，为了优化获得结果可以对所述的关系模型进一步的进行改进，具体地在一实施例中，当接装纸透气度（b3）=150CU时，所述的关系模型可以如下：
X = 3.5396 – 15.0000 × b1 – 0.012187 × b2 +（0.3149 × 10-5）× b4 -（0.6149 × 10-3）× b5 + 1.1684 × b6
分析以上回归方程可以知道：①当接装纸透气度较低（b3=150CU）时，提高卷烟纸中添加剂（柠檬酸盐）用量（b1）、卷烟纸透气度（b2）和滤棒压降（b5），可减少危害性指数值。②当接装纸透气度较低（b3=150CU）时，降低其它烟丝（膨胀梗丝）参配量（b6），可减少危害性指数值。
具体实施例3
基于实施例1所述的内容，当接装纸透气度（b3）不同时，为了优化获得结果可以对所述的关系模型进一步的进行改进，具体地在一实施例中，当接装纸透气度=300时，所述的关系模型可以如下：
X = -1.4803 + 0.07451 × b2 +（1.5801 × 10-3）× b5 – 2.9856 × b6
分析以上回归方程可以知道：①当接装纸透气度中等时（b3=300CU），降低卷烟纸透气度（b2）和滤棒压降（b5），可减少危害性指数值。②当接装纸透气度较低（b3=300CU）时，提高其它烟丝（膨胀梗丝）参配量（b6），可减少危害性指数值。
具体实施例4
基于实施例1所述的内容，当接装纸透气度（b3）不同时，为了优化获得结果可以对所述的关系模型进一步的进行改进，具体地在一实施例中，当接装纸透气度=450时，所述的关系模型可以如下：
X = 3.13534 + 201.4085 × b1 - 0.02623 × b2 -（1.3008 × 10-5）× b4 -（0.7816 × 10-3）× b5 – 1.5757 × b6
分析以上回归方程可以知道：①当接装纸透气度较高时（b3=450CU）时，降低卷烟纸中添加剂（柠檬酸盐）用量（b1），可减少危害性指数值。②当接装纸透气度较高时（b3=450CU）时，提高卷烟纸透气度（b2）、成型纸透气度（b4）、滤棒压降（b5）、及其它烟丝（膨胀梗丝）参配量（b6），可减少危害性指数值。
因此根据上述实施例1～3所述的可知道，根据上述的方法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。
进一步地，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。
进一步地，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。
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5
进一步地，如图2所示，根据上述实施例1～4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危害性指数的关联性，然后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。
进一步地，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、提高膨胀梗丝参配量、降低卷烟纸透气度。
表2 ISO抽吸模式下卷烟材料设计参数危害性指数的预测
由表18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ISO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3.04%，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10.38%，小于12%。
为了比较不同卷烟材料设计参数对危害性指标的影响，特此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），X为该烟气组分权重。
因此ISO模式下各卷烟设计指标对危害性指标的影响幅度如下：
表3 卷烟材料设计参数对烟气危害性指标的影响幅度
表4 卷烟材料设计参数对烟气危害性指标的影响幅度2
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0.8549。②不同接装纸透气度下，各卷烟材料设计参数调整对危害性指数的影响不同。③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）>b2（卷烟纸透气度）> b1（柠檬酸盐添加量）>b5（滤棒压降）>b6（其它烟丝参配量）>b4（成型纸透气度）。④依据表16可根据需要对卷烟产品的危害性指数进行调整。
由表4可知：采用高透气接装纸可以有效降低烟气危害性指数（降低到0.7632），但由于会大大提高滤棒稀释率（达到50.73%），从而影响卷烟吸味，因此并不完全可行。而采用低接装纸透气度时，烟气浓度得到保障，但卷烟危害性指数将大幅提高（达到2.4032）。因此采用中等接装纸透气度最为合适，此时危害性指数变量（A）与滤棒稀释率变量（B）之比最大，即减害效能与烟气稀释的比值最大，相对于烟用材料调整对烟气带来的影响，降低卷烟危害性指数的效能最大。且此时，成型纸可采用普通、非高透气度成型纸，烟气稀释率较低，材料成本也较低。因此，卷烟设计建议：采用透气度b3=300CU的中等透气度接装纸，降低卷烟纸透气度和滤棒压降（分别采用30CU卷烟纸和700Pa压降滤棒），提高膨胀梗丝烟丝参配比（达到15%），而柠檬酸盐用量、成型纸透气度选择等因素根据成本低的原则选择（即柠檬酸盐用量0.5%、成型纸透气度选6000CU），可较好地降低卷烟危害性指数，且烟气浓度较高。
因此，低害卷烟设计，首先确定接装纸透气设计值，而后根据调整幅度的需要，调整其它卷烟设计参数。