预处理方法对再造烟叶中烟梗品质的影响

赵春雷

苏 瑶2

寇霄腾1

王静怡2

(1. 安徽中烟工业有限责任公司蚌埠卷烟厂，安徽 蚌埠 233010；2. 安徽中烟再造烟叶科技有限责任公司，安徽 蚌埠 233010)

预处理方法对再造烟叶中烟梗品质的影响

赵春雷1

苏 瑶2

寇霄腾1

王静怡2

(1. 安徽中烟工业有限责任公司蚌埠卷烟厂，安徽 蚌埠 233010；2. 安徽中烟再造烟叶科技有限责任公司，安徽 蚌埠 233010)

研究高压预处理、常规预处理两种工艺对烟梗理化特性、短梗萃取率及磨浆后浆料性质的影响。研究结果表明：高压预处理后烟梗的热水可溶物和乙醇可溶物含量均有一定程度的升高，提取效率提高，生产线效率得到提升；高压预处理及磨浆后烟梗产生的细小纤维量较少，有利于产品得率的提升；高压预处理后烟梗浆料动态滤水性能优于常规预处理烟梗，有利于浆料的抄造。

烟梗；高压蒸汽；预处理；理化特性；纤维

造纸法再造烟叶的生产以烟叶碎片、烟末和烟梗为主要原料，综合应用化工医药技术中浸提工艺和造纸技术中制浆、抄造等关键工艺，制备成再造烟叶，应用到卷烟生产中[1]。

烟梗作为造纸法再造烟叶的骨架，是再造烟叶必不可少的原料。但是，烟梗中果胶木质素等大分子物质含量较高，不仅影响烟梗纤维的疏解，而且与片基的物理结构密切相关，进而影响再造烟叶的燃烧性能及产品品质[2]，因此有必要对烟梗进行一些预处理，以达到改善造纸法再造烟叶产品物理结构和化学组成，提高再造烟叶产品的品质[3]。烟梗的预处理研究已有很多，除目前造纸法再造烟叶生产线普遍使用的常规洗梗预处理方式外，还开发了加酶萃取[4]、微生物发酵[5]、疏解萃取[6]和蒸汽处理[7]等，但这些预处理方式基本处于实验室水平，尚未得到大规模工业应用。再造烟叶生产线烟梗常规预处理方式与制丝生产线常规预处理工艺流程及加工设备相同，从实际使用情况来看，这种方式存在预处理后烟梗提取效率较低、提取时间较长的缺陷。针对这种缺陷，安徽中烟[8]自主开发了高压预处理烟梗设备，目前该设备已在卷烟生产线上成功投用，但尚未在再造烟叶领域使用。

为评估高压预处理烟梗设备在造纸法再造烟叶生产线的适用性，本研究拟通过研究高压预处理和常压预处理对烟梗的物理、化学特性的影响，为烟梗的加工工艺、原料有效利用和产品品质提升提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料

烟梗：中部短梗，2011年产于云南昭通。

1.2 仪器与设备

洗梗机：WQ833A型，昆明船舶设备集团有限公司；

螺旋蒸梗机：WQ227型，昆明船舶设备集团有限公司；

压力润梗机：试验样机，安徽中烟与常州智思公司联合开发；

台式离心机：TD5F型，湖南凯达科学仪器有限公司；

连续流动分析仪：AA3型，德国Seal公司；

动态保留率滤水性分析仪：DFR-05型，瑞典BTG公司；

纤维形态分析仪：code 912型，瑞典L&W公司；

高浓圆盘精浆机：KRK 2500型，日本KRK株式会社。

1.3 短梗预处理工艺参数

(1) 常规预处理：经水洗梗及螺旋蒸梗处理，其中水洗梗水温60 ℃、水泵电机速度30 Hz、网带电机速度28 Hz，螺旋蒸梗工作蒸汽压力0.2 MPa，处理时间140 s。

(2) 高压预处理：常温水洗短梗，经高温高压蒸梗，蒸汽压力0.3 MPa、蒸汽温度140 ℃，处理时间40 s。

经上述两种工艺处理后，烟梗含水率由11.7%升高至29.7%。

1.4 检测方法

(1) 水溶性糖的测定：按YC/T 159—2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定 连续流动法》执行。

(2) 总植物碱的测定：按YC/T 160—2002《烟草及烟草制品总植物碱的测定 连续流动法》执行。

(3) 钾的测定：按YC/T 217—2007《烟草及烟草制品钾的测定 连续流动法》执行。

(4) 氯的测定：按YC/T 162—2011《烟草及烟草制品氯的测定 连续流动法》执行。

(5) 总氮的测定：按YC/T 161—2002《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》执行。

(6) 热水可溶物含量的测定：称取相当于绝干量2.0 g的样品，加入120 mL蒸馏水，加热沸腾回流1 h，然后冷却过滤，称量过滤后滤纸上样品的重量，最后计算热水可溶物含量。

(7) 乙醇可溶物含量的测定：分别称取相当于绝干量50 g的3种样品(原梗、常规处理、高压处理)，按固液质量比1∶10置于70%乙醇中萃取1 h，离心分离(2 000 r/min，1 min)，取50 mL提取液检测可溶物含量。

(8) 热水提取效率的测定：分别选取相当于绝干量50 g的常规处理、高压处理后烟梗2种样品，按固液质量比1∶10置于60 ℃热水中萃取20 min，离心分离(2 000 r/min，1 min)，取50 mL提取液检测提取物含量。提取效率按式(1)计算：

(1)

式中：

η——提取效率，%；

V1——提取液体积，mL；

m1——50 mL提取液可溶物含量，g；

m0——样品的绝干量，g；

w——样品的热水可溶物，%。

(9) 纤维形态分析：使用纤维形态分析仪，取相当于绝干量0.1 g的浆料于仪器专用烧杯中，并加水至300 mL，放置于取样器上；启动纤维分析仪程序检测所有浆料中纤维的长度、宽度等物理指标，并通过计算得到纤维的平均长度、平均宽度等指标。

(10) 动态滤水性能的测定：使用DFR-05型滤水保留游离度测试仪，将滤液收集槽置于天平板上，倒入1 000 mL的浆料悬浮液至搅拌室，化学品从精密滴管进入，并放置在加入单元内，搅拌器搅拌速度区间设置为200～1 500 r/min，锥体打开，预滤液流入预滤液收集杯，保留测试阀动作，滤液流入滤液收集槽，开始测量滤液的总浓度和填料/细小纤维的浓度，并产生过滤过程的图形(滤液的重量/时间)。测试使用的滤网规格为18，24，40，50，60，100，150目，使用椎体搅拌叶片和保留率测量搅拌叶片。

2 结果与讨论

2.1 热水可溶物含量

在再造烟叶的生产过程中，烟叶的热水可溶物作为再造烟叶涂布液的来源，对整体的再造烟叶品质起到至关重要的作用；而乙醇萃取作为热水萃取的进一步发展，其萃取得到的物质在感官质量等多方面均优于热水萃取，因而多用于针对高端原料的萃取使用。

热水可溶物含量检测结果见表1。

表1 样品热水可溶物含量Table 1 Sample hot water soluble content %

由表1可知，原梗与常规处理短梗热水可溶物差异较小，经高压处理的短梗热水可溶物稍高于原梗及常压处理烟梗。

2.2 乙醇可溶物含量

乙醇可溶物含量检测结果见表2。

表2 样品乙醇可溶物含量Table 2 Sample ethanol soluble content

由表2可知，乙醇可溶物含量高压处理>原梗>常压处理。常压处理过程中乙醇可溶物有一定的损失；而高压处理过程中因非酶促棕色化反应的发生，乙醇可溶物含量提升。

2.3 热水提取效率

在再造烟叶的生产过程中，原料热水可溶物的萃取比例是衡量生产线萃取工段工艺能力的重要指标，在相同的条件下若原料的热水提取效率越高则意味着在生产过程越容易完成萃取要求，将在一定程度上节约生产过程的电、水等多方面能耗。

由表3可知，高压处理提取效率高于常压处理效率。这主要因为高压处理后的烟梗结构较常压处理后烟梗疏松。

表3 热水提取效率Table 3 Hot water extraction efficiency

2.4 常规化学成分

化学成分与感官品质密切相关。其中还原性糖在烟支燃吸时会产生酸性物质，抑制烟气中的碱性，降低刺激性；总糖与烟碱的比例常用来评价其劲头和舒适程度；总氮则包括各类含氮化合物，在燃吸过程中使烟气显碱性，给人辣、刺、苦的感觉；钾与再造烟叶的气味、燃烧、安全有较强的关联性。

由表4可知，经常压处理及高压处理后，烟梗中总糖、还原糖、总氯呈现下降趋势，总钾呈现上升趋势。因为在常压及高压条件下，烟梗中糖类物质有一定程度的降解。

由表5可知，与原梗样品相比，除氯以外，烟梗中常规化学成分无论用热水还是乙醇提取，高压处理烟梗中常规化学成分保留率均明显低于常压处理，即针对热水提取效率和乙醇提取效率两项指标，高压处理明显高于常压处理，同样与两种处理后烟梗组织疏松的差异有关。

表4 烟梗常规化学成分检测结果Table 4 Conventional chemical composition of stem %

表5 烟梗常规化学成分提取效率对比表Table 5 Comparison of extraction efficiency of conventional chemical components in stem %

2.5 纤维形态分析

纤维形态为浆料经过磨浆后的长度、宽度等物理指标，其将决定着浆料在成型网部位留着情况以及浆料成纸后的各类相关物理指标。

分别选取相当于绝干量100 g的原梗、常规处理后烟梗、高压处理后烟梗按固液质量比1∶10置于60 ℃热水中萃取1 h后磨浆至打浆度25°,对3种浆料的纤维形态进行检测，每组检测5次，显著性结果见表6。

由表6可知，原梗、常压处理烟梗、高压处理烟梗三者相互之间的纤维长度、扭结角无显著性差异。原梗与常压处理后烟梗的纤维宽度、纤维长宽比、变形因子、长纤维比例、细小纤维比例无显著性差异，而原梗与高压处理烟梗、常压处理烟梗与高压处理烟梗的这几项指标均存在显著性差异。

由表6、7可知，高压处理烟梗较常压处理烟梗纤维宽高5.32 μm，波动性也较小；高压处理烟梗较常压处理烟梗长纤维比例高6.58%，细小纤维比例低8.38%。

2.6 动态滤水性能

动态滤水性能标志着浆料在成型网部的整体脱水情况，其速率的快慢将影响出成型网部片基的含水率，进而影响其强度，同时决定生产是否可以正常进行，若动态滤水性较好可保障在相同工艺条件下出成型网部片基含水率相对较低，具有一定的抗张强度，满足生产。

使用磨浆后浆料，分别对两种形式处理后的烟梗浆料动态滤水性能进行检测，结果见图1。

图1 浆料动态滤水性能检测结果Figure 1 Test results of dynamic filtration performance ofpulp

由图1可知，高压处理烟梗(3-1、3-2、3-3)的动态滤水性能高于常规处理烟梗(2-1、2-2、2-3)，其抄造性能较好。动态滤水性能的差异进一步验证了表7中两种样品纤维形态的差异。

3 结论

(1) 与烟梗常规处理相比，烟梗高压处理在产品品质和生产线效率等方面均有一定的优势。烟梗高压处理时的高温高压环境促进了烟梗非酶促棕色化反应的发生，烟梗热水可溶物、乙醇可溶物含量有所提升，对产品的感官品质有利；高压处理后的烟梗结构更为疏松，有利于提取效率的提升；同时，磨浆后长纤维比例上升、细小纤维比例降低，有利于提高生产线产品的得率。

表6 单因素方差分析表†Table 6 Single factor analysis of variance

† 变形因子指纤维投影长度除以实际长度。样品1为原梗，样品2为常规处理烟梗，样品3为高压处理烟梗。

表7 纤维形态检测结果对比†Table 7 Comparison of fiber morphology test results

† 表中数据为均值±标准偏差。样品1为原梗，样品2为常规处理烟梗，样品3为高压处理烟梗。

(2) 高压处理烟梗在卷烟制丝生产线的主要优点在于感官品质和生产效率的提升，从试验数据来看，这两点在再造烟叶生产中也得到了体现；而目前造纸法再造烟叶行业提升抄造性能和得率主要着眼于磨浆、抄造等工序的优化调整，使用高压处理工艺则可以从烟梗预处理工序着手提升。

(3) 本项研究仅针对一种烟梗开展了研究。不同的烟梗经过高压处理后的表现可能存在差异，为进一步评估高压处理工艺的效果，在后期研究中，有必要针对重点产区不同年份的烟梗开展较全面的研究。

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The research on tobacco stem pretreatment technology in the production of reconstituted tobacco

ZHAOChun-lei1

SUYao2

KOUXiao-teng1

WANGJing-yi2

(1.BengbuCigaretteFactory,AnhuiTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Bengbu,Anhui233010,China;2.AnhuiTobaccoReconstitutedTobaccoTechnologyCo.,Ltd.,Bengbu,Anhui233010,China)

The effects on physical characteristics, chemical characteristics of tobacco stem, tobacco stem extraction rate and pulp properties after high pressure steam and conventional pretreatiment were investigated in this study. The results showed that the contents of hot water and ethanol soluble in the stem of the high pressure pretreatment increase to a certain extent, and the efficiencies of extraction and the production line were improved. The amount of fine fibers produced by the high pressure pretreatment after the defibrination was less, and this was beneficial to the improvement of the product yield. The dynamic filtration performance of the stem pulp after the high pressure pretreatment was better than that of the conventional pretreatment, which was good for paper making.

tobacco stem; high pressure steam; pretreatment; physical and chemical characteristics; fiber

赵春雷(1977—)，男，安徽中烟蚌埠卷烟厂工程师。E-mail：18056098118@163.com

2017—04—05

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.05.042