造纸法再造烟叶的研究进展

张溪 刘皓月 惠岚峰 刘忠

（天津市制浆造纸重点实验室，天津科技大学造纸学院，天津 300457）

再造烟叶生产工艺是一项充分利用天然烟草原料的技术。对于烟草收获和卷烟生产过程中产生的烟草碎片、烟梗、烟末等废弃物，借助纸张生产技术制成外形类似纸张的片基，再经涂布、干燥、切丝等工艺获得与天然烟叶口感一致的烟丝，填充到卷烟中。再造烟叶的生产方法主要有三种[1]：辊压法、稠浆法和造纸法。其中，辊压法和稠浆法利用物理原理[2]，将适量的烟梗、烟叶等植物纤维与各类助剂混合均匀后，借助外力碾压或采用金属带加热方式脱水干燥，制得烟草片基。虽能在一定程度上减少焦油释放量，但再造烟叶成品仍存在一系列问题[3]：薄片加工性能差，化学成分不易调整，不能满足卷烟的多样性要求。

造纸法再造烟叶可通过工艺调整改变烟草薄片的化学组成，减少焦油、一氧化碳、苯酚等有害物质的产生，提高烟制品的抽吸口感和安全性能同时又可以降低生产成本，节约用料[4]。本文对造纸法再造烟叶的加工工艺和相关检测手段进行了归纳总结，并展望了造纸法再造烟叶的应用前景。

图1 造纸法再造烟叶两步法（改良）流程图

1 造纸法再造烟叶加工工艺

造纸法再造烟叶加工工艺分为一步法和两步法[5]，由于一步法流程中烟草固液不分开处理，不易控制，现在企业大多采用两步法[6]，其流程如图1所示。预先去除烟草原料中的杂屑，用热水浸渍，经萃取工艺将原料进行组分分离，得到烟草固体和烟草萃取液。烟草固体通过加入木浆纤维、填料、助剂等配浆，洗涤，干燥，抄造成烟草薄片片基。烟草萃取液通常加入糖类、酸和天然香料或美拉德反应产物，从而降低烟气刺激性，增加烟叶香味。将萃取液精制浓缩，配制成涂布液，用于涂布已成形的烟草薄片片基，干燥、切丝后充填于卷烟中。整个过程的主要工艺包括烟草浆料预处理、萃取浓缩、配浆抄造、涂布干燥等。

1.1 烟草浆料处理工艺

为了提高后续萃取工艺的萃取率及再造烟叶的质量，防止木素热解产生苯酚等有害物质危害人体健康，通常先对烟梗进行一些预处理，去除烟梗中木素，便于纤维素疏解及后续工艺进行。安瑞等[7]发现，白腐菌的粗酶处理液对烟草盘磨机械浆中的木素有一定的降解功能。实验发现，使用15 IU/g的粗酶混合液处理烟叶浆3 h，能够使木素的降解率达到33.48%，木素含量的降低可以大幅度减少再造烟叶杂气的释放，改善烟草化学性能。侯轶等[8]探究热水、3%乙醇水溶液和碱性离子液体三种溶剂对烟草中木素去除率、后续工艺及卷烟成品质量的影响。实验发现，与热水和乙醇溶液相比，碱性离子液体更有助于降低木素含量，去除率最佳可达22.63%。对后续工艺和再造烟叶质量而言，再造烟叶的抗张强度、松厚度都有大幅度提高，并可以减少原料消耗，使再造烟叶质量得以改善。范运涛等[9]采取脲碱法，用尿素和碱化合物对固体烟草烟梗进行处理，通过正交实验得出最佳处理条件：用1.0%尿素和0.5%氢氧化钙，在30℃下处理30 d，这种处理促进了木素和大分子物质降解，使纤维素更易疏解，在一定程度上提供氮源和碱性环境，为后续发生美拉德反应提供了条件。

1.2 烟草萃取工艺

烟草原料的萃取工艺通常以水为萃取介质。刘丽等[10]对萃取时间、萃取温度和液料比三个因素进行数学模拟，通过响应曲面的方法获得萃取参数（萃取时间、萃取温度、液料比），确立最优萃取率公式，经检验误差不超过0.6%。黄思敏等[11]分别检测提取温度、提取时间以及料液比对烟草中化学成分提取率的影响，并改进生产流程，将烟叶、烟梗二级提取液混合洗浆改进为烟梗、烟叶二级提取后分别洗浆后再混合成浆，经过不同原料实验后，指出影响再造烟叶化学成分萃取率的主要因素是料液比，发现改进后的原料中水溶性糖、总植物碱和钾的萃取率都有大幅度提高。由于一些大分子物质不溶于水，当以水为萃取剂时，这些物质的溶出率极低，导致最后的再造烟叶产品杂气太多，质量欠佳。吴亦集等[12]在萃取过程中加入一种复合酶试剂（含有半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶），发现不溶于水的有害大分子物质得到有效酶解，萃取率提高。

1.3 烟草萃取液浓缩加香

卷烟产品在生产过程中为了减少杂气，提高烟香，形成企业产品特色，通常采用加香技术。其中，由氨基化合物与羰基化合物形成的美拉德反应被普遍使用[13]，在烟草加香技术中的应用研究受到广泛关注。此反应可以产生与烟草自身气味相似的香气，使卷烟生产过程在减少焦油释放量、降低吸烟发病率的同时，不会使产品的烟味不足、失去其特征香气或产生杂气。高徐梅等[14]利用葡萄糖与脯氨酸进行美拉德反应，根据反应时间、溶液pH、糖氨摩尔比和丙二醇所占溶液比例这四个实验条件控制反应速度和反应程度，最后得出：在pH为6，丙二醇用量＜30%（占溶液总质量）时，糖氨比例1∶1，反应时间3 h后可获得最佳产物。经对比评吸实验和GC-MS分析发现，此条件下的产物对再造烟叶的增香效果最好。李元实等[15]利用多种氨基酸混合物与葡萄糖发生美拉德反应，降低白肋烟燃烧时产生的木质杂气，提高卷烟香气。通过产物评吸实验，异亮氨酸、脯氨酸、缬氨酸混合物的反应产物好于脯氨酸、缬氨酸混合物，其对改善烟味刺激和提高卷烟口感有明显的效果。闫亚明等[16]利用酶制剂对烟草原料中产生杂气的难溶大分子物质如蛋白质、果胶等先进行酶解，使其酶解成可溶性小分子，与萃取浓缩之后人工加入的氨类物质发生美拉德反应，进而更大幅度地提高烟草香味。

1.4 烟草配浆抄造工艺

再造烟叶生产中常加入一定量的填料，改善烟草片基的物理性能和使用品质，替代部分价格较高的植物纤维，降低成本。填料多为碳酸钙（轻质钙和重质钙）、硅藻土等[17]。然而，填料留着率偏低一直是再造烟叶生产中无法避免的问题。目前，提高填料留着率的方式多是借助于助留剂的使用。王亮等[18]为了提高填料在纸机上网时的留着率，加入壳聚糖作为助留剂，在壳聚糖总添加量为0.1%时，片基灰分含量随着壳聚糖用量的而增加，单程留着率出现上升趋势，且壳聚糖用量为0.03%，填料留着最好。陈冬海等[19]利用瓜尔胶及其接枝共聚衍生物作为填料助留剂，当共聚衍生物用量为0.08%时，填料留着率提高到88.5%。

填料含量的增加阻碍了纤维间的氢键结合，导致片基强度下降，给纸基运行带来极大地挑战。为此，通常在烟草片基生产中加入木浆或增强剂。曾健等[20]在抄造烟草片基过程中加入木浆，发现随着木浆含量的增加发生变化，烟草片基抗张指数提高2倍，撕裂指数提高10倍。廖夏林等[21]在抄造过程中加入用量0.2%（占浆料绝干）的羧甲基纤维素后，烟草片基抗张强度增幅达到43.2%。

1.5 烟草薄片涂布干燥工艺

涂布是将烟草片基与涂布液重新组合的过程，决定了再造烟叶质量。目前普遍采用的是浸渍涂布法[22]，其中压榨压力、涂布浓度、涂布车速是影响涂布效果的关键因素。廖夏林等[23]探究压榨压力对烟草片基效果的影响，实验表明，随着压榨压力的增大，烟草片基松厚度、表面粗糙度和涂布率均呈现下降的趋势，片基层间结构越来越紧密。曹铭等[24]在涂布液中加入300～400目的烟粉，可提高涂布液的均匀性，对再造烟叶评吸性能、填充品质都有一定程度的改善。惠建权等[25]通过对不同涂布率产品的检测发现，在涂布率为50%～70%时，再造烟叶的钾、氯含量在指标要求范围内随涂布率增加而增加；在涂布率为45%～65%时，再造烟叶的定量与厚度有所增加；由此综合考虑，在保证再造烟叶性能的前提下，涂布率控制在55%～65%为宜。

2 再造烟叶检测技术

由于我国造纸法再造烟叶生产技术的发展时间较短，工艺技术还有待提高，相关产品的检测方法[26]皆源于造纸行业。再造烟叶产品的检测标准[27]目前多采用YC/T 16.3—2003《再造烟叶 第3部分：造纸法》，包含物理指标检测和化学指标检测两种[28]。其物理检测指标为：定量 105±10 g/m2，厚度 0.22±0.02 mm，抗张强度≤1.00 kN/m，填充值≥5.0 cm3/g，水分10.0%～13.0%，耐水性>5 min。其化学检测指标为：总糖含量8%±1%，水溶性糖含量11.5%±1.5%，硝酸盐含量≤0.40%，烟碱含量0.70%±0.1%，总植物碱含量0.75%±0.15%，氯含量≤0.8%，钾含量≥2.0%或2.5%，灰分含量17.17%～21.99%，所有物质含量都相比于再造烟叶质量。

2.1 再造烟叶物理指标测定

2.1.1 片基含水量检测方法

我国造纸法再造烟叶的相关标准均要求将成品的水分波动范围严格控制在±0.5%以内。再造烟叶的水分检测方法多采用红外测量技术。马翔等[29]通过傅里叶变换红外光谱仪对制丝线上的烟草进行光谱采集，可定性分析再造烟叶中的水分、总糖和总氮。邱晔等[30]引进冶金领域中的微波谐振微扰水分测试技术，检测效率高，对产品无损害，测量误差小于0.4%。

2.1.2 再造烟叶片基涂布率测定

涂布液是由烟草萃取液加添加剂、香料组成的，对再造烟叶的评吸性能，填充性能及烟气释放都有重要影响，因此涂布率是极为重要的技术检测指标。涂布率通常指涂布到烟草片基上的物质质量占片基总质量的百分比，烟叶片基吸收能力越好，涂布率越高。测定[31]分为在线测定和离线测定两种，通常卷烟企业采用离线测定[32]，利用索式抽提器提取再造烟叶，料液比为1∶30，循环10次，测定造纸法再造烟叶基片水溶性成分的提取率，最终涂布率计算公式为再造烟叶成品水溶性成分提取率与再造烟叶片基水溶性成分提取率的差值，模拟计算误差在5%以下。

2.1.3 再造烟叶片基定量检测

再造烟叶的定量分析与造纸行业中纸张定量相似，指烟草单位面积的质量，单位是g/m2。根据检测标准（YC/T 16.3—2003《再造烟叶 第3部分：造纸法》），要求再造烟叶定量应小于等于110 g/m2。测定方法也采用造纸行业对纸和纸板的定量测试方法，测定5片面积为100 cm2的正方形或圆形试样的质量。但再造烟叶经过最后切片工序后，普遍产品尺寸小，形状不规则，因此改进测量方法[33]，采用打孔器随机对再造烟叶片打孔收集10～20片小圆片进行定量测定，要求结果误差小于5%。

2.1.4 再造烟叶抗张强度检测

再造烟叶的抗张强度测定方法和标准使用纸和纸板抗张强度的测定方法[34]，即在标准实验条件下（温度23℃，相对湿度50%），单位宽度的样品在断裂前所能承受的最大张力，以kN/m为单位。为了便于后续工艺进行，要控制再造烟叶的抗张强度在一个合适的范围之内，过高过低都不利于涂布、干燥、切片操作。由于切片后再造烟叶尺寸偏小，一般用仪器测定时，未切片样品裁取200 mm×15 mm的长条10条，或者已经切片样品裁取40 mm×15 mm的长条30条，鹿洪亮等[35]得出相比夹距100 mm传统测定方法，零夹距（低于0.4 mm）测定方法更适合测定烟叶指标。

2.1.5 再造烟叶成品耐破度检测

再造烟叶耐破度的测定类比于造纸行业中瓦楞纸耐破度的测定，单位kPa。再造烟叶表面不比纸光滑，厚度比纸大，因而在测定时最佳测定层数为4张[30]。

2.2 再造烟叶化学烟气测定

标准YC/T 16.3—2003《再造烟叶第3部分：造纸法》中规定再造烟叶主流烟气中焦油量≤9.0 mg/支，CO释放量≤16 mg/支。毕淑峰等[36]在对比不同种类烟叶烟气实验中按国家标准测定烟叶化学烟气，将烟叶切至宽0.8 mm丝状，卷制成长70 mm、圆周24.5 mm的烟支，在一定条件下（温度22±1℃，相对湿度60%±2%）平衡 48 h，选取平均质量 0.90±0.05 g、平均吸阻900±150 Pa的烟支作为符合标准测定的样品。常用样品测定仪器为吸烟机、紫外-可见分光光度仪及红外线卷烟一氧化碳分析仪。

3 总结与展望

在提高烟草原料使用率及降焦减害等方面，造纸法再造烟叶比辊压法和稠浆法更有优势。造纸法再造烟叶与天然烟草相比，口感品质不相上下，甚至可以根据企业需求改变烟草中化学组成，从而获得独特香气。但在加工技术中，还存一些技术机理比较复杂的问题，作用条件苛刻，还仅存在于实验研究阶段，并没有运用到实际生产当中。随着研究的深入和优化，可以进一步提高再造烟叶的综合性能，简化反应条件，提高再造烟叶的使用比例，提高资源利用率。

我国造纸法再造烟叶的研究虽然较其他国家开展的晚，但发展迅速，早期制定的检测标准在某些方面已不适合现在的研究和生产。由于再造烟叶与纸张在一定程度上存在差异，因此造纸行业的检测标准对于再造烟叶性能的检测与分析并不完全适用。随着造纸法再造烟叶技术的不断完善和改进，其对应的相关检测标准方法也应该与时俱进。