洗梗时间及贮梗时间对微波膨胀烟梗吸湿性的影响

李 晓，赵子龙，景 天，姚二民，陈瑞倩，袁 帅，晋照普

(1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450000；2.上海烟草集团有限责任公司北京卷烟厂，北京 101121)

【研究意义】烟梗约占烟叶总重量的25 %，是卷烟原料的重要组成部分之一[1]。烟梗微波膨胀技术能较好地保持烟梗品质，易于瞬时控制，能量效率高，可在短时间内达到均匀加热状态，适于各种形态烟梗的加工，故近年来发展迅速[2-4]。烟梗预处理主要是指烟梗的增温增湿和贮存的过程，使烟梗满足压切的工艺要求[5]。由于烟梗的吸湿性能在微波膨胀前后有所差异，若微波膨胀烟梗采用与原梗相同的预处理加工参数，则难以满足后续工序的要求，进而影响加工质量。因此，研究洗梗时间及贮梗时间对微波膨胀烟梗吸湿性的影响，对提高烟梗的利用率及加工质量有重要意义。【前人研究进展】冯斌等[6]发明了一种改善烟梗品质的预处理方法，有效的改善了烟梗的内在品质，更利于后期加工。高锐等[7]对微波膨胀对烟梗化学成分及物理结构的影响研究表明，微波膨胀处理后，烟梗总糖含量降低，总植物碱、总氮、淀粉、蛋白质含量变化不大；感官评吸主要表现为杂气明显减弱，余味和舒适性明显改善；膨胀后烟梗物理结构发生变化。王广超等[8]采用单因素试验和正交试验的方法，优化了烟梗预处理的工艺参数，分析了烟梗含水率标准偏差稳定性的影响趋势。郜鹏等[9]研究了预处理工艺对烟梗回透率的影响，结果表明：水泵电机速度、浸梗水温、蒸梗温度(一蒸梗温度和二蒸梗温度)、贮梗时间等工艺参数，均对烟梗的回透率有影响。王乃定等[10]设计了一种膨胀度均匀性好的提高微波膨胀烟梗产量和品质的装置。【本研究切入点】目前有关微波膨胀烟梗加工特性系统研究较少，对不同地区微波膨胀烟梗吸湿性方面的研究也鲜为报道。【拟解决的关键问题】采用单因素实验方法，研究洗梗及贮梗时间对各地区微波膨胀烟梗含水率和回透率的影响，确定较为合适的洗梗及贮梗时间，并通过方差分析及多重比较，研究不同地区微波膨胀烟梗吸湿性的差异，旨在控制微波膨胀烟梗加工含水率的稳定性及加工参数设置提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

试验材料为2014年产自云南、河南、四川、贵州、江西地区原梗(由河南中烟许昌卷烟厂提供)。

DHG-9145A型电热鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)；HH-S4型数显恒温水浴锅(金坛市医疗仪器厂)；PL602-S型电子天平(感量0.01 g，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)；PL203型电子天平(感量0.001 g，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)；KBF型恒温恒湿箱(德国Binder公司)。

1.2 方法

1.2.1 样品制备 在微波功率480 W、微波时间40 s的条件下对试验区梗径大于4 mm、含水率为22 %的烟梗进行微波膨胀处理，制得微波膨胀烟梗样品[11]。

1.2.2 实验设计 参考生产线参数设置，设置洗梗水温为70 ℃，在不同洗梗时间(15、30、45、60 s)下将样品进行洗梗处理，将洗梗后的样品置于恒温恒湿箱[温度(22±2)℃，相对湿度(60±2) %]进行时间不等的贮梗处理(1、2、3、4 h)。贮梗结束后测定样品含水率及回透率。。贮梗结束后测定样品含水率及回透率，预处理后样品含水率满足30 %～38 %，回透率达到99 %以上方为达标[12-15]。

1.2.3 测定方法 (1)含水率测定：参考文献[16]测定样品含水率。

(2)回透率测定：回透后烟梗能够对折且对折后烟梗无明显破裂的现象；烟梗可竖着均匀撕开，剖面较平整；烟梗内部无干纤维。按下列公式计算回透率，取样总质量为50 g。

式中：Y——回透率( %)；G1——取样总质量(g)；G2——回透烟梗总质量(g)。

1.2.4 数据处理 使用Excel2010对原始数据进行整理，用SPSS 22软件进行方差分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 洗梗时间对五地区微波膨胀烟梗吸湿性的影响

2.1.1 洗梗时间对五地区微波膨胀烟梗含水率及含水率增量的影响 在洗梗水温70 ℃、贮梗时间4 h，洗梗时间(15、30、45、60 s)的条件下，将五地区样品进行预处理。测定贮后含水率并绘制折线图，结果如图1所示。

由图1可知，试验区微波膨胀烟梗在相同洗梗时间内含水率均高于原梗。在洗梗时间45 s时，原梗含水率达30 %以上。而试验区微波膨胀烟梗含水率满足要求仅需30 s。可知，试验区微波膨胀烟梗含水率达标所需的洗梗时间远远低于原梗。

图1 洗梗时间对五地区样品贮后含水率的影响Fig.1 Effect of stem washing time on moisture content of samples after storage in five areas

图2 洗梗时间对五地区样品贮后含水率增量的影响Fig.2 Effect of stem washing time on the increment of moisture content of samples after storage in five areas

图3 洗梗时间对五地区样品回透率的影响Fig.3 Effect of stem washing time on the return permeability of samples in five regions

由图2可知，试验区样品含水率增量均随洗梗时间的增加而增大，并且微波膨胀烟梗含水率增量明显高于原梗。四川、贵州两地区微波膨胀烟梗含水率增量在各洗梗时间下均大于另外三地区，试验区微波膨胀烟梗含水率增量虽有所差异，但整体增长趋势相似。

由表1可知，洗梗时间、地区及两者的交互作用对微波膨胀烟梗贮后含水率增量的影响均达到极显著水平。

2.1.2 洗梗时间对五地区微波膨胀烟梗回透率的影响 由图3可知，试验区样品回透率均随洗梗时间的增加而增大，且试验区微波膨胀烟梗回透率明显高于原梗。在洗梗时间为60 s时五地区原梗回透率达99 %以上，而微波膨胀烟梗回透率均在30 s后达到99 %以上。由此可知，试验区微波膨胀烟梗回透率达标所需洗梗时间远远低于原梗。

综上分析，在洗梗水温70 ℃、贮梗时间4 h、洗梗时间30 s的条件下，试验区微波膨胀烟梗含水率达30 %以上、回透率达99 %以上。

图4 贮梗时间对五地区样品贮后含水率的影响Fig.4 Effect of storage time on moisture content of samples after storage in five areas

图5 贮梗时间对五地区样品贮后含水率增量的影响Fig.5 Effect of storage time on the increment of moisture content of samples after storage in five areas

图6 贮梗时间对五地区样品贮后含水率标偏的影响Fig.6 The effect of storage time on the standard deviation of moisture content of samples after storage in five regions

2.2 贮梗时间对五地区微波膨胀烟梗吸湿性的影响

2.2.1 贮梗时间对五地区微波膨胀烟梗含水率及含水率增量的影响 由图4可知，试验区样品含水率在贮梗时间3 h时均为30 %以上，而当贮梗时间为4 h时，原梗含水率低于30 %，微波膨胀烟梗含水率仍满足要求。

由图5可知，随着贮梗时间增加，试验区烟梗含水率增量均呈下降趋势，云南地区样品含水率下降趋势最为明显。整体而言，与各地区原梗相比，微波膨胀烟梗含水率增量随贮梗时间的增加波动较小。

由图6可知，随着贮梗时间增加，云南地区微波膨胀烟梗、原梗以及河南地区原梗含水率标偏呈现先增后减的趋势，其余样品的含水率标偏基本呈现下降的趋势，且微波膨胀烟梗含水率标偏明显低于原梗，表明微波膨胀烟梗比原梗含水率更加稳定。贮梗时间为3 h时，微波膨胀烟梗含水率标偏趋于稳定，均在0.3 %以下。

表1 不同洗梗时间下五地区微波膨胀烟梗贮后含水率增量的方差分析Table 1 Variance analysis of moisture content increment of microwave expansion of five regions after storage under different stem washing time

注：P≤0.05为显著，P≤0.01为极显著。下同。

表2 不同贮梗时间下五地区微波膨胀烟梗贮后含水率增量的方差分析Table 2 Variance analysis of moisture content increment of microwave expansion of five regions after storage under different storage time

表2可知，贮梗时间、地区及两者的交互作用对微波膨胀烟梗贮后含水率增量的影响达到极显著水平。

2.2.2 贮梗时间对五地区微波膨胀烟梗回透率的影响 由图7可知，试验区样品回透率随贮梗时间的增加而增大， 且在相同贮梗时间下，五地区微波膨胀烟梗回透率明显高于原梗。在贮梗时间为2 h时，仅有西川地区微波膨胀烟梗回透率达到99 %以上。在贮梗时间3 h时，五地区微波膨胀烟梗回透率均达99 %以上，满足贮梗要求，而原梗回透率则未能满足要求。

图7 贮梗时间对五地区样品回透率的影响Fig.7 Effect of storage time on the return permeability of samples in five regions

表3 单因素方差分析表Table 3 Results of one-way ANOVA

表4五地区微波膨胀烟梗含水率的多重对比分析
Table 4 Multiple comparison analysis of moisture content of microwave expanded tobacco stem in five regions

地区Area 地区Area显著性Significance云南Yunnan河南0.008四川0.000江西0.000贵州0.000河南Henan云南0.008四川0.001江西0.000贵州0.001四川Sichuan云南0.000河南0.001江西0.479贵州0.905江西Jiangxi云南0.000河南0.000四川0.479贵州0.411贵州Guizhou云南0.000河南0.001四川0.905江西0.411

综上分析，在洗梗水温70 ℃，洗梗时间30 s、贮梗时间3 h的条件下，试验区微波膨胀烟梗含水率及回透率均已达标。

2.3 不同地区微波膨胀烟梗的多重对比分析

由表3可知，试验区微波膨胀烟梗含水率之间存在极显著差异。由表4可知，云南地区微波膨胀烟梗含水率与其余四地区均存在极显著差异，河南地区微波膨胀烟梗含水率与其余四地区均存在极显著差异，说明云南及河南地区膨胀烟梗只能单独进行预处理。而四川、江西、贵州三地区间微波膨胀烟梗含水率不存在显著性差异，说明这3个地区微波膨胀烟梗可在相同预处理参数下进行加工。

3 讨 论

本研究以云南、河南等五地区烟梗及微波膨胀烟梗为原料，分析不同洗梗时间及贮梗时间对其吸湿性能的影响，随洗梗时间的增加，微波膨胀烟梗含水率增量及回透率呈上升趋势，随贮梗时间的增加，微波膨胀烟梗含水率及其增量呈现下降趋势，而回透率呈现升高的趋势，且在相同条件下，微波膨胀烟梗的含水率及回透率均高于原梗，这是因为微波处理之后烟梗原有的致密结构得以膨胀，形成多孔结构[7]，吸湿性能得以提高；洗梗时间、地区及两者的交互作用对微波膨胀烟梗贮后含水率增量的影响均达到极显著水平。贮梗时间、地区及两者的交互作用对微波膨胀烟梗贮后含水率增量的影响均达到极显著水平。这与李晓等[1]及郜鹏等[9]针对原梗的研究结果一致；在相同的加工参数条件下，试验区微波膨胀烟梗含水率间存在显著性差异。由多重比较结果可知，云南及河南地区微波膨胀烟梗含水率均与其余四地区存在极显著差异，而四川、江西、贵州三地区间微波膨胀烟梗含水率不存在显著性差异，说明云南地区及河南地区微波膨胀烟梗需分别单独进行预处理，而四川、江西、贵州三地区微波膨胀烟梗可在相同预处理参数下进行加工。这与李晓等[1]研究不同地区烟梗吸湿性能对加工分组的影响结果不一致，可能是由于所用烟梗年份不同，且微波膨胀烟梗吸湿性能与原梗之间存在差异所致。本研究仅在实验室条件下考察了洗梗时间及贮梗时间对微波膨胀烟梗吸湿性的影响，下一步将系统研究烟梗预处理工段中各关键工序与微波膨胀烟梗吸湿性能间的关系及不同地区微波膨胀烟梗在卷烟中的应用效果，对于生产实践也将具有更好的指导意义。

4 结 论

在洗梗水温70 ℃，洗梗时间30 s，贮梗时间3 h时，试验区微波膨胀烟梗含水率即可达到30 %以上，回透率达到99 %以上且含水率标偏均在0.3 %以下，可满足烟梗后续加工要求。与传统烟梗预处理加工参数相比，微波膨胀烟梗所需的洗梗和贮梗时间都明显缩短，这样既缩短生产时间，又起到节能减排的作用。