低温真空干燥对烟丝及卷烟品质的影响

付亮，易斌，温亚东，李雯琦，林文强，马宁，唐军，刘泽，周冰，高晓华

云南中烟工业有限责任公司，昆明市红锦路367号 650231

烟草行业采用的干燥方式主要有滚筒干燥、气流干燥[1]以及流化床干燥等，均为高温处理，使烟丝在短时间内实现脱水。以上干燥方式虽然能实现大批量、连续性脱水处理，但会导致致香成分大量损失。现行业广泛提倡柔性化处理，降低叶片段加工强度，但叶丝干燥工序仍采用高强度处理，难以达到低温保香的目的。低温真空干燥是指物料在具有一定真空度的密闭容器内低温加热，使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面，而后被真空泵抽走的干燥方法。低温真空干燥技术已广泛应用于食品、药品加工中，其优点是能最大化保持加工物中的营养成分[2]、提高经济价值。为探索低温真空干燥加工方法对烟草制品的品质影响特点，本文研究了低温真空干燥对烟草制品水分影响的规律，并与滚筒干燥处理进行了物理质量、致香成分以及感官质量特点的分析检测比较。

1 材料与方法

1.1 试验材料

红塔山某规格产品按配方等比配置25kg/批烟叶；超纯水；二氯甲烷；乙酸苯乙酯（内标）；无水硫酸钠。

1.2 设备与仪器

Clarus 600气相色谱-质谱联用仪（美国 Perkin Elmer公司）；微型制丝试验线、试验室用真空回潮设备（烟草行业卷烟工艺与装备研究重点实验室）；FED260烘箱（德国Binder公司）。

1.3 试验室用真空回潮设备及控制方式

图1 真空罐结构示意图Fig.1 Structure of vacuum tank

图2 试验室用真空回潮设备控制方式流程图Fig.2 Control flow of laboratory vacuum resurgence equipment

表1 试验室用真空回潮设备参数设置范围Tab.1 Parameter setting of vacuum equipment

试验室用真空回潮设备为正圆柱形筒体结构，筒壁采用热水循环加热，具备加料加水系统，通过工艺参数匹配，可实现多种加工方式[3]。

1.4 微型制丝试验线

烟草行业卷烟工艺与装备研究重点实验室现有微型制丝试验线批投料量为5～30 kg，具备松散回潮、润叶加料、切丝、HT以及滚筒干燥等制丝线关键工序，能够模拟正常生产线加工模式、生产线流程。其中，松散回潮、润叶加料以及切丝工序采用人工投料方式连接，便于制丝线流程模拟，因此全线无筛分装置；HT和滚筒干燥工序为连续性生产，因投料量少，为保证烟丝感官质量，干头干尾部分烟丝不并入稳态生产烟丝中进行评价。

1.5 试验方法

1.5.1 水分影响趋势研究

在食品行业相关研究结论中指出：对干燥速率的影响程度依次为干燥温度、干燥时间、真空度[4-6]。由于真空罐加温采用热水循环加温，考虑加温时间及稳定效果，真空罐温度设置为60℃；保温过程中，真空罐通过旋转实现物料均匀混合，密闭性受到影响，因此真空度不作为主要研究参数，仅设定停止真空度。综合以上原因，选择保温时间（干燥时间）作为研究水分影响趋势的主要工艺参数。

以红塔山品牌某规格产品配方叶组为原料，切丝后水分控制在（20.5±0.5）%，通过匹配一次保温时间和二次保温时间进行干燥时间的梯度试验，下表为具体参数设置情况。具体参数设置情况见下表：

表2 真空干燥方式对水分影响情况参数设置表Tab.2 Parameter setting in analysis of effect of vacuum drying on moisture in tobacco

1.5.2 不同干燥方式对烟草制品的品质影响

以红塔山品牌某规格产品配方叶组为试验样品，在小试验线开展滚筒干燥与真空干燥两种加工方式下的感官质量、物理质量以及致香成分对比研究，加工流程如下所示：

图3 不同干燥方式加工流程及工序要求Fig.3 Different drying methods and process requirements

2 结果与分析

2.1 水分影响趋势研究

每批次在入口和出口分别多点取样30个样品，用烘箱法测含水率，考察不同保温时间下的脱水能力。具体检测结果见表3，真空干燥烟丝水分与总保温时间的关系见图4。

表3 不同工艺参数真空干燥试验水分检测数据Tab.3 Moisture test data in vacuum drying tests based on different parameters

图4 真空干燥烟丝水分与总保温时间的关系Fig.4 Correlation between tobacco moisture and holding time in vacuum drying test

由以上水分检测数据分析可知，随着保温时间的增加脱水量逐步递增，脱水量与第一次保温时间及第二次保温时间无关，仅与保温总时间相关。若以保温时间333s为一梯度计算，随保温时间的增加，水分降低趋势逐步变缓，且在总保温时长为1332s时（试验Ⅳ加工条件）的物料水分达到了烟草制品干燥要求水分。

以上述试验Ⅳ的工艺参数为基础，连续投料5批次，每批次在入口和出口分别多点取样30个样品，用烘箱法测含水率，分别对设备进口、出口叶丝含水率检测结果进行统计分析，考察采用真空干燥加工方式下的物料水分均匀性及稳定性。具体数据见下表。

表4 真空干燥方式水分均匀性及稳定性测试数据Tab.4 Test data of moisture uniformity and stability in vacuum drying

由检测结果可知，保温时间相同条件下，所加工产品的水分均匀性和稳定性极好，批内水分标偏最大仅为0.072，批间水分均值的极差仅为0.16。

2.2 不同干燥方式对烟草制品的品质影响

2.2.1 物理质量对比分析

对两种干燥方式加工后的烟丝进行取样，并对烟丝结构、填充值以及干头干尾量等进行离线检测及分析。检测结果如下所示：

表5 不同干燥方式下填充值及出丝率检测结果Tab.5 Test results of filling value and silk yield under different drying methods

表6 不同干燥方式下烟丝结构检测结果Tab.6 Test results of tobacco structure under different drying methods

表7 不同干燥方式下整丝率、碎丝率检测结果Tab.7 Test results of whole silk rate and broken yarn rate under different drying methods

由以上检测结果分析可知：

①在未使用HT的前提下，采用真空干燥加工方式加工的烟丝填充值为4.02 cm3/g，满足工艺规范要求[1]，若增加HT可有效提升填充值[9]；

②碎丝率指标高于滚筒干燥加工的样品（滚筒干燥干头干尾部分未进行检测），但无干头干尾；

③整批烟丝水分均匀性更好。

2.2.2 致香成分对比分析

采用同时蒸馏萃取-气相色谱/质谱联用法分析滚筒干燥和真空干燥烟丝中的致香成分。由于烟丝挥发性香味物质种类繁多，在总离子流图中显示数百个谱峰，为突出分析结果，按照香味前体物分类方法[7-8]，选取20种重要挥发性香味物质进行定性定量分析。其中，美拉德反应产物3种，苯丙氨酸降解产物3种，西柏烷类降解产物2种，叶绿素降解产物1种，类胡萝卜素降解产物11种。具体检查结果见下表：

表8 不同干燥方式烟丝致香成分检测结果Tab.8 Test results of aroma components in cut tobacco under different drying methods μg/g

由上表分析可知，真空干燥烟丝中的致香成分相对含量普遍略高于滚筒干燥烟丝中的致香成分，特别是挥发性致香成分相对含量明显比滚筒干燥烟丝中高。

2.2.3 感官特点对比分析

由于整线工艺未进行优化匹配，仅分析不同干燥设备对产品感官质量的影响特点，故不进行打分，仅进行感官特点分析。

表9 不同干燥方式样品感官特点分析Tab.9 Analysis of sensory characteristics of samples under different drying methods

感官评价结果显示，真空干燥方式加工样品能更好的体现烟草中的清香、清甜香的特点，且烟香更为厚实。但由于未进行整线工艺参数匹配，存在口腔残留较重的缺点。

3 结论

1）真空干燥保温时间是影响加工物料水分的重要参数，随着保温时间的增加水分持续降低，通过参数匹配可达到叶丝干燥工序出口水分的要求。

2）真空干燥加工模式下，批内、批间水分稳定性好，批内真空干燥水分标偏为0.06，且无干头干尾量；滚筒干燥水分标偏为0.23；但真空干燥后烟丝填充值为4.02 cm3/g，碎丝率为7.58%，不如滚筒干燥后烟丝4.57cm3/g的填充值，4.39%的碎丝率。

3）真空干燥烟丝中的致香成分相对含量普遍略高于滚筒干燥处理，特别是挥发性致香成分相对含量明显比滚筒干燥烟丝中高，采用低温真空干燥加工后的烟丝致香成分相对含量为470.12μg/g，滚筒干燥后烟丝致香成分相对含量为395.16μg/g。

4）真空干燥加工产品能较好的体现烟草的清香、清甜香的特点，且烟香更厚实，但口腔残留较重，为达到产品感官质量要求，需进行整线工艺参数优化。