不添加料液的混合型膨胀烟丝生产工艺及质量分析

张馨予，严莉红，易小丽，马莉，张杰，芦楠，刘兴余，白若石，马雁军，曹伏军，欧亚非，周骏

上海烟草集团技术中心北京工作站，北京市通州区万盛南街99号 101121

混合型膨胀烟丝的加工工艺流程一般为烤烟、白肋烟分别经过烤烟线、白肋烟线加料处理后进入混配柜，经贮存、切丝后进入二氧化碳膨胀线进行烟丝膨胀处理，工艺流程见图1。实际生产中发现该流程存在以下不足：一是烤烟、白肋烟烟片处理过程中添加的表料、里料经二氧化碳液体低温浸渍萃取和热气流高温膨胀后致香物质损失较多[1-2]，导致加料效果不明显；二是工艺路径复杂，且需合理设计烤烟与白肋烟加工时间方可保证同步进入混配柜进行混配，给生产带来不便。膨胀烟丝在卷烟配方中掺配比例有限且

图1 原混合型膨胀烟丝加工工艺路径Fig. 1 Original processing route of blended type expanded tobacco shred

主要起填充料作用，其降焦减害效果显著，对卷烟感官质量的贡献度则较小[3]；对于混合型膨胀烟丝而言，其中的白肋烟部分在整个配方中的占比更小，有无必要采取如此复杂方式进行加工值得商榷。为简化工序、提高生产效率，并避免不必要的料液消耗，提出了无料液添加的混合型膨胀烟丝生产模式，并对其工艺流程进行了改进设计及参数优化。本文对改进后的工艺流程进行了简介、重点分析了无料液添加的混合型膨胀烟丝的质量变化情况。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

两种方式加工的某品种“中南海”混合型卷烟专用混合型膨胀烟丝及膨胀前烟丝，该卷烟所用卷烟材料。

YQ-2 烟丝振动分选筛（郑州嘉德机电科技有限公司）；D-51 型烟丝填充值测定仪（德国Densimeter）；Waters2695 液相色谱仪（美国Waters公司）；PE Clarus500 GC-MS 气相色谱-质谱联用仪（美国PerkinElmer 公司）；DIONEX ICS-5000 离子色谱仪；Accela1250/Q Exactive-LC/MS/MS（美国Thermo Fisher 公司）；AA3 连续流动分析仪（德国Bran Luebbe 公司）；pico/Triple Quad 5500 在线固相萃取-高效液相色谱-质谱联用仪（美国AB Sciex 公司）；AA3 连续流动分析仪（德国SEAL 公司）；CERULEAN SM450 吸烟机（英国CERULEAN 公司）。

1.2 样品制备与检测

1.2.1 物理指标及常规化学成分

在混合型卷烟制丝线上分别处理烤烟、白肋烟烟片，掺配后送入膨胀线切丝、膨胀，得到改进前的膨胀前、后烟丝样品；在改进后的膨胀线上制备改进后的膨胀前、后烟丝样品。

参照YC/T178-2003、YC/T152-2001D 的方法重复取样、检测膨胀烟丝的烟丝结构、填充值和含水率；参照YC/T 159、YC/T 160、YC/T 162、YC/T 217 的方法重复取样、检测膨胀烟丝的总糖、总烟碱、总氮、总挥发碱、总钾和总氯含量。

1.2.2 烟气指标及危害性指数

参照《GB/T 23228-2008 卷烟 主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定 气相色谱-热能分析联用法》的方法，重复取样、检测样品烟草特有N-亚硝胺。

使用相同的卷烟材料，在同一台卷烟机上将两种方式加工的膨胀前烟丝卷制成重量接近的卷烟样品（A1 和A2），将两种方式加工的膨胀烟丝卷制成重量接近的卷烟样品（B1 和B2）。参照YC/T156-2001、GB/T23203.1-2013、GB/T19609-2004、GB/T 5606.5-2005 的方法检测卷烟总粒相物、烟气水分、烟气烟碱、焦油、一氧化碳量及抽吸口数；参照《GB/T 23228-2008 卷烟 主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定 气相色谱-热能分析联用法》、《YC/T 253-2008 卷烟 主流烟气中氰化氢的测定 连续流动法》、《GB/T 21130-2007 卷烟 烟气总粒相物中苯并[α]芘的测定》、《YCT 255-2008 卷烟 主流烟气中主要酚类化合物的测定 高效液相色谱法》、《YC/T 377-2010 卷烟 主流烟气中氨的测定 离子色谱法》、《YC/T 254-2008 卷烟 主流烟气中主要羰基化合物的测定高效液相色谱法》的方法，检测卷烟烟气中HCN、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛的释放量；参照文献[4]方法计算危害性指数。

2 结果

2.1 无料液混合型膨胀烟丝生产工艺流程简介

改进后的工艺流程如图2 所示。其主要特点包括：（1）取消了原流程中的所有加料环节；（2）取消了白肋烟烟片处理线，烤烟、白肋烟烟片共用一条处理线；（3）参照分组加工理念，按烤烟、白肋烟模块分先后进行切片、松散回潮，然后经混配、增湿、贮存等环节将烤烟、白肋烟烟片充分掺配均匀后进行切丝、膨胀。在上述流程设计基础上，重点研究了烤烟、白肋烟模块的分组加工模式，并对烟丝膨胀工序热风温度进行了优化设置。

图2 改进后混合型膨胀烟丝加工工艺流程Fig. 2 Improved processing route of blended type expanded tobacco shred

2.1.1 烤烟、白肋烟模块分组加工模式

烤烟、白肋烟烟片不仅理化性质差异大[3]，包装规格也不同（两种烟箱体积相同，但烤烟烟片每箱重量约200 Kg，白肋烟片每箱重量约150 Kg）。针对上述差异，主要采取以下措施实现了在同一处理线上对烤烟、白肋烟模块进行分组加工：（1）分先后对两个模块进行切片和松散回潮，既解决了包装规格不同等因素对烟片流量控制均匀性的影响，也便于两种类型烟片松散回潮含水率的调控。（2）考虑到白肋烟与烤烟色泽差异较大，使用近红外水分仪的同一频道检测含水率时误差偏大的问题，开设白肋烟、烤烟两个水分检测频道，分别用于两种类型烟片松散回潮含水率的控制，以提高松散回潮含水控制精度。（3）由于白肋烟组织疏松，易散失水分，采用先处理白肋烟烟片、后处理烤烟烟片的分组加工方式，将松散回潮后的白肋烟烟片置于混配柜底层，烤烟烟片置于混配柜上层，以减少工艺停留期间白肋烟烟片水分散失。

2.1.2 膨胀工序热风温度设计

加料的目的之一是提高烟叶的耐加工性能。考虑到未加料的烟片（尤其是白肋烟）的柔韧性、持水能力均会有所降低，膨胀工序热风温度过高会导致膨胀烟丝造碎大、含水率低[5]，并易出现枯焦气，通过试验将热风温度由310℃降至290℃，其他工艺参数不变。

2.2 加工方式对混合型膨胀烟丝质量的影响

2.2.1 加工方式对膨胀烟丝物理质量的影响

改进前、后膨胀烟丝的烟丝结构、填充值和含水率检测结果及双样本T 检验结果（P 值）见表1。（1）改进前、后膨胀烟丝的结构无显著差异。（2）改进后膨胀烟丝的含水率极显著降低、变化率为10.93%，填充值极显著升高、变化率为11.38%，但按照标准含水率（12.5%）对填充值测量结果进行修正后，则改进前后的填充值分别为8.22 cm3/g 和8.49 cm3/g，变化不显著。综上所述，采用无料液生产模式后，膨胀烟丝的烟丝结构和填充值均无明显变化，含水率虽然明显降低但仍在工艺标准要求范围内。加料与否对膨胀烟丝的物理质量影响不显著，说明不加料对烟丝物理质量产生的不利影响通过工艺参数的优化可以弥补。

表1 改进前后膨胀烟丝结构物理质量对比表Tab. 1 Comparison of physical quality of expanded cut tobacco structure before and after improvement

2.2.2 加工方式对膨胀烟丝常规化学成分及感官质量的影响

工艺改进前、后膨胀烟丝常规化学成分含量的分析结果及双样本T 检验结果（P 值）见表2。改进后膨胀烟丝的总钾含量、氮碱比变化不显著；总糖含量、糖碱比、钾氯比极显著降低，变化率分别为6.59%、12.98%、8.60%；总烟碱、总氮、挥发碱、总氯含量均极显著升高，变化率分别为7.43%、7.66%、8.82%、11.36%。可见，加料与否对膨胀烟丝的常规化学成分含量影响较大，这既与料液组份有关，也与加料前后干物质含量的变化有关。

改进后膨胀烟丝的钾含量不变、氯含量升高、钾氯比降低，这对其燃烧性有不利影响；而总糖含量降低、总烟碱、总氮、总挥发碱含量升高，糖碱比降低、氮碱比不变，这些变化有利于增加“低焦油”混合型卷烟的香气量、提高烟气浓度[6-8]。利用改进后的膨胀烟丝按相同添加比例配制“中南海”某品种卷烟样品，并与改进前卷烟进行对照评吸，结果表明，香气和刺激性得分各提高了0.5 分，光泽、谐调、杂气和余味得分不变，说明混合型膨胀烟丝加料与否至少不会对卷烟感官质量造成不利影响。

表2 改进前后膨胀烟丝常规化学成分对比表Tab. 2 Comparison of conventional chemical composition of expanded cut tobacco before and after improvement

2.2.3 加工方式对膨胀烟丝烟气有害成分释放量的影响

表3 是工艺改进前、后膨胀前烟丝和膨胀烟丝的烟气指标分析结果。（1）改进后的膨胀前烟丝（A2）的烟气烟碱量、焦油量高于改进前烟丝（A1），一氧化碳量低于改进前烟丝，变化率分别为12.79%、0.84%、0.56%；改进后膨胀烟丝（B2）的烟气烟碱量、焦油量、一氧化碳量均低于改进前烟丝（B1），分别降低17.95%、20.55%、15.37%。未加料的膨胀前烟丝的抽吸口数明显增加，与其钾氯比降低有一定关系；烟气烟碱量相对加料的膨胀前烟丝升高较明显，除了抽吸口数增加的原因外，与其烟碱含量升高也有关系，而焦油、一氧化碳量变化不明显，可能是因为糖含量的降低抵消了抽吸口数的增加所致[9]。加料膨胀烟丝的烟气烟碱、焦油、一氧化碳量相对未加料膨胀烟丝均明显偏高，其中焦油、一氧化碳量分别高1.34和1.17 mg/支，说明加料后由于糖等化学成分含量升高，会导致焦油、一氧化碳量明显升高[10-11]。（2）改进前膨胀烟丝（B1）的烟气烟碱量、焦油量、一氧化碳量均明显低于膨胀前烟丝（A1），变化率分别为54.6%、38.8%、30.5%；改进后膨胀烟丝（B2）的烟气烟碱量、焦油量、一氧化碳量也明显低于膨胀前烟丝（A2），变化率分别为67.0%、51.8%、40.8%。膨胀前后烟气指标的变化幅度明显大于加料与否，说明膨胀是降低各烟气成分释放量的主要因素。

表3 改进前后膨胀烟丝烟气指标检测结果Tab. 3 Test results of smoke component of expanded cut tobacco before and after improvement

以总粒相物、烟气水分、烟气烟碱、焦油、一氧化碳和抽吸口数六项指标为变量，分别对A1-A2、B1-B2、A1-B1、A2-B2 进行配对T 检验，结果见表4。A1 与A2 间差异不显著，B1 与B2、A1 与B1、A2与B2 间差异均显著，平均差异的大小顺序是（A2-B2）＞（A1-B1）＞（B1-B2），进一步说明膨胀是导致烟气成分释放量降低的主要因素，由于加料导致糖等焦油前体物含量增加，一定程度抵消了膨胀产生的降焦效果。

表4 烟气指标的配对T 检验结果Tab. 4 Paired T-test results of smoke index

表5、6 是工艺改进前、后膨胀前烟丝和膨胀烟丝6 种有害成分释放量及其危害性指数。①无论加料与否，相对于膨胀前烟丝（A1、A2），膨胀后烟丝（B1、B2）6 种有害成分的释放量均出现了较大幅度的降低，卷烟危害性评价指数也大幅降低。以6 种有害成分释放量为变量，分别对A1-B1、A2-B2 进行配对T检验，结果（见表7）为显著，说明膨胀对6 种有害成分释放量的影响具有一致性趋势，即能显著降低这些烟气有害成分的释放量。②加料与否对6 种有害成分释放量及其危害性指数的影响程度不同，在膨胀前、后烟丝上表现出的规律性也不相同。对于膨胀前烟丝，与加料烟丝（A1）相比不加料烟丝（A2）的CO、HCN、巴豆醛释放量变化不明显，NNK、B[a]P、苯酚释放量则明显升高（变化率分别为24.81%、14.06%、43.41%），并导致卷烟危害性评价指数升高；对于膨胀后烟丝，与加料烟丝（B1）相比不加料烟丝（B2）的NNK、B[a]P、苯酚释放量变化不明显， CO、HCN、巴豆醛释放量则明显降低（变化率分别为15.37、19.57、14.83%）。以6 种有害成分释放量为变量，分别对A1-A2、B1-B2 进行配对T 检验，结果（见表7）为不显著，进一步证明加料与否对6 种有害成分释放量的影响趋势或程度不一致，这与不同有害成分生成的前体物质不同有关[11]。③不加料膨胀烟丝的卷烟危害性评价指数低于加料膨胀烟丝，说明不加料膨胀烟丝更利于卷烟减害。

表5 烟气中6 种有害成分的释放量检测结果Tab. 5 Detection results of release amount of 6 harmful components in flue gas

表6 卷烟危害性指数计算结果Tab. 6 Calculation results of cigarette hazard index

表7 烟气指标的配对T 检验结果Tab. 7 The paired T-test results of smoke index

2.3 应用效果

表8 是改进前后某品种“中南海”卷烟年度烟气指标检测结果均值及标准偏差，改进后其烟气烟碱、焦油、一氧化碳量均有所降低且更接近卷烟烟气指标设计值。实际应用效果表明，无料液添加的混合型膨胀烟丝生产模式在保证该品牌卷烟产品质量稳定的前提下，简化了混合型膨胀烟丝加工工艺流程，使生产安排更加便捷，提高了生产效率，降低了膨胀烟丝加工成本。据实际测算，加工5000 Kg 叶组的生产时间缩短了6 h，减少料液成本23300 元。

表8 改进前后中南海（1mg 出口）年度烟气指标检测结果Tab. 8 Annual test results of smoke index of Zhongnanhai (1mg export) before and after improvement

3 讨论

与传统工艺生产的混合型膨胀烟丝相比，改进工艺后生产的无料液添加的混合型膨胀烟丝的质量变化情况是：①烟丝结构、填充值变化不显著。②总糖含量显著降低，总烟碱、总氮、总挥发碱、总氯含量显著升高，总钾含量变化不显著；糖碱比、钾氯比显著降低，氮碱比变化不显著。上述变化虽然对燃烧性有不利影响，但有利于增加“低焦油”混合型卷烟的香气量、提高烟气浓度。③烟气烟碱、焦油、一氧化碳量显著降低；HCN、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛等释放量以及卷烟危害评价指数均不同程度降低。总体而言，改进工艺后生产的无料液添加的混合型膨胀烟丝的综合质量总体趋好，在不影响卷烟感官品质的情况下降焦减害作用更加明显。

与传统工艺相比，无料液添加的混合型膨胀烟丝生产方式更利于简化工序、提高生产效率、降低生产成本。

4 结论

对于在配方中使用比例有限（白肋烟部分更加有限）、且主要发挥填充料和降焦减害作用的混合型膨胀烟丝而言，膨胀是决定烟丝质量的关键因素，所加料液对其质量的改善效果有限，按照传统工艺进行生产，不仅增加了工艺的复杂性和生产成本，而且所加料液增加了烟气焦油及某些有害成分的基质含量，反而不利于其降焦减害功能的发挥。因此，混合型膨胀烟丝宜采用无料液加工模式。