复烤后烟叶分切方式对烘后烟丝品质的影响

靳 毅 李安琪 李培培 邢建伟 李文伟 李 超

(1. 河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂，河南 安阳 455004；2. 河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心，河南 郑州 450000；3. 河南中心线电子科技有限公司，河南 郑州 450000；)

片烟结构指的是打叶复烤后烟片的尺寸分布[1](>25.3 mm为大片率、12.7～25.4 mm为中片率、6.35～12.7 mm为小片率、<6.35 mm为碎片率)。烟丝结构指的是切丝后不同尺寸烟丝所占的比例[2]。片烟结构是影响烟丝结构的重要因素，而烟丝的结构则与卷烟物理质量密切相关[3]，同理，不同的片烟结构会对卷烟加工过程产生一系列影响，进而影响烘后烟丝的化学质量乃至感官品质。打叶复烤后制丝投料前须对片烟进行不同的分切处理，研究不同的分切方式对烘后烟丝品质的影响十分必要。

刘志平等[4]通过研究发现>12.7 mm的片烟与3.2 mm以下的烟丝密切相关，<6.35 mm的片烟则对<1.4 mm的烟丝有显著影响；White[5]的研究结果与刘志平类似，发现如果增加6.35 mm片烟的比例，则1.3 mm以下烟丝的比例也会随之增加；袁行思[6]指出，当片烟尺寸<5.0 mm时，随着片烟尺寸的减小，制丝产生1.5 mm以下短烟丝的比重增加极快，当片烟尺寸在5.0～10.0 mm时随着片烟尺寸减小，产生1.5 mm以下碎烟丝的增长速度有所减缓。上述研究结果均说明投料前烟叶结构的改变直接影响加工后烟丝的结构，而烟丝结构的改变则会对卷烟的理化品质乃至感官质量造成不同程度的影响。周冰等[7]通过研究发现烟丝长度由小到大，绿原酸、芸香苷及石油醚提取物等物质呈先降低后增大的规律，莨菪亭则呈逐渐减小的趋势；孙东亮等[8]指出，烟丝结构能够直接影响卷烟烟支的轴向密度，进而影响卷烟烟支的物理指标和卷烟烟气指标，罗登山等[9]则通过相关研究直接指出不同结构的片烟组合会对烟丝结构产生影响，进而影响卷烟的物理品质；余娜[10]搭建了基于图像法的片烟结构测试平台，通过测试构建了片烟与烟丝结构的G-S粒度分布预测模型，该模型对单等级的烟叶结构与烟丝结构关系的研究有重要的指导意义，但是卷烟配方是一个复杂的混合体系，故该模型并不能直接用于工业生产。

上述研究均表明烟叶结构与烟丝结构存在密切的关系，烟叶结构的改变势必会导致烟丝结构的变化，进而影响卷烟的物理化学品质及感官质量。但目前的研究多是在单等级烟叶基础上得出来的，而卷烟配方是由不同产地、年份、不同等级烟叶原料混配而成的复杂体，与单等级烟叶原料存在较大的差异性，因此直接应用到生产实践中存在一定的困难。鉴于此，试验拟以某规格的配方烟叶为试验原料，在投料前，采用不同的切分方式，改变其片烟结构，利用方差分析、多重比较、主成分分析等方法研究不同片烟结构对烘后烟丝结构、理化品质及感官品质的影响，旨在为提升卷烟加工水平提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

1.1.1 试验仪器

叶片振动分选筛：YDS型，郑州烟草研究院、郑州嘉德机电科技有限公司；

烟丝振动分选筛：YQ-3型，郑州烟草研究院、郑州嘉德机电科技有限公司；

烟丝填充值测定仪：YGD560型，郑州烟草研究院、郑州嘉德机电科技有限公司；

筛分仪：AS 400 control型，弗尔德(上海)仪器设备有限公司；

烘箱：DHG-9623型，上海精宏实验设备有限公司；

旋转蒸发仪：R-215型，瑞士Buchi公司；

同时蒸馏装置：自制；

GC/MS联用仪：Trace GC Ultra-ISQ型，美国Thermo Fisher Scientific公司；

粉碎机：RD-800F型，荣事达集团有限责任公司；

40目筛网：浙江上虞市道墟张兴沙筛厂。

1.1.2 试验材料

某品牌全配方叶组400 kg。

1.2 试验方法

1.2.1 烟叶样品前处理 试验主要考察超大片(≥42 mm)烟叶含量对烘后烟丝品质的影响。取某规格全配方叶组400 kg作为试验样品，将样品混合均匀后平均分成4份，在投料前进行不同分切处理，不同的分切工艺分别用A、B、C、D表示。

A工艺：对照样，不做分切处理；

B工艺：筛分出1/3的超大烟片(>42 mm)，用剪切刀将筛出的超大烟沿中间部位分切；

C工艺：筛分出1/3的超大烟片(>42 mm)，用剪切刀将筛出的超大烟沿中间部位分切；

D工艺：筛分出超大烟片(>42 mm)，用剪切刀将筛出的超大烟沿中间部位分切。

分别将经A、B、C、D工艺处理过后的烟叶放入预混柜平铺3次，充分混合均匀后于恒温恒湿间(35 ℃，75%)暂存备用。

1.2.2 烟片结构分布测定 分别将经A、B、C、D工艺处理过后的样品上叶片振动分选筛，测其叶片尺寸分布具体见表1。

表1 不同处理条件下片烟的结构

1.2.3 烟叶制丝处理 参照正常的工艺流程及参数分别对A、B、C、D工艺处理后样品进行制丝。烘丝工序后A、B、C、D各工艺处理条件下烟丝分别取样5次，根据文献[11-14]检测烘后烟丝结构、填充值、石油醚提取物含量、香味成分总量。

分别取烘丝工序后A、B、C、D工艺处理条件下烟丝500 g，平衡含水率(12.5±0.5)%，卷制。依据GB 5606.4—2005对卷烟的香气、协调、杂气、刺激性、余味5个指标进行打分，并取总分。

1.3 数据处理

使用Microsoft Excel 2010对原始数据进行处理，使用SPASS 19.0对数据进行方差分析、多重比较和主成分分析，作图使用Origin 2017软件。

2 结果与分析

2.1 不同处理条件下烘后烟丝质量指标方差分析

表1为不同处理条件下片烟结构数据。由表1可知，A、B、C、D工艺处理条件下，片烟结构中>25.40 mm的烟叶所占的比例呈降低的规律，2.36～25.40 mm的烟叶所占的比例呈增大的规律，<2.36 mm的烟叶所占的比例变化不大。将各样品按照正常的工艺流程及参数进行制丝，在烘丝后取样，各样品分别取样5次，按上述方法依次检测烟丝结构、填充值、石油醚提取物含量、香味成分总量，并对其进行方差分析与多重比较结果如表2所示。

由表2可以看出，不同的处理条件，烘后烟丝各品质指标的标准偏差都比较低，说明试验各指标的重复性较好；不同处理条件下S8、S9、S10 3个烟丝结构以及填充值，石油醚提取物含量，香味成分总量等指标差异性较大，S1、S3、S6、S7、S11 5个烟丝结构存在一定的差异，S2、S5 2个烟丝结构无差异，说明不同的处理条件对S8、S9、S10 3个烟丝结构分布以及填充值、石油醚提取物含量、香味成分总量等的影响较大，对S1、S3、S6、S7、S11 5个烟丝结构有一定程度的影响，对S2、S5 2个烟丝结构无影响。

表2 不同处理条件下烘后烟丝质量指标多重比较结果†

2.2 不同处理条件下烟丝结构主成分分析

对烘后烟丝而言质量指标之间具有一定的关联性，且单个质量指标无法有效地反映不同处理条件对烘后烟丝品质的综合影响，鉴于此，可以对不同处理条件下烘后烟丝质量指标(因不同处理条件下S2、S5 2个烟丝结构几乎无差异，故不对该层烟丝作分析)进行主成分分析，将原来相关的指标重新组合，形成一系列无相关的综合指标代替原来的指标。

使用SPASS 22.0软件对不同处理条件下烘后烟丝质量指标作主成分分析，并进行KMO与Bartleet检验，该检验的KMO值为0.680，Bartiett球形度检验的Sig<0.001，说明该组数据适合作主成分分析，具体结果如表3所示。

表3 烘后烟丝质量指标特征值及方差贡献率

由表3可以看出，不同处理条件下烘后烟丝的质量指标前3个主成分的特征值分别为6.163，1.733，1.230，均大于1，方差的贡献率分别为51.356%，14.446%，10.251%。前3个主成分的累计方差贡献率为76.053%，说明前3个主成分代表了原始成分76.053%的信息量，涵盖了烟丝结构信息大部分的信息。

烘后烟丝质量指标主成分矩阵如表4所示。由表4可以看出，主成分1主要反映S1、S8、S9、S10、S11 5个烟丝结构，以及填充值、石油醚提取物含量，香味物质总量的信息，其能够代表2.80 mm以下短烟丝和碎烟丝，8.00 mm以上超长烟丝以及填充值、石油醚提取物含量、香味物质总量等指标信息；主成分2主要反映S3、S4 2个烟丝结构信息，其能够代表5.60～8.00 mm较长烟丝指标信息；S6、S7 2个烟丝结构则由主成分3反映，其代表2.80～4.00 mm长丝的信息。

表4 烘后烟丝质量指标主成分输出矩阵

由上文分析可以了解主成分1主要反映2.80 mm以下短烟丝的数据，并与其呈正比关系，反于8.00 mm以上超长烟丝的数据，填充值、石油醚提取物含量、香味物质总量数据，并与其呈反比关系，属于负向指标；主成分2主要代表5.60～8.00 mm长烟丝结构数据，2.80～4.00 mm的烟丝则由主成分3反映，并与其呈正比属于正向指标。为了减少原料的浪费，生产实际中需要提高整丝的含量(2.80～4.00 mm)，降低碎丝的含量(<2.00 mm)，为了提升卷烟品质，需要提高填充值、石油醚提取物含量、香味物质总量，这就需要找出片烟尺寸分布和烟丝尺寸分布的关系，主成分1与主成分3两个主成分恰好能够反映试验关注的烘后烟丝的品质指标。

根据烟丝结构数据的特征值和载荷量，可以得到不同处理条件下烟丝结构主成分1与主成分3的计算公式：

PC1=-0.148Z1-0.028Z3-0.055Z4+0.098Z6+0.096Z7+0.112Z8+0.147Z9+0.144Z10+0.118Z11-0.112Z12-0.119Z13-0.141Z14，

(1)

PC3=-0.118Z1-0.204Z3+0.320Z4+0.642Z6+0.602Z7+0.256Z8+0.002Z9-0.232Z10-0.361Z11+0.206Z12-0.003Z13+0.107Z14，

(2)

式中：

PC1——主成分1得分；

PC3——主成分3得分；

Z1～Z14——不同处理条件下烟丝S1～S11层烘后烟丝结构以及烟丝填充值、石油醚提取物含量，香味成分总量原始数据经过Z-score法标准化变换的标准变量(均值为0，标准偏差为1)。

根据方差贡献率可以得出主成分1与主成分3的综合得分计算公式，见式(3)与式(4)，根据综合得分计算公式计算主成分1与主成分3的综合得分，结果如图1所示。可知主成分1得分越高烘后烟丝产生的碎烟丝(<2.8 mm)越多，填充值越小，石油醚提取物含量以及香味物质总量越低，从生产需要角度而言，主成分1得分越低，烘后烟丝综合品质越好。由图2可知，C工艺处理条件下主成分1结果最优，明显优于其他工艺处理条件；主成分3得分越高，烘后烟丝产生的整丝(2.80～4.00 mm)越多，由图1可知，D工艺处理条件下主成分3的结果最优，C工艺处理条件次之，明显优于其他两个工艺处理条件。

F1=0.513 56PC1，

(3)

F3=0.102 51PC3，

(4)

式中：

F1——主成分1综合得分；

F3——主成分3综合得分。

图1 不同处理条件下烘后烟丝主成分综合得分

2.3 不同处理条件下烘后烟丝感官质量的变化

为进一步验证不同处理条件对烘后烟丝品质的影响，依据GB 5606.4—2005对烘后烟丝进行感官质量评价，评吸得分与结论如表5所示。

表5 不同处理条件下烘后烟丝卷烟评吸结果

由表5可以看出，各工艺处理条件下卷烟感官评吸得分标偏均较低，说明感官评委之间的意见较为一致。从评吸结论来看，A与C工艺处理条件下卷烟感官评吸结果最优，香气质与香气量均较好，还可以改善卷烟口感，B工艺处理条件可导致卷烟杂气上升，D工艺处理条件则导致卷烟透发性变差；从评吸得分来看，A工艺处理条件下得分最高，C工艺处理条件下得分稍低于A，B与D工艺处理条件下得分明显较低，因此，对于感官评价而言，A、C工艺处理条件均能提升卷烟品质。

3 结论

(1) 试验研究了复烤后烟叶分切方式对烘后烟丝结构及填充值、石油醚提取物含量、香味物质总量等品质指标的影响。研究结果表明：2.8 mm以下短烟丝含量越高，石油醚提取物含量与香味物质总量越低。为提升卷烟品质，可通过降低烘丝后2.8 mm以下短烟丝含量来实现。

(2) 不同处理条件下烘后烟丝品质指标主成分分析结果表明：C工艺处理条件下主成分1结果最优，明显优于其他工艺处理条件，对于主成分3而言D工艺处理条件表现最优，C工艺处理条件次之且明显优于其他两个工艺处理条件。感官评价的结果则表明：A与C工艺处理条件下卷烟香气质、香气量及口感均较好，明显优于另外两个工艺处理条件，造成这种现象的原因可能为：在感官评价中香气所占的权重最大，A与C工艺处理条件下烘后烟丝的香味物质总量最大，明显高于其他工艺处理条件；此外，相对于D工艺处理条件，A与C工艺处理条件下卷烟的填充值维持在较为适宜的水平，更有利于卷烟燃烧与香味物质的释放。

(3) 综合主成分分析结果与感官评价可知，C工艺处理条件下卷烟填充值、石油醚提取物含量、香味物质总量、感官质量以及整丝含量都处在较理想的水平，因此，在片烟投料之前对片烟结构进行适当的处理，可以提升烘后烟丝的品质。

(4) 试验仅仅研究了复烤后的烟叶分切方式对烘后烟丝品质的影响，由于处理工艺较简单，切后片烟的结构并不能可知可控，故下一步可以开展特定片烟结构对烘后烟丝品质的影响研究，以期为提升卷烟加工精细化提供参考。