烘焙工序对白肋烟主流烟气中7种有害成分及感官质量的影响

胡 锐，王宏伟，鲍 穗，汪清泽，程雷平，方 鼎，陈 闯，许宗保，田 忠

(安徽中烟工业有限责任公司，安徽合肥 230088)

随着社会经济和人民生活水平的不断提高，人们对吸烟与健康问题的关注度也在不断提高，有关烟气危害性的研究已成行业热点之一。2005年，谢剑平等[1]研究发现，用CO、HCN、NNK、氨气、苯并芘、苯酚和巴豆醛等7种有害成分表征卷烟烟气的危害性具有科学性和可行性。国内针对如何降低卷烟烟气中7种有害成分及危害性指数H值进行了大量研究，结果表明烟气危害性与烟叶年份、产地、部位、类型等有关，且与烟叶的内在化学成分、物理性质以及烟支辅材、制丝工序之间也有一定的关联性[2-12];夏国聪等[13-17]研究表明，混合型卷烟的危害性指数H值要高于烤烟型卷烟产品，这与叶组配方中使用白肋烟有关[18]。传统白肋烟烟叶经过一系列的烘焙加料处理，期间会带来不少化学成分及感官质量的变化，然而目前针对白肋烟在烘焙工序不同加工条件下有害成分及感官质量的变化研究较少。为此，笔者基于白肋烟烟叶处理工艺的优化控制及不同烘焙工艺参数的研究，考察了烘焙工序工艺参数对白肋烟主流烟气中有害成分释放量及感官质量的影响，以期为进一步实现制丝减害，提升白肋烟处理后品质提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器白肋烟选择安徽中烟都宝某牌名白肋烟模块。7种Hoffmann成分标样：CO标准气体，国家标准气体研究中心；水中NH4+、CN-标准溶液(分析纯)，中国计量科学研究院；烟碱，郑州烟草研究院；巴豆醛、苯酚、苯并芘(B[a]P)、苯并芘-d12、NNK、N-戊基-(3-甲基吡啶基)亚硝胺，分析纯，美国百灵威公司。

烘焙机HBT，德国HAUNI公司；PROTOS1-8卷烟机，德国HAUNI公司；GDX2型包装机，意大利GD公司。7890A气相色谱仪和6890-5975气相色谱/质谱联用仪，美国Agilent公司；Acquity 型高效液相色谱仪(配备荧光/PDA检测器)，美国Waters公司；4000 Q Trap质谱仪，美国AB公司；离子色谱仪，美国戴安公司；AL204-1C电子天平(感量0.000 1 g)，瑞士Mettler Toledo公司；Milli-Q纯水仪，美国Millipore公司。

1.2 方法

1.2.1试验方法及烘焙工序参数设计。白肋烟烟叶处理按照传统烘焙工序进行叶片处理，工艺路径见图1，白肋烟烘焙机参数采用 3 因素(4个区热风温度、4个区水添加量、烘焙时间)3水平 L9(34)正交设计。试验4个区热风温度(℃)：100/130/120/80(A1)、110/140/130/90(A2)、120/150/140/100(A3)；4个区水添加量(g/kg)：80/140/120/80(B1)、100/170/140/80(B2)、120/200/160/110(B3)；烘焙时间(min)：8(C1)、10(C2)、12(C3)。具体正交试验设计见表1。

图1 白肋烟烘焙工艺路径Fig.1 Baking technology of burley tobacco

表1 烘焙工序参数正交试验设计Table 1 Orthogonal experimental design of baking process parameters

1.2.2取样及样品卷制。烘焙处理后的烟叶待生产稳定后在二次加料出口处每隔5 min取3 kg，每组参数的试验样品取10次，共取30 kg样品。9组试验样品取样结束后分别均匀混合后进行切丝，将试验烟丝平衡到水分12.5%，在同一机台按同一烟支重量，使用相同的烟支辅材进行卷制。卷制参数均按安徽中烟工业有限责任公司生产标准设定。合格烟支在温度(22±1)℃和相对湿度(60±2)%条件下平衡48 h。

1.2.3烟气7种Hoffmann成分测定。分别采用GB/T 23356—2009、GB/T21130—2007、YC/T 253—2008、YC/T 377—2010、YC/T 255—2008、YC/T 254—2008、GB/T 23228—2008检测主流烟气中的CO、B[a]P、HCN、NH3、苯酚、巴豆醛和NNK的释放量，卷烟危害性指数H值按照国烟科[2009]211号文件规定计算。

1.2.4数据处理与分析。采用 Excel 2007 和 SPSS 17.0 软件进行数据统计分析，分别引用直观分析法和方差分析法进行分析[19]。

2 结果与讨论

2.1 烘焙工序对白肋烟7种有害成分释放量的影响

2.1.1烘焙参数对白肋烟7种有害成分释放量的直观分析。表2为正交试验样品危害性成分释放量，表3为正交试验直观分析方法的统计数据。选用极差[19]来反映不同参数对主流烟气中7种有害成分及卷烟危害性指数H值影响的大小。依据正交试验结果处理的分析理论[20]，即同因素各水平之间变动大对试验结果影响大，同因素各水平之间变动小对试验结果影响小，可见CO、苯酚含量影响的主次因素依次为烘焙时间、4个区水添加量、4个区热风温度；HCN、NH3含量影响的主次因素依次为4个区热风温度、烘焙时间、4个区水添加量；NNK、B[a]P、巴豆醛含量及卷烟危害性指数H值影响的主次因素依次为4个区热风温度、4个区水添加量、烘焙时间。同时通过表3可见，主流烟气中7种有害成分含量R值差异较大的为HCN、NH3、NNK 3个指标，正交试验处理结果得出HCN含量最低的参数为A1B3C3；NH3含量最低的参数为A1B1C2，NNK含量最低的参数为A1B1C2；卷烟危害性指数H值最低的参数为A1B1C2，基于白肋烟烟丝中NNK含量对烟气危害性指数贡献较大[1]，结合上述参数分析结果，当烘焙工序的设计为A1B1C2时，该参数处理样品烟气中卷烟危害性指数H值最低。

表2 正交试验样品危害性成分释放量(n=3)Table 2 Release of hazardous components from orthogonal test samples

2.1.2烘焙参数对白肋烟7种有害成分释放量的方差分析。表4表明，影响因素对有害成分含量影响的离差平方和大小亦能反映影响因素对烟气中7种有害成分含量的影响。因此，表4中离差平方和结果表明，CO、苯酚含量影响的主次因素依次为烘焙时间、4个区水添加量、4个区热风温度；HCN、NH3含量影响的主次因素依次为4个区热风温度、烘焙时间、4个区水添加量；NNK、B[a]P、巴豆醛含量、H值影响的主次因素依次为4个区热风温度、4个区水添加量、烘焙时间，这一结果与直观分析法中结论一致。

表3 影响因素对7种有害成分释放量直观分析Table 3 Direct analysis of the release of seven harmful components by factors

2.2 烘焙工序对白肋烟感官质量的影响不同烘焙参数正交试验样品感官评价结果见表5，对照正交试验参数，4个区热风温度较4个区水添加量、烘焙时间对感官质量影响更显著，随着烘焙温度的升高，白肋烟特征香气、丰满程度、浓度、劲头等指标呈下降趋势，杂气、余味呈先变好后变差抛物线变化趋势，浓劲协调变化趋势不明显，刺激性、干燥感呈上升趋势。综合来看，4个区低热风温度的低处理强度能够保持白肋烟特征香气，高烟气浓度，口感指标略欠；4个区高热风温度的高处理强度白肋烟特征香气损失较多，烟气刺激性较小，口感指标较好，结合烘焙参数对白肋烟主流烟气中危害性成分释放量的影响，4个区热风温度参数选择对白肋烟感官质量及危害性指数的影响显得尤为重要，参数A1B3C3样品感官质量总分最高，整体感官质量最好。

3 结论

直观分析法及主体间效应分析结果得出，CO、苯酚含量影响的主次因素依次为烘焙时间、4个区水添加量、4个区热风温度；HCN、NH3含量影响的主次因素依次为4个区热风温度、烘焙时间、4个区水添加量；NNK、B[a]P、巴豆醛含量影响的主次因素依次为4个区热风温度、4个区水添加量、烘焙时间。感官评价结果显示，4个区热风温度对白肋烟烘焙处理后感官品质影响最为显著。低强度处理能够保持较好的香气，较高的烟气浓度；高强度处理烟气更加柔和，余味更加干净舒适。通过烘焙参数对主流烟气中7种危害性成分及感官质量的结果分析表明，烘焙工序参数的设计对主流烟气7种危害性成分及感官质量有一定的影响，其中4个区热风温度参数尤为重要，鉴于白肋烟烘焙处理旨在保持较好的香气，有一定的烟气强度，危害性指数较低，即4个区热风温度设计为100、130、120、80 ℃更符合烘焙处理的目标，亦更有利于混合型卷烟减害。

表4 因素对7种有害成分方差分析Table 4 Factors analysis of variance for seven harmful components

表5 正交试验样品感官评价结果Table 5 Sensory quality of the orthogonal test samples