趙春雷

蘇 瑤2

寇霄騰1

王靜怡2

(1. 安徽中煙工業(yè)有限責任公司蚌埠卷煙廠，安徽 蚌埠 233010；2. 安徽中煙再造煙葉科技有限責任公司，安徽 蚌埠 233010)

預(yù)處理方法對再造煙葉中煙梗品質(zhì)的影響

趙春雷1

蘇 瑤2

寇霄騰1

王靜怡2

(1. 安徽中煙工業(yè)有限責任公司蚌埠卷煙廠，安徽 蚌埠 233010；2. 安徽中煙再造煙葉科技有限責任公司，安徽 蚌埠 233010)

研究高壓預(yù)處理、常規(guī)預(yù)處理兩種工藝對煙梗理化特性、短梗萃取率及磨漿后漿料性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：高壓預(yù)處理后煙梗的熱水可溶物和乙醇可溶物含量均有一定程度的升高，提取效率提高，生產(chǎn)線效率得到提升；高壓預(yù)處理及磨漿后煙梗產(chǎn)生的細小纖維量較少，有利于產(chǎn)品得率的提升；高壓預(yù)處理后煙梗漿料動態(tài)濾水性能優(yōu)于常規(guī)預(yù)處理煙梗，有利于漿料的抄造。

煙梗；高壓蒸汽；預(yù)處理；理化特性；纖維

造紙法再造煙葉的生產(chǎn)以煙葉碎片、煙末和煙梗為主要原料，綜合應(yīng)用化工醫(yī)藥技術(shù)中浸提工藝和造紙技術(shù)中制漿、抄造等關(guān)鍵工藝，制備成再造煙葉，應(yīng)用到卷煙生產(chǎn)中[1]。

煙梗作為造紙法再造煙葉的骨架，是再造煙葉必不可少的原料。但是，煙梗中果膠木質(zhì)素等大分子物質(zhì)含量較高，不僅影響煙梗纖維的疏解，而且與片基的物理結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，進而影響再造煙葉的燃燒性能及產(chǎn)品品質(zhì)[2]，因此有必要對煙梗進行一些預(yù)處理，以達到改善造紙法再造煙葉產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，提高再造煙葉產(chǎn)品的品質(zhì)[3]。煙梗的預(yù)處理研究已有很多，除目前造紙法再造煙葉生產(chǎn)線普遍使用的常規(guī)洗梗預(yù)處理方式外，還開發(fā)了加酶萃取[4]、微生物發(fā)酵[5]、疏解萃取[6]和蒸汽處理[7]等，但這些預(yù)處理方式基本處于實驗室水平，尚未得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。再造煙葉生產(chǎn)線煙梗常規(guī)預(yù)處理方式與制絲生產(chǎn)線常規(guī)預(yù)處理工藝流程及加工設(shè)備相同，從實際使用情況來看，這種方式存在預(yù)處理后煙梗提取效率較低、提取時間較長的缺陷。針對這種缺陷，安徽中煙[8]自主開發(fā)了高壓預(yù)處理煙梗設(shè)備，目前該設(shè)備已在卷煙生產(chǎn)線上成功投用，但尚未在再造煙葉領(lǐng)域使用。

為評估高壓預(yù)處理煙梗設(shè)備在造紙法再造煙葉生產(chǎn)線的適用性，本研究擬通過研究高壓預(yù)處理和常壓預(yù)處理對煙梗的物理、化學(xué)特性的影響，為煙梗的加工工藝、原料有效利用和產(chǎn)品品質(zhì)提升提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

煙梗：中部短梗，2011年產(chǎn)于云南昭通。

1.2 儀器與設(shè)備

洗梗機：WQ833A型，昆明船舶設(shè)備集團有限公司；

螺旋蒸梗機：WQ227型，昆明船舶設(shè)備集團有限公司；

壓力潤梗機：試驗樣機，安徽中煙與常州智思公司聯(lián)合開發(fā)；

臺式離心機：TD5F型，湖南凱達科學(xué)儀器有限公司；

連續(xù)流動分析儀：AA3型，德國Seal公司；

動態(tài)保留率濾水性分析儀：DFR-05型，瑞典BTG公司；

纖維形態(tài)分析儀：code 912型，瑞典L&W公司；

高濃圓盤精漿機：KRK 2500型，日本KRK株式會社。

1.3 短梗預(yù)處理工藝參數(shù)

(1) 常規(guī)預(yù)處理：經(jīng)水洗梗及螺旋蒸梗處理，其中水洗梗水溫60 ℃、水泵電機速度30 Hz、網(wǎng)帶電機速度28 Hz，螺旋蒸梗工作蒸汽壓力0.2 MPa，處理時間140 s。

(2) 高壓預(yù)處理：常溫水洗短梗，經(jīng)高溫高壓蒸梗，蒸汽壓力0.3 MPa、蒸汽溫度140 ℃，處理時間40 s。

經(jīng)上述兩種工藝處理后，煙梗含水率由11.7%升高至29.7%。

1.4 檢測方法

(1) 水溶性糖的測定：按YC/T 159—2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測定 連續(xù)流動法》執(zhí)行。

(2) 總植物堿的測定：按YC/T 160—2002《煙草及煙草制品總植物堿的測定 連續(xù)流動法》執(zhí)行。

(3) 鉀的測定：按YC/T 217—2007《煙草及煙草制品鉀的測定 連續(xù)流動法》執(zhí)行。

(4) 氯的測定：按YC/T 162—2011《煙草及煙草制品氯的測定 連續(xù)流動法》執(zhí)行。

(5) 總氮的測定：按YC/T 161—2002《煙草及煙草制品總氮的測定連續(xù)流動法》執(zhí)行。

(6) 熱水可溶物含量的測定：稱取相當于絕干量2.0 g的樣品，加入120 mL蒸餾水，加熱沸騰回流1 h，然后冷卻過濾，稱量過濾后濾紙上樣品的重量，最后計算熱水可溶物含量。

(7) 乙醇可溶物含量的測定：分別稱取相當于絕干量50 g的3種樣品(原梗、常規(guī)處理、高壓處理)，按固液質(zhì)量比1∶10置于70%乙醇中萃取1 h，離心分離(2 000 r/min，1 min)，取50 mL提取液檢測可溶物含量。

(8) 熱水提取效率的測定：分別選取相當于絕干量50 g的常規(guī)處理、高壓處理后煙梗2種樣品，按固液質(zhì)量比1∶10置于60 ℃熱水中萃取20 min，離心分離(2 000 r/min，1 min)，取50 mL提取液檢測提取物含量。提取效率按式(1)計算：

(1)

式中：

η——提取效率，%；

V1——提取液體積，mL；

m1——50 mL提取液可溶物含量，g；

m0——樣品的絕干量，g；

w——樣品的熱水可溶物，%。

(9) 纖維形態(tài)分析：使用纖維形態(tài)分析儀，取相當于絕干量0.1 g的漿料于儀器專用燒杯中，并加水至300 mL，放置于取樣器上；啟動纖維分析儀程序檢測所有漿料中纖維的長度、寬度等物理指標，并通過計算得到纖維的平均長度、平均寬度等指標。

(10) 動態(tài)濾水性能的測定：使用DFR-05型濾水保留游離度測試儀，將濾液收集槽置于天平板上，倒入1 000 mL的漿料懸浮液至攪拌室，化學(xué)品從精密滴管進入，并放置在加入單元內(nèi)，攪拌器攪拌速度區(qū)間設(shè)置為200～1 500 r/min，錐體打開，預(yù)濾液流入預(yù)濾液收集杯，保留測試閥動作，濾液流入濾液收集槽，開始測量濾液的總濃度和填料/細小纖維的濃度，并產(chǎn)生過濾過程的圖形(濾液的重量/時間)。測試使用的濾網(wǎng)規(guī)格為18，24，40，50，60，100，150目，使用椎體攪拌葉片和保留率測量攪拌葉片。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱水可溶物含量

在再造煙葉的生產(chǎn)過程中，煙葉的熱水可溶物作為再造煙葉涂布液的來源，對整體的再造煙葉品質(zhì)起到至關(guān)重要的作用；而乙醇萃取作為熱水萃取的進一步發(fā)展，其萃取得到的物質(zhì)在感官質(zhì)量等多方面均優(yōu)于熱水萃取，因而多用于針對高端原料的萃取使用。

熱水可溶物含量檢測結(jié)果見表1。

表1 樣品熱水可溶物含量Table 1 Sample hot water soluble content %

由表1可知，原梗與常規(guī)處理短梗熱水可溶物差異較小，經(jīng)高壓處理的短梗熱水可溶物稍高于原梗及常壓處理煙梗。

2.2 乙醇可溶物含量

乙醇可溶物含量檢測結(jié)果見表2。

表2 樣品乙醇可溶物含量Table 2 Sample ethanol soluble content

由表2可知，乙醇可溶物含量高壓處理>原梗>常壓處理。常壓處理過程中乙醇可溶物有一定的損失；而高壓處理過程中因非酶促棕色化反應(yīng)的發(fā)生，乙醇可溶物含量提升。

2.3 熱水提取效率

在再造煙葉的生產(chǎn)過程中，原料熱水可溶物的萃取比例是衡量生產(chǎn)線萃取工段工藝能力的重要指標，在相同的條件下若原料的熱水提取效率越高則意味著在生產(chǎn)過程越容易完成萃取要求，將在一定程度上節(jié)約生產(chǎn)過程的電、水等多方面能耗。

由表3可知，高壓處理提取效率高于常壓處理效率。這主要因為高壓處理后的煙梗結(jié)構(gòu)較常壓處理后煙梗疏松。

表3 熱水提取效率Table 3 Hot water extraction efficiency

2.4 常規(guī)化學(xué)成分

化學(xué)成分與感官品質(zhì)密切相關(guān)。其中還原性糖在煙支燃吸時會產(chǎn)生酸性物質(zhì)，抑制煙氣中的堿性，降低刺激性；總糖與煙堿的比例常用來評價其勁頭和舒適程度；總氮則包括各類含氮化合物，在燃吸過程中使煙氣顯堿性，給人辣、刺、苦的感覺；鉀與再造煙葉的氣味、燃燒、安全有較強的關(guān)聯(lián)性。

由表4可知，經(jīng)常壓處理及高壓處理后，煙梗中總糖、還原糖、總氯呈現(xiàn)下降趨勢，總鉀呈現(xiàn)上升趨勢。因為在常壓及高壓條件下，煙梗中糖類物質(zhì)有一定程度的降解。

由表5可知，與原梗樣品相比，除氯以外，煙梗中常規(guī)化學(xué)成分無論用熱水還是乙醇提取，高壓處理煙梗中常規(guī)化學(xué)成分保留率均明顯低于常壓處理，即針對熱水提取效率和乙醇提取效率兩項指標，高壓處理明顯高于常壓處理，同樣與兩種處理后煙梗組織疏松的差異有關(guān)。

表4 煙梗常規(guī)化學(xué)成分檢測結(jié)果Table 4 Conventional chemical composition of stem %

表5 煙梗常規(guī)化學(xué)成分提取效率對比表Table 5 Comparison of extraction efficiency of conventional chemical components in stem %

2.5 纖維形態(tài)分析

纖維形態(tài)為漿料經(jīng)過磨漿后的長度、寬度等物理指標，其將決定著漿料在成型網(wǎng)部位留著情況以及漿料成紙后的各類相關(guān)物理指標。

分別選取相當于絕干量100 g的原梗、常規(guī)處理后煙梗、高壓處理后煙梗按固液質(zhì)量比1∶10置于60 ℃熱水中萃取1 h后磨漿至打漿度25°,對3種漿料的纖維形態(tài)進行檢測，每組檢測5次，顯著性結(jié)果見表6。

由表6可知，原梗、常壓處理煙梗、高壓處理煙梗三者相互之間的纖維長度、扭結(jié)角無顯著性差異。原梗與常壓處理后煙梗的纖維寬度、纖維長寬比、變形因子、長纖維比例、細小纖維比例無顯著性差異，而原梗與高壓處理煙梗、常壓處理煙梗與高壓處理煙梗的這幾項指標均存在顯著性差異。

由表6、7可知，高壓處理煙梗較常壓處理煙梗纖維寬高5.32 μm，波動性也較??；高壓處理煙梗較常壓處理煙梗長纖維比例高6.58%，細小纖維比例低8.38%。

2.6 動態(tài)濾水性能

動態(tài)濾水性能標志著漿料在成型網(wǎng)部的整體脫水情況，其速率的快慢將影響出成型網(wǎng)部片基的含水率，進而影響其強度，同時決定生產(chǎn)是否可以正常進行，若動態(tài)濾水性較好可保障在相同工藝條件下出成型網(wǎng)部片基含水率相對較低，具有一定的抗張強度，滿足生產(chǎn)。

使用磨漿后漿料，分別對兩種形式處理后的煙梗漿料動態(tài)濾水性能進行檢測，結(jié)果見圖1。

圖1 漿料動態(tài)濾水性能檢測結(jié)果Figure 1 Test results of dynamic filtration performance ofpulp

由圖1可知，高壓處理煙梗(3-1、3-2、3-3)的動態(tài)濾水性能高于常規(guī)處理煙梗(2-1、2-2、2-3)，其抄造性能較好。動態(tài)濾水性能的差異進一步驗證了表7中兩種樣品纖維形態(tài)的差異。

3 結(jié)論

(1) 與煙梗常規(guī)處理相比，煙梗高壓處理在產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)線效率等方面均有一定的優(yōu)勢。煙梗高壓處理時的高溫高壓環(huán)境促進了煙梗非酶促棕色化反應(yīng)的發(fā)生，煙梗熱水可溶物、乙醇可溶物含量有所提升，對產(chǎn)品的感官品質(zhì)有利；高壓處理后的煙梗結(jié)構(gòu)更為疏松，有利于提取效率的提升；同時，磨漿后長纖維比例上升、細小纖維比例降低，有利于提高生產(chǎn)線產(chǎn)品的得率。

表6 單因素方差分析表?Table 6 Single factor analysis of variance

? 變形因子指纖維投影長度除以實際長度。樣品1為原梗，樣品2為常規(guī)處理煙梗，樣品3為高壓處理煙梗。

表7 纖維形態(tài)檢測結(jié)果對比?Table 7 Comparison of fiber morphology test results

? 表中數(shù)據(jù)為均值±標準偏差。樣品1為原梗，樣品2為常規(guī)處理煙梗，樣品3為高壓處理煙梗。

(2) 高壓處理煙梗在卷煙制絲生產(chǎn)線的主要優(yōu)點在于感官品質(zhì)和生產(chǎn)效率的提升，從試驗數(shù)據(jù)來看，這兩點在再造煙葉生產(chǎn)中也得到了體現(xiàn)；而目前造紙法再造煙葉行業(yè)提升抄造性能和得率主要著眼于磨漿、抄造等工序的優(yōu)化調(diào)整，使用高壓處理工藝則可以從煙梗預(yù)處理工序著手提升。

(3) 本項研究僅針對一種煙梗開展了研究。不同的煙梗經(jīng)過高壓處理后的表現(xiàn)可能存在差異，為進一步評估高壓處理工藝的效果，在后期研究中，有必要針對重點產(chǎn)區(qū)不同年份的煙梗開展較全面的研究。

[1] 繆應(yīng)菊, 劉維涓, 劉剛, 等. 煙草薄片制備工藝的現(xiàn)狀[J]. 中國造紙, 2009, 28(2): 55-59.

[2] 蘇振華. 濕部陰離子垃圾問題及其對策[J]. 中華紙業(yè), 2005, 26(7): 37-39.

[3] 楊彥明, 王晶, 唐自文, 等. 煙梗處理降低蛋白質(zhì)含量的研究[J]. 煙草科技, 2008, 41(3): 10-12.

[4] 吳亦集, 沈光林, 陶紅, 等. 造紙法再造煙葉原料的加酶萃取[J]. 煙草化學(xué), 2011(7): 34-36.

[5] 張勃, 賈玉紅, 端李祥, 等. 微生物發(fā)酵煙梗水提物的制備及其在再造煙葉中的應(yīng)用[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,41(3): 56-60.

[6] 李文昱, 廖元杰, 車靖, 等. 造紙法再造煙葉中煙梗疏解提取與常規(guī)提取的比較[J]. 紙和造紙, 2011, 30(12): 45-46.

[7] 關(guān)平, 余紅濤, 劉維涓, 等. 一種再造煙葉預(yù)處理工藝：中國，102499442A [P]. 2012-06-20.

[8] 趙春雷, 丁乃紅, 張勝軍, 等. 高壓潤梗裝備設(shè)計與開發(fā)[C]//中國煙草學(xué)會工業(yè)專業(yè)委員會2010年煙草工藝學(xué)術(shù)研討會論文集. 青島：中國煙草學(xué)會, 2010: 131-133.

The research on tobacco stem pretreatment technology in the production of reconstituted tobacco

ZHAOChun-lei1

SUYao2

KOUXiao-teng1

WANGJing-yi2

(1.BengbuCigaretteFactory,AnhuiTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Bengbu,Anhui233010,China;2.AnhuiTobaccoReconstitutedTobaccoTechnologyCo.,Ltd.,Bengbu,Anhui233010,China)

The effects on physical characteristics, chemical characteristics of tobacco stem, tobacco stem extraction rate and pulp properties after high pressure steam and conventional pretreatiment were investigated in this study. The results showed that the contents of hot water and ethanol soluble in the stem of the high pressure pretreatment increase to a certain extent, and the efficiencies of extraction and the production line were improved. The amount of fine fibers produced by the high pressure pretreatment after the defibrination was less, and this was beneficial to the improvement of the product yield. The dynamic filtration performance of the stem pulp after the high pressure pretreatment was better than that of the conventional pretreatment, which was good for paper making.

tobacco stem; high pressure steam; pretreatment; physical and chemical characteristics; fiber

趙春雷(1977—)，男，安徽中煙蚌埠卷煙廠工程師。E-mail：18056098118@163.com

2017—04—05

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.05.042