張馨予，嚴(yán)莉紅，易小麗，馬莉，張杰，蘆楠，劉興余，白若石，馬雁軍，曹伏軍，歐亞非，周駿

上海煙草集團(tuán)技術(shù)中心北京工作站，北京市通州區(qū)萬盛南街99號(hào) 101121

混合型膨脹煙絲的加工工藝流程一般為烤煙、白肋煙分別經(jīng)過烤煙線、白肋煙線加料處理后進(jìn)入混配柜，經(jīng)貯存、切絲后進(jìn)入二氧化碳膨脹線進(jìn)行煙絲膨脹處理，工藝流程見圖1。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)該流程存在以下不足：一是烤煙、白肋煙煙片處理過程中添加的表料、里料經(jīng)二氧化碳液體低溫浸漬萃取和熱氣流高溫膨脹后致香物質(zhì)損失較多[1-2]，導(dǎo)致加料效果不明顯；二是工藝路徑復(fù)雜，且需合理設(shè)計(jì)烤煙與白肋煙加工時(shí)間方可保證同步進(jìn)入混配柜進(jìn)行混配，給生產(chǎn)帶來不便。膨脹煙絲在卷煙配方中摻配比例有限且

圖1 原混合型膨脹煙絲加工工藝路徑Fig. 1 Original processing route of blended type expanded tobacco shred

主要起填充料作用，其降焦減害效果顯著，對(duì)卷煙感官質(zhì)量的貢獻(xiàn)度則較小[3]；對(duì)于混合型膨脹煙絲而言，其中的白肋煙部分在整個(gè)配方中的占比更小，有無必要采取如此復(fù)雜方式進(jìn)行加工值得商榷。為簡(jiǎn)化工序、提高生產(chǎn)效率，并避免不必要的料液消耗，提出了無料液添加的混合型膨脹煙絲生產(chǎn)模式，并對(duì)其工藝流程進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化。本文對(duì)改進(jìn)后的工藝流程進(jìn)行了簡(jiǎn)介、重點(diǎn)分析了無料液添加的混合型膨脹煙絲的質(zhì)量變化情況。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

兩種方式加工的某品種“中南海”混合型卷煙專用混合型膨脹煙絲及膨脹前煙絲，該卷煙所用卷煙材料。

YQ-2 煙絲振動(dòng)分選篩（鄭州嘉德機(jī)電科技有限公司）；D-51 型煙絲填充值測(cè)定儀（德國Densimeter）；Waters2695 液相色譜儀（美國Waters公司）；PE Clarus500 GC-MS 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國PerkinElmer 公司）；DIONEX ICS-5000 離子色譜儀；Accela1250/Q Exactive-LC/MS/MS（美國Thermo Fisher 公司）；AA3 連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國Bran Luebbe 公司）；pico/Triple Quad 5500 在線固相萃取-高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國AB Sciex 公司）；AA3 連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國SEAL 公司）；CERULEAN SM450 吸煙機(jī)（英國CERULEAN 公司）。

1.2 樣品制備與檢測(cè)

1.2.1 物理指標(biāo)及常規(guī)化學(xué)成分

在混合型卷煙制絲線上分別處理烤煙、白肋煙煙片，摻配后送入膨脹線切絲、膨脹，得到改進(jìn)前的膨脹前、后煙絲樣品；在改進(jìn)后的膨脹線上制備改進(jìn)后的膨脹前、后煙絲樣品。

參照YC/T178-2003、YC/T152-2001D 的方法重復(fù)取樣、檢測(cè)膨脹煙絲的煙絲結(jié)構(gòu)、填充值和含水率；參照YC/T 159、YC/T 160、YC/T 162、YC/T 217 的方法重復(fù)取樣、檢測(cè)膨脹煙絲的總糖、總煙堿、總氮、總揮發(fā)堿、總鉀和總氯含量。

1.2.2 煙氣指標(biāo)及危害性指數(shù)

參照《GB/T 23228-2008 卷煙 主流煙氣總粒相物中煙草特有N-亞硝胺的測(cè)定 氣相色譜-熱能分析聯(lián)用法》的方法，重復(fù)取樣、檢測(cè)樣品煙草特有N-亞硝胺。

使用相同的卷煙材料，在同一臺(tái)卷煙機(jī)上將兩種方式加工的膨脹前煙絲卷制成重量接近的卷煙樣品（A1 和A2），將兩種方式加工的膨脹煙絲卷制成重量接近的卷煙樣品（B1 和B2）。參照YC/T156-2001、GB/T23203.1-2013、GB/T19609-2004、GB/T 5606.5-2005 的方法檢測(cè)卷煙總粒相物、煙氣水分、煙氣煙堿、焦油、一氧化碳量及抽吸口數(shù)；參照《GB/T 23228-2008 卷煙 主流煙氣總粒相物中煙草特有N-亞硝胺的測(cè)定 氣相色譜-熱能分析聯(lián)用法》、《YC/T 253-2008 卷煙 主流煙氣中氰化氫的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》、《GB/T 21130-2007 卷煙 煙氣總粒相物中苯并[α]芘的測(cè)定》、《YCT 255-2008 卷煙 主流煙氣中主要酚類化合物的測(cè)定 高效液相色譜法》、《YC/T 377-2010 卷煙 主流煙氣中氨的測(cè)定 離子色譜法》、《YC/T 254-2008 卷煙 主流煙氣中主要羰基化合物的測(cè)定高效液相色譜法》的方法，檢測(cè)卷煙煙氣中HCN、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛的釋放量；參照文獻(xiàn)[4]方法計(jì)算危害性指數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 無料液混合型膨脹煙絲生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介

改進(jìn)后的工藝流程如圖2 所示。其主要特點(diǎn)包括：（1）取消了原流程中的所有加料環(huán)節(jié)；（2）取消了白肋煙煙片處理線，烤煙、白肋煙煙片共用一條處理線；（3）參照分組加工理念，按烤煙、白肋煙模塊分先后進(jìn)行切片、松散回潮，然后經(jīng)混配、增濕、貯存等環(huán)節(jié)將烤煙、白肋煙煙片充分摻配均勻后進(jìn)行切絲、膨脹。在上述流程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了烤煙、白肋煙模塊的分組加工模式，并對(duì)煙絲膨脹工序熱風(fēng)溫度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)置。

圖2 改進(jìn)后混合型膨脹煙絲加工工藝流程Fig. 2 Improved processing route of blended type expanded tobacco shred

2.1.1 烤煙、白肋煙模塊分組加工模式

烤煙、白肋煙煙片不僅理化性質(zhì)差異大[3]，包裝規(guī)格也不同（兩種煙箱體積相同，但烤煙煙片每箱重量約200 Kg，白肋煙片每箱重量約150 Kg）。針對(duì)上述差異，主要采取以下措施實(shí)現(xiàn)了在同一處理線上對(duì)烤煙、白肋煙模塊進(jìn)行分組加工：（1）分先后對(duì)兩個(gè)模塊進(jìn)行切片和松散回潮，既解決了包裝規(guī)格不同等因素對(duì)煙片流量控制均勻性的影響，也便于兩種類型煙片松散回潮含水率的調(diào)控。（2）考慮到白肋煙與烤煙色澤差異較大，使用近紅外水分儀的同一頻道檢測(cè)含水率時(shí)誤差偏大的問題，開設(shè)白肋煙、烤煙兩個(gè)水分檢測(cè)頻道，分別用于兩種類型煙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）由于白肋煙組織疏松，易散失水分，采用先處理白肋煙煙片、后處理烤煙煙片的分組加工方式，將松散回潮后的白肋煙煙片置于混配柜底層，烤煙煙片置于混配柜上層，以減少工藝停留期間白肋煙煙片水分散失。

2.1.2 膨脹工序熱風(fēng)溫度設(shè)計(jì)

加料的目的之一是提高煙葉的耐加工性能。考慮到未加料的煙片（尤其是白肋煙）的柔韌性、持水能力均會(huì)有所降低，膨脹工序熱風(fēng)溫度過高會(huì)導(dǎo)致膨脹煙絲造碎大、含水率低[5]，并易出現(xiàn)枯焦氣，通過試驗(yàn)將熱風(fēng)溫度由310℃降至290℃，其他工藝參數(shù)不變。

2.2 加工方式對(duì)混合型膨脹煙絲質(zhì)量的影響

2.2.1 加工方式對(duì)膨脹煙絲物理質(zhì)量的影響

改進(jìn)前、后膨脹煙絲的煙絲結(jié)構(gòu)、填充值和含水率檢測(cè)結(jié)果及雙樣本T 檢驗(yàn)結(jié)果（P 值）見表1。（1）改進(jìn)前、后膨脹煙絲的結(jié)構(gòu)無顯著差異。（2）改進(jìn)后膨脹煙絲的含水率極顯著降低、變化率為10.93%，填充值極顯著升高、變化率為11.38%，但按照標(biāo)準(zhǔn)含水率（12.5%）對(duì)填充值測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正后，則改進(jìn)前后的填充值分別為8.22 cm3/g 和8.49 cm3/g，變化不顯著。綜上所述，采用無料液生產(chǎn)模式后，膨脹煙絲的煙絲結(jié)構(gòu)和填充值均無明顯變化，含水率雖然明顯降低但仍在工藝標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。加料與否對(duì)膨脹煙絲的物理質(zhì)量影響不顯著，說明不加料對(duì)煙絲物理質(zhì)量產(chǎn)生的不利影響通過工藝參數(shù)的優(yōu)化可以彌補(bǔ)。

表1 改進(jìn)前后膨脹煙絲結(jié)構(gòu)物理質(zhì)量對(duì)比表Tab. 1 Comparison of physical quality of expanded cut tobacco structure before and after improvement

2.2.2 加工方式對(duì)膨脹煙絲常規(guī)化學(xué)成分及感官質(zhì)量的影響

工藝改進(jìn)前、后膨脹煙絲常規(guī)化學(xué)成分含量的分析結(jié)果及雙樣本T 檢驗(yàn)結(jié)果（P 值）見表2。改進(jìn)后膨脹煙絲的總鉀含量、氮堿比變化不顯著；總糖含量、糖堿比、鉀氯比極顯著降低，變化率分別為6.59%、12.98%、8.60%；總煙堿、總氮、揮發(fā)堿、總氯含量均極顯著升高，變化率分別為7.43%、7.66%、8.82%、11.36%?？梢?，加料與否對(duì)膨脹煙絲的常規(guī)化學(xué)成分含量影響較大，這既與料液組份有關(guān)，也與加料前后干物質(zhì)含量的變化有關(guān)。

改進(jìn)后膨脹煙絲的鉀含量不變、氯含量升高、鉀氯比降低，這對(duì)其燃燒性有不利影響；而總糖含量降低、總煙堿、總氮、總揮發(fā)堿含量升高，糖堿比降低、氮堿比不變，這些變化有利于增加“低焦油”混合型卷煙的香氣量、提高煙氣濃度[6-8]。利用改進(jìn)后的膨脹煙絲按相同添加比例配制“中南?！蹦称贩N卷煙樣品，并與改進(jìn)前卷煙進(jìn)行對(duì)照評(píng)吸，結(jié)果表明，香氣和刺激性得分各提高了0.5 分，光澤、諧調(diào)、雜氣和余味得分不變，說明混合型膨脹煙絲加料與否至少不會(huì)對(duì)卷煙感官質(zhì)量造成不利影響。

表2 改進(jìn)前后膨脹煙絲常規(guī)化學(xué)成分對(duì)比表Tab. 2 Comparison of conventional chemical composition of expanded cut tobacco before and after improvement

2.2.3 加工方式對(duì)膨脹煙絲煙氣有害成分釋放量的影響

表3 是工藝改進(jìn)前、后膨脹前煙絲和膨脹煙絲的煙氣指標(biāo)分析結(jié)果。（1）改進(jìn)后的膨脹前煙絲（A2）的煙氣煙堿量、焦油量高于改進(jìn)前煙絲（A1），一氧化碳量低于改進(jìn)前煙絲，變化率分別為12.79%、0.84%、0.56%；改進(jìn)后膨脹煙絲（B2）的煙氣煙堿量、焦油量、一氧化碳量均低于改進(jìn)前煙絲（B1），分別降低17.95%、20.55%、15.37%。未加料的膨脹前煙絲的抽吸口數(shù)明顯增加，與其鉀氯比降低有一定關(guān)系；煙氣煙堿量相對(duì)加料的膨脹前煙絲升高較明顯，除了抽吸口數(shù)增加的原因外，與其煙堿含量升高也有關(guān)系，而焦油、一氧化碳量變化不明顯，可能是因?yàn)樘呛康慕档偷窒顺槲跀?shù)的增加所致[9]。加料膨脹煙絲的煙氣煙堿、焦油、一氧化碳量相對(duì)未加料膨脹煙絲均明顯偏高，其中焦油、一氧化碳量分別高1.34和1.17 mg/支，說明加料后由于糖等化學(xué)成分含量升高，會(huì)導(dǎo)致焦油、一氧化碳量明顯升高[10-11]。（2）改進(jìn)前膨脹煙絲（B1）的煙氣煙堿量、焦油量、一氧化碳量均明顯低于膨脹前煙絲（A1），變化率分別為54.6%、38.8%、30.5%；改進(jìn)后膨脹煙絲（B2）的煙氣煙堿量、焦油量、一氧化碳量也明顯低于膨脹前煙絲（A2），變化率分別為67.0%、51.8%、40.8%。膨脹前后煙氣指標(biāo)的變化幅度明顯大于加料與否，說明膨脹是降低各煙氣成分釋放量的主要因素。

表3 改進(jìn)前后膨脹煙絲煙氣指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Tab. 3 Test results of smoke component of expanded cut tobacco before and after improvement

以總粒相物、煙氣水分、煙氣煙堿、焦油、一氧化碳和抽吸口數(shù)六項(xiàng)指標(biāo)為變量，分別對(duì)A1-A2、B1-B2、A1-B1、A2-B2 進(jìn)行配對(duì)T 檢驗(yàn)，結(jié)果見表4。A1 與A2 間差異不顯著，B1 與B2、A1 與B1、A2與B2 間差異均顯著，平均差異的大小順序是（A2-B2）＞（A1-B1）＞（B1-B2），進(jìn)一步說明膨脹是導(dǎo)致煙氣成分釋放量降低的主要因素，由于加料導(dǎo)致糖等焦油前體物含量增加，一定程度抵消了膨脹產(chǎn)生的降焦效果。

表4 煙氣指標(biāo)的配對(duì)T 檢驗(yàn)結(jié)果Tab. 4 Paired T-test results of smoke index

表5、6 是工藝改進(jìn)前、后膨脹前煙絲和膨脹煙絲6 種有害成分釋放量及其危害性指數(shù)。①無論加料與否，相對(duì)于膨脹前煙絲（A1、A2），膨脹后煙絲（B1、B2）6 種有害成分的釋放量均出現(xiàn)了較大幅度的降低，卷煙危害性評(píng)價(jià)指數(shù)也大幅降低。以6 種有害成分釋放量為變量，分別對(duì)A1-B1、A2-B2 進(jìn)行配對(duì)T檢驗(yàn)，結(jié)果（見表7）為顯著，說明膨脹對(duì)6 種有害成分釋放量的影響具有一致性趨勢(shì)，即能顯著降低這些煙氣有害成分的釋放量。②加料與否對(duì)6 種有害成分釋放量及其危害性指數(shù)的影響程度不同，在膨脹前、后煙絲上表現(xiàn)出的規(guī)律性也不相同。對(duì)于膨脹前煙絲，與加料煙絲（A1）相比不加料煙絲（A2）的CO、HCN、巴豆醛釋放量變化不明顯，NNK、B[a]P、苯酚釋放量則明顯升高（變化率分別為24.81%、14.06%、43.41%），并導(dǎo)致卷煙危害性評(píng)價(jià)指數(shù)升高；對(duì)于膨脹后煙絲，與加料煙絲（B1）相比不加料煙絲（B2）的NNK、B[a]P、苯酚釋放量變化不明顯， CO、HCN、巴豆醛釋放量則明顯降低（變化率分別為15.37、19.57、14.83%）。以6 種有害成分釋放量為變量，分別對(duì)A1-A2、B1-B2 進(jìn)行配對(duì)T 檢驗(yàn)，結(jié)果（見表7）為不顯著，進(jìn)一步證明加料與否對(duì)6 種有害成分釋放量的影響趨勢(shì)或程度不一致，這與不同有害成分生成的前體物質(zhì)不同有關(guān)[11]。③不加料膨脹煙絲的卷煙危害性評(píng)價(jià)指數(shù)低于加料膨脹煙絲，說明不加料膨脹煙絲更利于卷煙減害。

表5 煙氣中6 種有害成分的釋放量檢測(cè)結(jié)果Tab. 5 Detection results of release amount of 6 harmful components in flue gas

表6 卷煙危害性指數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab. 6 Calculation results of cigarette hazard index

表7 煙氣指標(biāo)的配對(duì)T 檢驗(yàn)結(jié)果Tab. 7 The paired T-test results of smoke index

2.3 應(yīng)用效果

表8 是改進(jìn)前后某品種“中南?！本頍熌甓葻煔庵笜?biāo)檢測(cè)結(jié)果均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，改進(jìn)后其煙氣煙堿、焦油、一氧化碳量均有所降低且更接近卷煙煙氣指標(biāo)設(shè)計(jì)值。實(shí)際應(yīng)用效果表明，無料液添加的混合型膨脹煙絲生產(chǎn)模式在保證該品牌卷煙產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，簡(jiǎn)化了混合型膨脹煙絲加工工藝流程，使生產(chǎn)安排更加便捷，提高了生產(chǎn)效率，降低了膨脹煙絲加工成本。據(jù)實(shí)際測(cè)算，加工5000 Kg 葉組的生產(chǎn)時(shí)間縮短了6 h，減少料液成本23300 元。

表8 改進(jìn)前后中南海（1mg 出口）年度煙氣指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Tab. 8 Annual test results of smoke index of Zhongnanhai (1mg export) before and after improvement

3 討論

與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的混合型膨脹煙絲相比，改進(jìn)工藝后生產(chǎn)的無料液添加的混合型膨脹煙絲的質(zhì)量變化情況是：①煙絲結(jié)構(gòu)、填充值變化不顯著。②總糖含量顯著降低，總煙堿、總氮、總揮發(fā)堿、總氯含量顯著升高，總鉀含量變化不顯著；糖堿比、鉀氯比顯著降低，氮堿比變化不顯著。上述變化雖然對(duì)燃燒性有不利影響，但有利于增加“低焦油”混合型卷煙的香氣量、提高煙氣濃度。③煙氣煙堿、焦油、一氧化碳量顯著降低；HCN、NNK、B[a]P、苯酚、巴豆醛等釋放量以及卷煙危害評(píng)價(jià)指數(shù)均不同程度降低。總體而言，改進(jìn)工藝后生產(chǎn)的無料液添加的混合型膨脹煙絲的綜合質(zhì)量總體趨好，在不影響卷煙感官品質(zhì)的情況下降焦減害作用更加明顯。

與傳統(tǒng)工藝相比，無料液添加的混合型膨脹煙絲生產(chǎn)方式更利于簡(jiǎn)化工序、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

對(duì)于在配方中使用比例有限（白肋煙部分更加有限）、且主要發(fā)揮填充料和降焦減害作用的混合型膨脹煙絲而言，膨脹是決定煙絲質(zhì)量的關(guān)鍵因素，所加料液對(duì)其質(zhì)量的改善效果有限，按照傳統(tǒng)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，不僅增加了工藝的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本，而且所加料液增加了煙氣焦油及某些有害成分的基質(zhì)含量，反而不利于其降焦減害功能的發(fā)揮。因此，混合型膨脹煙絲宜采用無料液加工模式。