卷烟及烟草薄片原料、半成品、成品的成分对比研究

2014-05-17林建胜周仕禄孟剑君

食品工业科技 2014年1期

林建胜，周仕禄，岳勇，郑轩，孟剑君

(山东中烟工业有限责任公司技术中心，山东济南250100)

我国烟草行业在经济体系中占有重要份量并有大量消费需求，但是吸烟对人体健康有害，且生产过程会产生烟梗、烟末等许多固体废弃物(相当于烟草投料总量的 25%［1］)污染环境［2］。因而限制烟草及其制品的生产和销售的呼声渐强［3］。加入WTO后，烟草行业更面临严峻考验［4］。因此烟草行业要想持续发展，必须最大限度的降低烟草的有害成分，减少污染。烟草薄片有效利用了卷烟生产工业过程中产生的废弃物，并在一定程度降低了尼古丁和焦油含量，减少和改善烟草不良成分，是减少烟草行业污染的有效技术手段之一［5－6］。烟草薄片以烟末、烟梗等烟草废弃物质为原料重新组合而成，在烟气特征、吃味和香气方面与传统调制的卷烟有偏差，所以薄片性能及使用效果都有待改进。目前烟草薄片工艺改进以加香、加料处理掩盖木质气、刺激气体和余味居多［7－11］。这种改进常是以经验为出发点，以效果判定好坏，目的性较差，效果有限。吸烟者感知的烟气成分取决于薄片或卷烟产品的化学成分和物理结构，其中化学成分具有决定性作用。如果对烟草薄片的各种原料主要化学成分有所了解，对比卷烟产品，可明确修饰和改进的目的。然而关于这方面的数据并不详备，工业生产也未对此加以关注，这可能是导致我国烟草薄片质量较低的主要原因之一。本论文拟对烟末、烟梗等常见烟草薄片制作材料、薄片半成品及薄片和烟草的一些常规化学成分进行检测和对比研究，这对提高我国烟草薄片生产技术具有一定前瞻性意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

烟草、烟草薄片原料、烟草薄片半成品、烟草薄片成品均取自于山东中烟工业有限责任公司技术中心。

葡萄糖、酒石酸钾钠、氢氧化钠、3，5－二硝基水杨酸、苯酚、亚硫酸钠、无水乙醇、乙酸、硫酸钾、氧化汞、硼酸、浓硫酸、浓盐酸以及甲基红、溴甲酚绿、甲基橙等均为市售分析纯。分析所用蒸馏水采用实验室蒸馏水仪器自行制得。

SZ－93自动双重纯水蒸馏器深圳鼎鑫宜实验设备有限公司;UV－2600A紫外－可见分光光度计尤尼柯(上海)仪器有限公司;微量凯氏定氮仪泉州市达化玻仪器设备公司。

1.2 实验方法

1.2.1 还原糖测定

1.2.1.1 糖分的提取将样品烘干至恒重，磨碎取0.1g，加入10mL 80%乙醇溶液，浸泡过夜。次日加入蒸馏水10mL，80℃水浴0.5h，过滤，收集滤液，并用蒸馏水反复冲洗滤渣，一同收集，定容至100mL，即为糖分提取液［12］。

1.2.1.2 还原糖的测定用移液管量取还原糖待测液2mL，加入DNS显色剂2mL，采用DNS法进行定量检测［12］。

1.2.2 水溶性总糖测定

1.2.2.1 糖分的提取将样品烘干至恒重，磨碎取0.1g，加入10mL 80%乙醇溶液，浸泡过夜。次日加入蒸馏水10mL，80℃水浴0.5h，过滤，收集滤液，并用蒸馏水反复冲洗滤渣，一同收集，定容至100mL，即为糖分提取液。

1.2.2.2 总糖待测液的制备吸取上述糖分提取液50mL，加入1∶3(V/V)的盐酸溶液14mL，置于沸水浴中密封酸化0.5h，加1～2滴甲基红指示剂，用40%NaOH调至pH7.0～7.5，使其中非还原糖转化为还原糖，定容至100mL。即为总糖待测液。

1.2.2.3 水溶性总糖的测定同1.2.1.2。

1.2.3 淀粉含量测定

1.2.3.1 水溶性糖的去除将样品烘干至恒重，磨碎取0.1g，加入10mL 80%乙醇溶液，浸泡过夜。次日加入蒸馏水10mL，80℃水浴0.5h，过滤，并用蒸馏水反复冲洗滤渣至滤液无色。

1.2.3.2 淀粉待测液的制取取全部滤渣混悬于50mL蒸馏水中，加入5∶4(V/V)的盐酸溶液7mL，回流加热酸化2.5h，冷却后加1～2滴甲基红指示剂，用40%NaOH调至pH7.0～7.5，使滤渣中淀粉转化为还原糖，定容至100mL。即为淀粉待测液。1.2.3.3 淀粉含量的测定同1.2.1.2。

1.2.4 蛋白质含量测定采用凯氏定氮法进行测定［13－14］。

1.2.5 薄片成分理论值预测公式根据薄片制作过程中的原料比例(烟梗和烟末比例6∶4，木浆纤维5%)，各成分的预测公式如下:

薄片中含量(%)=［(烟梗中含量×0.6+烟末中含量×0.4)×0.95+木纤维中含量×0.05］×100

2 结果与讨论

2.1 卷烟、薄片原料及薄片半成品、成品中的还原糖含量对比分析

烟草中糖类是一种重要的香味物质，有些糖类成分还有一定的保润作用，其含量的多少值得关注。在目前造纸法薄片生产过程中，薄片制作原料，绝大部分是烟梗和烟末，二者的比例通常为6∶4。为增加薄片韧度，在生产中常会加入不超过5%的木浆纤维。生产过程通常是先充分提取烟梗、烟末中的可溶性物质，然后将不溶的纤维与木纤维一起制成片基，最后将溶有可溶性物质的提取液刷涂回来，烘干即可。

实验分别测定了两种卷烟样品、烟草薄片的三种主要原料(烟末、烟梗、木纤维)以及烟草薄片成品、造纸法薄片生产半成品(片基、以及刷汁后未烤薄片)的还原糖含量，共计8种样品，每种样品采样5次，测量结果RSD在10%以内，求取结果平均值如表1所示。

表1 不同样品还原糖含量Table 1 Contents of reducing sugar in different samples

由表1可以看出，两种卷烟样品中糖含量较为接近，在25%～27%范围之内。所选的两种卷烟样品均为较优质的卷烟产品，其还原糖含量较有代表性。

本研究对这三种主要成分的还原糖含量测定结果表明:作为薄片的绝对主要成分，其含糖量分别在28.8%和18.1%，依据上述制作过程，忽略损失率，可以求得薄片的预计理论数值为23.29%。木浆纤维几乎不含糖分，但因其用量微小，对成品中还原糖含量影响并不明显。如果能保证这些还原糖分完整转化，薄片中与优质卷烟样品成品中还原糖的含量将相差很小。

从对薄片成品和半成品的测试结果可以看出，未涂布提取浆液的薄片片基含糖量完全测不出来，而涂布后的未烤薄片还原糖含量上升至12.5%，比理论数值低十多个百分点。这说明生产过程中，还原糖的浸取基本完全，然而转移过程损失过大，可以考虑在提取浆液中额外加还原糖。刷后未烤的薄片还原糖含量较涂布后烤干的薄片成品稍高一些，这表明烤片过程中可能还会有2.5%左右的还原糖损失。这种损失可能和美拉德反应有关。

2.2 卷烟、薄片原料及薄片半成品、成品中的水溶性总糖含量对比分析

实验对上述8种样品中水溶性总糖含量进一步进行分析，结果如表2所示。

由表2可以看出，优质卷烟产品水溶性总糖含量在26%～28%之间。依据上述制作过程，忽略损失率，可以求得薄片中水溶性总糖的预计理论数值为25.04%，薄片主要原料及半成品测量数据显示水溶性总糖作为提取物质转移过程的损失率同样很高，损失幅度与还原糖基本接近。烤片过程的水溶性总糖损失为2.6%，幅度与烤片过程中还原糖损失较为接近，可认为在烤片过程中损失的主要是还原糖。

表2 不同样品水溶性总糖含量Table 2 Contents of total soluble sugar in different samples

2.3 卷烟、薄片原料及薄片半成品、成品中的淀粉含量对比分析

淀粉属于大分子多糖物质，在卷烟制品吸燃时会产生醛、酚、多环芳烃等有毒有害物质。此外，以淀粉形态存在的糖类物质在卷烟燃烧时，对烟气质量还会产生不良影响，如影响燃烧速度和燃烧完全性、产生糊焦气味等，使烟草香味变坏，因此卷烟制品中淀粉含量需控制在较低水平。在烟草制作过程中淀粉会有一部分可以转化为可溶性糖。实验同样测定了上述8种实验样品中的淀粉含量，结果如表3所示。

表3 不同样品淀粉的含量Table 3 Contents of starch in different samples

由表3可以看出，两种优质卷烟中淀粉含量差异较大，分别为13.2%和17.0%。因为卷烟原料绝大多数为经特定加工程序而得的烟叶成分，其中的淀粉含量很大程度上取决于烟草原料本身淀粉的含量。在后期加工中，变化很小。不同的卷烟烟草原料并不一样，因此导致卷烟中淀粉含量差异。

薄片原料烟末、烟梗与木浆纤维中均含有一定数量的淀粉，其中烟末烟梗的淀粉含量结果与卷烟制品含量接近。依据上述制作过程，忽略损失率，可以求得薄片中淀粉的预计理论数值为13.64%。从薄片成品及半成品测量结果来看，它们的淀粉含量较前文所测的优质烤烟样品都是略低的。这估计也是薄片具有降焦减害作用的内部原因之一。结果还表明，片基中具有较高的淀粉含量，这说明作为一种大分子多糖物质，淀粉在原料浸取时有相当一部分并未溶入涂布液，而是保留在成纸的浆料之中。从最终结果来看，淀粉的损失率远小于还原糖和水溶性糖。

2.4 卷烟、薄片原料及薄片半成品、成品中的蛋白质含量对比分析

蛋白质属于烟草制品另一种大分子物质。大量研究表明，烟叶中的蛋白质对卷烟的品质几乎没有什么贡献。相反，它燃烧时具有烧焦羽毛的气息，是卷烟中很多对人体有害成分的前体，在卷烟中不受欢迎。因而同样希望尽量限制其在卷烟制品中的含量。实验对8种样品中的蛋白质含量也进行了定量检测，结果如表4所示。

表4 不同样品蛋白质含量Table 4 Contents of protein in different samples

由表4可以看出，优质卷烟产品中的蛋白质含量一般可以控制在7.5%以下。从原料上看，主要成分烟末中蛋白质含量偏高，而烟梗中偏低，木浆中最低。故在工艺生产过程中，可以重点考虑降解烟末中的蛋白质含量。

薄片片基、未烤薄片及烤后薄片样品中蛋白质含量基本相同，这说明原料中的蛋白质在提取过程中几乎不溶于提取液。依据上述制作过程，忽略损失率，可以求得薄片中蛋白质的预计理论数值为7.07%，实测数值较理论值低，说明在薄片制作过程中淀粉有部分损失，较卷烟制品中蛋白质含量更低，这可能也是薄片具有降焦减害作用的另一内在原因。制作过程对其损失情况影响与淀粉成分相似。

2.5 不同成分在薄片制作过程中损失率比较

在上述实验中可以发现，不同成分在加工过程中损失情况差别较大。此处采用2.1节的理论计算方法，忽略损失率，对各成分的预计理论含量进行了计算，并将结果与实际值对比，结果见表5。

从表5看出，可溶性组份的损失程度远大于不溶性组份。有些可溶性呈香成分在薄片原料中的含量并不低，浸取、转移的过程损失最终成为薄片风味寡淡的主要原因。由于烟草制品中的呈香物质多为水溶性物质，因此笔者建议，相关技术人员应对造成可溶性组份大量流失的主要原因深入调查和研究，并针对过程中损失的组份加以补充以调制烟草的风味。