CO2膨胀工艺对烟草梗丝品质的影响

王刘东，王培峰，胡有持，阙明耀，丁 超，杨春强，刘 珊

（1.江苏中烟工业有限责任公司徐州卷烟厂，江苏徐州 221005；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南郑州 450001）

CO2膨胀工艺对烟草梗丝品质的影响

王刘东1，王培峰1，胡有持2，阙明耀1，丁 超1，杨春强2，*刘 珊2

（1.江苏中烟工业有限责任公司徐州卷烟厂，江苏徐州 221005；2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，河南郑州 450001）

为考察CO2膨胀梗丝的使用价值，以传统高温、高湿（STS）膨胀工艺为对照，考察了CO2膨胀工艺前后对烟草梗丝理化性质的变化。结果表明：①CO2膨胀对梗丝的pH值及常规成分无显著影响；②CO2膨胀后梗丝石油醚提取物含量有所降低，但与STS膨胀的影响相当；③CO2膨胀对梗丝细胞壁物质的去除效果优于STS膨胀工艺；④CO2膨胀梗丝的保润性能与感官品质优于STS膨胀梗丝。可见，与常规STS膨胀技术相比较，CO2膨胀工艺能够在一定程度上改善烟草梗丝的品质，具有良好的应用前景。

梗丝；CO2膨胀；STS膨胀；品质

众所周知，使用膨胀烟草梗丝是降低卷烟焦油量的方法之一，目前烟草梗丝膨胀技术主要有高温高湿法（STS）、微波膨胀法和ESS法。上述3种方法的膨胀介质均为水，梗丝首先经水、汽浸润溶胀，脱水时细胞内亲水物质分子重新排列成复杂的网状结构，使得组织结构蓬松胀大[1]。CO2膨胀技术以CO2为膨胀介质，目前主要应用于烟草叶丝的膨胀，但由于其耐加工能力较差，膨胀后抗破碎能力较弱，因此CO2膨胀叶丝技术的应用受到一定程度的限制。而烟草梗丝的耐加工性能较强，具有利用CO2膨胀技术的天然优势。目前，CO2膨胀烟草梗丝技术的相关研究鲜有公开，仅江苏中烟工业有限责任公司研究了CO2膨胀工艺处理梗丝的工艺路径和工艺参数，发现经CO2膨胀后的梗丝具有良好的填充性能，并且对烟草梗丝的耐加工性能影响较小[2]。为了进一步考察CO2膨胀梗丝的应用前景，以STS膨胀工艺为参照，对采用CO2膨胀技术前后烟草梗丝的理化性质进行测试，旨在为提高膨胀烟草梗丝的使用价值提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 主要材料和仪器

CO2膨胀前烟草梗丝、CO2膨胀后烟草梗丝、STS膨胀前烟草梗丝、STS膨胀后烟草梗丝，江苏中烟徐州卷烟厂提供。

烟草含水率检测手套箱，郑州烟草研究院提供；CP2245型电子天平（感量0.000 1 g），德国Sartorius公司产品；101-0型鼓风干燥箱，上海圣欣科学仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 烟草梗丝化学指标的测定

将膨胀前后的烟草梗丝样品于40℃干燥2 h，粉碎后过40目筛，置于封闭容器中备用。pH值的测定采用YC/T 222—2007；总糖和还原糖的测定采用 YC/T 159—2002；总植物碱的测定采用 YC/T 160—2002；氯的测定采用YC/T 162—2011；钾的测定采用YC/T 173—2003；石油醚提取物的测定采用YC/T 176—2003；果胶的测定采用YC/T 346—2010；木质素的测定采用YC/T 347—2010；纤维素、半纤维素的测定参考文献[3]。

1.2.2 烟草梗丝物理保润性能的测试与评价[4]

将膨胀前后的烟草梗丝样品置于相对湿度60%± 2%，温度22±1℃的硫酸干燥器中平衡3 d，利用烟草含水率测试手套箱（箱体内温度22±1℃，湿度30%±1%）测试样品含水率随时间的变化，进而计算失水过程中水分比（表示一定干燥条件下物料持留的水分，可以反映物料失水的快慢）随时间变化的曲线，使用Weibull模型对数据进行拟合，得到Weibull模型的各参数值，利用模型参数评价样品的保润性能。

1.2.3 烟草梗丝的感官评价

采用相同的辅材将不同工艺的膨胀烟草梗丝卷制成卷烟，由9名省级以上评委组成评吸小组，按照GB 5606.4—2005的方法进行感官评价。

2 结果与讨论

2.1 CO2膨胀对烟草梗丝pH值的影响

烟草pH值即其水浸液的pH值，反映了其中酸性物质和碱性物质的相对含量，从而对其感官品质有较大的影响。

膨胀前后烟草梗丝pH值见表1。

表1 膨胀前后烟草梗丝pH值

由表1可知，膨胀前后烟草梗丝水浸液的pH值与STS膨胀相比较，CO2膨胀对烟草梗丝pH值也无明显影响，这是因为烟草梗丝本身就是一个化学组成复杂的缓冲体系，在膨胀过程中部分化学成分的变化不会引起体系pH值的明显变化。

2.2 CO2膨胀对烟草梗丝石油醚提取物的影响

烟草石油醚提取物是用石油醚作为溶剂，对烟草样品进行抽提得到的混合物，主要包括挥发油、油脂、蜡质、脂肪酸、类酯物、萜类、色素等，其含量与烟草的香气量有关，常作为衡量烟草品质和香气的重要指标[5]。

烟草梗丝石油醚提取物含量见表2。

由表2可知，经过CO2膨胀处理，烟草梗丝石油醚提取物含量有所降低，但是与STS膨胀相比差别不明显。石油醚提取物减少的主要原因有2个：一是梗丝在浸渍的过程中部分化学成分被溶剂溶解后带走，二是烟草梗丝部分化学成分在高温下发生热解和挥发。

表2 烟草梗丝石油醚提取物含量 /mg·g-1

2.3 CO2膨胀对烟草梗丝常规化学成分的影响

膨胀前后烟草梗丝常规化学成分含量见表3。

表3 膨胀前后烟草梗丝常规化学成分含量 /mg·g-1

由表3可知，不同膨胀工艺前后烟草梗丝中常规化学成分的含量及其变化，可见经过STS与CO2膨胀后，烟草梗丝的各常规成分含量总体上无显著变化。对于还原糖，STS膨胀前后烟草梗丝的含量基本不变，而CO2膨胀前后烟草梗丝的含量略有下降，这可能是由于CO2膨胀工艺的处理温度较高，造成更多还原糖的裂解损失。

2.4 CO2膨胀对烟草梗丝细胞壁物质的影响

烟梗的主要成分是细胞壁物质，占40%以上，包括纤维素、半纤维素、果胶和木质素等，这类物质热裂解会产生较多的低级醛类、儿茶酚、烷基儿茶酚和甲醇等，严重影响卷烟的吸食品质，限制了烟梗在卷烟中的添加比例。

烟草梗丝膨胀前后细胞壁物质的含量及变化见表4。

表4 烟草梗丝膨胀前后细胞壁物质的含量及变化 /mg·g-1

由表4可知，经过膨胀后，烟草梗丝中纤维素、半纤维素、果胶及木质素的含量均有不同程度下降。总体上看，CO2膨胀对烟草梗丝细胞壁物质的去除效果优于STS膨胀。CO2膨胀对纤维素、半纤维素和木质素的去除效果与STS膨胀差别不明显，而对果胶的去除率显著高于STS膨胀。这可能是由于果胶含有极性区和非极性区，与极性较强的纤维素、半纤维素、木质素相比，更容易被非极性的CO2萃取，从而被去除。

2.5 CO2膨胀对烟草梗丝保润性能的影响

膨胀前后烟草梗丝Weibull模型拟合结果见表5。

表5 膨胀前后烟草梗丝Weibull模型拟合结果

尺度参数α值表示水分比随时间衰减的快慢，α值越大说明样品水分比衰减得越慢、所需的时间越长。β值与样品在失水过程开始阶段的失水速率有关，其值越小表示开始阶段的失水速率越大。试验使用α值评价样品的物理保润性能。从结果可以看出，膨胀后烟草梗丝的Weibull模型尺度参数α值均降低，说明烟草梗丝经过膨胀后其物理保润性能均下降。但比较2种膨胀方式对烟草梗丝物理保润性能的影响可以发现，CO2膨胀工艺对烟草梗丝物理保润性能的影响较小，烟草梗丝经STS膨胀后物理保润性能降低比较明显。烟草的水溶性糖与石油醚提取物含量等都会影响其保润性能，而2种膨胀方式对梗丝水溶性糖与石油醚提取物的影响并无显著差别，因此CO2膨胀烟草梗丝具有较好的保润性能，可能与其膨胀后的组织结构或其他因素有关。

2.6 不同工艺下膨胀烟草梗丝的感官作用评价

不同工艺下膨胀烟草梗丝感官评价结果见表6。

由表6可知，CO2膨胀烟草梗丝的各感官指标得分均不同程度高于STS膨胀所得烟草梗丝，其中在杂气、刺激、余味方面明显优于STS膨胀工艺，这可能是由于CO2膨胀工艺对烟草梗丝中细胞壁物质的去除效果更好，减少了果胶、木质素等物质燃烧带来的刺激和口腔的不适感。

表6 不同工艺下膨胀烟草梗丝感官评价结果 /分

3 结论

CO2膨胀与STS膨胀前后烟草梗丝理化性质的分析结果表明：①CO2膨胀对烟草梗丝的pH值及常规成分无显著影响；②CO2膨胀后烟草梗丝石油醚提取物含量有所降低，与STS膨胀的影响相当；③CO2膨胀对梗丝细胞壁物质的去除效果优于STS膨胀；④CO2膨胀的保润性能与感官品质优于STS膨胀。可见，与常规STS膨胀技术相比较，CO2膨胀技术能够在一定程度上改善烟草梗丝的品质，具有良好的应用前景。

[1]吴文强，朱列书，易克，等.梗丝在线膨胀技术与设备研究进展 [J].农产品加工（学刊），2011（11）：105-108.

[2]丁超，王培锋，李彬，等.梗丝的干冰CO2膨胀方法[J].农产品加工（学刊），2012（10）：74-78.

[3]张槐苓，葛翠英，穆怀静，等.烟草分析与检验 [M].郑州：河南科学技术出版社，1994：37-69.

[4]马骥，崔凯，陈芝飞，等.滤嘴对卷烟物理保润性能的影响 [J].烟草科技，2016，49（3）：68-76.

[5]闫克玉.烟草化学 [M].郑州：郑州大学出版社，2002：101-123.

Effect of CO2Expansion on Characteristics of Stem Shreds

WANG Liudong1，WANG Peifeng1，HU Youchi2，QUE Mingyao1，DING Chao1，YANG Chunqiang2，*LIU Shan2（1.Xuzhou Cigarette Factory，Jiangsu Tobacco Industrial Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221005，China；2.Zhengzhou Tobacco Research Institute，CNTC，Zhengzhou，He'nan 450001，China）

In order to investigate the use value of stem shreds by CO2expansion，their physicochemical characteristics are analyzed compared to stem shreds by STS expansion.Results show that：①CO2expansion has no significant effect on pH and routine components contents of stem shreds；②ether extract content of stem shreds by CO2expansion decreased and the fall range is commensurate with that of STS expansion；③CO2expansion remove cell walls of stem shreds more efficiently than STS expansion；④CO2expansion improve moisture retention and sensory quantity of stem shreds compared with STS expansion.Overall，CO2expansion can improve stem shreds qualities to some extent and has a bright prospect for production.Key words：stem shreds；CO2expansion；STS expansion；characteristics

S572

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.11.040

1671-9646（2016）11b-0042-03

2016-09-30

中国烟草总公司科技重点项目“CO2膨胀梗丝技术研究与应用”（110201302011）。

王刘东（1982—），男，硕士，工程师，研究方向为卷烟工艺和质量控制。

*通讯作者：刘 珊（1977—），女，硕士，工程师，研究方向为烟用香精香料。