梗丝在卷烟减害降焦及提质中的应用

孙德坡 龙明海 石志发 曾池 施明 张兴涛 李航 段安凌 资文华 尧珍玉

摘要综述了烟梗的膨胀方式、制丝工艺、外观形态及微生物和酶处理工艺在卷烟提质和减害降焦中的应用效果，旨在改进加工工艺，降低卷烟有害成分释放量，提升梗丝在卷烟中的使用量，进而降低卷烟危害性。

关键词梗丝；卷烟；减害降焦；提质

中图分类号TS452文献标识码A文章编号0517-6611（2017）14-0083-04

AbstractThe effect of processing technology of cut tobacco stem in relieving harm and reducing tar，such as the expansion style of stem，cut stem processing，morphological appearance，microbial and enzymatic treatment technology were reviewed，in order to improve processing technology，reduce the harmful components of cigarette smoke and increase the added amount in tobacco leaves group，then decrease the harm in cigarette smoking.

Key wordsCut tobacco stem；Cigarette；Relieving harm reducing tar；Improving quality

近年来，在世界卫生组织（WHO）、许多国家政府和各种反烟团体的积极推动下，全球性的反吸烟运动日益高涨，烟草企业受到越来越大的社会压力。《烟草控制框架公约》公约规定各国政府要实行有效的立法或行政措施，以防止或减少烟草消费、烟碱成瘾和接触烟草烟气等，并对烟草制品成分进行限制。目前，世界上主要发达国家相继对市售卷烟的焦油、烟碱及CO量做出了具体的限量，同时，消费者自身的健康和环保意识有所增强。国际卷烟市场呈现出向更低焦油、烟碱和低有害成分卷烟发展的趋势[1-2]。

卷烟中减害降焦的技术，主要体现在以下3个方面[3]：一是通过农业措施、加入烟草薄片、添加助燃剂、膨胀烟丝、改变烟支规格、减少烟丝量、减少卷烟抽吸口数等工艺措施降低卷烟制品焦油含量；二是通过改变滤嘴辅材和参数、加入吸附剂等提高烟气过滤效率；三是使用打孔滤嘴和高透气度卷烟纸来提高烟支和滤嘴段的通风率以稀释主流烟气。梗丝具有较高的填充性和较好的燃烧性，能降低卷烟的单箱耗丝量，减少卷烟抽吸口数，产生的焦油和有害烟气成分含量较低[4-8]。

提升卷烟中梗丝的添加比例，对卷烟的减害降焦具有重要意义。但在实际应用过程中发现，梗丝添加比例过高，会带来木质气、杂气、刺激、灼热感等，影响抽吸品质。烟梗提质是改善梗丝品质、提升在卷烟中用量、降低卷烟有害成分释放量的重要途径。研究表明，通过改进梗丝生产工艺、协调烟梗各组分含量、优化梗丝理化指标等方式，对提升梗丝感官品质、降低梗丝的焦油释放量有很好的效果。笔者对近年来梗丝在减害降焦及提升品质方面的相关技术进行综述，旨在为降低卷烟烟气有害成分释放量、增加梗丝经济价值提供参考。

1梗丝在卷烟减害降焦中的应用效果

卷烟中掺配膨胀梗丝能够提高烟丝的填充性，减少单支卷烟的烟丝用量及烟支重量，加快卷烟的燃烧速度，减少抽吸口数，从而降低卷烟的焦油量及主流烟气中有害成分释放量。研究表明，利用不同工艺膨胀后的烟丝和梗丝，由于其细胞组织得到不同程度的膨胀，其密度变小，体积增大，因而单位重量烟丝与空气的接触面积大大增加，使烟支在燃吸过程中发生的氧化反应趋向完全，减少了每次抽吸时的焦油量，同时也可减少每支卷烟的抽吸口数，进而降低了卷烟的焦油量[9-12]。另外，膨胀后梗丝的填充能力也随之增大，可减少卷烟中的烟丝重量，进而降低了卷烟的焦油量（减少了可生成焦油的原始物质数量）。因而在卷烟配方中掺用膨胀梗丝后，不但可以节约烟丝，而且也可降低卷烟的焦油量。

研究表明，随着叶组中膨胀梗丝的增加，焦油、烟碱及主流烟气7 种有害成分的释放量呈降低趋势[13-16]。彭斌等[16]研究了梗丝掺配量对卷烟主流烟气7种有害成分的影响，结果发现，掺兑膨胀梗丝能够选择性降低主流烟气中的苯酚、烟碱B[a]P和氨。膨胀梗丝掺兑量每增加10%，卷烟主流烟气焦油释放量降低8.4%，烟碱释放量降低12.5%，CO释放量增加2.6%，NNK释放量降低2.7%，巴豆醛释放量增加4.4%，氢氰酸释放量降低4.2%，B[a]P释放量降低11.3%，氨释放量降低10.5%，苯酚释放量降低17.1%。同时通过增加膨胀梗丝掺兑量能够选择性降低苯酚、烟碱B[a]P和氨。

2烟梗制品对主流烟气有害成分的影响

2.1烟梗膨胀方式对主流烟气有害成分的影响

2.1.1微波膨胀梗丝。烟梗经微波膨胀后形成疏松的多空腔结构，制成的梗丝具有較高的填充力，能够促进卷烟的燃烧[17-20]。赵云川等[21-22]评价了经过2次微波膨胀的梗丝（烟梗微波膨胀和梗丝微波干燥）降焦减害效果，梗丝掺配比例在8%～33%时，与传统梗丝（气流干燥梗丝）相比，微波膨胀梗丝降低烟气中CO、HCN、B[a]P和巴豆醛释放量的效果更佳，平均降低1.0 mg/支、9.43 μg/支、0.19 ng/支和0.42 μg/支。鄒泉等[23]研究发现，与常规梗丝相比，掺配微波膨胀梗丝可以降低卷烟焦油量和CO释放量。

2.1.2蒸汽爆破梗丝。蒸汽爆破技术是对生物质原料进行处理的一种方法[24-25]，主要功能是破坏生物质的细胞壁物质，分离或降解纤维成分和木质素。在烟梗加工方面，宋光富等[26]研究发现，蒸汽爆破可以降低烟梗中总糖含量，改变部分致香成分含量。吴艳等[27]研究发现，蒸汽爆破可以降低烟梗中纤维素和半纤维素含量。施丰成等[28]研究发现，梗丝蒸汽爆破处理后，香气量有所增加，木质气、刺激性和灼热感有所降低；随梗丝添加量的增加，卷烟的总糖、还原糖、果胶、总植物碱和蛋白质含量逐渐降低，纤维素、钾和总有机酸含量逐渐增加，卷烟主流烟气的总粒相物、焦油量、烟气烟碱量逐渐降低；爆破梗丝添加量小于20%时，对卷烟的感官质量无明显影响。

2.1.3粒状膨胀梗丝。粒状梗丝膨胀（Expanded Shredded Stems，ESS）是一种新型的梗丝处理技术。该技术是在高温高压蒸汽1.2 MPa、300 ℃左右下对短梗或梗签进行膨胀加工。粒状梗丝膨胀技术使产品呈颗粒状，富有弹性。该技术生产的产品在卷烟配方中的应用，可以提升卷烟的燃烧性，降低烟支重量，弹性好，木质气降低，改善卷烟品质同时降低卷烟烟气中的焦油，提高卷烟的安全性[29-30]。ESS梗丝可有效降低卷烟烟气焦油、CO及烟碱等，掺配适量的ESS梗丝对卷烟的风格和感官质量无不良影响[31-32]。

2.2制丝工艺对主流烟气有害成分的影响制丝工艺参数对主流烟气有害成分释放量有一定的影响[33]。邱光明等[34]研究发现，微波松散工序的加工时间、松散回潮工序的筒体转速、HT烘丝工序的工作蒸汽压力和热风温度等因素对B[a]P和HCN释放量均有一定程度的影响。张涛等[35]研究发现，切丝宽度对多数主流烟气成分释放量的影响较大，其中切丝宽度在0.8 mm以下对B[a]P的降低有显著影响，在1.2 mm以下对HCN、焦油、烟碱和CO的降低有显著影响，在1.0 mm以下对苯酚、NH3和NNK的降低有显著影响，排潮风门开度对巴豆醛和NNK的影响程度也较大。

肖春菊等[36]对梗丝切丝宽度与烟支的有害成分释放量关系进行研究，结果发现，掺配梗丝的宽度为0.17 mm时，卷烟的焦油和CO最低。主流烟气中的总粒相物、焦油量和CO量随掺兑梗丝长度的缩短呈先下降后上升趋势，当长度为3.17～4.23 mm时，焦油和CO量相对较低[37]。杨东亚等[38]研究发现，烟梗回潮工艺对梗丝物理和烟气指标也有一定的影响。随着蒸汽压力、温度的升高，梗丝的整丝率降低，填充值下降，焦油及CO释放量逐渐升高。

2.3梗制品形态对主流烟气有害成分的影响卷烟中多使用传统的片状梗丝，片状梗丝的外观、形态与烟丝差异较大，易造成烟支理化指标波动性较大，一定程度上限制了梗丝掺配比例的提高。汪涛等[39]对丝状梗丝和片状梗丝在卷烟中的应用效果进行分析，结果表明，添加丝状梗丝后，烟支密度呈降低趋势，当丝状梗丝添加比例为20%时，烟支的焦油和CO均显著降低。

王慧等[40]将微波膨胀颗粒掺配到叶组中，结果表明，随着掺配比例的增加，叶组的糖碱比、糖氮比逐渐升高，焦油和CO逐渐降低，当掺配比例在6%～15%时，卷烟的感官质量和吸食风格不变，但烟梗膨胀颗粒应用于叶组中，会导致掺配均匀性下降，影响烟支的理化指标稳定性。为了提升膨梗颗粒的使用价值，尧珍玉等[41]将膨胀烟梗颗粒复合滤嘴应用于卷烟中，结果发现，卷烟焦油显著降低，对主流烟气中的苯并[a]芘具有选择性吸附作用，降低幅度达12.13%，且膨胀烟梗颗粒复合滤嘴可以提升卷烟香气浓度，降低刺激性。

3微生物及酶处理在卷烟减害降焦及提质中的作用

微生物发酵和酶降解技术，在烟草的提质和减害中具有重要作用，该方法具有污染小、可控性强等特点。杨虹琦等[42]对微生物和酶技术在烟草中的应用现状进行了详细的阐述，认为该类技术对改善卷烟香气品质、提高卷烟生产经济效益具有现实意义。烟梗中含有大量的木质素、果胶、淀粉等大分子化合物，在梗丝燃烧过程中，极可能会热解产生稠环芳烃、儿茶酚、芳香胺等致癌物质[43-44]。同时梗丝中存在这些大分子化合物，在燃烧过程中，会带来杂气、木质气、刺激性等负面气息，严重影响抽吸品质。采用微生物和酶技术处理烟梗，能充分发挥微生物和酶对大分子有机物的降解作用，更好地对梗丝进行增香提质和减害降焦。

3.1微生物发酵微生物生长过程中，能够通过直接或间接利用某些木质素、纤维素、蛋白质和微量元素等营养源，分解代谢合成不同种类的生物酶，有效促进烟叶中大分子化合物之间的分解和转化，促进致香成分的產生和积累并降低有害成分的含量，从而提高烟叶的抽吸品质[45-48]。利用微生物技术提高烟叶的香气和品质方面已有较多研究。黄静文等[49]将从烤烟叶面上分离到的短小芽孢杆菌用于烟丝发酵，处理后烟丝的化学成分比例更加协调，样品烟香提高，烟气更为醇和，刺激性和杂气均有所改善。朱大恒等[50]利用产香菌的发酵产物作为香料来提高烟叶香气，卷烟品质明显改善。

在烟梗制品的提质和减害研究中，将具有特定功能的微生物接种至梗丝中以改善梗丝品质，目前已有研究。周元清等[51]用木质素降解微生物及木质素降解酶综合处理烟梗，明显去除烟梗的木质气、刺激性，增加烟梗的填充值，木质素含量明显降低，提高了烟梗的使用价值。陈兴等[52]从醇化烤烟烟叶表面分离得到的微生物菌株 V35（Bacillus pumilus Van35）制成菌剂用于梗丝处理，在30 ℃处理 48 h后，梗丝的糖碱比、糖氮比明显增加，细胞壁物质降低，总挥发性香气物质总量升高，杂气和刺激性降低。段焰青等[53]、陈兴等[54]利用短小芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌制成的微生物菌剂对梗丝进行处理，明显提高了梗丝的香气量，减少了杂气和刺激性，使烟气浓度和劲头减少，余味舒适。

3.2酶处理酶处理技术具有较强的专一性，但对烟梗的处理条件要求较高。目前关于酶处理技术，主要有单一型活性酶和复合型活性酶处理2种方式。单一型活性酶可以针对性修饰烟梗的化学组分，生产成本相对较低，控制条件较简单。复合型活性酶主要对烟梗的组分进行全面调节，使梗丝的化学组分整体上更协调，香气更丰富，但控制条件更为复杂。2种处理方式在煙梗处理中均具有重要意义，是烟梗增香提质的重要方式。

3.2.1单一型活性酶处理。单一型活性酶主要为了降低烟梗木质气、梗杂气等，常用于降解烟梗的细胞壁物质如木质素、果胶等。漆酶对木质素的降解有较好的效果，漆酶处理后的木质素会降解产生多种小分子化合物，对改善梗丝品质有重要作用[55]。烟梗经过漆酶降解，木质素降解率可达66.52%，明显降低梗丝的木质气、杂气和刺激性，且香气和余味有一定的改善[56-57]。利用果胶酶处理烟梗，梗丝的果胶和总糖含量极显著升高，且钾离子、氯离子和总氮也都有不同程度的升高，中性致香物质总量增加显著，有利于梗丝香气质和香气量的改善[58-59]。Silberman[60]在压梗前将烟梗浸在含有催化剂的多糖水解酶中处理，然后再按常规方法压切，酶处理后的烟梗更加柔软，易于压扁、切丝，且其梗丝的填充值和感官质量有所提升。

3.2.2复合型活性酶处理。单一酶处理对烟梗品质有一定的提升值，化学组分的协调性一般。单一生物活性制劑处理烟梗及其制品的效果显著，为了进一步提高烟梗及其制品的内在品质，需要应用多种生物活性制剂。

复合酶处理烟梗，需要对复合酶的处理条件进行优化，使多种酶的降解活性达到相对较高的降解效率。张见等[61]用酶处理细胞壁物质时发现，温度对细胞壁的影响最显著，果胶容易酶解，但纤维素难以降解。林凯[62]在洗梗过程中用果胶酶（0.32 U/g）0.1%和纤维素酶（1 000 U/g）0.1%处理烟梗后，烟梗细胞壁物质降解率可达32.50%～37.18%。戴丽君等[63]研究发现，当淀粉酶、果胶酶和木聚糖酶组成复合酶的使用条件为pH 4.91、温度55 ℃时，梗制品的内在品质显著提高。

复合酶种类的差异对烟梗处理效果存在较大影响，通过筛选复合酶的添加种类，优选出对梗丝品质提升效果最佳的组合型复合酶。肖瑞云等[64]、施林燕等[65]用复合酶处理烟梗，梗丝的常规化学指标协调性得到改善，且感官抽吸品质明显提升。林翔等[66]、徐达等[67]直接将复合酶喷洒到梗丝上，处理后的梗丝化学成分更为协调，多种致香成分含量均有较大提升，掺配到卷烟叶组中，焦油量下降0.25 mg/支，且木质气息和刺激性明显减轻，香气质量、协调性均提高。

4展望

梗丝工艺参数与烟气有害成分和焦油量的相关性研究已有報道，优化加工工艺能显著降低烟气有害成分释放量。但相关研究尚缺乏系统性，不能很好地将已取得的研究成果应用于生产中。烟梗提质是改善梗丝品质、提升在卷烟中用量、降低卷烟有害成分释放量的重要途径。微生物和酶处理技术可以降解烟梗中木质素、果胶、淀粉等大分子物质，同时对烟梗中产生有害成分的前体物进行降解，并产生特征香味的物质，使梗丝具有显著的增香提质效果。由于微生物和酶处理条件的局限性，相关技术在梗丝加工企业未得到大规模应用，随着未来对微生物和酶处理烟梗技术研究的深入，梗丝的增香提质和减害降焦会取得长足进展。

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