烟梗处理技术研究进展

闫瑛

摘要 烟梗是部分卷烟及造纸法再造烟叶的主要组成部分，其在减少卷烟产品中烟草有害成分释放量和降低卷烟成本方面发挥了重要作用，从烟梗处理技术的必要性和处理方法2个方面进行介绍，阐述物理法、化学法、生物法、物理化学法、物理生物法以及化学生物法几种烟梗处理技术的研究进展，并对烟梗处理技术进行展望。

关键词 卷烟；造纸法再造烟叶；烟梗处理

中图分类号 TS49 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）32-0020-04

Research Progress on Advanced Technology for Tobacco Stem Pretreatment

YAN Ying （Henan Cigarette Industry Tobacco Sheet Co.，Ltd.，Xuchang ，Henan 461000）

Abstract Tobacco stem is the main component of cigarette and reconstituted tobacco，which plays an important role in reducing release of harmful components in cigarette products and cigarette cost.The necessity of tobacco stem treatment technology and treatment methods were reviewed in this paper.The research progress of tobacco stem treatment technologies such as physical method，chemical method，biological method，physical-chemical method，physical-biological method，chemical-biological method were mainly discussed.Besides，the pretreatment technology of tobacco stem was foreseen.

Key words Cigarette；Reconstituted tobacco；Tobacco stem pretreatment

煙草是一种农业经济作物，全球每年产量约为500万t，我国烟草年产量已超过1.5万t，鉴于卷烟行业对烟草中烟叶的大量使用，使得烟草在加工利用过程中产生大量的如烟杆、烟梗、烟叶碎片等副产品，若这些副产品得不到有效利用，则造成资源的浪费和严重的环境污染[1-3]。因此，探索有关这些烟草副产品的利用技术具有重要意义。

烟梗是烟叶之粗硬叶脉，占叶重的25%～30%[4]。目前，烟梗已成为卷烟及造纸法再造烟叶原料的主要组成部分，并且实现工业化生产，在减少卷烟产品中烟草有害成分和降低卷烟成本方面发挥重要作用[5]。随着烟梗膨胀造粒技术[6-7]、烟梗制丝技术[8]及造纸法再造烟叶[9]等烟梗应用技术的发展，烟梗处理技术研究成为国内外科研工作者关注的热点。

1 烟梗处理技术的必要性

相比于烟叶，烟梗主要成分是细胞壁物质，包括综纤维素、木素和果胶等，其在烟梗中约占43.8%，这类物质热裂解会产出较多的低级醛类，在燃吸时产生刺激性的呛咳。另外，木素热解产生的儿茶酚和烷基儿茶酚，引起涩口且具有促癌活性；果胶分解会产生甲醇、乙酸等有害物质，对卷烟的吸食品质带来严重影响，进而影响烟梗在造纸法再造烟叶及卷烟原料中的使用价值[4，10-12]。

烟梗中的细胞壁物质（综纤维素、果胶等）是一类高分子量、难水解的多糖[13]，其纤维素和果胶含量远高于烟叶，影响烟梗吸食品质[14]。烟梗中木质素含量也较高，木质素的存在除对梗丝和造纸法再造烟叶感官评吸品质带来如木质气严重、杂气增加、吸味呛咳、刺激性明显等不利影响外[15-16]，还会导致烟梗用于造纸法再造烟叶生产时，烟梗纤维难以疏解、分散，纤维束含量较多，纤维切断、破碎严重，部分细小梗粒未经充分疏解便从齿槽中溜走，增大生产过程能耗，影响片基强度，进而影响纸机运行速度和运行稳定性[17]。烟梗提质是改善梗丝和造纸法再造烟叶品质，提升其在卷烟中用量、降低卷烟有害成分释放量的重要途径[18]。因此，根据产品风格及加工工艺需要，对烟梗原料或其浆料进行针对性处理是有必要的。

2 烟梗处理技术方法

目前，烟梗处理技术主要分为物理法、化学法、生物法和上述方法的结合应用。通过烟梗处理技术有效调控烟梗及其制品的物理、化学指标，进而使其在进一步使用过程中达到理想的处理效果，改善产品感官质量[19-20]。

2.1 物理法烟梗处理技术

利用物理法处理烟梗主要是借助水、蒸汽、微波、超声波等高温、高压、高湿环境提高烟梗的耐加工性或改变其微观结构及理化性质，改善烟梗的感官质量，增加其适用性。常见的物理法烟梗处理技术主要有烟用梗丝加工工艺中的烟梗预处理技术、梗丝再造技术及微波膨胀处理技术、蒸汽爆破处理技术和超声波处理技术等。

在卷烟厂制梗丝过程中，烟梗预处理工序可以去除烟梗表面灰尘、沉淀出烟梗中金属和非金属杂物，增加烟梗的含水率和温度，提高烟梗的柔韧性和耐加工性，从而满足压梗和切梗丝的工艺要求[21]。烟梗预处理工艺设备、工艺方法、工艺条件等均会对烟梗预处理的效果带来影响。朱高承等[22]提出一种立式双仓式螺旋浸梗机，能有效去除烟梗表面尘土、表皮腊质等，且浸梗时间可调，浸梗效果更好，浸梗后烟梗含水率稳定性大大改善，储梗时间缩短50%，烟梗回透率也大幅提升。李军等[23]针对传统浸梗机可调整的烟梗回潮时间跨度不能满足部分原料烟梗的加工要求，对过渡水槽进行结构优化，改变烟梗的强制浸泡距离，并结合浸泡机构运行速度调整，增大浸梗机内烟梗回潮时间跨度（从20～120 s 增大至5～120 s），进一步提高浸梗设备使用的灵活性和对原料的适应性。针对浸梗时原料烟梗的不一致性及细胞壁结构紧密，普通大分子团的水分难以渗透到烟梗内部的问题，滕州卷烟厂与山东丰硕环保科技有限公司利用永久强磁小分子团水处理器改进浸取工艺，结果表明，使用小分子团水浸梗，当浸梗时间90 s，浸梗水温60 ℃，贮梗时间3.5 h时，不经整梗工序，烟梗回透率达99.3%[24]。卷烟厂制梗丝时针对浸梗工序，不管是处理设备的改进，还是新型工艺技术的开发研究，在提高烟梗回透率和耐加工性方面都有显著作用，实际应用过程中可以将设备改进与新型工艺技术开发、引入相结合，在此基础上研究得到最佳的浸梗工艺条件，并应用于实际生产。

2.3 生物法烟梗处理技术

生物法烟梗处理方面的研究目前多集中于利用专一性较强的酶制剂进行烟梗细胞壁物质的降解[45-46]和利用微生物制剂改善烟梗品质方面[47]。

Silberman等[48]采用多糖水解酶处理烟梗，相比处理前，经多糖水解酶处理后的烟梗制备得到的卷烟主流烟气总粒相物（TPM）显著降低。许春平等[49]采用青霉产果胶酶降低烟梗、末中的果胶含量，通过单因素和正交试验确定酶解最佳条件，果胶降解率达到38.92%，酶解后烟梗、末的热裂解产物中乙酸含量降低，香味物质吡咯含量升高，烟草薄片吸食口感得到改善。于建军等[50]利用单因素试验和响应面法优化漆酶降解梗丝木质素的工艺条件，在该条件下，梗丝木质素实测降解率达55.05%，处理后梗丝制成的单料烟香气质改善、香气量提升，余味改善，杂气、刺激性、浓度降低。此外，微生物发酵技术用于造纸法再造烟叶生产用烟草原料（烟梗、烟末、烟叶碎片等）的处理，可以分解原料中对品质不利的成分，降低造纸法再造烟叶的木质气与刺激性，改善再造烟叶产品的吸食口感[51]。

生物酶制剂可以根据烟梗原料的固有质量缺陷有选择地对烟梗中的纤维素、木素和果胶等细胞壁物质进行降解，但在实际工业化生产中，生物酶制剂对作用环境和反应条件的要求较为苛刻，其作用效果因影响因素不同而发生变化，所以这些问题都需要进一步研究。

2.4 物理化学法、物理生物法、化学生物法烟梗复合处理技术

为提高烟梗原料的有效利用率，改善卷烟及再造烟叶产品质量，众多科研工作者将研究焦点转移到采用物理化学法[52-53]、物理生物法[54]、化学生物法[55]等复合处理技术用于烟梗处理。

Honeycutt等[56]采用有机酸、氨气、磷酸氢二铵、柠檬酸铵、碳酸钾等1种或几种添加剂的混合溶液对烟梗进行处理，并通入高压饱和蒸汽，在压力1 379～2 758 kPa、温度193～223 ℃条件下反应1～8 min，然后迅速降压，使烟梗纤维细胞壁爆破，部分对烟气质量不利的大分子链断裂，减少烟梗中影响烟气质量的不利组分，形成有利的香气物质，经感官评吸，蒸汽爆破处理后烟气质量有较好的改善，采用烟梗化学法处理技术对烟梗进行处理，可以增强后续的蒸汽处理效果，且能形成有利的香气物质。HAN等[57]采用蒸汽爆破及搓丝方法对烟梗进行处理，处理后的烟梗采用果胶酶进行水解，结果表明，经蒸汽爆破及搓丝处理后，烟梗水解产物分别为0.139和 0.127 g/g，相比未经处理的烟梗水解产物0.042 g/g要高得多，此外，通过SEM观察可知，烟梗经蒸汽爆破及搓丝处理后比表面积增大，有利于后续酶解反应的进行。姜林峰[55]用NaHCO3对烟梗进行处理后再采用漆酶酶解可有效提高酶解效率，木素脱除率由单独采用NaHCO3处理时的19.12%提高至38.36%，处理后烟梗再采用中性蛋白酶酶解烟梗中的蛋白质，蛋白质脱除率达到31.76%，感官评吸结果表明，烟梗经弱碱、酶处理后，杂气、余味、刺激性方面均有所改善，木质素气息显著降低。

烟梗复合处理技术相比单独处理技术，发生两步反应，即先采用其中一种处理技术使烟梗结构发生变化、比表面积增加，或使烟梗中部分成分发生第一步反应，打开反应通道，进而为第二步处理创造反应条件。上述3种烟梗复合处理技术中，物理化学法更便于在卷烟及造纸法再造烟叶生产过程中实现工业化应用，但物理化学法烟梗处理技术工艺条件、工艺参数选择和设定，以及不同工艺条件组合方式对过程性产物和处理后烟梗理化性能、感官品质的影响及其作用机理方面还需做进一步研究。

3 结语

近年来，中式卷烟加工工艺已日渐成熟，烟梗作为中式卷烟及再造烟叶生产的一种重要原料，其处理技术的革新和突破是烟梗得到有效利用的关键，具体需解决的问题有以下四方面：①如何围绕烟梗中感官质量负面成分（纤维素、半纤维素、木质素、果胶等）的调控，开发出成熟的创新型烟梗处理技术，解决烟梗中不利的大分子物质对产品感官质量的负面影响；

②借助烟梗处理技术，充分发挥烟梗在造纸法再造烟叶中的骨架、支撑作用，部分替代或全部替代外加纤维；

③通过烟梗原料筛选、尺寸分析、預处理及浸取、制浆工序优化等手段，深入剖析烟梗纤维对造纸法再造烟叶基片及成品的贡献度；

④开展烟梗处理技术系统性研究，挖掘现有和创新型烟梗处理技术与烟梗外观及感官品质变化之间的明确对应关系，为工业化、规模化生产应用以及生产过程工艺设备精确、稳定控制提供保障。

上述技术的研发及实现工业化生产应用，是烟梗处理技术今后需要研究的重点工作，也符合我国卷烟工业发展方向和需求，且具有重要、深远的意义。

参考文献

[1]

ZHANG K H，ZHANG K，CAO Y，et al.Cocombustion characteristics and blending optimization of tobacco stem and highsulfur bituminous coal based on thermogravimetric and mass spectrometry analyses[J].Bioresource technology，2013，131（3）：325-332.

[2] LIU H L，E J Q，DENG Y W，et al.Experimental study on pyrolysis characteritics of the tobacco stem based on microwave heating method[J].Applied thermal engineering，2016，106：473-479.

[3] MENG A H，ZHANG Y G，ZHUO J K，et al.Investigation on pyrolysis and carbonization of Eupatorium adenophorum Spreng and tobacco stem[J].Journal of the energy institute，2015，88（4）：480-489.

[4] 王凤兰，王磊，谢益民，等.铵碱法预处理烟梗纤维提高造纸法烟草薄片品质的研究[J].中国造纸，2014，33（2）：40-43.

[5] 戴路，陶豐，袁凯龙，等.造纸法再造烟叶的研究进展[J].中国造纸学报，2013，28（1）：65-69.

[6] 汤马斯·亨利·怀特.一种制备烟梗膨胀的方法及所采用的设备：200510118934.6[P].2006 -03-22.

[7] ZI W H，ZHANG X L，PENG J H，et al.Optimization of microwave drying biomass material of stem granules from waste tobacco using response surface methodology[J].Drying technology，2013，31（11）：1234-1244.

[8] 叶鸿宇，许峰，张建中，等.成丝工艺参数对梗丝结构和卷烟吸阻稳定性的影响[J].烟草科技，2013（11）：11-14.

[9] NICOLAS B，GILBERT F，LAURENT W.Process for preparing flavoured reconstituted tobacco，and flavoured reconstituted tobacco obtained by this process：EP0242271[P].1991-01-23.

[10] 徐世涛，陈云娇，侯读成，等.利用微生物降解烟梗中细胞壁物质的响应曲面优化[J].食品工业，2017，38（2）：45-49.

[11] 闫克玉.烟草化学[M].郑州：郑州大学出版社，2002：50.

[12] LENDVAY A T.Upgraded tobacco stem material and its method of preparation：US4244381[P].1981-01-13.

[13] KERITSIS G D，SUN H H，WRENN S E.Process for enzymatic treatment of tobacco materials：EP0185486 [P].1986-06-25.

[14] 程向红，王培锋，彭玉富，等.烟梗主要化学成分特征及其与巴豆醛释放量的关系[J].中国烟草科学，2018，39（1）：85-90.

[15] SCHLOTZHAUER W S，MARTIN R M，SNOOK M E，et al.Pyrolytic studies on the contribution of tobacco leaf constituents to the formation of smoke catechols[J].Journal of agricultural & food chemistry，1982，30（2）：372-374.

[16] 张素文.烟梗木质素降解工艺研究[D].广州：华南理工大学，2016：1，5.

[17] 王小飞，常岭，王相凡，等.造纸法再造烟叶原料烟梗木质素的弱碱脱除研究[J].食品工业，2013，34（9）：10-12.

[18] 孙德坡，龙明海，石志发，等.梗丝在卷烟减害降焦及提质中的应用[J].安徽农业科学，2017，45（14）：83-86.

[19] 英美烟草（投资）有限公司.减少烟草中含氮化合物和木质素的方法：CN03825007.1[P].2005-11-09.

[20] 侯轶，刘超，李友明，等.碱性离子液体提取后烟梗纤维形态及抄造性能的变化[J].华南理工大学学报（自然科学版），2016，44（6）：35-40.

[21] 徐维华，罗登山.卷烟工艺规范[M].北京：中国轻工业出版社，2016：74.

[22] 朱高承，解广雷，陈可金，等.一种立式双仓螺旋浸梗机[J].科技创新导报，2016（16）：45-46.

[23] 李军，武小松，安浩，等.一种增大浸梗机内烟梗回潮时间跨度的方法[J].中国高新区，2017（4）：68.

[24] 王学军，赵序勇，王广超.小分子团水浸梗工艺研究[J].科技创新导报，2016（4）：6-7.

[25] 上烟办.行业重点科技项目“梗丝再造工艺、装备及应用研究”通过国家局科技成果鉴定[N].东方烟草报，2016-10-17（001）.

[26] 谷超林，崔龙吉，刘文春，等.再造梗丝与普通梗丝使用性能对比研究[J].安徽农业科学，2018，46（18）：171-173，193.

[27] Roger Zygmunt de La Burde.Method of preventing the shrinkage of puffed tobacco and product obtained thereby：US3409027[P].1968-11-05.

[28] ZI W H，PENG J H，ZHANG X L，et al.Optimization of waste tobacco stem expansion by microwave radiation for biomass material using response surface methodology[J].Journal of the taiwan institute of chemical engineers，2013，44（4）：678-685.

[29] 高锐，黄志强，王松峰，等.烟梗微波膨胀条件优化及其对烟梗化学成分和物理结构的影响[J].河南农业科学，2013，42（11）：50-54.

[30] JOSEFSSON T，LENNHOLM H，GELLERSTEDT G.Changes in cellulose supramolecular structure and molecular weight distribution during steam explosion of aspen wood[J].Cellulose，2001，8（4）：289-296.

[31] 张文军，周桂园，秦瑜，等.造纸法再造烟叶原料提升品质技术研究进展[J].工业技术创新，2017，4（1）：174-176.

[32] 赵春雷，苏瑶，寇霄腾，等.预处理方法对再造烟叶中烟梗品质的影响[J].食品与机械，2017，33（5）：211-215.

[33] 宋光富，李刚，李东亮，等.蒸汽爆破对烟梗化学成分含量及显微结构的影响[J].烟草科技，2013（1）：42-45.

[34] 李力，李东亮，冯广林，等.蒸汽爆破技术在烟梗加工中的应用[J].烟草科技，2013（1）：42-45.

[35] TISCHER P C S F，SIERAKOWSKI M R，WESTFAHL H，et al.Nanostructural reorganization of bacterial cellulose by ultrasonic treatment[J].Biomacromolecules，2010，11（5）：1217-1224.

[36] XU Y J，YAN Y，YUE X P，et al.Effects of ultrasonic wave pretreatment on the fibrillation of cellulose fiber[J].Tappi journal，2014，13（4）：37-43.

[37] 任世學，方桂珍.超声波处理对碱木素官能团含量的影响[J].中国造纸，2005，24（4）：20-22.

[38] 阮昕，李彪，侯读成，等.超声波耦合酶反应去除烟梗中果胶和纤维素的工艺优化[J].贵州农业科学，2015，43（2）：145-149.

[39] 吴雨松，和智君，董高峰，等.碳化现象对微波膨胀烟梗质量影响的研究[J].食品工业，2017，38（11）：170-173.

[40] 范运涛，张碰元，马东萍，等.利用脲碱法处理烟梗提高造纸法再造烟叶的品质[J].云南大学学报（自然科学版），2010，32（S1）：168-173.

[41] MCMILLAN J D.Pretreatment of lignocellulosic biomass[M]//HIMMEL M E，BAKER J O，OVEREND R P.Enzymatic conversion of biomass for fuels production.Oxford：Oxford University Press，1998.

[42] 杨淑蕙.植物纤维化学[M].北京：中国轻工业出版社，2009：195，231.

[43] 谭海风，徐永建，金勇，等.钾盐预处理对烟梗成丝及烟气的影响[J].纸和造纸，2015，34（9）：39-43.

[44] VANETTER B T，JOHN JR B K，RICHER C W，et al.A reduced protein reconstituted tobacco and method of making same：AU2001274289[P].2004-08-05.

[45] PATYK E P，DLEJSKI J O，EJNICZAK W.Improving tobacco stems and stalks by enzymatic treatment[J].Przemysl spozywczy，1983，7（5）：224-226.

[46] 郝辉，王高杰，许春平，等.再造烟叶中果胶降解条件优化及其应用研究[J].食品与机械，2016，32（4）：201-206.

[47] MUA J P，HAYES B L，BRADLEY K J.A process for reducing nitrogen containing and lignin in tobacco：EP1545249[P].2009-07-15.

[48] SILBERMAN H C.Process for the treatment of tobacco stems：US3513857[P].1970-05-26.

[49] 许春平，刘远上，郝辉，等.生物酶法降解烟梗末中果胶的研究[J].食品与生物技术学报，2017，36（2）：194-199.

[50] 于建军，魏登辉，田斌强，等.响应面法优化漆酶降解梗丝木质素的工艺[J].烟草科技，2017（3）：57-64.

[51] 李丹，刘熙.生物技术应用于造纸法再造烟叶生产的研究进展[J].现代食品科技，2013，29（6）：1463-1466.

[52] DENIER R F，LITZINGER E F，ALFORD E D.Process for forming flavor compounds in tobacco：US4825884[P].1989-05-02.

[53] ADEDEJI J.A method for making a reconstituted tobacco sheet using steam exploded tobacco：EP1039811[P].2002-03-27.

[54] LI D L，DAI Y，FENG G L，et al.Method for improving tobacco steam quality through combing steam explosion and enzyme threatment technology：WO 2012019420 [P].2012-02-16.

[55] 姜林峰.烟梗中木质素及蛋白质的脱除[D].广州：华南理工大学，2017：42-43，55.

[56] HONEYCUTT R H，SADLE E S，LITZINGER E F，et al.Process for steam explosion of tobacco stem：EPWO1997004673[P].1997-02-13.

[57] HAN Y Y，LI J，WANG B，et al.Improved enzymatic hydrolysis of tobacco stalk by steam explosion and thread rolling pretreatments[J].Cellulose chemistry and technology，2015，49（2）：181-185.