自然醇化对烟梗可用性的影响

2019-06-04程向红王宏伟楚文娟赵伟民彭玉富田海英

烟草科技 2019年5期

程向红，王宏伟，楚文娟，周浩，赵伟民，彭玉富，田海英*

1. 河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市经济技术开发区经开第三大街8 号 450016

2. 河南中烟工业有限责任公司安阳卷烟厂，河南省安阳市烟厂路1 号 455004

以烟梗为原料生产的梗丝具有较高的填充性、燃烧性，其应用对降低卷烟成本、控制焦油、降低危害性具有重要的意义[1]，部分卷烟配方中梗丝比例已达30%以上，烟梗已成为卷烟原料的重要组成部分。朱尊权[2]指出，烟叶可用性是指工业上的使用价值，能够适应卷烟加工处理，消耗少、成本低、质量好，符合有关卫生安全要求。烟梗可用性着重体现在所制得梗丝的物理特性、感官质量和安全性方面。已有研究[3-6]表明，不同产区、不同部位梗丝在颜色、光泽、填充值、感官质量、有害成分释放方面差异明显。

自然醇化与烟叶质量密切相关[7-11]，对烟叶化学成分、感官质量、有害成分释放量有较大影响。但有关自然醇化对烟梗可用性的影响研究鲜见报道。因此，以国内烤烟主产区上部、中部烟梗为原料，每一自然醇化阶段后制得梗丝，分产区、部位研究了梗丝物理特性（颜色、光泽、填充值）、感官质量、焦油释放量、CO 释放量和危害性指数（H）的变化，旨在为烟梗原料在卷烟配方中的使用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

实验用烟梗为2015 年云南（曲靖）、贵州（毕节）、四川（凉山）、福建（南平）、湖南（郴州）、河南（三门峡、许昌）打叶复烤后上部B2F（B）、中部C3F（C）烟梗。单等级梗丝烟支的选材：卷烟纸透气度70 CU、定量27 g/m3；醋纤滤棒规格24.1 mm×100 mm、3.0 Y/35 000、压降2 700 Pa、圆周24.2 mm；无孔接装纸宽度58 mm。烟支规格：84（=59+25）mm×24.4 mm。

1.2 方法

将烟梗原料在室外用帆布覆盖存放，从烟叶生产第二年度开始，每隔6 个月为一个自然醇化阶段，共5 个阶段。

梗丝由河南中烟工业有限责任公司（河南中烟）制梗丝线气流干燥法生产。由于不同梗丝样本填充值差异较大，梗丝烟支的卷接无法以质量为标准进行控制，因此以烟支硬度（63±10）%为标准进行卷制，单支空筒辅材平均质量为0.224 5 g。比较由不同自然醇化时间烟梗制得梗丝的物理特性（颜色、光泽、填充值）、感官质量、烟气中焦油释放量、CO 释放量和H 值。

色度由最浅到最深分值分别为1～10 分，梗丝颜色越白越淡，分值越低；颜色越深越黑，分值越高；以5 分（正黄、金黄）为最好。光泽分值分别为1～10 分，梗丝光泽越暗淡、油分越少，分值越低；光泽越鲜亮、油分越足，分值越高。梗丝烟支的感官评吸由15 名河南中烟具有国评资格的专业评委共同评吸，分为香气质、杂气、刺激性、余味4 个单项，每项9 分，总分共36 分，计算出总分平均值。

按照GB/T 16447—2004[12]的方法平衡水分，分别按照GB/T 19609—2004[13]、GB/T 23356—2009[14]、YC/T 255—2008[15]、GB/T 23228—2008[16]、YC/T 253—2008[17]、YC/T 377—2010[18]、GB/T 21130—2007[19]、YC/T 254—2008[20]的方法检测梗丝烟支主流烟气中焦油、CO、苯酚、NNK、氰化氢（HCN）、氨（NH3）、苯并[a]芘（B[a]P）、巴豆醛的释放量。由于每种烟支的质量差异较大，梗丝烟支是以硬度为标准进行卷制，为便于比较分析，把烟气中有害成分释放量结果折算为单位燃烧梗丝质量释放量，把H 折算为单位燃烧梗丝质量危害性指数（H′，g-1），单位燃烧梗丝质量=梗丝质量×（烟支长度-接装纸长度-3）/（烟支长度-滤嘴长度）[21]。

H 的计算依据谢剑平等[22]的方法进行。

1.3 统计分析与数据处理

实验数据采用SPSS 22 软件进行分析，采用Excel 2007 软件进行图表制作。

数据处理：以产区为对象进行分析时，求出各部位的平均值；以部位为对象进行分析时，求出各产区的平均值；以醇化时间为对象进行分析时，求出各产地、各部位的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同醇化阶段梗丝各指标分析

将各醇化阶段梗丝样本指标量化后求出平均值，分析显著性水平（表1），并比较分析每一醇化阶段梗丝样本各指标的标准差（图1）。由表1 可以看出：①自然醇化时间对梗丝填充值、感官质量、焦油释放量和CO 释放量影响显著；②随醇化时间延长，色度和光泽标准差呈直线下降趋势，这说明自然醇化能够逐步缩小各部位、各产区梗丝颜色色度和光泽的差异；③填充值标准差在醇化前期下降，24 个月时最小，然后又稍有回升，这说明自然醇化也能够缩小各部位、各产区梗丝填充值的差异，各产区、各部位梗丝填充值在24 个月时差异最小；④焦油释放量标准差先下降，又回升，再下降，这说明自然醇化对各部位、各产区梗丝焦油释放量没有明显的规律性影响，但在一定程度上也能缩小各部位、各产区梗丝焦油释放量的差异；⑤感官质量标准差在18 个月时达到最大，然后稍有回落，这说明自然醇化18 个月时，各部位、各产区梗丝感官质量差异最大；⑥CO 和危害性指数标准差没有明显的变化规律和变化量，自然醇化对二者影响不明显。

2.2 梗丝物理特性

2.2.1 色度

色度是判断梗丝颜色深浅程度的指标。梗丝颜色较深和较浅均会使梗丝与叶丝颜色差异明显，与叶丝适配性降低，给成品卷烟带来负面影响，降低成品卷烟烟支端面的外观质量。

表1 不同醇化时间梗丝可用性指标分析①Tab.1 Analysis of usability index of cut stems aged for different time

随醇化时间延长，各产区梗丝色度呈现不同的变化趋势（图2），醇化初期颜色过深产区（湖南）梗丝色度大幅下降，醇化初期颜色过淡产区（河南许昌）梗丝色度则大幅上升，醇化初期颜色较淡产区（河南三门峡）梗丝色度也呈上升趋势。不同产区梗丝色度的这种趋中、趋好变化不但能够改善梗丝颜色，而且能够缩小各产区梗丝颜色的差异。

图2 自然醇化时间对不同产区梗丝色度的影响Fig.2 Effects of aging time on color of cut stems from different planting areas

由图3 可以看出，随醇化时间延长，上部梗丝色度在醇化前期稍有加深，18 个月后趋于稳定；中部梗丝色度大体上呈上升趋势；色度变化的幅度中部＞上部。这说明，自然醇化对中部梗丝色度影响较大，对上部梗丝色度影响较小。

图3 自然醇化时间对不同部位梗丝色度的影响Fig.3 Effects of aging time on color of cut stems from different stalk positions

2.2.2 光泽

光泽是反映梗丝鲜亮程度的指标，梗丝的光泽直接影响成品卷烟烟支的光泽分值。在GB 5606—2005[23]中，光泽赋值为5 分，说明光泽对于卷烟质量的重要性。

随醇化时间延长，各产区梗丝光泽变化趋势不一致（图4），醇化初期光泽较差产区（河南三门峡、许昌）梗丝光泽逐步提高，醇化初期光泽较好产区梗丝光泽变化较小。这说明，自然醇化能明显提高低光泽产区梗丝光泽，缩小不同产区梗丝光泽的差异。

图4 自然醇化时间对不同产区梗丝光泽的影响Fig.4 Effects of aging time on luster of cut stems from different planting areas

随醇化时间延长，上部梗丝光泽变化不太明显，中部梗丝光泽逐步提高（图5）。这说明，自然醇化对中部梗丝光泽影响较大，对上部梗丝光泽影响较小。

图5 自然醇化时间对不同部位梗丝光泽的影响Fig.5 Effects of aging time on luster of cut stems from different stalk positions

2.2.3 填充值

填充值对烟支物理指标、感官质量和烟气指标均有重要影响。

由图6 可知，随醇化时间延长，各产区梗丝填充值均先下降又缓慢回升，填充值的最低点为醇化18～24 个月时。醇化初期填充值越高产区的梗丝，其填充值变化幅度越大。在醇化后期，不同产区梗丝填充值差异明显缩小。

由图7 可知，随着醇化时间的延长，上部、中部梗丝填充值均先大幅下降，然后缓慢回升，两部位梗丝填充值的最低点均为醇化24 个月时。

图6 自然醇化时间对不同产区梗丝填充值的影响Fig.6 Effects of aging time on filling value of cut stems from different planting areas

图7 自然醇化时间对不同部位梗丝填充值的影响Fig.7 Effects of aging time on filling value of cut stems from different stalk positions

2.3 梗丝感官质量

梗丝感官质量直接影响着卷烟产品的吸食质量。随醇化时间延长，河南许昌、湖南梗丝感官质量呈下降趋势，其他产区梗丝感官质量在18 个月前稍有提高，之后持续下降（图8）。上部、中部梗丝感官质量在醇化前期稍有提高，18 个月后则显著下降（图9）。

图8 自然醇化时间对不同产区梗丝感官质量的影响Fig.8 Effects of aging time on sensory quality of cut stems from different planting areas

图9 自然醇化时间对不同部位梗丝感官质量的影响Fig.9 Effects of aging time on sensory quality of cut stems from different stalk positions

2.4 梗丝烟气中有害成分释放量及危害性指数

2.4.1 焦油

梗丝中细胞壁物质质量分数较大，糖类和烟碱等烟草香味物质质量分数相对较小[24-25]；虽然与烟丝相比，梗丝燃烧后烟气中焦油的释放量较低[6]，但仍不能被忽视。

由图10 可知，随醇化时间延长，不同产区梗丝焦油释放量呈现下降趋势，在醇化前期下降幅度较大，后期趋于稳定；焦油释放量越高产区的梗丝，随醇化进度，焦油释放量下降幅度越大。这说明，自然醇化能明显降低梗丝焦油释放量，缩小不同产区间的差异。

随醇化时间延长，上部、中部梗丝焦油释放量均大幅下降，醇化前期的下降幅度大于后期（图11）。

图10 自然醇化时间对不同产区梗丝焦油释放量的影响Fig.10 Effects of aging time on tar release of cut stems from different planting areas

图11 自然醇化时间对不同部位梗丝焦油释放量的影响Fig.11 Effects of aging time on tar release of cut stems from different stalk positions

2.4.2 CO

梗丝中纤维素、半纤维素、木质素质量分数较高，这些物质的不完全燃烧会释放较高的CO，梗丝燃吸后CO 的释放量远高于叶丝[6]，因此CO 释放量是影响其在卷烟配方中使用比例的重要因素。

随醇化时间延长，不同产区梗丝CO 释放量呈现大幅持续上升趋势（图12）；上部、中部梗丝CO释放量均大幅持续上升，上升的幅度中部＞上部（图13）。

图12 自然醇化时间对不同产区梗丝CO 释放量的影响Fig.12 Effects of aging time on CO release of cut stems from different planting areas

2.4.3 危害性指数

卷烟危害性指数是综合卷烟烟气中7 种有害成分得出的综合评价数值，其值越大，卷烟危害性越大；其值越小，卷烟危害性越小[22]。梗丝作为卷烟配方的重要组成，其燃烧后烟气中7 种有害成分释放量直接影响着卷烟的危害性指数。

图13 自然醇化时间对不同部位梗丝CO 释放量的影响Fig.13 Effects of aging time on CO release of cut stems from different stalk positions

随醇化时间延长，不同产区梗丝危害性指数没有明显的变化规律，也没有明显的变化量（图14）。上部梗丝危害性指数在24 个月前有较大幅度的上升，之后趋于稳定；中部梗丝危害性指数则持续小幅上升（图15）。

图14 自然醇化时间对不同产区梗丝H′值的影响Fig.14 Effects of aging time on H′value of cut stems from different planting areas

图15 自然醇化时间对不同部位梗丝H′值的影响Fig.15 Effects of aging time on H′value of cut stems from different stalk positions

3 讨论

孙平等[26]研究了烟梗人工醇化过程中主要化学成分的变化，结果表明，人工醇化过程中烟梗pH 呈现出逐渐降低的趋势，醇化后期的变化幅度减弱；还原糖和总糖质量分数呈现不断降低的趋势；总氮和总植物碱的质量分数基本保持不变；5-羟甲基糠醛的质量分数先降低后又逐渐升高；烟梗醇化对促进Maillard 反应具有积极作用。本研究结果表明，自然醇化对梗丝颜色、光泽和焦油释放量有积极作用，对梗丝填充值、感官质量、CO 释放量也有重要影响。

为了清晰表征梗丝颜色随醇化时间的变化规律，本研究中将颜色变化以色度绝对值来表述，而没有以颜色质量分值表述。这样，分部位进行分析时，由于不同产区梗丝色度的变化方向不一，不同醇化时间梗丝色度的显著性检验没有达到显著水平，但并不代表自然醇化对色度的影响不显著。

梗丝的填充值远高于叶丝，其填充值的变化对卷烟烟支吸阻、硬度、感官质量等的影响程度也远大于叶丝[27]。梗丝填充值在自然醇化24 个月前大幅下降，之后缓慢回升，高填充值产区的梗丝变化幅度更大。因此，使用梗丝时，应避开填充值的大幅变化期，使高填充值产区的烟梗得到充分醇化。

目前，关于烟叶感官评价已有成熟的方法，但针对梗丝的感官评价方法尚未建立。梗丝中致香成分的质量分数较低、细胞壁物质（纤维素、半纤维素、果胶质、木质素）的质量分数较高，细胞壁物质热解时会产生较多的挥发性羰基化合物，这些化合物产生刺激性的呛咳，引起口腔收敛[28]。卷烟配方中使用梗丝要尽量控制杂气、刺激、余味等负面作用。实验结果表明，烟梗在醇化12 至18 个月时梗丝感官质量稍有提高，然后逐渐下降，这种变化趋势与烟叶自然醇化有相似之处[10,29]，烟叶自然醇化24 到30 个月时，感官质量明显提升，然后逐渐下降。梗丝感官质量的转折点要早于烟叶6个月左右，这可能与烟梗中糖类、烟碱、其他含氮化合物等致香物质质量分数较低、降解过快有关。烟梗的化学组成与烟叶相差较大，也有学者分析了烟梗的化学组成[24-25]，但烟梗化学成分与梗丝质量的关系还未明确，还有待深入研究。

卷烟烟气中焦油和CO 释放量是卷烟主流烟气限制性指标，随醇化时间延长，梗丝焦油释放量大幅下降，但CO 释放量却大幅上升。本研究中，在梗丝7 种有害成分释放量的检测中也发现，随醇化时间延长，变化较为明显的成分有苯酚、HCN、B[a]P，变化不明显的有巴豆醛、NH3、NNK，H 变化也不太明显。因此，在选择烟梗醇化周期时，应结合卷烟产品实际需求。