梗叶配比对加热卷烟专用稠浆法再造烟叶品质的影响

董高峰，田永峰，唐石云，杨晨，尚善斋，司晓喜，刘春波，何沛，刘志华

云南中烟工业有限责任公司技术中心 云南省烟草化学重点实验室，云南昆明红锦路367号 650231

再造烟叶也叫重组烟叶，在保持自然烟叶有效成分的同时，具有可塑性较强、均质化及可调控水平较高的特点，因而成为目前加热卷烟的主要烟草段材料[1]。由于稠浆法再造烟叶浆料中的烟草原料颗粒、外加纤维、粘合剂及发烟剂等材料在成型时可均匀分布在再造烟叶表层和里层，因此稠浆法再造烟叶均质化程度较高、耐加工性能、导热均匀性和烟气递送均匀性较好，是其成为加热卷烟烟草段材料的主要原因之一。菲莫烟草公司的加热卷烟烟支采用的是有序排列的稠浆法再造烟叶，菲莫烟草公司在中国申请的专利CN106714590A、CN107072285A 和CN107072286A 公开了加热卷烟专用稠浆法再造烟叶烟草材料组成，其中烟梗为填充材料，其处理及掺配方法是分别把经过粗磨后的烟梗和烟叶粉末定量掺配后再进行精磨，其中烟叶原料粗磨后尺寸0.25～2.00 mm，精磨后的尺寸0.03～0.12 mm[2-4]，但以上专利未公开烟梗与烟叶的掺配比例。CN106235376A 公开了“一种适用于加热非燃烧型卷烟的再造烟叶”，该发明制备的稠浆法再造烟叶的烟草原料不含烟梗，主要为单种烟叶原料或多种烟草原料[5]。

综上可知，在加热卷烟专用稠浆法再造烟叶原料中是否需要添加烟梗以及适宜梗叶配比例为多少，需要开展梗叶配比对加热卷烟专用稠浆法再造烟叶质量的影响研究，但关于此方面的研究目前尚无公开报道。本文系统研究了在全叶及梗叶配比为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5 配比条件下，稠浆法再造烟叶主要物理指标、热失重和感官质量。以期为稠浆法再造烟叶适宜的梗叶配比提供参考，进而为加热卷烟专用稠浆法再造烟叶的开发、工艺优化提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料及样品制备

1.1.1 试验材料及稠浆法再造烟叶样品的制备

在研制的加热卷烟专用稠浆法再造烟叶实验生产平台分别对全叶及梗叶配比为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5 的稠浆法再造烟叶样品进行制备，其中外加纤维添加比例（干基，下同。）为5%、发烟剂添加比例20%（其中甘油比例为16%、丙二醇比例为4%）、粘合剂添加比例为5%。浆料制备工艺、成型干燥工艺均按照正常加工工艺进行；每个样品在制备时，稠浆的流延厚度为0.8 mm±0.1 mm、车速为(15±0.2) m/min；每个样品制备15 kg。

1.1.2 烟支的制备

选取全叶及梗叶配比为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5的稠浆法再造烟叶样品进行烟支样品的制备，按照云南中烟工业有限责任公司现有某规格加热卷烟专用稠浆法再造烟叶烟支产品技术要求，将制备的稠浆法再造烟叶压切成丝，呈束状、有序排序卷制于卷烟纸中制成烟支，烟支重量为（0.75±0.02）g；烟支圆周平均值为（22.60±0.2）mm；烟支吸阻平均值为（435±35）Pa。烟具为云南中烟工业有限责任公司生产的某规格中心加热卷烟烟具，并在 250℃～350℃ 范围内加热烟支。

1.2 试验方法

1.2.1 主要物理指标检测

样品装入密封袋中进行保存，样品检测境温度（23±1）℃、湿度50%±2%，每个样品在检测过程中的暴露时间不超过15 min；样品不进行水分平衡，按 GB /T 451.3—2002《纸和纸板厚度的测定》[6]、GB /T 451. 2—2002《纸和纸板定量的测定》[7]和GB/T 12914—2008 《纸和纸板抗张强度的测定》[8]分别对样品厚度、定量和抗张强度 3 个指标进行检测。松厚度由厚度和定量计算[9,10]得出，计算公式如下：

B = ( t × 10) /G

式中，B 为松厚度，cm3/g；t 为厚度，mm；G 为定量，g/cm2。

1.2.2 水分检测

按照云南中烟企业内部标准（Q/YNZY.J07.659—2020），在环境温度为（23±1）℃、相对湿度50%±2%条件下，对样品进行剪切，制成0.5 cm²左右的碎片，并准确称量1 g 左右处理后的样品，精确至0.1 mg，放入干燥好的三角瓶中，每个样品在检测过程中的暴露时间不超过15 min。同一样品至少制备2 个测试样品。

准确移取50 mL 萃取剂至三角瓶中，应确保萃取剂浸没样品，并立刻上盖密封，同时用封口胶缠好。在振荡器上震荡萃取3 h，转速为180 r/min。分析前应摇动萃取剂使水分均匀。使用一次性注射器移取约3 mL 萃取液，在一次性注射器上装上孔径0.45 μm的滤膜滤头，先放出部分萃取液以冲洗滤膜，然后将后续过滤的萃取液转移至色谱瓶，上盖密封，以作分析用。若试样未在当天进行测试，应在4℃以下密封保存，并于测试前自然升温至室温后再进行气相色谱分析[11]。

1.2.3 热重分析

取待检再造烟叶样品约10 mg 放入热重分析仪坩埚内，在空气氛围下，以 10℃ /min 的升温速率从30℃加热至400℃，空气流速为20 mL/min，得出热重（TG，红色）、相应的微分热重（DTG 绿色）曲线及热流（DSC 紫色）曲线，每个样品检测3 次，计算平均值。

1.2.4 感官质量评价

加热卷烟烟支感官质量评价由云南中烟工业有限责任公司技术中心具有卷烟感官质量评吸资质的9位评吸专家完成。参照文献[12]中的云南中烟企业标准“新型卷 烟感官评价方法”（Q/YNZY.J04.022—2015）进行感官评价，指标包括烟雾量（10 分）、香气香味（30 分）、劲头（10 分）、谐调性（10 分）、刺激性（15 分）、口感（25 分）6 个指标进行评价打分。按照文献[12]中的评分标准对各个样品的各单项计分，各项指标均以0.5 分为记分单位。加热卷烟感官质量记分采用百分制。

2 结果与分析

2.1 梗叶配比对稠浆法再造烟叶抗张强度、定量及松厚度的影响

由表1 可知，随着烟梗添加比例的增加，稠浆法再造烟叶的定量、纵向和横向抗张强度降低，但松厚度增加。加热卷烟专用再造烟叶需要具有一定的抗张强度和断裂伸长率，以满后续加工工序及连续生产，同时还需要组织结构疏松度适宜[1]。因此，需要对梗叶配比进行优化，在保证一定的抗张强度下，具有较好的松厚度。

表1 不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶的抗张强度、定量及松厚度Tab. 1 Results of tensile strength, basis weight and the bulk of slurry processed reconstituted tobacco with different stem-leaf ratios

2.2 梗叶配比对稠浆法再造烟的热重影响

根据图1 和表2 可知，加热卷烟专用稠浆法再造烟叶的热失重可分为3 个阶段[13-17]。具体如下：

第I 阶段温度范围大约为30～110 ℃，失去主要的成分为水分、部分发烟剂及低沸点发挥性物质，损失5.26%～7.70%的质量比例。该阶段各个样品失重比例排序：梗叶配比2:8 ＞梗叶配比3:7 ＞梗叶配比1:9 ＞梗叶配比4:6 ＞梗叶配比5:5 ＞全叶。

第II 阶段温度范围大约为110～230 ℃，失去主要成分为小分子挥发性化合物和较大分子分解产物，损失23.23%～27.78%的质量比例。该阶段各个样品失重比例排序为：全叶＞梗叶配比1:9＞梗叶配比2:8＞梗叶配比3:7＞梗叶配比4:6＞梗叶配比5:5。

图1 不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶热重曲线（TG）、相应的微分热重曲线（DTG ）及热流曲线（DSC）Fig. 1 The thermogravimetric curve (TG), the corresponding differential thermogravimetric curve (DTG) and the differential scanning calorific curve (DSC)of slurry processed reconstructed tobacco samples with different stem-leaf ratios

表2 不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶样品失重比例数据 Tab. 2 Proportion of weight loss of slurry processed reconstructed tobacco samples with different stem-leaf ratios

表3 不同梗叶配比的稠浆法再造烟叶样品失重速率数据Tab. 3 The weight loss rate data of slurry processed reconstructed tobacco samples with different stem-leaf ratios

第III 阶段温度范围大约为230～350 ℃，失去的主要成分为难挥发的较大分子量的化合物的分解产物，如纤维、果胶等的分解[13-15]，损失26.84%～29.07%的质量比例。该阶段各个样品失重比例排序为：梗叶配比5:5 ＞梗叶配比4:6 ＞梗叶配比3:7 ＞梗叶配比2:8 ＞全叶＞梗叶配比1:9。

以上结果表明，全叶制备的稠浆法再造烟叶在第I 阶段失重比例较低，但在第II、III 阶段失重比例较高，并且失重比例在这两个阶段较接近。掺配烟梗后，制备的稠浆法再造烟叶在第I 阶段的失重比例较全叶制备的稠浆法再造烟叶的失重比例明显提升；随着烟梗添加比例的提升，稠浆法再造烟叶在第II 阶段的失重比例逐渐降低，但在第III 阶段的失重比例逐渐增加。

由图1 和表3 可知，稠浆法再造烟叶在划分出的三个阶段中的最大失重速率的排序为：第II 失重阶段最大失重速率＞第III 失重阶段最大失重速率＞第I 失重阶段最大失重速率。全叶制备的稠浆法再造烟叶在第I 阶段的最大失重速率较小，但其在第II、第III 阶段的最大失重率较大。

由图1 和表4 可知，随着烟梗添加比例的提升，稠浆法再造烟叶的第I 个DSC 放热峰的峰值逐渐降低，即全叶＞梗叶配比1:9＞梗叶配比2:8＞梗叶配比3:7＞梗叶配比4:6＞梗叶配比5:5。梗叶配比2:8、梗叶配比3:7 的稠浆法再造烟叶的DSC 放热峰信号响应值较高，可能是二者在三个阶段中的总失重比例较高，尤其是小分子挥发或大分子裂解会吸收热量，导致DSC 放热峰峰值增加。以上表明，加入适量的烟梗后，可降低稠浆法再造烟叶的第1 个DSC 放热峰的峰值。

表4 稠浆法再造烟叶样品热流（DSC）数据Tab. 4 The DSC data of slurry processed reconstructed tobacco samples with different stem-leaf ratios

2.3 梗叶配比对稠浆法再造烟叶感官质量的影响

由表5可知，随着烟梗添加比例的增加，烟雾量得分逐渐增加；但在梗叶配比为3:7及以上时变化不明显。当梗叶配比在3:7及以上时香气量、劲头及协调性开始降低，主要表现为香气质粗糙感增加，木质气、枯焦气等杂气开始逐渐显露。当梗叶配比在4:6和5:5时口感中稍有回苦和残留，因此其口感得分降低。全叶及梗叶配比为1:9时，在抽吸后段，枯焦气较明显，并且烟支在抽吸成后碳化现象较明显，但当梗叶配比在3:7及以上时，烟支的碳化现象较少。综上可知，稠浆法再造烟叶中梗叶配比例为2:8时，其感官评吸总分最高，综合感官品质较好；其次为1:9和3:7；然后为全叶制备的稠浆方法再造烟叶；梗叶配比在4:6和：5:5时感官评吸总分较低，综合感官品质最差。

表5 不同梗叶配比稠浆法再造烟叶的感官质量评吸结果Tab. 5 Sensory quality evaluation results of slurry processed reconstructed tobacco samples with different stem-leaf ratios

3 结论

梗叶配比对加热卷烟专用稠浆再造烟叶的质量影响较大，通过对不同梗叶配比制备稠浆法再造烟叶的主要物理指标、感官质量和热失重进行研究，得到以下结论：

（1）随着烟梗添加比例的增加，稠浆法再造烟叶的定量、抗张强度降低，但松厚度增加。

（2）加热卷烟专用稠浆法再造烟叶的热失重可分为3 个阶段，稠浆法再造烟叶在三个阶段最大失重速率的排序为：第II 失重阶段最大失重速率＞第III失重阶段最大失重速率＞第I 失重阶段最大失重速率。

（3）加入适量的烟梗后，可降低稠浆法再造烟叶的第1 个DSC 放热峰的峰值。

（4）稠浆法再造烟叶中梗叶配比例为2:8 时，其感官评吸总分最高，综合感官品质较好；其次为1:9 和3:7；然后为全叶制备的稠浆法再造烟叶；梗叶配比在4:6 和5:5 时感官评吸总分较低，综合感官品质最差。

综上可知，在加热卷烟稠浆法再造烟叶开发时，加入一定比例的烟梗，不仅可降低成本，而且可提高松厚度，改善稠浆法再造烟叶的综合感官品质。