不同部位烟叶的叶丝烘焙特性

李金兰 王道铨 罗登炎 肖红力 常明彬

(福建中烟工业有限责任公司技术中心，福建 厦门 361021)

各卷烟工业企业针对各自的原料和产品开展了大量的干燥特性研究，滚筒薄板和气流叶丝干燥设备为其主要的研究平台[1-6]。烟叶烘焙主要用于白肋烟烟片，由于烘焙处理较之薄板干燥和气流干燥，温度高，处理时间长，因此能有效去除烟叶中的部分氨类和挥发碱等不利于烟气质量的物质，更有利于促使以美拉德反应为主的化学反应的发生，产生香味物质，改善香气质量[7-8]。而对于烤烟原料，行业上尝试使用与白肋烟相似的工艺处理流程对低次上部烟叶进行烟片烘焙处理[9-10]，工艺复杂，处理周期长。曾强等[11]对低次烟叶采用“丝加料、丝烘焙”干燥处理，流程精简。但是常规烤烟加料一般采用“片加料”的方式，若采用“丝加料”则需要重新设计工艺并对设备进行改造优化。此外，行业目前仅对上部烟叶进行烟片烘焙研究，而对不同部位烟叶的叶丝烘焙特性尚缺乏系统、全面的研究。

试验针对烤烟原料特性，拟采用“片加料、丝烘焙”加工工艺，研究辽宁产区和江西产区不同部位烟叶的叶丝烘焙特性，考察其在不同烘焙强度下的物理质量、感官质量和美拉德产物香味成分的变化规律，以期为烤烟原料加工提供一种新的干燥方法，同时为卷烟加工工艺选择和产品配方设计提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 烟叶材料

辽宁产区和江西产区烟叶，部位和等级分别为：上部B2F、中部C2F、下部X2F。烟叶样品由厦门烟草工业有限责任公司提供。

1.2 仪器与设备

滚筒式白肋烟烘焙机(THT)：500 kg/h，意大利COMAS公司与菲莫公司合作开发；

烟丝填充值测定仪：DD60型，郑州嘉德实业有限公司；

叶丝振动检测筛：YQ-2型，郑州嘉德实业有限公司；

气相色谱—质谱联用仪：GC6890/MSD5973型，安捷伦科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺设计 行业上烘焙工序主要用于处理白肋烟烟片。与烤烟等配方原料相比，由于白肋烟具有组织结构疏松、烟碱含量高、糖含量低等独特的理化特性，因此，白肋烟需采用重加里料、二次加料、烟片烘焙、叶丝干燥等特殊的处理工艺以满足用料品质要求。而烤烟原料加料比例较低，不需要二次加料，对叶丝进行烘焙处理即可满足加工强度需求。因此结合常规烤烟加工工艺及设备特点，制定出满足烤烟原料烘焙需求的“片加料、丝烘焙”加工工艺，具体如下：

烤烟烟片→松散回潮→筛分加料→贮叶→切丝→增温增湿→叶丝烘焙→贮丝

叶丝烘焙工序可通过参数的反馈调节，实现出口叶丝含水率闭环控制。生产过程出口叶丝含水率标准偏差约为0.15%，过程稳定可控。

1.3.2 试验设计 将两个产区不同部位叶丝分别在高、中、低3种烘焙强度下进行干燥，分析处理后样品叶丝结构、叶丝填充值、美拉德产物香味成分和感官评价方面的差异。烘焙工艺参数设计见表1。烘焙过程固定筒壁蒸汽压力，通过二区工艺气流量和一区工艺气流量的先后自动调节，以满足烘焙出口叶丝含水率的控制要求。

1.3.3 取样方法 每个产区不同部位烟叶分别投料。筛分加料工序中的料液使用纯净水替代。烟叶在切丝后取样10 kg，于实验室晾干至叶丝含水率为12.5%，作为叶丝烘焙处理的试验对照样。不同部位剩余烟丝均分为3份，分别进行叶丝烘焙高、中、低强度处理。各样品烘焙后分别取30 kg，用于测定叶丝结构、填充值、美拉德产物香味成分和感官评价。

1.3.4 烟丝物理质量指标测定

(1) 整丝率和碎丝率：按YC/T 178—2003执行。

(2) 填充值：按YC/T 152—2001执行。

1.3.5 美拉德反应香味成分检测 参照文献[12]。

1.3.6 感官评价 将样品烟丝置于温度(22±2) ℃、相对湿度(60±5)%的恒温恒湿箱内平衡48 h至叶丝含水率为(12.5±0.5)%。采用GB 5606.4—2005和YC/T 415—2011方法，由10位具有卷烟感官评吸资质的人员对样品香气特性、烟气特性和口感特性进行评价。评价指标具体包括香气质、香气量、透发性、杂气、劲头、浓度、细腻程度、成团性、刺激性、干燥感、干净程度和回甜，共计12项评价指标。

1.3.7 数据处理 使用Excel 2019和SPSS 25软件对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 烘焙对不同部位叶丝物理质量的影响

由图1可知，不同产地的叶丝经烘焙处理后，物理质量差异不显著。整体上，随着烘焙强度的增大，叶丝的整丝率呈下降趋势。烘焙强度增大，叶丝干燥脱水速率增快，脆性增加[13]，造碎增大，整丝率下降。而叶丝填充值则随着烘焙强度的增大而呈增大趋势。表明适当增加烘焙强度，其高温作用有利于提高叶丝卷曲度，从而提升叶丝的填充性能[14]。

表1 各加工强度主要烘焙参数设置

图1 烘焙后不同部位叶丝的物理指标

2.2 烘焙对不同部位叶丝感官质量的影响

分别以烘焙前叶丝为对照样，对烘焙后不同部位叶丝进行感官质量评价，结果见图2和图3。

由图2可知，不同产区、不同部位叶丝有不同的适宜烘焙强度。总体上，辽宁产区叶丝适宜烘焙强度略高于江西产区叶丝适宜烘焙强度，主要体现在：辽宁上部和中部叶丝适宜进行较高烘焙强度处理，辽宁下部叶丝适宜进行中等烘焙强度处理；而江西产区不同部位叶丝总体上均适宜进行中等烘焙强度处理。黄维等[15]发现不同部位烟叶在烘烤过程中致香物质含量变化的规律不同，因此对不同部位烟叶要采取不同的调制工艺。曾强等[16]对不同部位烟叶的气流干燥特性研究发现，不同部位烟叶有不同的适宜处理温度。不同部位烟叶有着不同的理化特性，干燥过程不同温度对烟叶理化反应影响不同，进而影响香气、烟气和口感等感官质量。

图2 不同部位叶丝烘焙后的总体感官质量

图3 不同部位叶丝烘焙后的感官单项得分

不同部位叶丝经过烘焙处理后，整体感官质量均明显改善，主要体现在杂气明显下降，烘焙香、焦甜香明显提升，烟气透发，口感舒适性提升。李丹等[10]对上部烟进行烘焙处理也发现，随着烟丝烘烤程度增加，焦甜香、焦香明显增强。温度是影响美拉德反应的重要因素，较高的烘焙温度更有利于促使以美拉德反应为主的化学反应的发生，产生香味物质[7]。

从感官各单项指标综合得分来看，江西产区样品得分总体上略高于辽宁产区样品得分。从烘焙强度来看，辽宁产区中高强度烘焙处理样品与江西产区中低烘焙强度处理样品的得分较高。由图3可知，上部叶丝进行中高强度处理，有利于改善上部烟气息，减少杂气和刺激性，提升烟气细腻程度。中部叶丝进行中强度处理，有利于祛除杂气，改善烟气状态。下部叶丝进行中低强度处理，有利于改善香气质、香气量和烟气状态，减少刺激性，提升烟气细腻程度和透发性。乔学义等[17-18]分别研究了滚筒干燥和气流干燥不同加工强度对90多个烤烟烟叶样品感官质量的影响，结果表明，随着加工强度的增大，香气质、香气量、杂气、浓度、细腻程度、刺激性改善的烟叶样品比例先升高后降低。卷烟企业应根据各自产品特点选择适宜的叶丝烘焙强度。

2.3 不同部位叶丝烘焙后美拉德反应香味成分对比

烘焙处理由于处理时间较长，温度较高，更有利于促使以美拉德反应为主的化学反应的发生。美拉德反应香味成分与烟叶感官质量关系密切：醛类物质中的苯甲醛和苯乙醛，产生的甜香、果香和花香对卷烟风格具有重要作用[19]。呋喃类的物质主要为3-苯基呋喃，具有浓郁的焦糖风味，能够显著增强卷烟的焦香[20]。糠醛、2-乙酰基呋喃等对香气量有显著的有利影响；2-乙酰基呋喃还对刺激性有显著有利影响[21]。醇类物质中糠醇对烤烟香气质和香气量有显著直接影响[22]。试验检测了不同部位3种烘焙强度处理后叶丝样品中美拉德反应香味成分，结果表明，不同部位原料叶丝在烘焙中所释放和保留的香味成分有所差异，不同加工强度对同一原料叶丝香味成分的影响不同。对各成分进行Person相关性分析可知，各成分间存在不同程度的相关性，为避免指标间的信息重叠，对各成分进行主成分分析[23-25]，分析结果如表2和表3所示。

由表2和表3可知，以特征值>1提取的3个主成分，其累积方差贡献率是94.106%，基本能反映检测数据的绝大部分信息。第一主成分的方差贡献率为54.547%，以5-羟甲基糠醛、麦芽酚、β-大马烯酮、2-乙酰基呋喃载荷占比为高。第二主成分的方差贡献率为27.354%，以吡喃酮、糠醛、苯乙醛载荷占比为高。第三主成分的方差贡献率为12.206%，以苯甲醇、3-苯基呋喃载荷占比为高。

将检测的22种香味成分原始数据标准化后，按顺序依次标记为X1，X2，…，X22，根据各主成分特征向量系数构建各主成分的函数表达式：

表2 各主成分的特征值和贡献率

表3 各主成分的载荷矩阵、旋转载荷矩阵和特征向量

F1=0.276X1-0.209X2+0.282X3+0.182X4+0.246X5+0.280X6+0.289X7+0.288X8-0.135X9-0.105X10-0.244X11-0.071X12+0.161X13-0.161X14-0.084X15-0.236X16-0.201X17-0.231X18-0.045X19+0.289X20-0.273X21。

(1)

同理，可得到F2、F3的函数表达式。以其主成分分别对应的方差贡献率作为权重，建立其主成分的综合得分数学模型F=0.580F1+0.291F2+0.130F3。由此计算出各香味成分的综合得分，见表4。

表4 主成分综合得分

由表4可知，辽宁下部叶丝和江西中部叶丝采用中低烘焙强度处理的样品，香气成分综合得分较高。但感官评价结果却是辽宁中部叶丝和江西中部叶丝的香气特性得分较高。试验仅对21个香味成分进行分析和评价，未能涵盖所有与感官质量相关的指标，结果可能存在偏差。卷烟产品的感官质量是由复杂物质共同作用的结果，受到烟丝燃烧状态、评价人员等各因素的影响，因此需要进一步对烟气中的香味成分进行补充研究。

3 结论

研究不同部位烟叶的叶丝烘焙特性，结果表明：较高的烘焙强度有利于提高叶丝的填充值；不同产地、不同部位叶丝有不同的适宜烘焙强度，总体上辽宁产区叶丝适宜烘焙强度略高于江西产区叶丝适宜烘焙强度；叶丝经过适宜的烘焙强度处理，地方性杂气明显下降，烘焙香、焦甜香明显提升，烟气透发，口感舒适性提升。使用主成分分析法分析不同产地、不同部位叶丝在不同烘焙强度下的美拉德反应产物香味成分，各香味成分的综合得分与感官评价表现存在一定差异。

试验仅研究了辽宁和江西产区烟叶不同部位的叶丝烘焙特性，对于其他烟叶产区的叶丝烘焙特性仍需进一步补充研究。