造紙法再造煙葉的研究進展

戴 路 陶 豐 袁凱龍 沈 凱 夏 倩 周 強 周國俊，* 儲國海

(1.浙江中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，浙江杭州，310024;2.杭州利群環(huán)保紙業(yè)有限公司，浙江杭州，310018)

再造煙葉是指利用煙末、煙梗、碎煙片等在卷煙過程中產(chǎn)生的廢棄煙草物質(zhì)為原料制成片狀或絲狀的再生產(chǎn)品，用作卷煙填充料。再造煙葉起源于20世紀50年代，發(fā)展經(jīng)歷了輥壓法-稠漿法-造紙法3個階段。20世紀70年代末，國外煙草商開始系統(tǒng)研究造紙法薄片工藝技術(shù)，并在20世紀80年代進行了大范圍的推廣應(yīng)用。我國在20世紀90年代末才開始對造紙法再造煙葉進行系統(tǒng)研究，至今已有10多年。主要分為2個階段:第一階段是研究起步階段(1998—2004年)，這個階段的主要標志是國內(nèi)成功開發(fā)了3000 t/a中試生產(chǎn)線，實現(xiàn)了國產(chǎn)再造煙葉從無到有的轉(zhuǎn)變;第二階段是快速發(fā)展階段(2005—2010年)，這個階段的主要標志是國內(nèi)成功開發(fā)了1萬t/a的生產(chǎn)線，實現(xiàn)了國產(chǎn)再造煙葉產(chǎn)量擴增和從有到好的轉(zhuǎn)變。同時，卷煙企業(yè)對造紙法再造煙葉應(yīng)用水平進一步提升，應(yīng)用范圍不斷拓寬，逐步從低檔四、五類卷煙應(yīng)用到高檔一、二類卷煙，再造煙葉配比逐步加大，特別是2009年以來，煙草行業(yè)提出要加快培育以“高香氣、高品質(zhì)、低焦油、低危害”為主導的品牌體系，到2015年要實現(xiàn)“卷煙盒標焦油不高于10 mg/支，卷煙危害性指數(shù)不高于9.0”的目標，這進一步推動了造紙法再造煙葉的應(yīng)用［1］。

在卷煙中添加適量的再造煙葉，一方面可以最大限度地節(jié)省煙葉原料，有效降低卷煙成本;另一方面可以在一定程度上使卷煙的物理性能和化學成分按人們的意愿或要求得到調(diào)整和改善，從而有助于卷煙內(nèi)在品質(zhì)的提高，是減少煙草有害成分的一項重要技術(shù)措施。本文簡要介紹了造紙法再造煙葉的加工工藝和近年來的研究成果，進而展望造紙法再造煙葉的應(yīng)用研究與開發(fā)前景。

1 造紙法再造煙葉生產(chǎn)工藝

造紙法再造煙葉生產(chǎn)工藝主要有2種:一步法和兩步法。目前，各生產(chǎn)企業(yè)采用的工藝略有不同，基本上是將典型的兩步法進行適當改進，煙梗、煙末均用水萃取，萃取后的煙末、煙梗經(jīng)混合打漿處理后，將漿料送到抄紙機上抄造成形，2種萃取液經(jīng)過濃縮等方式處理后，經(jīng)混合再涂布到薄片片基上。其主要工序包括:原料預處理、萃取、濃縮、制漿、抄造、涂布、后處理等。

1.1 打漿前預處理工藝

打漿工藝是決定造紙法再造煙葉物理性能的根本，打漿度和纖維分絲帚化程度是體現(xiàn)打漿工藝的重要參數(shù)。在打漿前對煙草原料進行預處理，可以充分提高原料的利用率。董和濱［2］研究了搓絲工藝條件及其對片基的影響，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)搓絲處理得到漿料制得的片基的抗張指數(shù)和填充性能明顯好于未搓絲處理原料。李文昱等［3］證實，與常規(guī)萃取相比，疏解萃取的萃取率可提高5%左右。為解決萃取率低的問題，唐杰斌等［4］在原生產(chǎn)工藝中加入一段搓絲處理，結(jié)果表明，萃取率提高15%左右，節(jié)省了打漿時間和30%以上的能耗。

1.2 萃取工藝

在造紙法再造煙葉的生產(chǎn)過程中，萃取工序是整個生產(chǎn)過程的第一道工序，因此原料的萃取分離是確保產(chǎn)品產(chǎn)率、品質(zhì)和成本的一個重要工藝步驟。孫霞等［5］在萃取時加入表面活性劑聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯，結(jié)果表明，在表面活性劑添加量為0.1%時，煙梗和煙末的萃取率分別為49.7%和54.8%。劉志昌等［6］采用尿包萃取來提高造紙法煙草薄片生產(chǎn)中煙梗、煙末的萃取率。楊彥明等［7］采用一次萃取方式，萃取液重復萃取新原料，能有效降低用水量和能量消耗。凌秀菊等［8］用80℃熱水對萃取條件進行了正交優(yōu)化實臉，效果較為理想。

1.3 濃縮工藝

濃縮工序既是造紙法再造煙葉區(qū)別于造紙的特有工藝，也是造紙法再造煙葉內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵制約工序，濃縮的質(zhì)量是該工序的技術(shù)關(guān)鍵。吳亦集等［9-10］探討的方法是在濃縮液中加入還原糖和氨基酸進行美拉德反應(yīng)制成涂布液，然后涂布到纖維薄片基片上。該方法能夠獲得不同香氣類型的薄片，使薄片對不同卷煙風格具有良好的適配性和協(xié)調(diào)性，能夠有效降低焦油釋放量和主流煙氣中總粒相物的含量。閆亞明等［11］在濃縮液中添加尿素和磷酸二氫銨等胺類化合物，使酶解后的小分子化合物在特定反應(yīng)條件下發(fā)生美拉德反應(yīng)，使?jié)饪s液中產(chǎn)生更多的煙草特有的致香物質(zhì)，從而使產(chǎn)品突出煙草本香。

1.4 涂布工藝

涂布是造紙法再造煙葉還原煙草質(zhì)量的實現(xiàn)工序，涂布率和涂布穩(wěn)定性對造紙法再造煙葉成品的內(nèi)在質(zhì)量及穩(wěn)定性具有至關(guān)重要的影響?；萁?quán)等［12］通過對不同涂布率的樣品進行理化指標、感官質(zhì)量評價，確定造紙法再造煙葉涂布率的適宜范圍在45%～75%之間和最佳范圍在55% ～65%之間。陳順輝［13］分析了波美度、溫度及涂布輥胎壓力對涂布率的影響，結(jié)果表明，波美度和溫度對涂布率的影響顯著，而涂布輥胎壓力影響較小。唐向兵等［14］探討的煙草薄片涂布液過濾系統(tǒng)能夠有效提高涂布液品質(zhì)，提供連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)條件，有助于改善煙草薄片品質(zhì)。

2 再造煙葉致香成分

再造煙葉與卷煙生產(chǎn)所用原料的較大差異，造成再造煙葉原料中致香成分對再造煙葉品質(zhì)有較大影響。因此，對再造煙葉原料進行致香成分分析對產(chǎn)品生產(chǎn)的可調(diào)控性和定向性有很大幫助。目前，國內(nèi)學者已對卷煙原料的致香成分開展了一些研究。

程昌合等［15］將濃縮液進行醇化處理，結(jié)果表明，煙草薄片的揮發(fā)性組分增多且主要致香成分含量均有不同程度的增加，其中新植二烯含量增幅最大。馮洪濤等［16］將等摩爾的D-葡萄糖和L-脯氨酸制備的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物加入到再造煙葉中，產(chǎn)品具有增補煙香、減輕雜氣和刺激性的效果。牛勇等［17］的研究表明，全葉再造煙葉熱裂解產(chǎn)物中的致香物質(zhì)醛、酮、酚類物質(zhì)的量和所占比例明顯高于全梗再造煙葉的。范運濤等［18］從鳶尾根中提取致香成分，結(jié)果表明，該致香成分主要含有癸酸和棕櫚酸，加香后的造紙法再造煙葉在卷煙中應(yīng)用具有改善煙氣品質(zhì)、降低刺激的作用。牛勇等［19］還檢測并分析了再造煙葉生產(chǎn)中白肋煙片、土耳其香料煙片、津巴布韋烤煙片和云南烤煙片4種原料在致香成分方面的差異，為再造煙葉生產(chǎn)的可調(diào)控性和定向性提供了科學依據(jù)。張勃等［20］采用從紅大煙葉表面分離的HD4、HD12菌株對煙梗浸提液減壓濃縮至膏狀的水提物進行發(fā)酵處理，香味物質(zhì)總相對含量分別增加了12.3%和18.7%。

3 功能性再造煙葉

再造煙葉可根據(jù)實際需要對煙葉物理性能和內(nèi)在化學指標進行人工調(diào)控，可人為干預性強，因此，許多研究者開發(fā)出了具有不同功能的再造煙葉。

張俊奇等［21］探討了苦菜漿料與煙草薄片漿料混合后抄造出具有降解煙毒功效的煙草薄片的可行性。楊偉祖等［22］報道了原料構(gòu)成為紅茶或普洱茶的茶梗和茶末，經(jīng)混合、浸取、濃縮后分別得到固形物料和浸膏，能夠賦予再造煙葉特殊的香氣。夏新興等［23］探討了用小茴香稈及葉制造煙草薄片的方法，使薄片具有保健作用。武怡等［24］探討了一種用于造紙法再造煙葉的中草藥提取物，按1%～5%的使用比例添加到再造煙葉中，能夠賦予卷煙產(chǎn)品獨特的香氣，降低抽吸卷煙后呼吸道的不適。

4 再造煙葉減害降焦

與輥壓法和稠漿法薄片相比，造紙法再造煙葉具有如下優(yōu)勢:①密度小，填充性能好;②物理機械性能和可加工性好;③燃燒速度快，焦油釋放量僅為煙葉的50%左右;④可人為干預性強，產(chǎn)品具有可塑性，可根據(jù)實際需要對煙葉物理性能和內(nèi)在化學指標進行人工調(diào)控;⑤便于運輸和貯存［25］。近年來，國內(nèi)煙草企業(yè)積極開展了造紙法再造煙葉的減害降焦研究，并取得了一定進展。

毛耀等［26］在精制液中加入果糖和甘氨酸，經(jīng)過濃縮后，煙氣中的4-(甲基亞硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、巴豆醛和CO含量相比于對照樣分別降低了 10.8%、17.5%、17.7%。姚元軍等［27］通檢測分析主流煙氣中有害物質(zhì)的含量變化，篩選出檸檬酸鈉、酒石酸鉀鈉、納米TiO2和沸石分子篩這幾種合適的減害材料。邱曄等［28］的研究表明，卷煙煙氣的CO/焦油比與造紙法煙草薄片摻配比例有很好的相關(guān)性，進一步研究認為，造成造紙法煙草薄片煙氣CO釋放量較高的主要原因是片基中纖維素類物質(zhì)含量較高。張碰元等［29］通過煙堿脫除技術(shù)結(jié)合pH值調(diào)控方法開發(fā)出了低煙堿型造紙法再造煙葉樣品，結(jié)果表明，該樣品的煙堿含量和煙氣煙堿釋放量分別降低了28.6%和45.0%。

白曉莉等［30］考察了摻配再造煙葉后卷煙主流煙氣中苯酚含量的變化情況;隨著再造煙葉添加量的提高，卷煙主流煙氣中的苯酚含量明顯下降;摻配進口再造煙葉比國產(chǎn)的效果好。聶聰?shù)龋?1］利用吸附材料吸附煙草可溶性萃取液中的有害成分來降低萃取液中的有害成分;數(shù)據(jù)檢測顯示 N-亞硝基降煙堿(NNN)、N-亞硝基新煙草堿(NAT)、N-亞硝基假木賊堿(NAB)、NNK含量明顯降低。劉鑫等［32］在煙葉中加入了5% ～15%絞股藍、5% ～15%首烏、15%～25%白花蛇舌草;該再造煙葉能夠有效降低煙氣中焦油和自由基的含量。羅毅等［33］制備的生物糖酶薄片添加劑可有效降低卷煙的焦油、煙氣、煙堿等有害物質(zhì)含量。

5 再造煙葉生化處理

煙梗中除纖維素、半纖維素等大分子物質(zhì)外，還有蛋白質(zhì)、木質(zhì)素、果膠等多種大分子物質(zhì)，這些物質(zhì)在燃燒裂解過程中會產(chǎn)生具有強烈刺激性和辛辣感的物質(zhì)。為了提高再造煙葉的感官品質(zhì)，在萃取過程中添加生物酶制劑是一個比較好的方法。利用生物酶可在加工過程中對以上物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化降解，提高原料的內(nèi)在品質(zhì)，這也是改善薄片品質(zhì)的一條有效途徑。

煙草中的蛋白質(zhì)含量豐富，而蛋白質(zhì)含量過高會使煙氣有燒焦的蛋白味，這是對煙氣品質(zhì)有影響的不良氣味。李魯?shù)龋?4］在煙草水溶液中添加酶，煙草蛋白質(zhì)含量逐漸降低，同時酶解液中可溶性氮以及游離氨基酸含量逐步增加。楊彥明等［35］通過添加有機酸鹽或堿處理劑來提高煙?；驘煿{料中蛋白質(zhì)的溶出量;結(jié)果表明，在最適條件下，梗漿中的蛋白質(zhì)含量比對照樣降低60.1%。張文同［36］在萃取工藝添加了蛋白酶制劑，制得的雪茄煙草薄片刺激性和雜氣等不良影響明顯減輕，內(nèi)在質(zhì)量明顯提高。

煙草細胞壁物質(zhì)中的木質(zhì)素是由苯丙烷衍生物單體構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)復雜的立體網(wǎng)狀物質(zhì)，該物質(zhì)是一種無定形并具有生物多肽性的生物大分子［37］，木質(zhì)素裂解主要生成酚類化合物，氣相色譜(GC)測定酚類物質(zhì)含量可達60%［38］。劉志昌等［39］利用Fe-CA仿酶體系處理煙草，其香氣、雜氣和諧調(diào)程度有一定改善，木質(zhì)雜氣減少、刺激性降低。劉剛等［40］的研究結(jié)果表明，再造煙葉熱裂解產(chǎn)生的苯酚及其他酚類物質(zhì)含量隨木質(zhì)素含量的增加而升高。針對造紙法薄片木質(zhì)氣重等問題，鄭小嘎等［41］通過在造紙法薄片生產(chǎn)工藝煙梗浸提過程中添加復合酶制劑，將煙梗內(nèi)大分子物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化分解。范運濤等［42］應(yīng)用脲和堿對煙梗進行預處理;結(jié)果表明，該方法能有效降解煙梗中的木質(zhì)素。

果膠存在于高等植物的葉、根、莖的細胞壁內(nèi)，與細胞彼此黏合在一起［43］。果膠約占煙草質(zhì)量的6% ～12%，熱解產(chǎn)生甲醇，發(fā)酵生成多達1.0% ～1.5%的乙酸，對煙氣吸味不利。張軍等［44］考察了水、EDTA溶液、六偏聚磷酸鈉溶液、磷酸氫二銨溶液、草酸銨溶液等提取助劑對煙梗中果膠的去除效果。曹茜等［45］用超聲處理有效地降低了煙梗中的果膠含量。為改善煙草薄片吸味質(zhì)量，杜銳等［46］采用微濾膜和超濾膜分離技術(shù)，使煙梗、煙碎浸提液中的總氮含量分別下降了62.5%和67.8%，果膠物質(zhì)基本被去除。宋凌勇等［47］選取的復合酶制劑能夠有效降解再造煙葉中的果膠，降低現(xiàn)有再造煙葉的雜氣。

6 國內(nèi)外再造煙葉的品質(zhì)比較

國外從20世紀50年代開始研究造紙法煙草薄片，從煙草薄片的原料質(zhì)量對薄片的內(nèi)在品質(zhì)和香氣組成等方面開展了全面研究，也發(fā)明了一些提高薄片品質(zhì)的專利技術(shù)，而國內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究起步較晚。

陳祖剛等［48］的評吸結(jié)果表明，進口煙草薄片木質(zhì)氣較輕，有一定的煙草本香，刺激性較小，略帶一點紙質(zhì)味，而國產(chǎn)產(chǎn)品相對要差些;進口煙草薄片的重要致香成分含量明顯高于國產(chǎn)煙草薄片。邱曄等［49］的研究結(jié)果表明，國產(chǎn)造紙法煙草薄片CO/焦油比較高，同時苯酚、氨及NNK釋放量相對較低，而進口產(chǎn)品則表現(xiàn)為苯并［a］芘與CO釋放量低。賀磊等［50］的研究結(jié)果表明，進口煙草薄片的纖維素和半纖維素含量均比國產(chǎn)的低，鈣、鈦含量分別為國產(chǎn)的2.3倍和3.6倍。孫德平等［51］研究發(fā)現(xiàn)，法國摩迪煙草薄片成品經(jīng)水浸漬、打散后，打漿度、濕重和保水值更低;回抄手抄片的抗張強度較低、松厚度較高、柔軟性好，而柔軟性直接影響產(chǎn)品的最終品質(zhì)。

7 結(jié)語

與再造煙葉的其他生產(chǎn)方式相比，造紙法再造煙葉具有許多優(yōu)點，因此，該法的使用已作為一種國際公認的降焦手段，亦被國內(nèi)煙草行業(yè)所認同。盡管目前國產(chǎn)再造煙葉與國外相比降焦減害技術(shù)相差不大，但是其內(nèi)在品質(zhì)與國外相比仍存在一定差距。近年來的研究顯示，造成這些問題主要有以下幾點:廢煙梗、煙末在抄造中留著率較低;產(chǎn)品質(zhì)地較脆硬;致香成分含量較低;煙漿與外加木漿的打漿度以及配漿比例不夠，濕強度不高;填料的留著率不高，涂布量較低;薄片原料萃取不夠充分，萃取液濃縮過程中香味物質(zhì)有一定損失;水提取物中的雜質(zhì)去除率不高，高溫干燥香氣成分損失大，較多的有效成分和原材料流失。

在今后的研究中，國內(nèi)造紙法再造煙葉的主要質(zhì)量目標就是提高其在中式烤煙型卷煙中的適用性，不僅要提高煙絲填充率、改善燃燒性能，有更好的外觀質(zhì)量，改善持灰能力，降低焦油量等，還應(yīng)關(guān)注再造煙葉對卷煙感官品質(zhì)風格特征的配伍性，使內(nèi)在品質(zhì)達到要求，最大程度保留致香成分。圍繞這一主要目標，應(yīng)該重視生產(chǎn)中幾個比較關(guān)鍵的技術(shù):第一、如何提高再造煙葉的感官質(zhì)量;第二、如何改善再造煙葉加工過程，提高各工序的連續(xù)作業(yè)效率、產(chǎn)品品質(zhì)以及產(chǎn)能;第三、如何解決煙氣中CO含量過高的問題;第四、如何提高再造煙葉的松厚度，使產(chǎn)品柔軟性更好;第五、萃取后致香物質(zhì)的保留，濃縮液的化學指標穩(wěn)定及協(xié)調(diào);第六、吃味與功效的結(jié)合，非煙草添加劑的安全性及對感官品質(zhì)的影響;第七、生化處理的作用機理研究還很薄弱，毒理學研究較少。因此，要結(jié)合國內(nèi)原料的特點，采用國內(nèi)自主技術(shù)與國外進口技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出適合我國卷煙國情，具有中式卷煙風格特征的造紙法再造煙葉。

［1］國家煙草專賣局.國家煙草專賣局關(guān)于啟動造紙法再造煙葉技術(shù)升級重大專項的通知［Z］.2011-12-20.

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