云南主產(chǎn)煙梗在連續(xù)微波膨脹設(shè)備上的差異性研究

肖永銀　蔣卓芳　董高峰　高則?！《懦Ⅵ巍∫笈媾妗×_曉鴿

摘要? 采用2450MHZ微波膨脹設(shè)備處理云南主產(chǎn)煙梗原料，在相同的前處理工藝和微波膨脹參數(shù)下，對比分析了云南主產(chǎn)煙梗原料的微波膨脹差異性，包括平均膨脹度和焦糊度2個(gè)方面。結(jié)果表明：同一品種不同部位的煙梗原料微波膨脹差異性較大，在相同微波功率下，膨脹度指標(biāo)C>X>B，焦糊度指標(biāo)X>C>B;同一部位不同品種的煙梗原料微波膨脹差異性較大，在相同微波功率下，膨脹度指標(biāo)K326>云87>紅大，焦糊度差異性不大;同一品種同一部位不同產(chǎn)地的煙梗膨脹度差異性不大，焦糊度指標(biāo)楚雄>玉溪>大理。煙梗原料的平均膨脹度與煙梗原料的密度有關(guān)，焦糊度與煙梗原料的顏色有關(guān)。

關(guān)鍵詞? 煙梗;微波膨脹;膨脹度;焦糊度

中圖分類號? TS41+1??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? A

文章編號? 0517-6611（2019）24-0182-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.055

Study on the Difference of Main Tobacco Stems in Yunnan on Continuous Microwave Expansion Equipment

XIAO Yong-yin，JIANG Zhuo-fang，DONG Gao-feng et al? （Yunnan Zhongyan New Material Technology Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650106）

Abstract? 2450 MHZ microwave expansion equipment was used to treat main tobacco stem materials in Yunnan， and?? the microwave expansion difference of main tobacco stem materials in Yunnan was compared and analyzed under the same pre-treatment technology and microwave expansion parameters from two aspects of average expansion degree and coke paste degree.The results showed that the difference in microwave expansion of tobacco stem raw materials in different parts of the same species was relatively large.Under the same microwave power， the expansion index was in the order of C > X > B and the coke paste index was in the order of X > C > B.The microwave expansion of different varieties of tobacco stem raw materials in the same part was relatively different.Under the same microwave power， the expansion index? was? in the order of K326 > Yun 87 > Honda， and the coke paste degree was not very different.The smoke stem expansion degree of the same part of the same area was not very different， and the coke paste degree index was in the order of Chuxiong > Yuxi > Dali.The analysis of the difference showed that the average expansion degree of tobacco stem raw materials was related to the density of tobacco stem raw materials， and the coke paste degree was related to the color of tobacco stem raw materials.

Key words? Smoky stem;Microwave expansion;Degree of expansion;Coking degree

基金項(xiàng)目

云南省科技廳科技項(xiàng)目（2018BA082）;云南中煙項(xiàng)目（2019CL04）。

作者簡介? 肖永銀（1989—），女，云南昌寧人，碩士研究生，研究方向：材料物理與化學(xué)。*通信作者，工程師，從事應(yīng)用型材料研究。

收稿日期? 2019-06-26

煙梗微波膨脹技術(shù)是以微波作為能量源，利用微波的強(qiáng)穿透性和對極性分子的高頻振動特性，在極短的時(shí)間內(nèi)在煙梗內(nèi)部形成一個(gè)使水分迅速氣化揮發(fā)的環(huán)境，從而完成煙梗內(nèi)細(xì)胞的同步均勻膨脹，且細(xì)胞不破裂，膨脹后的煙梗體積可達(dá)到原來的2～3倍甚至更高[1-2]。在迅速的膨脹過程中，煙梗內(nèi)部產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，通過評吸測定，膨脹后的煙梗青雜氣、木質(zhì)氣減弱，且具有較明顯的烘烤香[3]。何炬等[4]研究表明經(jīng)微波膨脹后的煙梗制成的梗絲感官質(zhì)量、香氣、填充力、成絲率和協(xié)調(diào)葉組配方等方面均有明顯的改善。楊威等[5]研究發(fā)現(xiàn)，微波處理使不同品種煙梗中的細(xì)胞壁物質(zhì)、全纖維素、總糖、還原糖含量降低，而主要致香成分含量增加，組織結(jié)構(gòu)無明顯破損，維管束等組織間和薄壁組織細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)消失。高銳等[6]研究表明，微波膨脹處理后，煙?？偺呛拷档停傊参飰A、總氮、淀粉、蛋白質(zhì)的含量變化不大;感官評吸雜氣明顯減弱，余味和舒適性明顯改善。陳晶鈴等[7]認(rèn)為，微波膨脹煙梗含水率保持在18%～21%，微波處理時(shí)間在70～80 s膨脹出的煙梗質(zhì)量最好。

目前煙梗微波膨脹技術(shù)應(yīng)用的微波源頻率主要為915和2 450 MHz 2種。頻率915和2 450 MHz的微波源各具特點(diǎn)，具體見表1。目前，國內(nèi)在煙梗微波膨脹方面，尤其是微波頻率2 450 MHz下的試驗(yàn)主要在實(shí)驗(yàn)室利用家用微波爐進(jìn)行，對生產(chǎn)缺乏指導(dǎo)。該研究以云南中煙新材料科技有限公司現(xiàn)有的國內(nèi)首臺微波頻率為2 450 MHz的生產(chǎn)用連續(xù)微波膨脹設(shè)備[8]，對云南主產(chǎn)煙梗原料進(jìn)行微波膨脹特性差異研究，以期對微波煙梗的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行指導(dǎo)。試驗(yàn)選取云南省主產(chǎn)煙梗原料K326、云87、紅大，采用2 450 MHz微波膨脹處理，分別測定微波膨脹處理后的煙梗膨脹度和焦糊度，并進(jìn)行對比分析，旨在為卷煙工業(yè)企業(yè)合理選用云南主產(chǎn)煙梗原料進(jìn)行2 450 MHz微波膨脹提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料? 煙梗原料選取云南省主產(chǎn)的K326（B、C、X）、云87（B、C、X）、紅大（B、C、X），采樣地區(qū)有楚雄、玉溪和大理，每個(gè)煙梗原料采集200 kg樣品，均為長梗。

煙梗原料的前處理設(shè)備為HT、貯柜。煙梗原料的微波膨脹設(shè)備為FWG1842型滾筒式連續(xù)微波膨脹機(jī)，采用144套水冷磁控管，相應(yīng)數(shù)量高壓變壓器和燈絲變壓器，采用全波整流微波源，分4路從五面形微波腔體的4個(gè)面均勻饋入微波能量，微波設(shè)備的處理能力為1 000 kg/h。微波系統(tǒng)采用單管功率為1.5 kW的2 450 MHz磁控管進(jìn)行優(yōu)化組合，組合原則根據(jù)“非相干功率組合”的要求進(jìn)行，即多管組合過程中磁控管間相互干擾最小化，微波場強(qiáng)均勻性最大化[9-10]。

1.2? 方法

1.2.1? 微波膨脹煙梗的制備。

將每個(gè)煙梗原料取100 kg，檢測原始水分，進(jìn)行前處理，平衡至含水率為12%～14%，風(fēng)送至FWG1842型滾筒式連續(xù)微波膨脹機(jī)中，設(shè)置工作頻率為2 450 MHz，功率為192 kW，微波膨脹時(shí)間7 min，膨脹煙梗出口溫度為115～120 ℃，在穩(wěn)定后根據(jù)GB/T 19616 煙草成批原料取樣的一般原則（ISO 4874：2000，MOD）進(jìn)行取樣，檢測其平均膨脹度和焦糊度。

1.2.2? 平均膨脹度的測定。

平均膨脹度用煙梗膨脹后的體積與膨脹前體積的比率（P）表示，試劑選用煙用級三乙酸甘油酯：含量≥99.0%，水分≤0.05%，分別取樣，測定出煙梗和膨脹煙梗的體積，計(jì)算膨脹煙梗體積與煙梗體積之比，得出煙梗平均膨脹度。

1.2.3? 焦糊度的測定。

焦糊度用膨脹煙梗的色差值（△E）表示，色差儀選用KONICA MINOLTA CR-400，粉末測試盒CR-A50，白色校正板CR-A43。樣品處理方法如下：按照GB/T 19616進(jìn)行取樣，編號，記錄樣品信息，將膨脹煙梗用小型粉碎機(jī)粉碎后，粉末樣品用孔徑250 μm篩網(wǎng)篩分，取下層樣品置于相對濕度65%、溫度（22±2） ℃環(huán)境下2 h，色差計(jì)KONICA MINOLTA CR-400開機(jī)，用白色校正板CR-A43進(jìn)行校正，將膨脹煙梗粉末樣品均勻緊實(shí)地裝入粉末測試盒CR-A50內(nèi)，按色彩色差計(jì)CR-400使用規(guī)程進(jìn)行色差值檢驗(yàn)，記錄色差值（△E）。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件中的One-way ANOVA分析不同煙梗原料間的平均膨脹度和焦糊度的差異。平均值間的差異性分析采用Turkey檢驗(yàn)，P<0.05表示差異顯著。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 同一品種不同部位煙梗原料的微波膨脹差異性分析

同一品種不同部位煙梗原料的微波膨脹差異性數(shù)據(jù)（表2）表明，將煙梗原料進(jìn)行前處理后，微波膨脹前的水分基本趨于一致，K326煙梗上、中、下部位煙梗原料的平均膨脹度極差高達(dá)75，焦糊度極差達(dá)3.67，K326煙梗平均膨脹度（P）的排序?yàn)橹校–）>下（X）>上（B），焦糊度（△E）的排序?yàn)橄拢╔）>中（C）>上（B）;紅大煙梗上、中、下部位煙梗原料的平均膨脹度極差高達(dá)90，焦糊度極差達(dá)4.14，紅大煙梗平均膨脹度（P）的排序?yàn)橹校–）>下（X）>上（B），焦糊度（△E）的排序?yàn)橄拢╔）>中（C）>上（B），即下部煙梗容易膨糊。

方差分析表明，同一品種不同部位煙梗原料的平均膨脹度P=0.001 77<0.05，差異顯著，膨脹度大小順序?yàn)镃>X>B。同一品種不同部位煙梗原料的焦糊度差異顯著（P=0.03<0.05），差異顯著，焦糊度大小順序?yàn)閄>C>B。

2.2? 同一部位不同品種煙梗原料的微波膨脹差異性分析

同一部位不同品種煙梗原料的微波膨脹差異性數(shù)據(jù)（表3）表明，將煙梗原料進(jìn)行前處理后，微波膨脹前的水分基本趨于一致，上部煙梗不同品種煙梗原料的平均膨脹度極差高達(dá)52，焦糊度極差達(dá)1.83，上部煙梗平均膨脹度（P）的排序?yàn)镵326>云87>紅大，焦糊度（△E）的排序?yàn)镵326>云87>紅大;中部煙梗不同品種煙梗原料的平均膨脹度極差達(dá)37，焦糊度極差達(dá)0.89，中部煙梗平均膨脹度（P）的排序?yàn)镵326>云87>紅大，焦糊度（△E）的排序?yàn)镵326>云87>紅大;下部煙梗不同品種煙梗原料的平均膨脹度極差達(dá)47，焦糊度極差達(dá)1.36，下部煙梗平均膨脹度（P）的排序?yàn)镵326>云87>紅大，焦糊度（△E）的排序?yàn)镵326>云87>紅大。

2.3? 同一品種同一部位不同產(chǎn)地的煙梗膨脹度差異性分析

同一部位不同品種煙梗原料的微波膨脹差異性數(shù)據(jù)（表4）表明，平均膨脹度（P）的差異不大，但仍有規(guī)律可循，大小排序?yàn)橛裣?大理>楚雄;焦糊度差異明顯，K326煙梗焦糊度（△E）楚雄最高（54.35），大理最低（52.66），相差1.69;紅大煙梗焦糊度（△E）楚雄最高（53.17），大理最低（51.62），相差1.55，說明楚雄煙梗更易膨糊。

3 ?結(jié)論與討論

煙梗膨脹是利用壓縮飽和水蒸汽在瞬間失壓條件下的快速膨脹打破木質(zhì)纖維素的包裹結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的分離。同時(shí)，在膨脹過程中，木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)中非穩(wěn)態(tài)物質(zhì)在高溫蒸汽作用下發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，解析木質(zhì)纖維素的框架結(jié)構(gòu)。未處理煙梗結(jié)構(gòu)致密，細(xì)胞排列整齊，孔道間隙小，嵌合緊密，細(xì)胞壁光滑、完整。膨脹處理后的煙梗表皮破損，維管束等腔道組織膨脹，間隙孔洞增多增大，細(xì)胞表皮出現(xiàn)解離斷裂。由于在膨脹過程中，煙梗受到化學(xué)分解和機(jī)械分裂的雙重作用，半纖維素和纖維素部分降解，木質(zhì)素與纖維素分離，纖維間由于半纖維素、纖維素的分解和木質(zhì)素的分離而粘結(jié)削弱、空隙增加，從而導(dǎo)致細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)破壞和細(xì)胞表皮斷裂[11]。

通過對云南主產(chǎn)煙梗原料的2 450 MHz微波膨脹的差異性分析發(fā)現(xiàn)，同樣微波功率和微波膨脹時(shí)間，從部位來看，平均膨脹度（P）中部煙梗易膨于下部煙梗，最難膨脹的是上部煙梗;從品種來看，K326較容易膨脹，最難膨脹的是紅大煙梗;從產(chǎn)地來看，產(chǎn)地玉溪最易膨脹，楚雄稍難膨脹。

從部位來看，焦糊度（△E）下部煙梗容易膨糊，上部煙梗最不易膨糊;從品種來看，各品種間差異不大;從產(chǎn)地來看，楚雄煙梗最易膨糊。經(jīng)初步分析發(fā)現(xiàn)，焦糊度（△E）與煙梗原料的原始色差呈正相關(guān)，與煙梗的膨脹度呈正相關(guān)。

經(jīng)微波膨脹處理后的煙梗較常規(guī)煙梗明顯增粗，不同產(chǎn)地、不同品種、不同部位的煙梗原料差異明顯，研究結(jié)果對卷煙工業(yè)企業(yè)合理選用云南主產(chǎn)煙梗原料進(jìn)行2 450 MHz微波膨脹提供了較好的理論依據(jù)。因此，在卷煙生產(chǎn)過程中，應(yīng)針對煙梗原料的膨脹特性進(jìn)行分組加工，增強(qiáng)膨脹均勻性，下一步對不同膨脹度（P）對微波梗絲品質(zhì)的影響也可開展進(jìn)一步研究。

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