真空回潮工序不同參數(shù)對卷煙化學(xué)成分及危害性的影響

趙 喆,侯冰清,岳 恒,王艷麗,陳圣棟,趙銘欽*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，吉林 長春 133001；3.江西省煙草公司 撫州市公司，江西 撫州 344000)

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真空回潮工序不同參數(shù)對卷煙化學(xué)成分及危害性的影響

趙 喆1,侯冰清1,岳 恒1,王艷麗2,陳圣棟3,趙銘欽1*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，吉林 長春 133001；3.江西省煙草公司 撫州市公司，江西 撫州 344000)

摘要：通過對真空回潮工序中抽真空度和保壓時間兩參數(shù)進行不同組合，檢測卷煙煙氣中焦油、7項有害成分、葉片常規(guī)化學(xué)成分等，以探明不同條件對卷煙常規(guī)化學(xué)成分及危害性的影響。結(jié)果表明：較低的抽真空度和保壓時間能顯著降低煙氣中焦油、煙堿和總粒相物含量；CO、氨、B[α]P含量隨抽真空度和保壓時間的增大有升高趨勢，巴豆醛含量隨抽真空度和保壓時間的增大則顯著減?。粺焿A、鉀、氯含量受抽真空度和保壓時間影響較小，總糖和還原糖含量在高真空度和長保壓時間下顯著減小，總氮含量在低真空度和短保壓時間下顯著減?。怀檎婵斩扰c卷煙煙氣危害性呈正比關(guān)系，對其影響較大，保壓時間與煙氣危害性則呈反比關(guān)系，且影響較小。

關(guān)鍵詞：卷煙；真空回潮；有害成分；常規(guī)化學(xué)成分

制絲過程是卷煙工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，通過真空回潮篩分加料、配葉貯葉、切絲、烘絲等工序，使煙絲滿足卷煙可用性標準。其中，真空回潮作為制絲的關(guān)鍵工序之一，主要通過抽真空度和溫度差來提高煙葉溫濕度，以松散煙葉、降低碎損，提高煙葉耐加工性，滿足后續(xù)工序加工要求[1-4]。研究表明，真空回潮工序?qū)瘦^低或板結(jié)嚴重的煙葉十分必要，其能有效減少雜氣，降低刺激性，改善抽吸品質(zhì)[5-6]，但對香氣成分有一定影響[5,7-9]。不同加工強度對煙葉回透率、含水率及煙絲質(zhì)量也有不同影響[10]。

目前對于真空回潮的研究，多集中于此工序前后葉片質(zhì)量的變化方面[5,7-10]，而對于工序中不同參數(shù)對葉片的影響研究較少[6]。隨著卷煙精細化加工要求不斷提高，對于采用真空回潮工序的企業(yè)來說，如何優(yōu)化真空回潮參數(shù)、控制卷煙危害性將變得尤為重要。因此本文通過真空回潮中抽真空度和保壓時間兩參數(shù)的優(yōu)化試驗，探討了不同參數(shù)對于卷煙煙氣常規(guī)成分、有害成分、葉片常規(guī)化學(xué)成分的影響，以期為真空回潮工藝參數(shù)優(yōu)化和工藝控制的穩(wěn)定性提供參考。

1實驗材料與方法

1.1實驗材料和儀器

以2014年延吉卷煙廠提供的“長白山”品牌具有代表性的A類牌號正常生產(chǎn)的卷煙煙絲作為研究對象。主要儀器設(shè)備有：WZ1134C-YJ型在線式真空回潮機(鞏義建設(shè)機械制造有限公司)、KTC45E切絲設(shè)備、PROTOS70卷接設(shè)備(德國Hauni公司)、 SM 450 直線型吸煙機、AAS 305 D 連續(xù)流動分析儀(美國路易公司)、高效液相色譜儀(配熒光/紫外檢測器)、7890-5975 MSD氣-質(zhì)聯(lián)用儀(美國 Agilent)、劍橋濾片。

1.2實驗方法

1.2.1實驗設(shè)計對真空回潮工序中抽真空度和保壓時間兩個參數(shù)進行優(yōu)化試驗，在保證其他工藝參數(shù)不變的情況下，對兩個參數(shù)進行不同組合，并以T0(正常工藝參數(shù))為對照。具體參數(shù)組合見表1。

1.2.2檢測方法將各處理煙葉按生產(chǎn)標準制絲、卷制，其他工藝參數(shù)、煙用輔材不變。制作好的樣品卷煙經(jīng)綜合測試臺挑選出合格煙支后，在(22±1)℃、相對濕度(60±2)%的條件下平衡48 h，參照文獻[11-19]對主流煙氣中總粒相物、焦油、煙堿及7項有害成分進行測定。另取各處理煙葉進行常規(guī)化學(xué)成分測定，測定方法見文獻[20]。

2結(jié)果與分析

2.1不同參數(shù)組合對卷煙煙氣中焦油、煙堿、總粒相物的影響

不同真空回潮參數(shù)組合對煙氣常規(guī)成分的影響見表2。由表2可知：4個處理中，T1處理的總粒相物、焦油、煙堿含量在1%水平上比其他處理均顯著降低，表明較低的抽真空度和較短的保壓時間能顯著降低煙氣中焦油、煙堿和總粒相物含量。T2、T3處理總粒相物含量較T0無顯著變化，焦油含量較T0顯著減小，可說明超出一定的抽真空度和保壓時間范圍，煙氣中焦油含量會顯著降低，這可能是由于在合適的真空狀態(tài)下，大分子物質(zhì)降解會加快。另外，T2處理煙堿含量較T0對照差異不大，而T3煙堿含量較對照則顯著升高，表明抽真空度增加5 kPa能顯著升高煙堿含量。

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表差異達到5%顯著水平;不同大寫字母代表差異達到1%顯著水平。下同。

2.2不同參數(shù)組合對卷煙煙氣中7項有害成分釋放量的影響

通過對謝劍平等[21]提出的卷煙中7項主要有害成分的檢測，得出結(jié)果如表3。不同真空回潮參數(shù)組合中，T1處理CO、氨、苯酚、B[α]P含量較其他處理在5%水平上顯著降低，而巴豆醛則顯著高于其他處理，表明較低的抽真空度和較短的保壓時間能顯著降低CO、氨、苯酚、B[α]P含量，且不利于巴豆醛釋放量的控制。

T2處理中氨、B[α]P、NNK含量均最高;CO和HCN與處理T3無明顯差異;苯酚顯著低于T0,與T3無顯著差異；巴豆醛含量最低。即當(dāng)抽真空度相同時，增加保壓時間能顯著增加葉片中氨、B[α]P、NNK含量，降低苯酚、巴豆醛釋放量。

T3處理NNK、HCN含量與T0、T2無顯著差異；CO含量顯著高于T0，與T2無顯著差異；氨含量顯著低于T2，高于T0；苯酚顯著低于T0，與T2無明顯差異；B[α]P顯著低于T2；巴豆醛顯著低于T0，高于T2。表明在保壓時間相同情況下，抽真空度高使氨釋放量顯著增大，苯酚、巴豆醛釋放量顯著減小。

總的來說，7項有害成分中CO、氨、B[α]P含量隨抽真空度和保壓時間的增大有升高趨勢，巴豆醛含量隨抽真空度和保壓時間的增大會顯著減小，超出一定的范圍，苯酚含量會顯著減小，而NNK和HCN含量隨兩參數(shù)變化有一定變化，但變化不大。其中，保壓時間增加30 s對CO、HCN、巴豆醛的影響低于抽真空度增加5 kPa對CO、HCN、巴豆醛的影響，同樣，對氨、B[α]P、NNK含量來說，保壓時間增加30 s對三者的影響要高于抽真空度增加5 kPa對三者的影響。

2.3不同參數(shù)組合中葉片常規(guī)化學(xué)成分的變化

由表4可看出，煙堿、鉀、氯不隨抽真空度和保壓時間變化而變化。T1的還原糖和總糖含量與T0無顯著差異，T3的還原糖和總糖含量、T2的總糖含量顯著低于T0對照，T2的還原糖含量略低于對照，但差異不顯著，這可能與壓力影響美拉德反應(yīng)的速度和產(chǎn)物類型有關(guān)。T1總氮含量顯著低于其他處理，T0、T2、T3之間無顯著差異，表明降低抽真空度和保壓時間對總氮的含量有減小作用，可能是因為較低的壓力更有利于胺類降解為氨。

表4不同真空回潮參數(shù)組合葉片常規(guī)化學(xué)成分差異分析

2.4基于卷煙危害性進行參數(shù)分析

2.4.1不同參數(shù)組合卷煙危害性謝劍平等[21]對于卷煙煙氣危害性已作了明確的解釋，可通過公式1計算卷煙危害性指數(shù)：

H=YCO/C1+YHCN/C2+YNNK/C3+YNH3/C4+YB[α]P/C5+YPHE/C6+YCRO/C7

(1)

式(1)中：H為卷煙煙氣危害性指數(shù)；Y為主流煙氣有害成分釋放量；C1～C7為參考值，C1=14.8，C2=126.7，C3=4.7，C4=7.8，C5=8.2，C6=22.1，C7=19.4。

煙氣危害性指數(shù)越高，表明樣品危害性越大。不同真空回潮參數(shù)下卷煙樣品危害性如表5。由表5可看出，T1危害性指數(shù)顯著低于其他處理，表明較低的抽真空度和較短的保壓時間能顯著降低卷煙危害性，但哪個因素對于危害性降低更為有利仍需繼續(xù)分析。

2.4.2依據(jù)卷煙煙氣危害性構(gòu)建回歸方程以煙氣危害性指數(shù)為y，以抽真空度為x1，保壓時間為x2，利用SPSS進行非線性回歸分析，得回歸方程如下：

y=0.981+0.183x1-0.091x2-0.001x12+0.001x1x2

(2)

該方程R2=0.941，說明方程與實測值擬合度較高，該回歸方程能代表不同真空回潮參數(shù)下卷煙煙氣危害性變化的實際情況。

2.4.3基于卷煙煙氣危害性進行參數(shù)優(yōu)化根據(jù)回歸方程(2)，在Excel中構(gòu)建危害性指數(shù)隨兩因素變化的曲面圖，結(jié)果如圖1。在兩因素限定的范圍內(nèi)，當(dāng)抽真空度為87 kPa、保壓時間為90 s時，危害性指數(shù)達到最大；當(dāng)抽真空度為77 kPa、保壓時間為150 s時，危害性指數(shù)最小。從方程1及圖1皆可看出，抽真空度與卷煙煙氣危害性呈正比關(guān)系，保壓時間與煙氣危害性呈反比關(guān)系，抽真空度越小，保壓時間越長，則煙氣危害性指數(shù)越小。當(dāng)抽真空度相同、保壓時間不同時煙氣危害性指數(shù)的變化較保壓時間相同抽真空度不同時的變化小，表明抽真空度對卷煙煙氣危害性指數(shù)影響較大，保壓時間對危害性指數(shù)影響較小。因此，在保證較高的香氣及化學(xué)質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低抽真空度，延長保壓時間有利于減少卷煙煙氣危害性。

3結(jié)論

通過真空回潮工序中抽真空度和保壓時間兩參數(shù)的不同組合，分析其對卷煙煙氣常規(guī)成分、7項有害成分、葉片常規(guī)化學(xué)成分等的影響，發(fā)現(xiàn)：較低的抽真空度和較短的保壓時間能顯著降低煙氣中焦油、煙堿和總粒相物含量；CO、氨、B[α]P含量隨抽真空度和保壓時間的增大有升高趨勢，巴豆醛含量隨抽真空度和保壓時間的增大會顯著減小。超出一定的范圍，苯酚含量會顯著減小，而NNK和HCN含量隨兩參數(shù)變化有一定變化，但變化不大；葉片中煙堿、鉀、氯含量受抽真空度和保壓時間影響較小，總糖和還原糖含量在高真空度和長保壓時間下顯著減小，總氮在低真空度和短保壓時間下顯著減??；抽真空度與卷煙煙氣危害性呈正比關(guān)系，對其影響較大，保壓時間與卷煙煙氣危害性呈反比關(guān)系，影響較小。在保證較高的香氣及化學(xué)質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低抽真空度，延長保壓時間有利于減少卷煙煙氣危害性。

從以上分析結(jié)果來看，抽真空度和保壓時間參數(shù)的變化對卷煙危害性影響較大，對煙葉化學(xué)成分影響稍小，表明通過兩參數(shù)的調(diào)整來降低卷煙危害性具有可行性。通過對兩參數(shù)的回歸分析，可以看出其對卷煙煙氣危害性的影響。本試驗研究結(jié)果能夠為真空回潮工序精細化控制提供一定參考。今后就卷煙危害性與吸味品質(zhì)進行兩參數(shù)的優(yōu)化組合研究仍需進一步開展。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

Effects of Different Parameters of Vacuum Resurgence Process on Chemical Compositions and Danger of Cigarettes

ZHAO Zhe1, HOU Bing-qing1, YUE Heng1, WANG Yan-li2, CHEN Sheng-dong3, ZHAO Ming-qin1*

(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China; 2. Technology Center of Jilin Tobacco Industrial Limited Company, Changchun 133001, China; 3. Fuzhou Tobacco Company of Jiangxi Tobacco Limited Company, Fuzhou 344000, China)

Abstract：Through different combinations of vacuum degree and pressure holding time in vacuum resurgence process, detected the content of tar, seven harmful components, conventional chemical composition and so on, the influence of different conditions on the chemical composition and the harmfulness of cigarette were explored. The results showed that the low vacuum degree and pressure holding time could significantly reduce the content of tar, nicotine and total particulate matter in smoking. The content of CO, NH3, B[α]P increased with the increasing of vacuum degree and pressure holding time, crotonaldehyde content significantly increased with the reducing of vacuum degree and pressure holding time. The content of nicotine, potassium and chlorine were influenced little by vacuum degree and pressure holding time, the content of total sugar and reducing sugar were decreased significantly under high vacuum degree and high pressure holding time, and the total nitrogen content was were decreased significantly under low vacuum degree and low pressure holding time. The vacuum degree was proportional to the hazard of cigarette smoking, which had a big influence on it, the pressure holding time and the harm of the smoking were inversely related, and the influence was small.

Key words：Cigarette; Vacuum resurgence process; Harmful components; Chemical components

收稿日期：2015-12-29

基金項目：吉林中煙工業(yè)公司科技攻關(guān)項目(JY201203)。

作者簡介：趙喆(1991─)，碩士研究生，研究方向：煙草化學(xué)與生理。*通訊作者:趙銘欽。

中圖分類號：S572

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0051-04