CO2膨脹工藝對煙草梗絲品質(zhì)的影響

王劉東，王培峰，胡有持，闕明耀，丁 超，楊春強，劉 珊

（1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州 221005；2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，河南鄭州 450001）

CO2膨脹工藝對煙草梗絲品質(zhì)的影響

王劉東1，王培峰1，胡有持2，闕明耀1，丁 超1，楊春強2，*劉 珊2

（1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州 221005；2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，河南鄭州 450001）

為考察CO2膨脹梗絲的使用價值，以傳統(tǒng)高溫、高濕（STS）膨脹工藝為對照，考察了CO2膨脹工藝前后對煙草梗絲理化性質(zhì)的變化。結(jié)果表明：①CO2膨脹對梗絲的pH值及常規(guī)成分無顯著影響；②CO2膨脹后梗絲石油醚提取物含量有所降低，但與STS膨脹的影響相當(dāng)；③CO2膨脹對梗絲細(xì)胞壁物質(zhì)的去除效果優(yōu)于STS膨脹工藝；④CO2膨脹梗絲的保潤性能與感官品質(zhì)優(yōu)于STS膨脹梗絲?？梢姡c常規(guī)STS膨脹技術(shù)相比較，CO2膨脹工藝能夠在一定程度上改善煙草梗絲的品質(zhì)，具有良好的應(yīng)用前景。

梗絲；CO2膨脹；STS膨脹；品質(zhì)

眾所周知，使用膨脹煙草梗絲是降低卷煙焦油量的方法之一，目前煙草梗絲膨脹技術(shù)主要有高溫高濕法（STS）、微波膨脹法和ESS法。上述3種方法的膨脹介質(zhì)均為水，梗絲首先經(jīng)水、汽浸潤溶脹，脫水時細(xì)胞內(nèi)親水物質(zhì)分子重新排列成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得組織結(jié)構(gòu)蓬松脹大[1]。CO2膨脹技術(shù)以CO2為膨脹介質(zhì)，目前主要應(yīng)用于煙草葉絲的膨脹，但由于其耐加工能力較差，膨脹后抗破碎能力較弱，因此CO2膨脹葉絲技術(shù)的應(yīng)用受到一定程度的限制。而煙草梗絲的耐加工性能較強，具有利用CO2膨脹技術(shù)的天然優(yōu)勢。目前，CO2膨脹煙草梗絲技術(shù)的相關(guān)研究鮮有公開，僅江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司研究了CO2膨脹工藝處理梗絲的工藝路徑和工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)CO2膨脹后的梗絲具有良好的填充性能，并且對煙草梗絲的耐加工性能影響較小[2]。為了進一步考察CO2膨脹梗絲的應(yīng)用前景，以STS膨脹工藝為參照，對采用CO2膨脹技術(shù)前后煙草梗絲的理化性質(zhì)進行測試，旨在為提高膨脹煙草梗絲的使用價值提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 主要材料和儀器

CO2膨脹前煙草梗絲、CO2膨脹后煙草梗絲、STS膨脹前煙草梗絲、STS膨脹后煙草梗絲，江蘇中煙徐州卷煙廠提供。

煙草含水率檢測手套箱，鄭州煙草研究院提供；CP2245型電子天平（感量0.000 1 g），德國Sartorius公司產(chǎn)品；101-0型鼓風(fēng)干燥箱，上海圣欣科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 煙草梗絲化學(xué)指標(biāo)的測定

將膨脹前后的煙草梗絲樣品于40℃干燥2 h，粉碎后過40目篩，置于封閉容器中備用。pH值的測定采用YC/T 222—2007；總糖和還原糖的測定采用 YC/T 159—2002；總植物堿的測定采用 YC/T 160—2002；氯的測定采用YC/T 162—2011；鉀的測定采用YC/T 173—2003；石油醚提取物的測定采用YC/T 176—2003；果膠的測定采用YC/T 346—2010；木質(zhì)素的測定采用YC/T 347—2010；纖維素、半纖維素的測定參考文獻(xiàn)[3]。

1.2.2 煙草梗絲物理保潤性能的測試與評價[4]

將膨脹前后的煙草梗絲樣品置于相對濕度60%± 2%，溫度22±1℃的硫酸干燥器中平衡3 d，利用煙草含水率測試手套箱（箱體內(nèi)溫度22±1℃，濕度30%±1%）測試樣品含水率隨時間的變化，進而計算失水過程中水分比（表示一定干燥條件下物料持留的水分，可以反映物料失水的快慢）隨時間變化的曲線，使用Weibull模型對數(shù)據(jù)進行擬合，得到Weibull模型的各參數(shù)值，利用模型參數(shù)評價樣品的保潤性能。

1.2.3 煙草梗絲的感官評價

采用相同的輔材將不同工藝的膨脹煙草梗絲卷制成卷煙，由9名省級以上評委組成評吸小組，按照GB 5606.4—2005的方法進行感官評價。

2 結(jié)果與討論

2.1 CO2膨脹對煙草梗絲pH值的影響

煙草pH值即其水浸液的pH值，反映了其中酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)的相對含量，從而對其感官品質(zhì)有較大的影響。

膨脹前后煙草梗絲pH值見表1。

表1 膨脹前后煙草梗絲pH值

由表1可知，膨脹前后煙草梗絲水浸液的pH值與STS膨脹相比較，CO2膨脹對煙草梗絲pH值也無明顯影響，這是因為煙草梗絲本身就是一個化學(xué)組成復(fù)雜的緩沖體系，在膨脹過程中部分化學(xué)成分的變化不會引起體系pH值的明顯變化。

2.2 CO2膨脹對煙草梗絲石油醚提取物的影響

煙草石油醚提取物是用石油醚作為溶劑，對煙草樣品進行抽提得到的混合物，主要包括揮發(fā)油、油脂、蠟質(zhì)、脂肪酸、類酯物、萜類、色素等，其含量與煙草的香氣量有關(guān)，常作為衡量煙草品質(zhì)和香氣的重要指標(biāo)[5]。

煙草梗絲石油醚提取物含量見表2。

由表2可知，經(jīng)過CO2膨脹處理，煙草梗絲石油醚提取物含量有所降低，但是與STS膨脹相比差別不明顯。石油醚提取物減少的主要原因有2個：一是梗絲在浸漬的過程中部分化學(xué)成分被溶劑溶解后帶走，二是煙草梗絲部分化學(xué)成分在高溫下發(fā)生熱解和揮發(fā)。

表2 煙草梗絲石油醚提取物含量 /mg·g-1

2.3 CO2膨脹對煙草梗絲常規(guī)化學(xué)成分的影響

膨脹前后煙草梗絲常規(guī)化學(xué)成分含量見表3。

表3 膨脹前后煙草梗絲常規(guī)化學(xué)成分含量 /mg·g-1

由表3可知，不同膨脹工藝前后煙草梗絲中常規(guī)化學(xué)成分的含量及其變化，可見經(jīng)過STS與CO2膨脹后，煙草梗絲的各常規(guī)成分含量總體上無顯著變化。對于還原糖，STS膨脹前后煙草梗絲的含量基本不變，而CO2膨脹前后煙草梗絲的含量略有下降，這可能是由于CO2膨脹工藝的處理溫度較高，造成更多還原糖的裂解損失。

2.4 CO2膨脹對煙草梗絲細(xì)胞壁物質(zhì)的影響

煙梗的主要成分是細(xì)胞壁物質(zhì)，占40%以上，包括纖維素、半纖維素、果膠和木質(zhì)素等，這類物質(zhì)熱裂解會產(chǎn)生較多的低級醛類、兒茶酚、烷基兒茶酚和甲醇等，嚴(yán)重影響卷煙的吸食品質(zhì)，限制了煙梗在卷煙中的添加比例。

煙草梗絲膨脹前后細(xì)胞壁物質(zhì)的含量及變化見表4。

表4 煙草梗絲膨脹前后細(xì)胞壁物質(zhì)的含量及變化 /mg·g-1

由表4可知，經(jīng)過膨脹后，煙草梗絲中纖維素、半纖維素、果膠及木質(zhì)素的含量均有不同程度下降?？傮w上看，CO2膨脹對煙草梗絲細(xì)胞壁物質(zhì)的去除效果優(yōu)于STS膨脹。CO2膨脹對纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的去除效果與STS膨脹差別不明顯，而對果膠的去除率顯著高于STS膨脹。這可能是由于果膠含有極性區(qū)和非極性區(qū)，與極性較強的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素相比，更容易被非極性的CO2萃取，從而被去除。

2.5 CO2膨脹對煙草梗絲保潤性能的影響

膨脹前后煙草梗絲Weibull模型擬合結(jié)果見表5。

表5 膨脹前后煙草梗絲Weibull模型擬合結(jié)果

尺度參數(shù)α值表示水分比隨時間衰減的快慢，α值越大說明樣品水分比衰減得越慢、所需的時間越長。β值與樣品在失水過程開始階段的失水速率有關(guān)，其值越小表示開始階段的失水速率越大。試驗使用α值評價樣品的物理保潤性能。從結(jié)果可以看出，膨脹后煙草梗絲的Weibull模型尺度參數(shù)α值均降低，說明煙草梗絲經(jīng)過膨脹后其物理保潤性能均下降。但比較2種膨脹方式對煙草梗絲物理保潤性能的影響可以發(fā)現(xiàn)，CO2膨脹工藝對煙草梗絲物理保潤性能的影響較小，煙草梗絲經(jīng)STS膨脹后物理保潤性能降低比較明顯。煙草的水溶性糖與石油醚提取物含量等都會影響其保潤性能，而2種膨脹方式對梗絲水溶性糖與石油醚提取物的影響并無顯著差別，因此CO2膨脹煙草梗絲具有較好的保潤性能，可能與其膨脹后的組織結(jié)構(gòu)或其他因素有關(guān)。

2.6 不同工藝下膨脹煙草梗絲的感官作用評價

不同工藝下膨脹煙草梗絲感官評價結(jié)果見表6。

由表6可知，CO2膨脹煙草梗絲的各感官指標(biāo)得分均不同程度高于STS膨脹所得煙草梗絲，其中在雜氣、刺激、余味方面明顯優(yōu)于STS膨脹工藝，這可能是由于CO2膨脹工藝對煙草梗絲中細(xì)胞壁物質(zhì)的去除效果更好，減少了果膠、木質(zhì)素等物質(zhì)燃燒帶來的刺激和口腔的不適感。

表6 不同工藝下膨脹煙草梗絲感官評價結(jié)果 /分

3 結(jié)論

CO2膨脹與STS膨脹前后煙草梗絲理化性質(zhì)的分析結(jié)果表明：①CO2膨脹對煙草梗絲的pH值及常規(guī)成分無顯著影響；②CO2膨脹后煙草梗絲石油醚提取物含量有所降低，與STS膨脹的影響相當(dāng)；③CO2膨脹對梗絲細(xì)胞壁物質(zhì)的去除效果優(yōu)于STS膨脹；④CO2膨脹的保潤性能與感官品質(zhì)優(yōu)于STS膨脹?？梢?，與常規(guī)STS膨脹技術(shù)相比較，CO2膨脹技術(shù)能夠在一定程度上改善煙草梗絲的品質(zhì)，具有良好的應(yīng)用前景。

[1]吳文強，朱列書，易克，等.梗絲在線膨脹技術(shù)與設(shè)備研究進展 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2011（11）：105-108.

[2]丁超，王培鋒，李彬，等.梗絲的干冰CO2膨脹方法[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2012（10）：74-78.

[3]張槐苓，葛翠英，穆懷靜，等.煙草分析與檢驗 [M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1994：37-69.

[4]馬驥，崔凱，陳芝飛，等.濾嘴對卷煙物理保潤性能的影響 [J].煙草科技，2016，49（3）：68-76.

[5]閆克玉.煙草化學(xué) [M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2002：101-123.

Effect of CO2Expansion on Characteristics of Stem Shreds

WANG Liudong1，WANG Peifeng1，HU Youchi2，QUE Mingyao1，DING Chao1，YANG Chunqiang2，*LIU Shan2（1.Xuzhou Cigarette Factory，Jiangsu Tobacco Industrial Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221005，China；2.Zhengzhou Tobacco Research Institute，CNTC，Zhengzhou，He'nan 450001，China）

In order to investigate the use value of stem shreds by CO2expansion，their physicochemical characteristics are analyzed compared to stem shreds by STS expansion.Results show that：①CO2expansion has no significant effect on pH and routine components contents of stem shreds；②ether extract content of stem shreds by CO2expansion decreased and the fall range is commensurate with that of STS expansion；③CO2expansion remove cell walls of stem shreds more efficiently than STS expansion；④CO2expansion improve moisture retention and sensory quantity of stem shreds compared with STS expansion.Overall，CO2expansion can improve stem shreds qualities to some extent and has a bright prospect for production.Key words：stem shreds；CO2expansion；STS expansion；characteristics

S572

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.11.040

1671-9646（2016）11b-0042-03

2016-09-30

中國煙草總公司科技重點項目“CO2膨脹梗絲技術(shù)研究與應(yīng)用”（110201302011）。

王劉東（1982—），男，碩士，工程師，研究方向為卷煙工藝和質(zhì)量控制。

*通訊作者：劉 珊（1977—），女，碩士，工程師，研究方向為煙用香精香料。