預(yù)處理方法對(duì)再造煙葉中煙梗品質(zhì)的影響

趙春雷

蘇 瑤2

寇霄騰1

王靜怡2

(1. 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蚌埠卷煙廠，安徽 蚌埠 233010；2. 安徽中煙再造煙葉科技有限責(zé)任公司，安徽 蚌埠 233010)

預(yù)處理方法對(duì)再造煙葉中煙梗品質(zhì)的影響

趙春雷1

蘇 瑤2

寇霄騰1

王靜怡2

(1. 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蚌埠卷煙廠，安徽 蚌埠 233010；2. 安徽中煙再造煙葉科技有限責(zé)任公司，安徽 蚌埠 233010)

研究高壓預(yù)處理、常規(guī)預(yù)處理兩種工藝對(duì)煙梗理化特性、短梗萃取率及磨漿后漿料性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：高壓預(yù)處理后煙梗的熱水可溶物和乙醇可溶物含量均有一定程度的升高，提取效率提高，生產(chǎn)線效率得到提升；高壓預(yù)處理及磨漿后煙梗產(chǎn)生的細(xì)小纖維量較少，有利于產(chǎn)品得率的提升；高壓預(yù)處理后煙梗漿料動(dòng)態(tài)濾水性能優(yōu)于常規(guī)預(yù)處理煙梗，有利于漿料的抄造。

煙梗；高壓蒸汽；預(yù)處理；理化特性；纖維

造紙法再造煙葉的生產(chǎn)以煙葉碎片、煙末和煙梗為主要原料，綜合應(yīng)用化工醫(yī)藥技術(shù)中浸提工藝和造紙技術(shù)中制漿、抄造等關(guān)鍵工藝，制備成再造煙葉，應(yīng)用到卷煙生產(chǎn)中[1]。

煙梗作為造紙法再造煙葉的骨架，是再造煙葉必不可少的原料。但是，煙梗中果膠木質(zhì)素等大分子物質(zhì)含量較高，不僅影響煙梗纖維的疏解，而且與片基的物理結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，進(jìn)而影響再造煙葉的燃燒性能及產(chǎn)品品質(zhì)[2]，因此有必要對(duì)煙梗進(jìn)行一些預(yù)處理，以達(dá)到改善造紙法再造煙葉產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，提高再造煙葉產(chǎn)品的品質(zhì)[3]。煙梗的預(yù)處理研究已有很多，除目前造紙法再造煙葉生產(chǎn)線普遍使用的常規(guī)洗梗預(yù)處理方式外，還開(kāi)發(fā)了加酶萃取[4]、微生物發(fā)酵[5]、疏解萃取[6]和蒸汽處理[7]等，但這些預(yù)處理方式基本處于實(shí)驗(yàn)室水平，尚未得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。再造煙葉生產(chǎn)線煙梗常規(guī)預(yù)處理方式與制絲生產(chǎn)線常規(guī)預(yù)處理工藝流程及加工設(shè)備相同，從實(shí)際使用情況來(lái)看，這種方式存在預(yù)處理后煙梗提取效率較低、提取時(shí)間較長(zhǎng)的缺陷。針對(duì)這種缺陷，安徽中煙[8]自主開(kāi)發(fā)了高壓預(yù)處理煙梗設(shè)備，目前該設(shè)備已在卷煙生產(chǎn)線上成功投用，但尚未在再造煙葉領(lǐng)域使用。

為評(píng)估高壓預(yù)處理煙梗設(shè)備在造紙法再造煙葉生產(chǎn)線的適用性，本研究擬通過(guò)研究高壓預(yù)處理和常壓預(yù)處理對(duì)煙梗的物理、化學(xué)特性的影響，為煙梗的加工工藝、原料有效利用和產(chǎn)品品質(zhì)提升提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

煙梗：中部短梗，2011年產(chǎn)于云南昭通。

1.2 儀器與設(shè)備

洗梗機(jī)：WQ833A型，昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司；

螺旋蒸梗機(jī)：WQ227型，昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司；

壓力潤(rùn)梗機(jī)：試驗(yàn)樣機(jī)，安徽中煙與常州智思公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)；

臺(tái)式離心機(jī)：TD5F型，湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司；

連續(xù)流動(dòng)分析儀：AA3型，德國(guó)Seal公司；

動(dòng)態(tài)保留率濾水性分析儀：DFR-05型，瑞典BTG公司；

纖維形態(tài)分析儀：code 912型，瑞典L&W公司；

高濃圓盤(pán)精漿機(jī)：KRK 2500型，日本KRK株式會(huì)社。

1.3 短梗預(yù)處理工藝參數(shù)

(1) 常規(guī)預(yù)處理：經(jīng)水洗梗及螺旋蒸梗處理，其中水洗梗水溫60 ℃、水泵電機(jī)速度30 Hz、網(wǎng)帶電機(jī)速度28 Hz，螺旋蒸梗工作蒸汽壓力0.2 MPa，處理時(shí)間140 s。

(2) 高壓預(yù)處理：常溫水洗短梗，經(jīng)高溫高壓蒸梗，蒸汽壓力0.3 MPa、蒸汽溫度140 ℃，處理時(shí)間40 s。

經(jīng)上述兩種工藝處理后，煙梗含水率由11.7%升高至29.7%。

1.4 檢測(cè)方法

(1) 水溶性糖的測(cè)定：按YC/T 159—2002《煙草及煙草制品水溶性糖的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》執(zhí)行。

(2) 總植物堿的測(cè)定：按YC/T 160—2002《煙草及煙草制品總植物堿的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》執(zhí)行。

(3) 鉀的測(cè)定：按YC/T 217—2007《煙草及煙草制品鉀的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》執(zhí)行。

(4) 氯的測(cè)定：按YC/T 162—2011《煙草及煙草制品氯的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》執(zhí)行。

(5) 總氮的測(cè)定：按YC/T 161—2002《煙草及煙草制品總氮的測(cè)定連續(xù)流動(dòng)法》執(zhí)行。

(6) 熱水可溶物含量的測(cè)定：稱取相當(dāng)于絕干量2.0 g的樣品，加入120 mL蒸餾水，加熱沸騰回流1 h，然后冷卻過(guò)濾，稱量過(guò)濾后濾紙上樣品的重量，最后計(jì)算熱水可溶物含量。

(7) 乙醇可溶物含量的測(cè)定：分別稱取相當(dāng)于絕干量50 g的3種樣品(原梗、常規(guī)處理、高壓處理)，按固液質(zhì)量比1∶10置于70%乙醇中萃取1 h，離心分離(2 000 r/min，1 min)，取50 mL提取液檢測(cè)可溶物含量。

(8) 熱水提取效率的測(cè)定：分別選取相當(dāng)于絕干量50 g的常規(guī)處理、高壓處理后煙梗2種樣品，按固液質(zhì)量比1∶10置于60 ℃熱水中萃取20 min，離心分離(2 000 r/min，1 min)，取50 mL提取液檢測(cè)提取物含量。提取效率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

η——提取效率，%；

V1——提取液體積，mL；

m1——50 mL提取液可溶物含量，g；

m0——樣品的絕干量，g；

w——樣品的熱水可溶物，%。

(9) 纖維形態(tài)分析：使用纖維形態(tài)分析儀，取相當(dāng)于絕干量0.1 g的漿料于儀器專用燒杯中，并加水至300 mL，放置于取樣器上；啟動(dòng)纖維分析儀程序檢測(cè)所有漿料中纖維的長(zhǎng)度、寬度等物理指標(biāo)，并通過(guò)計(jì)算得到纖維的平均長(zhǎng)度、平均寬度等指標(biāo)。

(10) 動(dòng)態(tài)濾水性能的測(cè)定：使用DFR-05型濾水保留游離度測(cè)試儀，將濾液收集槽置于天平板上，倒入1 000 mL的漿料懸浮液至攪拌室，化學(xué)品從精密滴管進(jìn)入，并放置在加入單元內(nèi)，攪拌器攪拌速度區(qū)間設(shè)置為200～1 500 r/min，錐體打開(kāi)，預(yù)濾液流入預(yù)濾液收集杯，保留測(cè)試閥動(dòng)作，濾液流入濾液收集槽，開(kāi)始測(cè)量濾液的總濃度和填料/細(xì)小纖維的濃度，并產(chǎn)生過(guò)濾過(guò)程的圖形(濾液的重量/時(shí)間)。測(cè)試使用的濾網(wǎng)規(guī)格為18，24，40，50，60，100，150目，使用椎體攪拌葉片和保留率測(cè)量攪拌葉片。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱水可溶物含量

在再造煙葉的生產(chǎn)過(guò)程中，煙葉的熱水可溶物作為再造煙葉涂布液的來(lái)源，對(duì)整體的再造煙葉品質(zhì)起到至關(guān)重要的作用；而乙醇萃取作為熱水萃取的進(jìn)一步發(fā)展，其萃取得到的物質(zhì)在感官質(zhì)量等多方面均優(yōu)于熱水萃取，因而多用于針對(duì)高端原料的萃取使用。

熱水可溶物含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣品熱水可溶物含量Table 1 Sample hot water soluble content %

由表1可知，原梗與常規(guī)處理短梗熱水可溶物差異較小，經(jīng)高壓處理的短梗熱水可溶物稍高于原梗及常壓處理煙梗。

2.2 乙醇可溶物含量

乙醇可溶物含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣品乙醇可溶物含量Table 2 Sample ethanol soluble content

由表2可知，乙醇可溶物含量高壓處理>原梗>常壓處理。常壓處理過(guò)程中乙醇可溶物有一定的損失；而高壓處理過(guò)程中因非酶促棕色化反應(yīng)的發(fā)生，乙醇可溶物含量提升。

2.3 熱水提取效率

在再造煙葉的生產(chǎn)過(guò)程中，原料熱水可溶物的萃取比例是衡量生產(chǎn)線萃取工段工藝能力的重要指標(biāo)，在相同的條件下若原料的熱水提取效率越高則意味著在生產(chǎn)過(guò)程越容易完成萃取要求，將在一定程度上節(jié)約生產(chǎn)過(guò)程的電、水等多方面能耗。

由表3可知，高壓處理提取效率高于常壓處理效率。這主要因?yàn)楦邏禾幚砗蟮臒煿＝Y(jié)構(gòu)較常壓處理后煙梗疏松。

表3 熱水提取效率Table 3 Hot water extraction efficiency

2.4 常規(guī)化學(xué)成分

化學(xué)成分與感官品質(zhì)密切相關(guān)。其中還原性糖在煙支燃吸時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，抑制煙氣中的堿性，降低刺激性；總糖與煙堿的比例常用來(lái)評(píng)價(jià)其勁頭和舒適程度；總氮?jiǎng)t包括各類含氮化合物，在燃吸過(guò)程中使煙氣顯堿性，給人辣、刺、苦的感覺(jué)；鉀與再造煙葉的氣味、燃燒、安全有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

由表4可知，經(jīng)常壓處理及高壓處理后，煙梗中總糖、還原糖、總氯呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，總鉀呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。因?yàn)樵诔杭案邏簵l件下，煙梗中糖類物質(zhì)有一定程度的降解。

由表5可知，與原梗樣品相比，除氯以外，煙梗中常規(guī)化學(xué)成分無(wú)論用熱水還是乙醇提取，高壓處理煙梗中常規(guī)化學(xué)成分保留率均明顯低于常壓處理，即針對(duì)熱水提取效率和乙醇提取效率兩項(xiàng)指標(biāo)，高壓處理明顯高于常壓處理，同樣與兩種處理后煙梗組織疏松的差異有關(guān)。

表4 煙梗常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果Table 4 Conventional chemical composition of stem %

表5 煙梗常規(guī)化學(xué)成分提取效率對(duì)比表Table 5 Comparison of extraction efficiency of conventional chemical components in stem %

2.5 纖維形態(tài)分析

纖維形態(tài)為漿料經(jīng)過(guò)磨漿后的長(zhǎng)度、寬度等物理指標(biāo)，其將決定著漿料在成型網(wǎng)部位留著情況以及漿料成紙后的各類相關(guān)物理指標(biāo)。

分別選取相當(dāng)于絕干量100 g的原梗、常規(guī)處理后煙梗、高壓處理后煙梗按固液質(zhì)量比1∶10置于60 ℃熱水中萃取1 h后磨漿至打漿度25°,對(duì)3種漿料的纖維形態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，每組檢測(cè)5次，顯著性結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，原梗、常壓處理煙梗、高壓處理煙梗三者相互之間的纖維長(zhǎng)度、扭結(jié)角無(wú)顯著性差異。原梗與常壓處理后煙梗的纖維寬度、纖維長(zhǎng)寬比、變形因子、長(zhǎng)纖維比例、細(xì)小纖維比例無(wú)顯著性差異，而原梗與高壓處理煙梗、常壓處理煙梗與高壓處理煙梗的這幾項(xiàng)指標(biāo)均存在顯著性差異。

由表6、7可知，高壓處理煙梗較常壓處理煙梗纖維寬高5.32 μm，波動(dòng)性也較小；高壓處理煙梗較常壓處理煙梗長(zhǎng)纖維比例高6.58%，細(xì)小纖維比例低8.38%。

2.6 動(dòng)態(tài)濾水性能

動(dòng)態(tài)濾水性能標(biāo)志著漿料在成型網(wǎng)部的整體脫水情況，其速率的快慢將影響出成型網(wǎng)部片基的含水率，進(jìn)而影響其強(qiáng)度，同時(shí)決定生產(chǎn)是否可以正常進(jìn)行，若動(dòng)態(tài)濾水性較好可保障在相同工藝條件下出成型網(wǎng)部片基含水率相對(duì)較低，具有一定的抗張強(qiáng)度，滿足生產(chǎn)。

使用磨漿后漿料，分別對(duì)兩種形式處理后的煙梗漿料動(dòng)態(tài)濾水性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 漿料動(dòng)態(tài)濾水性能檢測(cè)結(jié)果Figure 1 Test results of dynamic filtration performance ofpulp

由圖1可知，高壓處理煙梗(3-1、3-2、3-3)的動(dòng)態(tài)濾水性能高于常規(guī)處理煙梗(2-1、2-2、2-3)，其抄造性能較好。動(dòng)態(tài)濾水性能的差異進(jìn)一步驗(yàn)證了表7中兩種樣品纖維形態(tài)的差異。

3 結(jié)論

(1) 與煙梗常規(guī)處理相比，煙梗高壓處理在產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)線效率等方面均有一定的優(yōu)勢(shì)。煙梗高壓處理時(shí)的高溫高壓環(huán)境促進(jìn)了煙梗非酶促棕色化反應(yīng)的發(fā)生，煙梗熱水可溶物、乙醇可溶物含量有所提升，對(duì)產(chǎn)品的感官品質(zhì)有利；高壓處理后的煙梗結(jié)構(gòu)更為疏松，有利于提取效率的提升；同時(shí)，磨漿后長(zhǎng)纖維比例上升、細(xì)小纖維比例降低，有利于提高生產(chǎn)線產(chǎn)品的得率。

表6 單因素方差分析表?Table 6 Single factor analysis of variance

? 變形因子指纖維投影長(zhǎng)度除以實(shí)際長(zhǎng)度。樣品1為原梗，樣品2為常規(guī)處理煙梗，樣品3為高壓處理煙梗。

表7 纖維形態(tài)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比?Table 7 Comparison of fiber morphology test results

? 表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。樣品1為原梗，樣品2為常規(guī)處理煙梗，樣品3為高壓處理煙梗。

(2) 高壓處理煙梗在卷煙制絲生產(chǎn)線的主要優(yōu)點(diǎn)在于感官品質(zhì)和生產(chǎn)效率的提升，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，這兩點(diǎn)在再造煙葉生產(chǎn)中也得到了體現(xiàn)；而目前造紙法再造煙葉行業(yè)提升抄造性能和得率主要著眼于磨漿、抄造等工序的優(yōu)化調(diào)整，使用高壓處理工藝則可以從煙梗預(yù)處理工序著手提升。

(3) 本項(xiàng)研究?jī)H針對(duì)一種煙梗開(kāi)展了研究。不同的煙梗經(jīng)過(guò)高壓處理后的表現(xiàn)可能存在差異，為進(jìn)一步評(píng)估高壓處理工藝的效果，在后期研究中，有必要針對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)不同年份的煙梗開(kāi)展較全面的研究。

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The research on tobacco stem pretreatment technology in the production of reconstituted tobacco

ZHAOChun-lei1

SUYao2

KOUXiao-teng1

WANGJing-yi2

(1.BengbuCigaretteFactory,AnhuiTobaccoIndustryCo.,Ltd.,Bengbu,Anhui233010,China;2.AnhuiTobaccoReconstitutedTobaccoTechnologyCo.,Ltd.,Bengbu,Anhui233010,China)

The effects on physical characteristics, chemical characteristics of tobacco stem, tobacco stem extraction rate and pulp properties after high pressure steam and conventional pretreatiment were investigated in this study. The results showed that the contents of hot water and ethanol soluble in the stem of the high pressure pretreatment increase to a certain extent, and the efficiencies of extraction and the production line were improved. The amount of fine fibers produced by the high pressure pretreatment after the defibrination was less, and this was beneficial to the improvement of the product yield. The dynamic filtration performance of the stem pulp after the high pressure pretreatment was better than that of the conventional pretreatment, which was good for paper making.

tobacco stem; high pressure steam; pretreatment; physical and chemical characteristics; fiber

趙春雷(1977—)，男，安徽中煙蚌埠卷煙廠工程師。E-mail：18056098118@163.com

2017—04—05

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.05.042