梗絲在卷煙減害降焦及提質(zhì)中的應(yīng)用

孫德坡 龍明海 石志發(fā) 曾池 施明 張興濤 李航 段安凌 資文華 堯珍玉

摘要綜述了煙梗的膨脹方式、制絲工藝、外觀形態(tài)及微生物和酶處理工藝在卷煙提質(zhì)和減害降焦中的應(yīng)用效果，旨在改進加工工藝，降低卷煙有害成分釋放量，提升梗絲在卷煙中的使用量，進而降低卷煙危害性。

關(guān)鍵詞梗絲；卷煙；減害降焦；提質(zhì)

中圖分類號TS452文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）14-0083-04

AbstractThe effect of processing technology of cut tobacco stem in relieving harm and reducing tar，such as the expansion style of stem，cut stem processing，morphological appearance，microbial and enzymatic treatment technology were reviewed，in order to improve processing technology，reduce the harmful components of cigarette smoke and increase the added amount in tobacco leaves group，then decrease the harm in cigarette smoking.

Key wordsCut tobacco stem；Cigarette；Relieving harm reducing tar；Improving quality

近年來，在世界衛(wèi)生組織（WHO）、許多國家政府和各種反煙團體的積極推動下，全球性的反吸煙運動日益高漲，煙草企業(yè)受到越來越大的社會壓力。《煙草控制框架公約》公約規(guī)定各國政府要實行有效的立法或行政措施，以防止或減少煙草消費、煙堿成癮和接觸煙草煙氣等，并對煙草制品成分進行限制。目前，世界上主要發(fā)達國家相繼對市售卷煙的焦油、煙堿及CO量做出了具體的限量，同時，消費者自身的健康和環(huán)保意識有所增強。國際卷煙市場呈現(xiàn)出向更低焦油、煙堿和低有害成分卷煙發(fā)展的趨勢[1-2]。

卷煙中減害降焦的技術(shù)，主要體現(xiàn)在以下3個方面[3]：一是通過農(nóng)業(yè)措施、加入煙草薄片、添加助燃劑、膨脹煙絲、改變煙支規(guī)格、減少煙絲量、減少卷煙抽吸口數(shù)等工藝措施降低卷煙制品焦油含量；二是通過改變?yōu)V嘴輔材和參數(shù)、加入吸附劑等提高煙氣過濾效率；三是使用打孔濾嘴和高透氣度卷煙紙來提高煙支和濾嘴段的通風(fēng)率以稀釋主流煙氣。梗絲具有較高的填充性和較好的燃燒性，能降低卷煙的單箱耗絲量，減少卷煙抽吸口數(shù)，產(chǎn)生的焦油和有害煙氣成分含量較低[4-8]。

提升卷煙中梗絲的添加比例，對卷煙的減害降焦具有重要意義。但在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，梗絲添加比例過高，會帶來木質(zhì)氣、雜氣、刺激、灼熱感等，影響抽吸品質(zhì)。煙梗提質(zhì)是改善梗絲品質(zhì)、提升在卷煙中用量、降低卷煙有害成分釋放量的重要途徑。研究表明，通過改進梗絲生產(chǎn)工藝、協(xié)調(diào)煙梗各組分含量、優(yōu)化梗絲理化指標等方式，對提升梗絲感官品質(zhì)、降低梗絲的焦油釋放量有很好的效果。筆者對近年來梗絲在減害降焦及提升品質(zhì)方面的相關(guān)技術(shù)進行綜述，旨在為降低卷煙煙氣有害成分釋放量、增加梗絲經(jīng)濟價值提供參考。

1梗絲在卷煙減害降焦中的應(yīng)用效果

卷煙中摻配膨脹梗絲能夠提高煙絲的填充性，減少單支卷煙的煙絲用量及煙支重量，加快卷煙的燃燒速度，減少抽吸口數(shù)，從而降低卷煙的焦油量及主流煙氣中有害成分釋放量。研究表明，利用不同工藝膨脹后的煙絲和梗絲，由于其細胞組織得到不同程度的膨脹，其密度變小，體積增大，因而單位重量煙絲與空氣的接觸面積大大增加，使煙支在燃吸過程中發(fā)生的氧化反應(yīng)趨向完全，減少了每次抽吸時的焦油量，同時也可減少每支卷煙的抽吸口數(shù)，進而降低了卷煙的焦油量[9-12]。另外，膨脹后梗絲的填充能力也隨之增大，可減少卷煙中的煙絲重量，進而降低了卷煙的焦油量（減少了可生成焦油的原始物質(zhì)數(shù)量）。因而在卷煙配方中摻用膨脹梗絲后，不但可以節(jié)約煙絲，而且也可降低卷煙的焦油量。

研究表明，隨著葉組中膨脹梗絲的增加，焦油、煙堿及主流煙氣7 種有害成分的釋放量呈降低趨勢[13-16]。彭斌等[16]研究了梗絲摻配量對卷煙主流煙氣7種有害成分的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻兌膨脹梗絲能夠選擇性降低主流煙氣中的苯酚、煙堿B[a]P和氨。膨脹梗絲摻兌量每增加10%，卷煙主流煙氣焦油釋放量降低8.4%，煙堿釋放量降低12.5%，CO釋放量增加2.6%，NNK釋放量降低2.7%，巴豆醛釋放量增加4.4%，氫氰酸釋放量降低4.2%，B[a]P釋放量降低11.3%，氨釋放量降低10.5%，苯酚釋放量降低17.1%。同時通過增加膨脹梗絲摻兌量能夠選擇性降低苯酚、煙堿B[a]P和氨。

2煙梗制品對主流煙氣有害成分的影響

2.1煙梗膨脹方式對主流煙氣有害成分的影響

2.1.1微波膨脹梗絲。煙梗經(jīng)微波膨脹后形成疏松的多空腔結(jié)構(gòu)，制成的梗絲具有較高的填充力，能夠促進卷煙的燃燒[17-20]。趙云川等[21-22]評價了經(jīng)過2次微波膨脹的梗絲（煙梗微波膨脹和梗絲微波干燥）降焦減害效果，梗絲摻配比例在8%～33%時，與傳統(tǒng)梗絲（氣流干燥梗絲）相比，微波膨脹梗絲降低煙氣中CO、HCN、B[a]P和巴豆醛釋放量的效果更佳，平均降低1.0 mg/支、9.43 μg/支、0.19 ng/支和0.42 μg/支。鄒泉等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)梗絲相比，摻配微波膨脹梗絲可以降低卷煙焦油量和CO釋放量。

2.1.2蒸汽爆破梗絲。蒸汽爆破技術(shù)是對生物質(zhì)原料進行處理的一種方法[24-25]，主要功能是破壞生物質(zhì)的細胞壁物質(zhì)，分離或降解纖維成分和木質(zhì)素。在煙梗加工方面，宋光富等[26]研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽爆破可以降低煙梗中總糖含量，改變部分致香成分含量。吳艷等[27]研究發(fā)現(xiàn)，蒸汽爆破可以降低煙梗中纖維素和半纖維素含量。施豐成等[28]研究發(fā)現(xiàn)，梗絲蒸汽爆破處理后，香氣量有所增加，木質(zhì)氣、刺激性和灼熱感有所降低；隨梗絲添加量的增加，卷煙的總糖、還原糖、果膠、總植物堿和蛋白質(zhì)含量逐漸降低，纖維素、鉀和總有機酸含量逐漸增加，卷煙主流煙氣的總粒相物、焦油量、煙氣煙堿量逐漸降低；爆破梗絲添加量小于20%時，對卷煙的感官質(zhì)量無明顯影響。

2.1.3粒狀膨脹梗絲。粒狀梗絲膨脹（Expanded Shredded Stems，ESS）是一種新型的梗絲處理技術(shù)。該技術(shù)是在高溫高壓蒸汽1.2 MPa、300 ℃左右下對短?；蚬：炦M行膨脹加工。粒狀梗絲膨脹技術(shù)使產(chǎn)品呈顆粒狀，富有彈性。該技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品在卷煙配方中的應(yīng)用，可以提升卷煙的燃燒性，降低煙支重量，彈性好，木質(zhì)氣降低，改善卷煙品質(zhì)同時降低卷煙煙氣中的焦油，提高卷煙的安全性[29-30]。ESS梗絲可有效降低卷煙煙氣焦油、CO及煙堿等，摻配適量的ESS梗絲對卷煙的風(fēng)格和感官質(zhì)量無不良影響[31-32]。

2.2制絲工藝對主流煙氣有害成分的影響制絲工藝參數(shù)對主流煙氣有害成分釋放量有一定的影響[33]。邱光明等[34]研究發(fā)現(xiàn)，微波松散工序的加工時間、松散回潮工序的筒體轉(zhuǎn)速、HT烘絲工序的工作蒸汽壓力和熱風(fēng)溫度等因素對B[a]P和HCN釋放量均有一定程度的影響。張濤等[35]研究發(fā)現(xiàn)，切絲寬度對多數(shù)主流煙氣成分釋放量的影響較大，其中切絲寬度在0.8 mm以下對B[a]P的降低有顯著影響，在1.2 mm以下對HCN、焦油、煙堿和CO的降低有顯著影響，在1.0 mm以下對苯酚、NH3和NNK的降低有顯著影響，排潮風(fēng)門開度對巴豆醛和NNK的影響程度也較大。

肖春菊等[36]對梗絲切絲寬度與煙支的有害成分釋放量關(guān)系進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻配梗絲的寬度為0.17 mm時，卷煙的焦油和CO最低。主流煙氣中的總粒相物、焦油量和CO量隨摻兌梗絲長度的縮短呈先下降后上升趨勢，當(dāng)長度為3.17～4.23 mm時，焦油和CO量相對較低[37]。楊東亞等[38]研究發(fā)現(xiàn)，煙?；爻惫に噷＝z物理和煙氣指標也有一定的影響。隨著蒸汽壓力、溫度的升高，梗絲的整絲率降低，填充值下降，焦油及CO釋放量逐漸升高。

2.3梗制品形態(tài)對主流煙氣有害成分的影響卷煙中多使用傳統(tǒng)的片狀梗絲，片狀梗絲的外觀、形態(tài)與煙絲差異較大，易造成煙支理化指標波動性較大，一定程度上限制了梗絲摻配比例的提高。汪濤等[39]對絲狀梗絲和片狀梗絲在卷煙中的應(yīng)用效果進行分析，結(jié)果表明，添加絲狀梗絲后，煙支密度呈降低趨勢，當(dāng)絲狀梗絲添加比例為20%時，煙支的焦油和CO均顯著降低。

王慧等[40]將微波膨脹顆粒摻配到葉組中，結(jié)果表明，隨著摻配比例的增加，葉組的糖堿比、糖氮比逐漸升高，焦油和CO逐漸降低，當(dāng)摻配比例在6%～15%時，卷煙的感官質(zhì)量和吸食風(fēng)格不變，但煙梗膨脹顆粒應(yīng)用于葉組中，會導(dǎo)致?lián)脚渚鶆蛐韵陆担绊憻熤У睦砘笜朔€(wěn)定性。為了提升膨梗顆粒的使用價值，堯珍玉等[41]將膨脹煙梗顆粒復(fù)合濾嘴應(yīng)用于卷煙中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，卷煙焦油顯著降低，對主流煙氣中的苯并[a]芘具有選擇性吸附作用，降低幅度達12.13%，且膨脹煙梗顆粒復(fù)合濾嘴可以提升卷煙香氣濃度，降低刺激性。

3微生物及酶處理在卷煙減害降焦及提質(zhì)中的作用

微生物發(fā)酵和酶降解技術(shù)，在煙草的提質(zhì)和減害中具有重要作用，該方法具有污染小、可控性強等特點。楊虹琦等[42]對微生物和酶技術(shù)在煙草中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了詳細的闡述，認為該類技術(shù)對改善卷煙香氣品質(zhì)、提高卷煙生產(chǎn)經(jīng)濟效益具有現(xiàn)實意義。煙梗中含有大量的木質(zhì)素、果膠、淀粉等大分子化合物，在梗絲燃燒過程中，極可能會熱解產(chǎn)生稠環(huán)芳烴、兒茶酚、芳香胺等致癌物質(zhì)[43-44]。同時梗絲中存在這些大分子化合物，在燃燒過程中，會帶來雜氣、木質(zhì)氣、刺激性等負面氣息，嚴重影響抽吸品質(zhì)。采用微生物和酶技術(shù)處理煙梗，能充分發(fā)揮微生物和酶對大分子有機物的降解作用，更好地對梗絲進行增香提質(zhì)和減害降焦。

3.1微生物發(fā)酵微生物生長過程中，能夠通過直接或間接利用某些木質(zhì)素、纖維素、蛋白質(zhì)和微量元素等營養(yǎng)源，分解代謝合成不同種類的生物酶，有效促進煙葉中大分子化合物之間的分解和轉(zhuǎn)化，促進致香成分的產(chǎn)生和積累并降低有害成分的含量，從而提高煙葉的抽吸品質(zhì)[45-48]。利用微生物技術(shù)提高煙葉的香氣和品質(zhì)方面已有較多研究。黃靜文等[49]將從烤煙葉面上分離到的短小芽孢桿菌用于煙絲發(fā)酵，處理后煙絲的化學(xué)成分比例更加協(xié)調(diào)，樣品煙香提高，煙氣更為醇和，刺激性和雜氣均有所改善。朱大恒等[50]利用產(chǎn)香菌的發(fā)酵產(chǎn)物作為香料來提高煙葉香氣，卷煙品質(zhì)明顯改善。

在煙梗制品的提質(zhì)和減害研究中，將具有特定功能的微生物接種至梗絲中以改善梗絲品質(zhì)，目前已有研究。周元清等[51]用木質(zhì)素降解微生物及木質(zhì)素降解酶綜合處理煙梗，明顯去除煙梗的木質(zhì)氣、刺激性，增加煙梗的填充值，木質(zhì)素含量明顯降低，提高了煙梗的使用價值。陳興等[52]從醇化烤煙煙葉表面分離得到的微生物菌株 V35（Bacillus pumilus Van35）制成菌劑用于梗絲處理，在30 ℃處理 48 h后，梗絲的糖堿比、糖氮比明顯增加，細胞壁物質(zhì)降低，總揮發(fā)性香氣物質(zhì)總量升高，雜氣和刺激性降低。段焰青等[53]、陳興等[54]利用短小芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌制成的微生物菌劑對梗絲進行處理，明顯提高了梗絲的香氣量，減少了雜氣和刺激性，使煙氣濃度和勁頭減少，余味舒適。

3.2酶處理酶處理技術(shù)具有較強的專一性，但對煙梗的處理條件要求較高。目前關(guān)于酶處理技術(shù)，主要有單一型活性酶和復(fù)合型活性酶處理2種方式。單一型活性酶可以針對性修飾煙梗的化學(xué)組分，生產(chǎn)成本相對較低，控制條件較簡單。復(fù)合型活性酶主要對煙梗的組分進行全面調(diào)節(jié)，使梗絲的化學(xué)組分整體上更協(xié)調(diào)，香氣更豐富，但控制條件更為復(fù)雜。2種處理方式在煙梗處理中均具有重要意義，是煙梗增香提質(zhì)的重要方式。

3.2.1單一型活性酶處理。單一型活性酶主要為了降低煙梗木質(zhì)氣、梗雜氣等，常用于降解煙梗的細胞壁物質(zhì)如木質(zhì)素、果膠等。漆酶對木質(zhì)素的降解有較好的效果，漆酶處理后的木質(zhì)素會降解產(chǎn)生多種小分子化合物，對改善梗絲品質(zhì)有重要作用[55]。煙梗經(jīng)過漆酶降解，木質(zhì)素降解率可達66.52%，明顯降低梗絲的木質(zhì)氣、雜氣和刺激性，且香氣和余味有一定的改善[56-57]。利用果膠酶處理煙梗，梗絲的果膠和總糖含量極顯著升高，且鉀離子、氯離子和總氮也都有不同程度的升高，中性致香物質(zhì)總量增加顯著，有利于梗絲香氣質(zhì)和香氣量的改善[58-59]。Silberman[60]在壓梗前將煙梗浸在含有催化劑的多糖水解酶中處理，然后再按常規(guī)方法壓切，酶處理后的煙梗更加柔軟，易于壓扁、切絲，且其梗絲的填充值和感官質(zhì)量有所提升。

3.2.2復(fù)合型活性酶處理。單一酶處理對煙梗品質(zhì)有一定的提升值，化學(xué)組分的協(xié)調(diào)性一般。單一生物活性制劑處理煙梗及其制品的效果顯著，為了進一步提高煙梗及其制品的內(nèi)在品質(zhì)，需要應(yīng)用多種生物活性制劑。

復(fù)合酶處理煙梗，需要對復(fù)合酶的處理條件進行優(yōu)化，使多種酶的降解活性達到相對較高的降解效率。張見等[61]用酶處理細胞壁物質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，溫度對細胞壁的影響最顯著，果膠容易酶解，但纖維素難以降解。林凱[62]在洗梗過程中用果膠酶（0.32 U/g）0.1%和纖維素酶（1 000 U/g）0.1%處理煙梗后，煙梗細胞壁物質(zhì)降解率可達32.50%～37.18%。戴麗君等[63]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)矸勖?、果膠酶和木聚糖酶組成復(fù)合酶的使用條件為pH 4.91、溫度55 ℃時，梗制品的內(nèi)在品質(zhì)顯著提高。

復(fù)合酶種類的差異對煙梗處理效果存在較大影響，通過篩選復(fù)合酶的添加種類，優(yōu)選出對梗絲品質(zhì)提升效果最佳的組合型復(fù)合酶。肖瑞云等[64]、施林燕等[65]用復(fù)合酶處理煙梗，梗絲的常規(guī)化學(xué)指標協(xié)調(diào)性得到改善，且感官抽吸品質(zhì)明顯提升。林翔等[66]、徐達等[67]直接將復(fù)合酶噴灑到梗絲上，處理后的梗絲化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，多種致香成分含量均有較大提升，摻配到卷煙葉組中，焦油量下降0.25 mg/支，且木質(zhì)氣息和刺激性明顯減輕，香氣質(zhì)量、協(xié)調(diào)性均提高。

4展望

梗絲工藝參數(shù)與煙氣有害成分和焦油量的相關(guān)性研究已有報道，優(yōu)化加工工藝能顯著降低煙氣有害成分釋放量。但相關(guān)研究尚缺乏系統(tǒng)性，不能很好地將已取得的研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)中。煙梗提質(zhì)是改善梗絲品質(zhì)、提升在卷煙中用量、降低卷煙有害成分釋放量的重要途徑。微生物和酶處理技術(shù)可以降解煙梗中木質(zhì)素、果膠、淀粉等大分子物質(zhì)，同時對煙梗中產(chǎn)生有害成分的前體物進行降解，并產(chǎn)生特征香味的物質(zhì)，使梗絲具有顯著的增香提質(zhì)效果。由于微生物和酶處理條件的局限性，相關(guān)技術(shù)在梗絲加工企業(yè)未得到大規(guī)模應(yīng)用，隨著未來對微生物和酶處理煙梗技術(shù)研究的深入，梗絲的增香提質(zhì)和減害降焦會取得長足進展。

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