煙梗處理技術(shù)研究進展

閆瑛

摘要 煙梗是部分卷煙及造紙法再造煙葉的主要組成部分，其在減少卷煙產(chǎn)品中煙草有害成分釋放量和降低卷煙成本方面發(fā)揮了重要作用，從煙梗處理技術(shù)的必要性和處理方法2個方面進行介紹，闡述物理法、化學(xué)法、生物法、物理化學(xué)法、物理生物法以及化學(xué)生物法幾種煙梗處理技術(shù)的研究進展，并對煙梗處理技術(shù)進行展望。

關(guān)鍵詞 卷煙；造紙法再造煙葉；煙梗處理

中圖分類號 TS49 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2018）32-0020-04

Research Progress on Advanced Technology for Tobacco Stem Pretreatment

YAN Ying （Henan Cigarette Industry Tobacco Sheet Co.，Ltd.，Xuchang ，Henan 461000）

Abstract Tobacco stem is the main component of cigarette and reconstituted tobacco，which plays an important role in reducing release of harmful components in cigarette products and cigarette cost.The necessity of tobacco stem treatment technology and treatment methods were reviewed in this paper.The research progress of tobacco stem treatment technologies such as physical method，chemical method，biological method，physical-chemical method，physical-biological method，chemical-biological method were mainly discussed.Besides，the pretreatment technology of tobacco stem was foreseen.

Key words Cigarette；Reconstituted tobacco；Tobacco stem pretreatment

煙草是一種農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物，全球每年產(chǎn)量約為500萬t，我國煙草年產(chǎn)量已超過1.5萬t，鑒于卷煙行業(yè)對煙草中煙葉的大量使用，使得煙草在加工利用過程中產(chǎn)生大量的如煙桿、煙梗、煙葉碎片等副產(chǎn)品，若這些副產(chǎn)品得不到有效利用，則造成資源的浪費和嚴重的環(huán)境污染[1-3]。因此，探索有關(guān)這些煙草副產(chǎn)品的利用技術(shù)具有重要意義。

煙梗是煙葉之粗硬葉脈，占葉重的25%～30%[4]。目前，煙梗已成為卷煙及造紙法再造煙葉原料的主要組成部分，并且實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，在減少卷煙產(chǎn)品中煙草有害成分和降低卷煙成本方面發(fā)揮重要作用[5]。隨著煙梗膨脹造粒技術(shù)[6-7]、煙梗制絲技術(shù)[8]及造紙法再造煙葉[9]等煙梗應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，煙梗處理技術(shù)研究成為國內(nèi)外科研工作者關(guān)注的熱點。

1 煙梗處理技術(shù)的必要性

相比于煙葉，煙梗主要成分是細胞壁物質(zhì)，包括綜纖維素、木素和果膠等，其在煙梗中約占43.8%，這類物質(zhì)熱裂解會產(chǎn)出較多的低級醛類，在燃吸時產(chǎn)生刺激性的嗆咳。另外，木素?zé)峤猱a(chǎn)生的兒茶酚和烷基兒茶酚，引起澀口且具有促癌活性；果膠分解會產(chǎn)生甲醇、乙酸等有害物質(zhì)，對卷煙的吸食品質(zhì)帶來嚴重影響，進而影響煙梗在造紙法再造煙葉及卷煙原料中的使用價值[4，10-12]。

煙梗中的細胞壁物質(zhì)（綜纖維素、果膠等）是一類高分子量、難水解的多糖[13]，其纖維素和果膠含量遠高于煙葉，影響煙梗吸食品質(zhì)[14]。煙梗中木質(zhì)素含量也較高，木質(zhì)素的存在除對梗絲和造紙法再造煙葉感官評吸品質(zhì)帶來如木質(zhì)氣嚴重、雜氣增加、吸味嗆咳、刺激性明顯等不利影響外[15-16]，還會導(dǎo)致煙梗用于造紙法再造煙葉生產(chǎn)時，煙梗纖維難以疏解、分散，纖維束含量較多，纖維切斷、破碎嚴重，部分細小梗粒未經(jīng)充分疏解便從齒槽中溜走，增大生產(chǎn)過程能耗，影響片基強度，進而影響紙機運行速度和運行穩(wěn)定性[17]。煙梗提質(zhì)是改善梗絲和造紙法再造煙葉品質(zhì)，提升其在卷煙中用量、降低卷煙有害成分釋放量的重要途徑[18]。因此，根據(jù)產(chǎn)品風(fēng)格及加工工藝需要，對煙梗原料或其漿料進行針對性處理是有必要的。

2 煙梗處理技術(shù)方法

目前，煙梗處理技術(shù)主要分為物理法、化學(xué)法、生物法和上述方法的結(jié)合應(yīng)用。通過煙梗處理技術(shù)有效調(diào)控?zé)煿＜捌渲破返奈锢?、化學(xué)指標，進而使其在進一步使用過程中達到理想的處理效果，改善產(chǎn)品感官質(zhì)量[19-20]。

2.1 物理法煙梗處理技術(shù)

利用物理法處理煙梗主要是借助水、蒸汽、微波、超聲波等高溫、高壓、高濕環(huán)境提高煙梗的耐加工性或改變其微觀結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)，改善煙梗的感官質(zhì)量，增加其適用性。常見的物理法煙梗處理技術(shù)主要有煙用梗絲加工工藝中的煙梗預(yù)處理技術(shù)、梗絲再造技術(shù)及微波膨脹處理技術(shù)、蒸汽爆破處理技術(shù)和超聲波處理技術(shù)等。

在卷煙廠制梗絲過程中，煙梗預(yù)處理工序可以去除煙梗表面灰塵、沉淀出煙梗中金屬和非金屬雜物，增加煙梗的含水率和溫度，提高煙梗的柔韌性和耐加工性，從而滿足壓梗和切梗絲的工藝要求[21]。煙梗預(yù)處理工藝設(shè)備、工藝方法、工藝條件等均會對煙梗預(yù)處理的效果帶來影響。朱高承等[22]提出一種立式雙倉式螺旋浸梗機，能有效去除煙梗表面塵土、表皮臘質(zhì)等，且浸梗時間可調(diào)，浸梗效果更好，浸梗后煙梗含水率穩(wěn)定性大大改善，儲梗時間縮短50%，煙?；赝嘎室泊蠓嵘?。李軍等[23]針對傳統(tǒng)浸梗機可調(diào)整的煙?；爻睍r間跨度不能滿足部分原料煙梗的加工要求，對過渡水槽進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改變煙梗的強制浸泡距離，并結(jié)合浸泡機構(gòu)運行速度調(diào)整，增大浸梗機內(nèi)煙?；爻睍r間跨度（從20～120 s 增大至5～120 s），進一步提高浸梗設(shè)備使用的靈活性和對原料的適應(yīng)性。針對浸梗時原料煙梗的不一致性及細胞壁結(jié)構(gòu)緊密，普通大分子團的水分難以滲透到煙梗內(nèi)部的問題，滕州卷煙廠與山東豐碩環(huán)?？萍加邢薰纠糜谰脧姶判》肿訄F水處理器改進浸取工藝，結(jié)果表明，使用小分子團水浸梗，當浸梗時間90 s，浸梗水溫60 ℃，貯梗時間3.5 h時，不經(jīng)整梗工序，煙?；赝嘎蔬_99.3%[24]。卷煙廠制梗絲時針對浸梗工序，不管是處理設(shè)備的改進，還是新型工藝技術(shù)的開發(fā)研究，在提高煙梗回透率和耐加工性方面都有顯著作用，實際應(yīng)用過程中可以將設(shè)備改進與新型工藝技術(shù)開發(fā)、引入相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上研究得到最佳的浸梗工藝條件，并應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

2.3 生物法煙梗處理技術(shù)

生物法煙梗處理方面的研究目前多集中于利用專一性較強的酶制劑進行煙梗細胞壁物質(zhì)的降解[45-46]和利用微生物制劑改善煙梗品質(zhì)方面[47]。

Silberman等[48]采用多糖水解酶處理煙梗，相比處理前，經(jīng)多糖水解酶處理后的煙梗制備得到的卷煙主流煙氣總粒相物（TPM）顯著降低。許春平等[49]采用青霉產(chǎn)果膠酶降低煙梗、末中的果膠含量，通過單因素和正交試驗確定酶解最佳條件，果膠降解率達到38.92%，酶解后煙梗、末的熱裂解產(chǎn)物中乙酸含量降低，香味物質(zhì)吡咯含量升高，煙草薄片吸食口感得到改善。于建軍等[50]利用單因素試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化漆酶降解梗絲木質(zhì)素的工藝條件，在該條件下，梗絲木質(zhì)素實測降解率達55.05%，處理后梗絲制成的單料煙香氣質(zhì)改善、香氣量提升，余味改善，雜氣、刺激性、濃度降低。此外，微生物發(fā)酵技術(shù)用于造紙法再造煙葉生產(chǎn)用煙草原料（煙梗、煙末、煙葉碎片等）的處理，可以分解原料中對品質(zhì)不利的成分，降低造紙法再造煙葉的木質(zhì)氣與刺激性，改善再造煙葉產(chǎn)品的吸食口感[51]。

生物酶制劑可以根據(jù)煙梗原料的固有質(zhì)量缺陷有選擇地對煙梗中的纖維素、木素和果膠等細胞壁物質(zhì)進行降解，但在實際工業(yè)化生產(chǎn)中，生物酶制劑對作用環(huán)境和反應(yīng)條件的要求較為苛刻，其作用效果因影響因素不同而發(fā)生變化，所以這些問題都需要進一步研究。

2.4 物理化學(xué)法、物理生物法、化學(xué)生物法煙梗復(fù)合處理技術(shù)

為提高煙梗原料的有效利用率，改善卷煙及再造煙葉產(chǎn)品質(zhì)量，眾多科研工作者將研究焦點轉(zhuǎn)移到采用物理化學(xué)法[52-53]、物理生物法[54]、化學(xué)生物法[55]等復(fù)合處理技術(shù)用于煙梗處理。

Honeycutt等[56]采用有機酸、氨氣、磷酸氫二銨、檸檬酸銨、碳酸鉀等1種或幾種添加劑的混合溶液對煙梗進行處理，并通入高壓飽和蒸汽，在壓力1 379～2 758 kPa、溫度193～223 ℃條件下反應(yīng)1～8 min，然后迅速降壓，使煙梗纖維細胞壁爆破，部分對煙氣質(zhì)量不利的大分子鏈斷裂，減少煙梗中影響煙氣質(zhì)量的不利組分，形成有利的香氣物質(zhì)，經(jīng)感官評吸，蒸汽爆破處理后煙氣質(zhì)量有較好的改善，采用煙?；瘜W(xué)法處理技術(shù)對煙梗進行處理，可以增強后續(xù)的蒸汽處理效果，且能形成有利的香氣物質(zhì)。HAN等[57]采用蒸汽爆破及搓絲方法對煙梗進行處理，處理后的煙梗采用果膠酶進行水解，結(jié)果表明，經(jīng)蒸汽爆破及搓絲處理后，煙梗水解產(chǎn)物分別為0.139和 0.127 g/g，相比未經(jīng)處理的煙梗水解產(chǎn)物0.042 g/g要高得多，此外，通過SEM觀察可知，煙梗經(jīng)蒸汽爆破及搓絲處理后比表面積增大，有利于后續(xù)酶解反應(yīng)的進行。姜林峰[55]用NaHCO3對煙梗進行處理后再采用漆酶酶解可有效提高酶解效率，木素脫除率由單獨采用NaHCO3處理時的19.12%提高至38.36%，處理后煙梗再采用中性蛋白酶酶解煙梗中的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)脫除率達到31.76%，感官評吸結(jié)果表明，煙梗經(jīng)弱堿、酶處理后，雜氣、余味、刺激性方面均有所改善，木質(zhì)素氣息顯著降低。

煙梗復(fù)合處理技術(shù)相比單獨處理技術(shù)，發(fā)生兩步反應(yīng)，即先采用其中一種處理技術(shù)使煙梗結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、比表面積增加，或使煙梗中部分成分發(fā)生第一步反應(yīng)，打開反應(yīng)通道，進而為第二步處理創(chuàng)造反應(yīng)條件。上述3種煙梗復(fù)合處理技術(shù)中，物理化學(xué)法更便于在卷煙及造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，但物理化學(xué)法煙梗處理技術(shù)工藝條件、工藝參數(shù)選擇和設(shè)定，以及不同工藝條件組合方式對過程性產(chǎn)物和處理后煙梗理化性能、感官品質(zhì)的影響及其作用機理方面還需做進一步研究。

3 結(jié)語

近年來，中式卷煙加工工藝已日漸成熟，煙梗作為中式卷煙及再造煙葉生產(chǎn)的一種重要原料，其處理技術(shù)的革新和突破是煙梗得到有效利用的關(guān)鍵，具體需解決的問題有以下四方面：①如何圍繞煙梗中感官質(zhì)量負面成分（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠等）的調(diào)控，開發(fā)出成熟的創(chuàng)新型煙梗處理技術(shù)，解決煙梗中不利的大分子物質(zhì)對產(chǎn)品感官質(zhì)量的負面影響；

②借助煙梗處理技術(shù)，充分發(fā)揮煙梗在造紙法再造煙葉中的骨架、支撐作用，部分替代或全部替代外加纖維；

③通過煙梗原料篩選、尺寸分析、預(yù)處理及浸取、制漿工序優(yōu)化等手段，深入剖析煙梗纖維對造紙法再造煙葉基片及成品的貢獻度；

④開展煙梗處理技術(shù)系統(tǒng)性研究，挖掘現(xiàn)有和創(chuàng)新型煙梗處理技術(shù)與煙梗外觀及感官品質(zhì)變化之間的明確對應(yīng)關(guān)系，為工業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用以及生產(chǎn)過程工藝設(shè)備精確、穩(wěn)定控制提供保障。

上述技術(shù)的研發(fā)及實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，是煙梗處理技術(shù)今后需要研究的重點工作，也符合我國卷煙工業(yè)發(fā)展方向和需求，且具有重要、深遠的意義。

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