不同長度煙絲色度與化學(xué)成分的變化及其相關(guān)性*

祁 林，唐習(xí)書，王仕宏，邱昌桂，劉 靜，李思源，金 強(qiáng)，高 輝

[1.紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231；2.云南同創(chuàng)檢測技術(shù)股份有限公司，云南 昆明 650106]

在卷煙制絲過程中，由于煙片形態(tài)特征及物理加工特性的差異，最終導(dǎo)致制成的成品煙絲中存在長度不同的煙絲。周冰等[1]和唐軍等[2]先后研究了卷煙成品煙絲中不同長度煙絲化學(xué)成分的差異性及變化規(guī)律，而關(guān)于成品煙絲中不同長度煙絲色度值的差異、變化趨勢以及色度值與其常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性研究尚未見報(bào)道。研究成品煙絲色度值與其常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性對(duì)探索利用色差法替代化學(xué)法快速評(píng)價(jià)成品煙絲摻配均勻度具有重要意義。目前，國內(nèi)煙草行業(yè)在色度學(xué)應(yīng)用方面的研究主要集中在初烤和復(fù)烤煙葉上，如煙葉烘烤調(diào)制過程顏色的變化[3-6]、初烤煙葉色度值與其物理指標(biāo)[7-8]及內(nèi)在化學(xué)成分[9-11]的相關(guān)性、色差法在煙葉區(qū)位分切中的應(yīng)用[12]、不同片型復(fù)烤片煙色度值的差異[13]、復(fù)烤過程片煙質(zhì)量穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[14]、復(fù)烤工藝對(duì)片煙色度值的影響[15]及復(fù)烤片煙醇化過程色度值的變化[16]等，而對(duì)卷煙制絲過程中煙絲色度值的研究未見報(bào)道。為此，本研究選擇2種不同規(guī)格卷煙的成品煙絲為材料，利用6 層篩網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)篩分儀將其篩分成7種不同長度的煙絲，制成粉末后分別測定其CIE-L*a*b*色空間值及常規(guī)化學(xué)成分含量，并對(duì)不同長度煙絲色度值及常規(guī)化學(xué)成分含量的差異性、變化趨勢以及色度值與常規(guī)化學(xué)成分間的相關(guān)性進(jìn)行分析，旨在為利用色差法快速評(píng)價(jià)成品煙絲摻配均勻性提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

云煙品牌2種不同規(guī)格卷煙A、B的成品煙絲樣品，煙絲配方組成如表1 所示。2種規(guī)格卷煙制絲過程各工序加工參數(shù)基本一致，且配方煙絲中均不含膨脹煙絲(氣流絲)。

表1 A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙的煙絲配方組成Tab.1 Constitution of cut tobacco formula of A and B cigarettes %

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)樣品制作

選擇A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙某一生產(chǎn)批次的成品煙絲為試驗(yàn)對(duì)象。待設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，在煙絲摻配加香出口振槽的橫截面處分10 次取樣，每隔5 min 取樣1 次，每次約1 kg。按照文獻(xiàn)[17]優(yōu)化的煙絲篩分條件，用AS400 旋轉(zhuǎn)篩分儀(篩網(wǎng)孔徑從上到下依次為4.75、4.00、2.50、2.00、1.60 和1.00 mm)分別對(duì)2種規(guī)格卷煙的成品煙絲進(jìn)行篩分。將相同規(guī)格卷煙篩分后同一長度的煙絲存放在一起，待全部成品煙絲篩分完成后，將每種長度煙絲的樣本混合均勻，再從同一長度煙絲樣本的不同位置共取樣3 次作為待檢樣品，每份待檢樣品約100 g。分別用L1～L7 表示不同長度范圍的煙絲試驗(yàn)樣品：L1＞4.75 mm，4.00 mm＜L2≤4.75 mm，2.50 mm＜L3≤4.00 mm，2.00 mm＜L4≤2.50 mm，1.60 mm＜L5≤2.00 mm，1.00 mm＜L6≤1.60 mm，L7≤1.00 mm。將每份待檢樣品分別置于45 ℃的烘箱中干燥1 h，用旋風(fēng)磨粉碎，過60 目篩，所得粉末再置于(20±1) ℃、相對(duì)濕度為(65±2)%的恒溫恒濕箱中平衡48 h 后備用。

1.2.2色度值測定

按照文獻(xiàn)[13]的方法利用DC-P3 型全自動(dòng)測色色差計(jì)分別測定A、B 2種規(guī)格卷煙不同長度煙絲粉末的CIE-L*a*b*色空間值：L*(從黑到白，表示明度值)、a*(從綠到紅，表示紅度值)和b*(從藍(lán)到黃，表示黃度值)，每個(gè)煙末樣品取樣10 次進(jìn)行測定。根據(jù)公式(1)計(jì)算每個(gè)煙末樣品的總色差值[15]：

1.2.3常規(guī)化學(xué)成分測定

待色度值測定試驗(yàn)完成后，按照標(biāo)準(zhǔn)[18-22]規(guī)定的方法測定每種長度煙絲樣品的總糖、還原糖、總氮、總植物堿、鉀和氯含量；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[23]計(jì)算PV 值(為糖堿比與鉀含量的乘積，是評(píng)價(jià)煙草混合均勻度的特征值)。

1.2.4數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010 對(duì)A、B 2種規(guī)格卷煙不同長度煙絲色度值及常規(guī)化學(xué)成分的變化趨勢作圖；利用IBM SPSS Statistics 19.0 軟件對(duì)不同長度煙絲的色度值及常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行單因素方差分析，并對(duì)兩者之間的Pearson 相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同長度煙絲色度值的差異性及變化趨勢

由圖1 可知：對(duì)于不同規(guī)格卷煙的成品煙絲，不同長度煙絲的色度值L*、a*、b*和ΔE總體均存在顯著性差異和相同的變化趨勢。從長絲到碎絲，隨著煙絲長度的減小，L*和b*值均呈先升高后降低的變化趨勢，拐點(diǎn)位于L6 長度的煙絲，a*和ΔE值均呈逐漸降低的變化趨勢；由總色差值ΔE的大小可以看出，成品煙絲中L1 長度煙絲(＞4.75 mm)的顏色最深，L7 長度煙絲(≤1.00 mm)的顏色最淺。

圖1 A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙成品煙絲中不同長度煙絲色度值的差異Fig.1 Differences in color values among cut fillers of different lengths of A and B cigarettes

對(duì)A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙成品煙絲中L1～L7 長度煙絲的色度值進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果表明：A 規(guī)格成品煙絲的a*、b*和ΔE值極顯著大于B 規(guī)格成品煙絲(P＜0.01)，但其L*值極顯著小于B 規(guī)格成品煙絲(P＜0.01)，說明2 個(gè)不同規(guī)格卷煙成品煙絲的色度值存在極顯著差異。

2.2 不同長度煙絲常規(guī)化學(xué)成分的差異性及變化趨勢

由圖2 可知：對(duì)于不同規(guī)格卷煙的成品煙絲，不同長度煙絲的6 項(xiàng)常規(guī)化學(xué)成分含量總體均存在顯著性差異和相同的變化趨勢。隨著煙絲長度的減小，總糖、還原糖和總植物堿含量逐漸降低，與a*和ΔE值的變化趨勢一致；總氮含量逐漸升高；鉀和氯含量呈先升高后降低的變化趨勢，與L*和b*值的變化趨勢基本一致。L1 長度煙絲(＞4.75 mm)的總糖、還原糖和總植物堿含量最高，而總氮、鉀和氯含量最低；L5 長度煙絲(＞1.60～2.00 mm)的氯含量最 高；L6長度煙絲(＞1.00～1.60 mm)的鉀含量最高；L7 長度煙絲(≤1.00 mm)的總氮含量最高，而總糖、還原糖和總植物堿含量最低。

圖2 A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙成品煙絲中不同長度煙絲常規(guī)化學(xué)成分含量的差異Fig.2 Differences in routine chemical components contents among cut fillers of different lengths of A and B cigarettes

對(duì)A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙L1～L7 長度煙絲的6 項(xiàng)常規(guī)化學(xué)成分含量進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果表明：A 規(guī)格卷煙成品煙絲的總糖、還原糖、總植物堿、鉀和氯含量極顯著大于B 規(guī)格成品煙絲(P＜0.01)，但其總氮含量極顯著小于B 規(guī)格卷煙成品煙絲(P＜0.01)。

2.3 色度值與常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性分析

由表2 可知：對(duì)于2 個(gè)不同規(guī)格卷煙的成品煙絲，色度值與常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性分析結(jié)果基本一致。L*值與總糖、還原糖和總植物堿含量顯著負(fù)相關(guān)，與總氮、鉀和氯含量顯著或極顯著正相關(guān)；a*、ΔE值與總糖、還原糖和總植物堿含量極顯著正相關(guān)，與總氮、鉀含量顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；b*值與氯含量、PV 值顯著或極顯著正相關(guān)。對(duì)A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙進(jìn)行綜合分析時(shí)(A+B)，上述的相關(guān)性分析結(jié)果均成立，由于樣品數(shù)量的增加，色度值與部分常規(guī)化學(xué)成分的相關(guān)性由顯著性水平上升至極顯著水平。

表2 色度值與常規(guī)化學(xué)成分的Pearson 相關(guān)性分析Tab.2 Pearson correlation analysis between color values and routine chemical components

由圖3 可知：對(duì)于2種不同規(guī)格卷煙的成品煙絲，無論是單獨(dú)回歸分析還是綜合回歸分析，b*值與PV 值均存在高度擬合的線性關(guān)系(R2≥0.920 5)，說明通過色度值b*可以預(yù)測煙絲的PV 值，進(jìn)而對(duì)成品煙絲的混合均勻度進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。

圖3 A、B 2 個(gè)規(guī)格卷煙不同長度煙絲黃度值b＊與PV 值的回歸分析Fig.3 Regression analysis between yellowness value b* and PV value in cut fillers of different lengths of A and B cigarettes

3 討論

在卷煙制絲過程中，由于片煙自身的形態(tài)特征及物理加工特性存在較大差異，在切絲和干燥工序后形成長度不同的煙絲。周冰等[1]和唐軍等[2]研究表明：卷煙成品煙絲中不同長度煙絲的多種關(guān)鍵化學(xué)成分含量存在顯著差異。孫東亮等[24]研究表明：煙絲長度會(huì)直接影響煙支軸向密度，進(jìn)而通過煙支密度間接影響卷煙的物理指標(biāo)和主流煙氣指標(biāo)?？梢?，煙絲長度對(duì)卷煙產(chǎn)品質(zhì)量具有較大的影響。在前人研究的基礎(chǔ)上，本研究選擇2種不同規(guī)格的卷煙，進(jìn)一步開展成品煙絲中不同長度煙絲色度值與常規(guī)化學(xué)成分的差異性、變化趨勢以及兩者之間的相關(guān)性研究，旨在為色差法在煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性及煙絲摻配均勻性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在卷煙成品煙絲中，不同長度煙絲的色度值及常規(guī)化學(xué)成分總體均存在顯著性差異，且隨著煙絲長度的變化，其色度值及常規(guī)化學(xué)成分均呈現(xiàn)規(guī)律性變化趨勢。其中，常規(guī)化學(xué)成分的變化趨勢與周冰等[1]和唐軍等[2]的研究結(jié)果一致。結(jié)合唐軍等[2]和高占勇等[25]的研究結(jié)果可知：不同長度煙絲與不同尺寸片煙常規(guī)化學(xué)成分的變化趨勢基本一致。因此，無論從物理形態(tài)還是化學(xué)成分上，均可以推測切絲后不同長度的煙絲主要來源于不同尺寸的片煙，而不同長度煙絲常規(guī)化學(xué)成分含量產(chǎn)生變化的原因主要是不同尺寸片煙的常規(guī)化學(xué)成分含量存在較大差異[2]。徐安傳等[26]研究表明：煙絲中的總糖和還原糖與其保潤性呈顯著負(fù)相關(guān)。而本研究顯示：煙絲中的總糖和還原糖含量與煙絲長度呈正相關(guān)關(guān)系。由此可知，隨著煙絲長度的增加其保潤性逐漸變差。通常認(rèn)為保潤性能較好的煙葉或煙絲其耐加工性較好，但在卷煙制絲過程中，不同長度煙絲的形成主要是由切絲前的片煙形態(tài)和尺寸決定的，保潤性不是影響煙絲長度的決定性因素，當(dāng)然，煙絲長度與其保潤性之間的關(guān)系尚需要進(jìn)一步研究。

煙葉原料的化學(xué)成分是影響其外觀顏色的物質(zhì)基礎(chǔ)，正是由于不同長度煙絲的內(nèi)在化學(xué)成分含量存在較大差異，導(dǎo)致不同長度煙絲具有不同的色度值。此外，本試驗(yàn)的另外一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是：不同長度煙絲的色度值與其常規(guī)化學(xué)成分之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，尤其是黃度值(b*)與PV 值之間存在高度擬合的線性關(guān)系。而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 426―2012[23]將PV 值作為測定煙草物料混合均勻度的特征值，因此，可以通過煙絲的b*值預(yù)測其PV 值進(jìn)而對(duì)成品煙絲的混合均勻度進(jìn)行快速評(píng)價(jià)，且色差法具有成本低、操作簡單快捷和無化學(xué)添加等優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以基于不同長度煙絲色度值的差異，利用色差法評(píng)價(jià)制絲過程中不同時(shí)間點(diǎn)煙絲結(jié)構(gòu)分布的穩(wěn)定性。綜合上述分析結(jié)果可知：本研究可為卷煙在制品加工質(zhì)量的評(píng)價(jià)和維護(hù)提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

云煙品牌2種不同規(guī)格卷煙成品煙絲中不同長度煙絲色度值、常規(guī)化學(xué)成分的差異性、變化趨勢以及兩者之間的Pearson 相關(guān)性分析結(jié)果表明：在同一規(guī)格卷煙的成品煙絲中，不同長度煙絲的4 個(gè)色度指標(biāo)及6 項(xiàng)常規(guī)化學(xué)成分含量總體均存在顯著差異；隨著煙絲長度的變化，色度值及常規(guī)化學(xué)成分在不同規(guī)格卷煙中具有相同的變化趨勢；不同長度煙絲的色度值與其常規(guī)化學(xué)成分之間存在較高的相關(guān)性，為色差法在煙絲結(jié)構(gòu)分布穩(wěn)定性及配方煙絲摻配均勻性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)。