造紙法再造煙葉品質(zhì)提升技術(shù)研究進(jìn)展

張金磊 秦云華 楊 柳 虞麗娜 田永峰 尚善齋 洪 鎏龔為民 呂 茜 朱東來*

（1云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南昆明 650231；2昆明卷煙廠，云南昆明 650231）

再造煙葉，又稱重組薄片或重組煙葉，是指將傳統(tǒng)卷煙制造加工過程中產(chǎn)生的煙梗、煙末等煙草物質(zhì)通過物理、化學(xué)、生物等方法制作成片狀或絲狀的再生產(chǎn)品[1]。再造煙葉的生產(chǎn)工藝主要有造紙法、干法、稠漿法、輥壓法4種[2]。其中，造紙法再造煙葉的生產(chǎn)主要借鑒傳統(tǒng)造紙的技術(shù)與設(shè)備，將煙梗、煙末等煙草物質(zhì)用萃取液浸泡提取，將萃取出來的不溶性物質(zhì)和可溶性物質(zhì)進(jìn)行固液分離，然后將不溶性物質(zhì)打漿，用造紙機(jī)抄造成型，同時將可溶性物質(zhì)以涂布的方式回填到成型的片基上，最后經(jīng)過干燥分切成再造煙葉[3]，其生產(chǎn)工藝流程可簡化為萃取工序、濃縮工序、打漿工序、涂布工序和烘干工序（圖1）。

圖1 造紙法再造煙葉生產(chǎn)工藝

相比其他3 種工藝方法，造紙法再造煙葉具有柔韌性和填充性優(yōu)異、質(zhì)量均勻穩(wěn)定、外觀及抗機(jī)械加工性能優(yōu)異、降焦效果明顯、人工調(diào)控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[4-5]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，目前銷量大的卷煙品牌配方中都加入了煙草薄片，且摻配比例已超過20%，包括Marlboro、555、B&H、P-M、Camel、Winston、樂富門、云飛、多拉爾、蒙特卡羅等[6]。

然而，在造紙法再造煙葉快速發(fā)展的過程中也存在一些缺點(diǎn)，例如煙梗和煙末在抄造的過程中留著率較低，質(zhì)地較脆硬，產(chǎn)品的雜氣較重，灼燒感較強(qiáng)，舒適感較差，致香成分含量較低，濕強(qiáng)度不高等[6-8]。為了改善造紙法再造煙葉的缺點(diǎn)和提高造紙法再造煙葉的品質(zhì)，國內(nèi)外煙草企業(yè)開展了相關(guān)研究，但從造紙法再造煙葉的各大工序分析其對品質(zhì)的影響鮮見報道，本文搜集了造紙法再造煙葉品質(zhì)提升的相關(guān)技術(shù)，分析、總結(jié)了萃取、濃縮、打漿和涂布4大工序提升造紙法再造煙葉感官品質(zhì)的技術(shù)路徑，并展望了造紙法再造煙葉的發(fā)展方向。

1 萃取工序

造紙法再造煙葉生產(chǎn)工藝中萃取工序主要有2個目的，一是將煙梗、煙末等煙草原料中的有效成分溶解到萃取液中，二是使廢煙葉的纖維組織得到充分溶解，從而有利于下一步打漿工序疏解纖維。為了提高煙草有效成分的萃取率，目前采用的途徑為選擇合適的萃取劑、改進(jìn)萃取的方法、優(yōu)化萃取濃縮的時間和溫度等。

水是造紙法再造煙葉常用的萃取劑，但其難以充分提取再造煙葉的有效成分[9]。通過優(yōu)化萃取劑組成成分，可以使煙梗和煙末中的有效成分溶解[10]，提高煙草成分的有效萃取率，改善造紙法再造煙葉的感官質(zhì)量。宋光富等[11]通過改變萃取劑的方法來研究乙醇提取及噴香方式對造紙法再造煙葉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，相比使用水提取的方式，醇提取更能有效地將煙草原料的有效成分和致香成分富集留存下來，同時溶液中的煙堿含量有所提升，鉀含量有所下降。采用醇提及噴香方式后，重要致香成分（巨豆三烯酮、茄酮、新植二烯）明顯增加，感官抽吸品質(zhì)有所提升，木質(zhì)雜氣有較大改善，外觀顏色質(zhì)量油潤感明顯增加，顏色接近天然煙葉。劉志昌等[12]通過在萃取液中加入尿包助推劑來提高造紙法再造煙葉生產(chǎn)中煙梗、煙末的萃取率；通過正交化試驗確定煙梗和煙末在加入尿包助推劑后的最佳萃取條件，包括尿包劑添加量、萃取溫度、料液比和萃取時間，煙梗和煙末使用最佳的萃取條件后可以使其萃取率分別達(dá)到54.12%和56.36%。吳亦集等[13]通過在萃取工序的過程中加入果膠酶、半纖維素酶和蛋白酶等制劑來溶解造紙法再造煙葉原料中的果膠、纖維素和蛋白質(zhì)，從而提高萃取液中的氨基酸和還原糖的含量，改善造紙法再造煙葉的感官質(zhì)量和抽吸品質(zhì)。

利用納米級別的過濾膜處理再造煙葉的萃取液，可以使濾液達(dá)到無渣的目的，降低煙氣中混雜的木質(zhì)氣息，提高造紙法再造煙葉的抽吸品質(zhì)[14]。趙東輝等[15]采用40 nm碳化硅超濾膜過濾處理造紙法再造煙葉萃取液，結(jié)果表明，過膜后的萃取濃縮液的含渣量、濃縮液黏度、濃縮液中的蛋白質(zhì)和淀粉含量都所下降，同時濃縮液大部分中性致香成分有所提升，木質(zhì)氣和紙味有所改善，喉部刺激變小，使得產(chǎn)品的感官吸味有所改善。杜銳等[16]采用微濾膜和GU 超濾膜對造紙法再造煙葉的煙梗和煙末的萃取液進(jìn)行超精細(xì)過濾處理后，溶液中的氮含量有明顯下降趨勢，果膠物質(zhì)基本完全去除，香氣質(zhì)和香氣量有所提升，造紙法再造煙葉的感官品質(zhì)有所提高。

萃取工序是造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中的第一步工序，其直接影響后續(xù)加工工序的煙葉品質(zhì)。萃取工序的首要目標(biāo)是將原料中的煙草有效成分盡可能地溶解到萃取液中，萃取工序中煙葉品質(zhì)提升主要有以下特點(diǎn)：①萃取劑提質(zhì)技術(shù)的運(yùn)用與集成。為提高再造煙葉的香氣量，在萃取液中加入乙醇、尿包、果膠酶、半纖維素酶和蛋白酶復(fù)合酶等對煙梗、煙末等溶液進(jìn)行萃取，使煙草原料中的有效成分盡可能地溶解到萃取液中，以充分發(fā)揮煙草原料提取物的品質(zhì)優(yōu)勢。②納米超精細(xì)過濾膜的運(yùn)用與集成。通過化學(xué)方法萃取后的溶液中還存在纖維素、果膠、蛋白質(zhì)和淀粉等大分子物質(zhì)，利用納米超精細(xì)過濾膜的膜通量特性，可以去除溶液中的細(xì)小顆粒和大分子物質(zhì)，以提高萃取溶液的品質(zhì)，改善造紙法再造煙葉的感官品質(zhì)。③萃取高新技術(shù)的運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，目前造紙法再造煙葉的萃取工序開始運(yùn)用超聲波萃取技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)、液膜萃取分離技術(shù)等[17-18]，不但可以提高造紙法再造煙葉的萃取率，還可以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。

2 濃縮工序

濃縮工藝的目的是提高萃取液的濃度或者改善萃取液的配方以達(dá)到后續(xù)涂布加工工序的要求。濃縮液經(jīng)過微生物和化學(xué)途徑處理后，濃縮液中的蛋白質(zhì)、果膠等大分子物質(zhì)會變成溶于水的還原糖、氨基酸等小分子物質(zhì)，有利于改善傳統(tǒng)造紙法再造煙葉刺激性大、木質(zhì)氣息重等問題，提升再造煙葉的品質(zhì)。目前濃縮工序主要采用的是微生物處理濃縮液、優(yōu)化濃縮的時間溫度和采用分子蒸餾技術(shù)3種方法。

微生物處理可以使?jié)饪s液中的大分子物質(zhì)變成溶于水的小分子物質(zhì)，從而提升再造煙葉的品質(zhì)，是濃縮工序流程中首選的方法。王充等[19]在造紙法再造煙葉濃縮液中加入微生物，經(jīng)過微生物發(fā)酵后濃縮液中的還原糖和總糖含量下降嚴(yán)重，煙葉的香氣量、協(xié)調(diào)性和舒適性提高。鄭勤安[20]利用增香菌、活性干酵母和蛋白酶配制成的煙草發(fā)酵增質(zhì)劑對濃縮液進(jìn)行處理后，濃縮液的pH 下降，含糖量和蛋白質(zhì)含量下降，煙草主流煙氣指標(biāo)提升。程昌合等[21]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)醇化處理的煙草濃縮液的主要致香成分和揮發(fā)性組分增多，煙草薄片的香氣量、協(xié)調(diào)性、木質(zhì)雜氣和余味均有較明顯改善。

優(yōu)化濃縮的溫度和時間有利于將濃縮液中的香味成分充分釋放出來，其是提高造紙法再造煙葉品質(zhì)的重要途徑。李華雨等[22]研究不同濃縮溫度對造紙法再造煙葉的中性香味成分的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低端品牌在濃縮溫度為93 ℃時，濃縮液的中性香味成分的相對含量最高，高端品牌在濃縮溫度為52 ℃，濃縮液的中性香味成分的相對含量最高；許春平等[23]研究發(fā)現(xiàn)在加熱醇化溫度相同條件下，濃縮液的最佳醇化時間為48 h，濃縮液的香味成分種類和含量顯著增加，提升了造紙法再造煙葉的抽吸品質(zhì)。

分子蒸餾技術(shù)是目前國際上用于液體-液體分離的新型高科技術(shù)，其主要依靠不同物質(zhì)的分子運(yùn)動自由行程的差別來達(dá)到目的，可保持煙草原料的原有品質(zhì)。宋紅平等[24]采用分子蒸餾技術(shù)處理造紙法再造煙葉的濃縮液，將其內(nèi)部的致香物質(zhì)更好地富集起來，感官評價發(fā)現(xiàn)香氣量和煙草特征香明顯，協(xié)調(diào)性和舒適性大大提高。

以上研究表明，濃縮工序的主要目的是改善濃縮液的配方和提高濃縮液的濃度。濃縮工序中煙葉品質(zhì)提升主要有以下特點(diǎn)：①微生物技術(shù)的運(yùn)用與集成。通過微生物處理的濃縮液中的蛋白質(zhì)、果膠等大分子物質(zhì)會變成溶于水的還原糖、氨基酸等小分子物質(zhì)，造紙法再造煙葉的濃縮液黏度和pH均有降低，刺激性減少，再造煙葉的香氣量和協(xié)調(diào)性提高。微生物技術(shù)是濃縮工序中最經(jīng)濟(jì)和最有效的處理方法。②濃縮工序溫度和時間的正交試驗最優(yōu)解。不同的濃縮溫度和時間對煙草濃縮液中的香味成分種類和質(zhì)量影響不同，通過正交試驗尋求最適的濃縮溫度和濃縮時間，從而充分釋放濃縮液的香味，提高造紙法再造煙葉的品質(zhì)。③分子蒸餾工藝技術(shù)的運(yùn)用與集成。與萃取工序一樣，濃縮工序可采用新型高科技術(shù)處理濃縮液，尋求分子蒸餾技術(shù)、膜技術(shù)等技術(shù)工藝的最佳濃縮條件。

3 打漿工序

打漿工序是通過機(jī)械作用使懸浮于水中的纖維原料受到剪切力、離心力、摩擦力等作用力，使纖維原料達(dá)到生產(chǎn)所需要的形態(tài)特征[25]。打漿工序主要影響造紙法再造煙葉的抗張強(qiáng)度、松厚度、造碎率等物理性能[26]。目前打漿工序主要采用合適的打漿度和單獨(dú)打漿的方式來提升漿料的質(zhì)量和品質(zhì)。

打漿度的大小影響造紙法再造煙葉的物理微觀結(jié)構(gòu)，選擇合適的打漿度有利于改善造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中的吸收性能，提高造紙法再造煙葉的感官質(zhì)量[27]。張文軍等[28]研究不同打漿度對造紙法再造煙葉中漿料纖維形態(tài)、片基物理性能和片基微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，隨著打漿度提升，漿料的纖維均質(zhì)長度下降，片基的切絲造碎率、松厚程度和抗張強(qiáng)度呈正相關(guān)線性增大，片基的透氣度呈指數(shù)增大，造紙法再造煙葉的纖維孔隙減小，纖維之間更加緊密，提高了再造煙葉片基的吸收性能。余紅濤等[29]研究造紙法再造煙葉打漿度的配比對其片基吸收性能的影響，結(jié)果表明，隨著煙梗漿在煙草總漿料中含量占比的增加，造紙法再造煙葉的吸收性能先增大后減小，其中煙梗漿含量占比為50%～60%時，造紙法再造煙葉的片基吸收性能最大，此時漿料中富集的煙草有效成分最高。

造紙法再造煙葉的打漿方式主要有單獨(dú)打漿和混合打漿2 種方式，打漿方式的不同直接影響漿料的質(zhì)量和再造煙葉的物理性能。造紙法再造煙葉生產(chǎn)中通過將煙梗和煙末分開打漿，可以提高漿料的質(zhì)量和煙草薄片的吸收性能。李文昱等[30]研究造紙法再造煙葉生產(chǎn)過程中原料混合打漿和分開打漿對其品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，與混合打漿相比，煙梗、煙末和煙葉分開打漿更有利于纖維皂化，纖維易切斷加工，再造煙葉的填料留著率增加；同時，分開打漿提高了造紙法再造煙葉的抗張強(qiáng)度，使煙草薄片的強(qiáng)度增強(qiáng)，有利于提高其在線加工性能，減少生產(chǎn)成本。羅沖等[31]研究造紙法再造煙葉的煙梗和煙末的打漿方式對其物理性能的影響，結(jié)果表明，煙梗和煙末分別采用低濃度和高濃度的打漿方式后，再造煙葉的片基抗張強(qiáng)度有所下降，其松厚度得到明顯優(yōu)化，造紙法再造煙葉的感官品質(zhì)有所提升。

以上研究表明，打漿工序主要的目的是提高漿料的質(zhì)量和吸收性能。打漿工序中煙葉品質(zhì)提升主要有以下特點(diǎn)：①打漿度工藝技術(shù)參數(shù)的研發(fā)與運(yùn)用。打漿度的大小直接影響煙梗、煙末的纖維狀態(tài)和片基物理性能。在合適的打漿度范圍，隨著打漿度的提升，漿料的纖維分絲皂化以及片基的抗張強(qiáng)度、透氣度均提升，增加了片基的吸收性，改善了造紙法再造煙葉的品質(zhì)。②打漿方式工藝的研發(fā)與集成。造紙法再造煙葉所用的煙草原料是煙梗和煙末，傳統(tǒng)造紙法再造煙葉的生產(chǎn)工藝是將煙梗和煙末混合在一起進(jìn)行打漿，導(dǎo)致煙梗和煙末皂化程度不同而影響漿料的質(zhì)量。為了提高造紙法再造煙葉的質(zhì)量，目前打漿方式的研究趨勢是分開打漿，同時分別研究煙梗和煙末的高低濃磨漿方式。

4 涂布工序

涂布工序是將萃取工藝制得的濃縮物涂布到片基上的過程。涂布工序是整個造紙法再造煙葉工藝過程中質(zhì)量調(diào)控的關(guān)鍵一步，其影響著再造煙葉的物理性能、主流煙氣指標(biāo)和感官質(zhì)量[32-33]。

在涂布液中添加特定物質(zhì)可以優(yōu)化造紙法再造煙葉的物理性能，降低不良煙氣成分的產(chǎn)生。黃明等[34]在造紙法再造煙葉的涂布液中加入0.12%的90%脫乙酰度的殼聚糖，造紙法再造煙葉片基的抗張強(qiáng)度和填充值分別提高了142.9%和8.6%，改善了再造煙葉的感官品質(zhì)。賀磊等[35]使用含碳酸鈣的涂布液涂布在造紙法再造煙葉的基片上，當(dāng)涂布液中碳酸鈣的含量為10%時，其總鈣含量與普通再造煙葉中含量相當(dāng)，同時其焦油含量和一氧化碳含量下降明顯，分別下降了9.1%和17.5%，主流煙氣指標(biāo)得到明顯改善，為造紙法再造煙葉的降焦減害提供了技術(shù)支持。張林霄等[36]在造紙法再造煙葉的生產(chǎn)中加入碳酸氫鹽溶液，處理后的再造煙葉的涂布率提高了33.1%，提高了再造煙葉的物理性能。劉雄利等[37]在造紙法再造煙葉的涂布過程中加入納米纖維素，添加了纖維素納米晶體的造紙法再造煙葉的抗張強(qiáng)度和表面強(qiáng)度均有增加，增幅分別為32.6%和28.9%，且其對造紙法再造煙葉的黏度無明顯的負(fù)面影響。張克娟等[38]在造紙法再造煙葉的生產(chǎn)涂布工序加入硅藻土，結(jié)果表明當(dāng)硅藻土的含量增大時，再造煙葉的涂布率和厚度有所增加，改善了再造煙葉的產(chǎn)品品質(zhì)。

涂布率的大小直接影響著造紙法再造煙葉感官品質(zhì)。涂布率是指涂到片基上的有效煙草物質(zhì)占片基總重量的百分比[39]。涂料的形式、基片的性質(zhì)、壓榨壓力、涂布溫度、涂布濃度和涂布車速影響涂布率的大小。黃新民等[40]研究發(fā)現(xiàn)通過對涂布液的濃度和黏度進(jìn)行調(diào)控，并選取適當(dāng)?shù)某旃に嚕梢栽龃笤旒埛ㄔ僭鞜熑~的涂布率大?。煌瑫r，通過改變涂布液在設(shè)備中的料液高度和設(shè)備涂布輥之間的壓力來穩(wěn)定造紙法再造煙葉的涂布率，保證產(chǎn)品的均勻性。廖夏林等[41]研究設(shè)備涂布輥之間的壓力對造紙法再造煙葉涂布率的影響，隨著涂布輥壓力的增大，涂布率的前半段下降迅速，后半段趨于平穩(wěn)，同時基片的松厚度和表面粗糙度也隨之下降，薄片的片基表面的孔洞愈來愈少，孔徑愈來愈小，提高了造紙法再造煙葉的感官品質(zhì)。以上研究表明，涂布工序的主要目的是提高涂布液在片基上的涂布率，改善造紙法再造煙葉的感官品質(zhì)。涂布工序中煙葉品質(zhì)提升主要有以下特點(diǎn)：①涂布液提質(zhì)技術(shù)的運(yùn)用與集成。在涂布液中加入合適的助劑以改善涂布液的組成成分，包括殼聚糖、碳酸鈣、碳酸氫鹽、納米纖維素、硅藻土等物質(zhì)，提升造紙法再造煙葉的物理性能、主流煙氣指標(biāo)和感官質(zhì)量。②涂布率工藝技術(shù)的研發(fā)與運(yùn)用。涂布率的大小直接影響單位面積基片上留存的煙草有效成分，通過優(yōu)化壓榨壓力、涂布溫度、涂布濃度和涂布車速等來提高涂布率，提高煙草成分的釋放率。

5 結(jié)論與展望

隨著全國控?zé)熈Χ燃訌?qiáng)，在一系列控?zé)煼珊驼叩挠绊懴?，煙草環(huán)境發(fā)生了深刻的變化。再造煙葉在降焦減害、賦味增香、提高煙草利用率、降低生產(chǎn)能耗發(fā)揮著重要的作用。為了提高國內(nèi)造紙法再造煙葉的質(zhì)量，提出以下建議：①充分運(yùn)用造紙法再造煙葉調(diào)控性能優(yōu)異的特點(diǎn)，同時對涂布液進(jìn)行調(diào)控和對片基進(jìn)行改造，通過雙向改造的方式來提高造紙法再造煙葉的品質(zhì)。②在進(jìn)行提升再造煙葉品質(zhì)的研究時，需要同時考慮萃取、濃縮、打漿、涂布及烤片幾大生產(chǎn)工序，不能顧此失彼。③開發(fā)低有害成分、高煙草成分含量造紙法再造煙葉，重點(diǎn)研究造紙法再造煙葉焦油、一氧化碳等主流煙氣在燃燒或者加熱狀態(tài)下的釋放規(guī)律，同時運(yùn)用新技術(shù)、新輔材、新工藝等方法，使更多的煙草有效成分富集起來。④結(jié)合幾大生產(chǎn)工序，系統(tǒng)性地研究造紙法再造煙葉的生產(chǎn)工藝技術(shù)，提升其在線加工能力和在線加工水平，從煙草裝備方向提升造紙法再造煙葉的機(jī)械加工性能。⑤充分發(fā)揮其他3種再造煙葉生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)，將造紙法再造煙葉與其他3種工藝融合在一起。例如，將造紙法分離重組、片基強(qiáng)度高和稠漿法成分高的優(yōu)勢共同利用起來開發(fā)新的生產(chǎn)工藝——涂布法再造煙葉。