低溫真空干燥對(duì)煙絲及卷煙品質(zhì)的影響

付亮，易斌，溫亞?wèn)|，李雯琦，林文強(qiáng)，馬寧，唐軍，劉澤，周冰，高曉華

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，昆明市紅錦路367號(hào) 650231

煙草行業(yè)采用的干燥方式主要有滾筒干燥、氣流干燥[1]以及流化床干燥等，均為高溫處理，使煙絲在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫水。以上干燥方式雖然能實(shí)現(xiàn)大批量、連續(xù)性脫水處理，但會(huì)導(dǎo)致致香成分大量損失。現(xiàn)行業(yè)廣泛提倡柔性化處理，降低葉片段加工強(qiáng)度，但葉絲干燥工序仍采用高強(qiáng)度處理，難以達(dá)到低溫保香的目的。低溫真空干燥是指物料在具有一定真空度的密閉容器內(nèi)低溫加熱，使物料內(nèi)部的水分通過(guò)壓力差或濃度差擴(kuò)散到表面，而后被真空泵抽走的干燥方法。低溫真空干燥技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、藥品加工中，其優(yōu)點(diǎn)是能最大化保持加工物中的營(yíng)養(yǎng)成分[2]、提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為探索低溫真空干燥加工方法對(duì)煙草制品的品質(zhì)影響特點(diǎn)，本文研究了低溫真空干燥對(duì)煙草制品水分影響的規(guī)律，并與滾筒干燥處理進(jìn)行了物理質(zhì)量、致香成分以及感官質(zhì)量特點(diǎn)的分析檢測(cè)比較。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紅塔山某規(guī)格產(chǎn)品按配方等比配置25kg/批煙葉；超純水；二氯甲烷；乙酸苯乙酯（內(nèi)標(biāo)）；無(wú)水硫酸鈉。

1.2 設(shè)備與儀器

Clarus 600氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó) Perkin Elmer公司）；微型制絲試驗(yàn)線、試驗(yàn)室用真空回潮設(shè)備（煙草行業(yè)卷煙工藝與裝備研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）；FED260烘箱（德國(guó)Binder公司）。

1.3 試驗(yàn)室用真空回潮設(shè)備及控制方式

圖1 真空罐結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of vacuum tank

圖2 試驗(yàn)室用真空回潮設(shè)備控制方式流程圖Fig.2 Control flow of laboratory vacuum resurgence equipment

表1 試驗(yàn)室用真空回潮設(shè)備參數(shù)設(shè)置范圍Tab.1 Parameter setting of vacuum equipment

試驗(yàn)室用真空回潮設(shè)備為正圓柱形筒體結(jié)構(gòu)，筒壁采用熱水循環(huán)加熱，具備加料加水系統(tǒng)，通過(guò)工藝參數(shù)匹配，可實(shí)現(xiàn)多種加工方式[3]。

1.4 微型制絲試驗(yàn)線

煙草行業(yè)卷煙工藝與裝備研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有微型制絲試驗(yàn)線批投料量為5～30 kg，具備松散回潮、潤(rùn)葉加料、切絲、HT以及滾筒干燥等制絲線關(guān)鍵工序，能夠模擬正常生產(chǎn)線加工模式、生產(chǎn)線流程。其中，松散回潮、潤(rùn)葉加料以及切絲工序采用人工投料方式連接，便于制絲線流程模擬，因此全線無(wú)篩分裝置；HT和滾筒干燥工序?yàn)檫B續(xù)性生產(chǎn)，因投料量少，為保證煙絲感官質(zhì)量，干頭干尾部分煙絲不并入穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)煙絲中進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.5 試驗(yàn)方法

1.5.1 水分影響趨勢(shì)研究

在食品行業(yè)相關(guān)研究結(jié)論中指出：對(duì)干燥速率的影響程度依次為干燥溫度、干燥時(shí)間、真空度[4-6]。由于真空罐加溫采用熱水循環(huán)加溫，考慮加溫時(shí)間及穩(wěn)定效果，真空罐溫度設(shè)置為60℃；保溫過(guò)程中，真空罐通過(guò)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)物料均勻混合，密閉性受到影響，因此真空度不作為主要研究參數(shù)，僅設(shè)定停止真空度。綜合以上原因，選擇保溫時(shí)間（干燥時(shí)間）作為研究水分影響趨勢(shì)的主要工藝參數(shù)。

以紅塔山品牌某規(guī)格產(chǎn)品配方葉組為原料，切絲后水分控制在（20.5±0.5）%，通過(guò)匹配一次保溫時(shí)間和二次保溫時(shí)間進(jìn)行干燥時(shí)間的梯度試驗(yàn)，下表為具體參數(shù)設(shè)置情況。具體參數(shù)設(shè)置情況見(jiàn)下表：

表2 真空干燥方式對(duì)水分影響情況參數(shù)設(shè)置表Tab.2 Parameter setting in analysis of effect of vacuum drying on moisture in tobacco

1.5.2 不同干燥方式對(duì)煙草制品的品質(zhì)影響

以紅塔山品牌某規(guī)格產(chǎn)品配方葉組為試驗(yàn)樣品，在小試驗(yàn)線開(kāi)展?jié)L筒干燥與真空干燥兩種加工方式下的感官質(zhì)量、物理質(zhì)量以及致香成分對(duì)比研究，加工流程如下所示：

圖3 不同干燥方式加工流程及工序要求Fig.3 Different drying methods and process requirements

2 結(jié)果與分析

2.1 水分影響趨勢(shì)研究

每批次在入口和出口分別多點(diǎn)取樣30個(gè)樣品，用烘箱法測(cè)含水率，考察不同保溫時(shí)間下的脫水能力。具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，真空干燥煙絲水分與總保溫時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖4。

表3 不同工藝參數(shù)真空干燥試驗(yàn)水分檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.3 Moisture test data in vacuum drying tests based on different parameters

圖4 真空干燥煙絲水分與總保溫時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Correlation between tobacco moisture and holding time in vacuum drying test

由以上水分檢測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，隨著保溫時(shí)間的增加脫水量逐步遞增，脫水量與第一次保溫時(shí)間及第二次保溫時(shí)間無(wú)關(guān)，僅與保溫總時(shí)間相關(guān)。若以保溫時(shí)間333s為一梯度計(jì)算，隨保溫時(shí)間的增加，水分降低趨勢(shì)逐步變緩，且在總保溫時(shí)長(zhǎng)為1332s時(shí)（試驗(yàn)Ⅳ加工條件）的物料水分達(dá)到了煙草制品干燥要求水分。

以上述試驗(yàn)Ⅳ的工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，連續(xù)投料5批次，每批次在入口和出口分別多點(diǎn)取樣30個(gè)樣品，用烘箱法測(cè)含水率，分別對(duì)設(shè)備進(jìn)口、出口葉絲含水率檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考察采用真空干燥加工方式下的物料水分均勻性及穩(wěn)定性。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。

表4 真空干燥方式水分均勻性及穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.4 Test data of moisture uniformity and stability in vacuum drying

由檢測(cè)結(jié)果可知，保溫時(shí)間相同條件下，所加工產(chǎn)品的水分均勻性和穩(wěn)定性極好，批內(nèi)水分標(biāo)偏最大僅為0.072，批間水分均值的極差僅為0.16。

2.2 不同干燥方式對(duì)煙草制品的品質(zhì)影響

2.2.1 物理質(zhì)量對(duì)比分析

對(duì)兩種干燥方式加工后的煙絲進(jìn)行取樣，并對(duì)煙絲結(jié)構(gòu)、填充值以及干頭干尾量等進(jìn)行離線檢測(cè)及分析。檢測(cè)結(jié)果如下所示：

表5 不同干燥方式下填充值及出絲率檢測(cè)結(jié)果Tab.5 Test results of filling value and silk yield under different drying methods

表6 不同干燥方式下煙絲結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果Tab.6 Test results of tobacco structure under different drying methods

表7 不同干燥方式下整絲率、碎絲率檢測(cè)結(jié)果Tab.7 Test results of whole silk rate and broken yarn rate under different drying methods

由以上檢測(cè)結(jié)果分析可知：

①在未使用HT的前提下，采用真空干燥加工方式加工的煙絲填充值為4.02 cm3/g，滿足工藝規(guī)范要求[1]，若增加HT可有效提升填充值[9]；

②碎絲率指標(biāo)高于滾筒干燥加工的樣品（滾筒干燥干頭干尾部分未進(jìn)行檢測(cè)），但無(wú)干頭干尾；

③整批煙絲水分均勻性更好。

2.2.2 致香成分對(duì)比分析

采用同時(shí)蒸餾萃取-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法分析滾筒干燥和真空干燥煙絲中的致香成分。由于煙絲揮發(fā)性香味物質(zhì)種類繁多，在總離子流圖中顯示數(shù)百個(gè)譜峰，為突出分析結(jié)果，按照香味前體物分類方法[7-8]，選取20種重要揮發(fā)性香味物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析。其中，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物3種，苯丙氨酸降解產(chǎn)物3種，西柏烷類降解產(chǎn)物2種，葉綠素降解產(chǎn)物1種，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物11種。具體檢查結(jié)果見(jiàn)下表：

表8 不同干燥方式煙絲致香成分檢測(cè)結(jié)果Tab.8 Test results of aroma components in cut tobacco under different drying methods μg/g

由上表分析可知，真空干燥煙絲中的致香成分相對(duì)含量普遍略高于滾筒干燥煙絲中的致香成分，特別是揮發(fā)性致香成分相對(duì)含量明顯比滾筒干燥煙絲中高。

2.2.3 感官特點(diǎn)對(duì)比分析

由于整線工藝未進(jìn)行優(yōu)化匹配，僅分析不同干燥設(shè)備對(duì)產(chǎn)品感官質(zhì)量的影響特點(diǎn)，故不進(jìn)行打分，僅進(jìn)行感官特點(diǎn)分析。

表9 不同干燥方式樣品感官特點(diǎn)分析Tab.9 Analysis of sensory characteristics of samples under different drying methods

感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，真空干燥方式加工樣品能更好的體現(xiàn)煙草中的清香、清甜香的特點(diǎn)，且煙香更為厚實(shí)。但由于未進(jìn)行整線工藝參數(shù)匹配，存在口腔殘留較重的缺點(diǎn)。

3 結(jié)論

1）真空干燥保溫時(shí)間是影響加工物料水分的重要參數(shù)，隨著保溫時(shí)間的增加水分持續(xù)降低，通過(guò)參數(shù)匹配可達(dá)到葉絲干燥工序出口水分的要求。

2）真空干燥加工模式下，批內(nèi)、批間水分穩(wěn)定性好，批內(nèi)真空干燥水分標(biāo)偏為0.06，且無(wú)干頭干尾量；滾筒干燥水分標(biāo)偏為0.23；但真空干燥后煙絲填充值為4.02 cm3/g，碎絲率為7.58%，不如滾筒干燥后煙絲4.57cm3/g的填充值，4.39%的碎絲率。

3）真空干燥煙絲中的致香成分相對(duì)含量普遍略高于滾筒干燥處理，特別是揮發(fā)性致香成分相對(duì)含量明顯比滾筒干燥煙絲中高，采用低溫真空干燥加工后的煙絲致香成分相對(duì)含量為470.12μg/g，滾筒干燥后煙絲致香成分相對(duì)含量為395.16μg/g。

4）真空干燥加工產(chǎn)品能較好的體現(xiàn)煙草的清香、清甜香的特點(diǎn)，且煙香更厚實(shí)，但口腔殘留較重，為達(dá)到產(chǎn)品感官質(zhì)量要求，需進(jìn)行整線工藝參數(shù)優(yōu)化。