中短波紅外干燥對梗絲質量的影響

夏 非，馬 揚，邱 智，石志發，施 鳴，堯珍玉*

〔1.云南瑞升煙草技術(集團)有限公司，云南 昆明 650106； 2.貴州中煙工業責任有限公司技術中心，貴州 貴陽 550001〕

0 引言

【研究意義】梗絲的應用可有效地降低卷煙焦油和調節煙氣與吸味，同時也能夠節約卷煙生產成本，為卷煙企業創造價值。傳統的梗絲膨脹技術大多采用高溫高濕處理方法，即以水、汽為膨脹介質，以高溫、高濕為手段，使煙梗內部的水蒸氣壓力增大，從而導致煙草的毛細管和細胞脹大，其體積明顯擴大，從而實現快速干燥[1-3]。中短波紅外干燥(Med-and short-wave infrared radiation drying，IR)是一種新的干燥方式，該技術具有加熱效率高和加熱相對均勻等特點[4]，探明其對梗絲質量的影響對卷煙生產具有重要意義。【前人研究進展】目前，膨脹設備除傳統的滾筒式干燥機外[5]，還有HXD在線膨脹設備[6]、閃蒸式(STS)+隧道振槽式梗絲干燥機(FBD)[7]和HDT氣流式烘梗絲機[8]等，形成的煙梗膨脹產品大多為片狀，色澤偏淺，外觀形態與煙絲差異較大，應用到卷煙中會影響煙支燃燒狀態和摻配的均勻性等，最終影響卷煙品質。紅外干燥基本原理是紅外線輻射器所產生的電磁波以光的速度直線傳播致被干燥物料，當紅外線或遠紅外線的發射頻率和被干燥物料中分子運動的固有頻率(紅外線或遠紅外線的發射波長和被干燥物料的吸收波長)相匹配時，物料內分子會因強烈振動引起激烈摩擦而產生大量熱量，從而達到干燥的目的。從紅外發射器發出的能量直接被干燥物料表面吸收，周圍空氣不被加熱而且物料溫度不受周圍空氣溫度的影響?！狙芯壳腥朦c】中短波紅外干燥已成功應用于多種農產品及副產物的干燥加工[9-11]，但鮮見其用于煙梗絲干燥的研究報道，亟待弄清中短波紅外干燥梗絲的理化指標、致香成分及感官質量變化?！緮M解決的關鍵問題】以貴州某卷煙配方煙梗為材料，研究中短波紅外干燥對壓切后梗絲質量的影響，并與常規梗絲的理化指標、致香成分及感官質量進行對比分析，為中短波紅外干燥梗絲提供新的技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 煙梗 煙梗，貴州中煙工業有限責任公司貴陽卷煙廠某配方煙梗。

1.1.2 試劑 二氯甲烷(AR)，西隴化工股份有限公司；無水硫酸鈉(AR)，天津市科密歐化學試劑有限公司；無水乙醇(色譜純)，迪馬科技有限公司；乙酸苯甲酯(內標色譜純)，百靈威科技有限公司。

1.1.3 儀器及設備 YQ-2 型葉絲振動分選篩、YDZ430 型煙絲填充值測定儀，鄭州煙草研究院；KBF540 恒溫恒濕箱，德國Binder公司；ABS204-S電子天平(感量0.000 1 g)，瑞士Mettler-Toledo公司；Cyclotec 1093旋風式樣品磨，瑞典FOSS(中國)有限公司；6890N/5975N氣相色譜/質譜聯用儀、配HP-5MS毛細管色譜柱，美國Agilent公司；同時蒸餾萃取裝置，自制；R114旋轉蒸發儀，瑞士Büchi公司；SAK-D-12420型多層紅外干燥機，泰州圣泰科紅外科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 中短波紅外干燥機的系統組成及工作原理 中短波紅外干燥機主要由輸送系統、紅外干燥系統和熱風循環系統組成。工作原理：切絲后的梗絲濕物料通過振槽振動輸送至干燥設備進料口，限料裝置使物料保持5 cm厚度均勻攤鋪在物料輸送帶上，物料經輸送帶送入紅外干燥機干燥腔內，物料在輸送過程中經24組紅外燈管的照射，使物料升溫、脫水。在干燥過程中，熱風循環系統使干燥腔體內部分熱空氣循環，利用熱氣流提高干燥效率，排濕系統將濕氣排出，使干燥腔體內的熱空氣保持合適的含濕量，能夠使梗絲均勻、充分干燥。

1.2.2 樣品的制備 煙梗經回潮、平衡、壓梗、切絲后取1 000 kg通過振槽引流進入多層紅外干燥機干燥后制得紅外干燥梗絲；其余切后梗絲采用常規制梗絲干燥設備干燥后制得常規梗絲。常規梗絲和紅外干燥梗絲制作關鍵工序參數見表1。

表1 不同制梗絲工藝的關鍵工序過程參數Table 1 The key process parameter of cut stem produced with different processes

1.2.3 指標測定 指標主要包括梗絲的含水率、填充值和結構，以及梗絲常規化學成分和主要致香物質的含量。梗絲的含水率、填充值及結構采用文獻[12-13]的方法測定；常規化學成分含量采用文獻[14-18]的方法測定。

主要致香物質測定：1) 樣品的制備：將樣品用旋風磨粉碎后過60目篩，梗末樣品在平衡箱中(溫度22℃，濕度60%)平衡24 h，準確稱取平衡后的梗末樣品25.00 g，放入同時蒸餾萃取裝置的3個燒瓶中，用二氯甲烷作為溶劑對煙絲連續動態萃取2.0 h，提取物經無水硫酸鈉干燥后，用旋轉蒸發儀定量濃縮至1.0 mL，加入50 μL乙酸苯甲酯(0.1 mol/L)內標溶液搖勻后，采用氣相色譜/質譜聯用儀對其進行分析。2) 儀器條件：色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 m)毛細管柱，進樣口溫度260℃，載氣為He，載氣流量1 mL/min；程序升溫：50℃保持1 min，8℃/min升溫至160℃保持2 min，8℃/min升溫至260℃保持15 min；進樣量2 μL，分流比為25∶1，傳輸線溫度280℃，電離方式為EI，電離能量70 eV，離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃，質量范圍35～455 aum。

常規梗絲和紅外干燥梗絲的致香成分檢測后取其主要致香成分結果，按雜環類、酮類、醛類、酚類、烯烴類、酸類和酯類進行分類求和后計算其變化率。

1.2.4 感官評吸 將紅外干燥梗絲樣品和常規梗絲樣品以相同的材料卷制成煙支，由7名卷煙委員組成的評吸小組對其香氣質、雜氣、濃度、細膩、刺激性、干凈程度、干燥感和舒適性等指標進行感官評吸對比。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2010對數據進行統計與分析。

2 結果與討論

2.1 梗絲的物理特征

從表2可知，紅外干燥梗絲和常規梗絲的填充值分別為4.86 cm3/g和5.69 cm3/g，紅外干燥梗絲填充值低于常規梗絲，原因是常規梗絲在高速氣流和文丘里管的綜合作用下，通過壓差變化和快速脫水實現劇烈膨脹，而紅外干燥是一個相對均勻的慢速失水過程，因此梗絲的膨脹效果不明顯。梗絲組成，>3.25 mm的紅外干燥梗絲和常規梗絲分別為37.31%和57.44%，常規梗絲占比更高；2.5～3.25 mm與1.0～2.5 mm的紅外干燥梗絲和常規梗絲分別為38.64%、22.49%和30.52%、10.31%，均為紅外干燥梗絲占比更高。>2.5 mm的梗絲為整絲，<1.0 mm的梗絲為碎絲，紅外干燥梗絲的整絲率(75.95%)低于常規梗絲(87.96%)，碎絲率(1.56%)略低于常規梗絲(1.73%)，可能是梗絲在紅外干燥中的物料運動程度較低，致碎較小?？傮w看，紅外干燥梗絲的整體尺寸較小，但結構更均勻。與常規梗絲相比，紅外干燥梗絲的色澤更深，更黃(圖1)。

表2 紅外干燥梗絲與常規梗絲物理質量Table 2 Physical quality of infrared radiation dried cut stem and conventional cut stem

圖1 紅外干燥梗絲與常規梗絲的外觀形態特征Fig.1 Appearance morphological features of infrared radiation dried cut stem and conventional cut stem

2.2 梗絲化學成分的含量

從表3看出，紅外干燥梗絲的總糖、鉀離子、還原糖、總植物堿、氯離子和總氮含量分別為23.8%、5.55%、18.3%、0.41%、2.43%和1.91%，常規梗絲的總糖、鉀離子、還原糖、總植物堿、氯離子和總氮含量分別為24.3%、5.56%、19.8%、0.42%、2.46%和1.96%。總體變化不大，但紅外干燥梗絲的化學成分含量均低于常規梗絲。

表3 紅外干燥梗絲與常規梗絲的化學成分含量Table 3 Chemical component content of infrared radiation dried cut stem and conventional cut stem %

2.3 梗絲的致香成分的含量及變化

從表4可知，常規梗絲和紅外干燥梗絲的主要致香成分有42種，其中，雜環類8種、酮類12種、醛類10種、酚類2種、烯烴類2種、酸類2種和酯類6種。常規梗絲和紅外干燥梗絲各類致香成分總量，雜環類分別為1.528 μg/g和1.768 μg/g，酮類分別為4.065 μg/g和4.015 μg/g，醛類分別為5.791 μg/g和7.230 μg/g，酚類分別為0.511 μg/g和0.368 μg/g，烯烴類分別為15.689 μg/g和15.103 μg/g，酸類分別為12.447 μg/g和10.550 μg/g，酯類分別為24.017 μg/g和18.306 μg/g。與常規梗絲相比，紅外干燥梗絲的雜環類、酮類、醛類、酚類、烯烴類、酸類和酯類致香成分的變化率分別為15.70%、-1.23%、24.85%、-27.98%、-3.74%、-15.24%和-23.78%?？梢姡t外干燥梗絲的酚類、酸類和酯類物質較常規梗絲明顯減少，醛類和雜環類物質較常規梗絲明顯增加，酮類和烯烴類物質較常規梗絲變化不大。

表4 紅外干燥梗絲與常規梗絲主要致香物質的含量及變化Table 4 Content and variation of main aroma substance in infrared radiation dried cut stem and conventional cut stem

2.4 梗絲的感官質量

從表5看出，紅外干燥梗絲和常規梗絲的香氣質、雜氣和刺激性等各指標感官評價得分的變化。刺激性，紅外干燥梗絲和常規梗絲均為11.7分，結果相當；濃度，紅外干燥梗絲和常規梗絲分別為7.1分和7.6分，紅外干燥梗絲略低于常規梗絲；其余指標評價得分紅外干燥梗絲均高于常規梗絲?？偡?，紅外干燥梗絲和常規梗絲分別為80.4分和79.2分?？傮w看，紅外干燥梗絲較常規梗絲的感官質量略有提升。

表5 紅外干燥梗絲與常規梗絲的感官質量評價Table 5 Sensory quality evaluation of infrared radiation dried cut stem and conventional cut stem 分

3 討論

經過紅外干燥梗絲的填充值及整絲率較常規梗絲降低，但梗絲結構更趨于一致性，且色澤更深，可能是紅外的輻射強度和物料內部化學成分與水分子共振引起褐變[19]所致，無常規梗絲顏色發白的現象；形態為細長絲狀，沒有大片狀梗絲，更趨近于葉絲。紅外干燥梗絲的化學成分含量均低于常規梗絲，總體變化不大，其中總糖和還原糖低于常規梗絲的原因可能是紅外干燥的特殊干燥機理導致糖類物質參與美拉德反應[19]。常規梗絲和紅外干燥梗絲的主要致香成分有42種，其中，雜環類8種、酮類12種、醛類10種、酚類2種、烯烴類2種、酸類2種和酯類6種。與常規梗絲相比，雜環類、酮類、醛類、酚類、烯烴類、酸類和酯類致香成分的變化率分別為15.70%、-1.23%、24.85%、-27.98%、-3.74%、-15.24%和-23.78%?？梢姡t外干燥梗絲的酚類、酸類和酯類物質較常規梗絲明顯減少，醛類和雜環類物質較常規梗絲明顯增加，酮類和烯烴類物質較常規梗絲變化不大?？赡茉颍汗＝z經紅外干燥后，代表甜香及梗絲飄逸感的醛類物質增加；代表弱花香、青香及平淡感的烯烴類、酯類、酸類轉變為帶有甜香及烘烤香的雜環類物質，梗絲由生青氣轉變為淡甜烘烤氣息[20-21]。下一步將研究紅外干燥梗絲在卷煙中的摻配、應用與評價。基于紅外波長與水分子吸收波長相匹配而引起水分子劇烈運動的干燥原理，紅外干燥對物料具有一定的厚度要求，當物料厚度超出紅外線波長，干燥速率就會下降，一定程度上制約了生產效率。因此，對新型紅外干燥設備及其輔聯設備的開發是下一步的研究利用方向之一。

4 結論

紅外干燥梗絲的酚類、酸類和酯類物質較常規梗絲明顯減少，醛類和雜環類物質較常規梗絲明顯增加，酮類和烯烴類物質較常規梗絲變化不大，化學成分含量均低于常規梗絲，感官質量較常規梗絲略有提升。