管式回潮裝置對干頭干尾煙絲揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的影響

華一崑，王 慧，徐永康，李思源，杜 偉，張保德，董林昆，容雷斌，高占勇*

(1.紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司，云南昆明 650231；2.國營云南機(jī)器三廠煙機(jī)配件分廠，云南曲靖 655000)

滾筒干燥工序在生產(chǎn)開始和結(jié)束時由于煙絲量較少，烘絲機(jī)滾筒熱容較大，而產(chǎn)生大量含水率較低的干頭干尾煙絲，這些煙絲在后續(xù)加工過程中造碎率較高，從而對煙絲結(jié)構(gòu)、感官品質(zhì)和單箱耗葉等質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生較大的影響[1]。2016版《卷煙工藝規(guī)范》中明確規(guī)定滾筒干燥工序每批干頭干尾率不得超過0.6%[2]。最大限度地減少葉絲干燥過程中的干頭干尾量，是卷煙企業(yè)提質(zhì)降耗的重要工作之一。近年來，國內(nèi)煙草行業(yè)針對滾筒烘絲機(jī)通過優(yōu)化工藝參數(shù)[3]、控制模式[4-5]及改進(jìn)設(shè)備[6-9]等方法，從而實現(xiàn)減少烘絲過程干頭干尾煙絲量的目的。但這些方法只能在一定程度上降低干頭干尾煙絲量，而無法消除滾筒干燥過程出現(xiàn)的干頭干尾煙絲現(xiàn)象。鑒于此，筆者針對實際生產(chǎn)中所產(chǎn)生的干頭干尾煙絲量及其物理特性，并借鑒煙草行業(yè)現(xiàn)有的煙葉回潮裝置，自主研制了一套以高溫飽和蒸汽為回潮介質(zhì)的管式回潮裝置，該裝置能夠有效提升干頭干尾煙絲的含水率及整絲率變化率，增強(qiáng)煙絲的耐加工性能。為進(jìn)一步驗證該裝置在回潮過程中對煙絲的保香作用，筆者以煙絲中的18種關(guān)鍵揮發(fā)性致香物質(zhì)和8種揮發(fā)性有機(jī)酸作為評價指標(biāo)，利用主成分分析法評價回潮前后煙絲中2類揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)綜合含量的變化情況，旨在為干頭干尾煙絲管式回潮方式的選擇提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1材料紅云紅河煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司昆明卷煙廠“云煙”某規(guī)格卷煙滾筒烘絲后含水率較低的干頭干尾煙絲。

1.2管式回潮裝置管式回潮裝置是有針對性設(shè)計的干頭干尾煙絲回潮再利用裝置，嫁接在滾筒烘絲煙絲冷卻工序之后。滾筒烘絲開始和結(jié)束階段產(chǎn)生的大量干頭干尾煙絲直接輸送至管式回潮裝置，在高溫飽和蒸汽的作用下，含水率較低的干頭干尾煙絲得到充分松散和回潮，可滿足后續(xù)摻配加香的工藝需求，有效降低了干頭干尾煙絲在加工過程中的造碎和工藝損耗。管式回潮裝置如圖1所示。

1.3方法

1.3.1回潮前后煙絲取樣。為確保所取試驗樣品的代表性，取滾筒烘絲后的干頭干尾煙絲100 kg，充分混勻后從不同位置取10份煙絲作為回潮前的試驗樣品(編號依次為HCQ-1～HCQ-10，每份500 g)；剩余的干頭干尾煙絲利用管式回潮裝置進(jìn)行回潮處理，在回潮出口均勻取樣10次，作為回潮后的試驗樣品(編號依次為HCH-1～HCH-10，每份500 g)。

1.3.2揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的測定方法。分別按照文獻(xiàn)[10]中的方法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 500—2014[11]規(guī)定的方法利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對管式回潮前后的干頭干尾煙絲樣品進(jìn)行揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸含量的測定。

1.3.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。利用R語言統(tǒng)計軟件(R i386 3.1.2)及Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)測定結(jié)果按照致香前體物的分類方法[12-14]選取了18種重要的揮發(fā)性致香物質(zhì)和8種揮發(fā)性有機(jī)酸進(jìn)行了測定(表1和表2)。揮發(fā)性致香物質(zhì)中，含有美拉德反應(yīng)產(chǎn)物3種，芳香族氨基酸降解產(chǎn)物4種，西柏烷類降解產(chǎn)物3種，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物8種。

注：1.緩存裝置；2.喂料裝置；3.管式回潮裝置；4.煙絲分離裝置；5.排潮系統(tǒng)；6.出口煙絲檢測輸送裝置；7.蒸汽電加熱裝置；8.管柜系統(tǒng)Note：1.Caching device；2.Drawing-in device；3.Tube type resurgence equipment；4.Tobacco separation device；5.Moisture exhaust system；6.Detection and transportation device of discharge tobacco；7.Steam electric heating device；8.Tube cabinet system圖1 管式回潮裝置示意Fig.1 Sketch map of tube type resurgence equipment

樣品編號Sample number美拉德反應(yīng)產(chǎn)物Maillard reaction products糠醛Furfural糠醇Furfuryl alcohol5-甲基糠醛5-Methyl-furfural芳香族氨基酸降解產(chǎn)物Degradation products of phenylalanine苯甲醛Benzal-dehyde苯甲醇Benzyl alcohol苯乙醛Phenylace-taldehyde苯乙醇Benzyl ethanol西柏烷類降解產(chǎn)物Degradation products of cembranoids茄酮Solanone降茄二酮Norsolan-dione茄那士酮Solave-tivoneHCQ-11.540.520.080.162.570.321.6614.581.0232.54HCQ-21.970.980.180.223.590.322.5815.671.6704.00HCQ-31.220.520.100.242.070.241.2513.650.8112.15HCQ-41.570.820.130.202.630.251.6114.681.1382.79HCQ-51.740.900.170.182.850.352.3815.161.3453.34HCQ-61.580.720.120.182.670.611.8114.891.2232.81HCQ-71.530.720.090.152.440.731.5814.431.0182.56HCQ-81.860.950.090.163.440.672.4015.291.4483.64HCQ-91.710.760.100.152.650.402.1515.101.3043.06HCQ-101.800.880.140.223.080.382.4315.361.4023.48HCH-11.690.770.090.172.790.652.0714.601.2472.87HCH-21.780.910.140.203.050.332.3915.261.3573.33HCH-31.580.670.090.222.660.301.7614.761.1412.78HCH-41.230.570.080.202.260.241.4713.730.8162.35HCH-52.140.910.110.203.620.282.5415.771.7364.30HCH-61.890.810.150.193.460.292.4615.481.5643.71HCH-71.550.730.110.192.540.891.7814.591.0982.64HCH-81.730.880.090.152.830.562.2115.121.3393.14HCH-91.801.080.140.223.280.282.3515.441.4253.60HCH-101.270.640.200.242.380.351.7314.250.9792.48樣品編號Sample number類胡蘿卜素降解產(chǎn)物β-大馬酮β-Damascenoneβ-二氫大馬酮β-2H-Damascenoneβ-紫羅蘭酮β-Ionone二氫獼猴桃內(nèi)酯Dihydroac-tinidiolide巨豆三烯酮Megastigma-trienone香葉基丙酮Geranyl acetone金合歡基丙酮Farnesylacetone3-氧代-α-紫羅蘭醇3-Oxo-α-ionolHCQ-15.362.423.342.1928.582.4711.750.66HCQ-26.573.094.283.3132.572.9114.250.90HCQ-35.242.413.142.0727.502.3010.140.48HCQ-45.472.603.402.3429.692.5912.890.69HCQ-56.042.853.702.7431.192.7413.600.81

接下表

續(xù)表1 μg/g

表2 回潮前后煙絲中揮發(fā)性有機(jī)酸測定結(jié)果

2.2揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)主成分分析

2.2.1主成分分析的適合度檢驗。在指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣為正定矩陣(總樣本數(shù)≥指標(biāo)數(shù))的前提下，對2類化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行主成分分析前的KMO和Bartlett球形度檢驗結(jié)果顯示，揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸主成分分析的KMO度量值分別為0.710和0.780(>0.5)，且Bartlett球形度檢驗均達(dá)到了極顯著水平(P=0.000)，說明表1和表2中的數(shù)據(jù)均適合進(jìn)行主成分分析。

2.2.2主成分抽取。表3為揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸2類化學(xué)指標(biāo)主成分分析前2個主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率及累積方差貢獻(xiàn)率?？梢钥闯?，2類化學(xué)指標(biāo)前2個主成分(PC1、PC2)的特征值均大于1，且前2個主成分的累積方差貢獻(xiàn)率分別為89.976%和85.105%，分別涵蓋了2類化學(xué)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息量。因此，根據(jù)主成分的抽取原則(特征值大于1，累積方差貢獻(xiàn)率大于85%)選擇前2個主成分進(jìn)行下一步的分析。

表3 2類化學(xué)指標(biāo)主成分分析的特征值及方差貢獻(xiàn)率

2.2.3主成分得分表達(dá)式。揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸主成分分析的前2個主成分的載荷量及特征向量見表4和表5，載荷量除以對應(yīng)主成分特征值的平方根得到各單項化學(xué)物質(zhì)的特征向量。

表4 揮發(fā)性致香物質(zhì)前2個主成分的載荷量和特征向量

表5 揮發(fā)性有機(jī)酸前2個主成分的載荷量和特征向量

根據(jù)表4和表5中的主成分特征向量分別得到不同煙絲樣品18種揮發(fā)性致香物質(zhì)和8種揮發(fā)性有機(jī)酸前2個主成分得分的計算公式。

不同煙絲樣品揮發(fā)性致香物質(zhì)的主成分得分計算公式如下：

PC1揮發(fā)性致香物質(zhì)=0.257Z1+0.233Z2+0.092Z3-0.017Z4+0.257Z5-0.023Z6+0.256Z7+0.258Z8+0.263Z9+0.262Z10+0.259Z11+0.260Z12+0.258Z13+0.257Z14+0.259Z15+0.257Z16+0.263Z17+0.254Z18

(1)

PC2揮發(fā)性致香物質(zhì)=-0.121Z1-0.001Z2+0.487Z3+0.648Z4+0.014Z5-0.542Z6-0.002Z7-0.042Z8-0.018Z9+0.040Z10+0.023Z11+0.042Z12-0.091Z13+0.080Z14-0.075Z15+0.056Z16-0.031Z17-0.053Z18

(2)

式(1)、(2)中，Z1～Z18是利用scale函數(shù)變換后的標(biāo)準(zhǔn)變量，依次分別代表糠醛、糠醇、5-甲基糠醛、苯甲醛、苯甲醇苯乙醛、苯乙醇、茄酮、降茄二酮、茄那士酮、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮、3-氧代-α-紫羅蘭醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮、金合歡基丙酮(按照表4中的致香物質(zhì)排列順序)。

不同煙絲樣品揮發(fā)性有機(jī)酸的主成分得分計算公式如下：

PC1揮發(fā)性有機(jī)酸=0.435Z19+0.439Z20+0.319Z21+0.437Z22+0.334Z23-0.117Z24+0.097Z25+0.436Z26

(3)

PC2揮發(fā)性有機(jī)酸=0.071Z19+0.029Z20-0.301Z21+0.034Z22+0.066Z23+0.692Z24+0.643Z25+0.077Z26

(4)

式(3)、(4)中，Z19～Z26是利用scale函數(shù)變換后的標(biāo)準(zhǔn)變量，依次分別代表異戊酸、2-甲基丁酸、戊酸、3-甲基戊酸、己酸、苯甲酸、辛酸、苯乙酸。

2.3主成分得分投影分析根據(jù)上述主成分表達(dá)式分別計算管式回潮前后不同干頭干尾煙絲樣品揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸的前2個主成分得分，不同試驗煙絲樣品2類化學(xué)指標(biāo)前2個主成分得分在二維平面上的投影如圖2所示。從煙絲樣品在投影圖上的分布情況即可以看出干頭干尾煙絲在回潮前后揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)綜合含量的變化情況。

由圖2可以看出，對于2類揮發(fā)性化學(xué)指標(biāo)，管式回潮前的10個干頭干尾煙絲樣品與回潮后的10個干頭干尾煙絲樣品均存在嚴(yán)重的交叉現(xiàn)象(回潮前與回潮后煙絲樣品未出現(xiàn)明顯的分離現(xiàn)象)，即回潮前后干頭干尾煙絲的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)綜合含量未出現(xiàn)明顯變化，說明采用高溫飽和蒸汽的管式快速回潮方式對煙絲具有較好的保香作用。

注：a.揮發(fā)性致香物質(zhì)；b.揮發(fā)性有機(jī)酸；△.回潮前煙絲樣品；□.回潮后煙絲樣品Note：a.Volatile aroma compounds；b.Volatile organic acids；△.Cut tobacco before resurgence；□.Cut tobacco after resurgence圖2 回潮前后不同煙絲樣品2類化學(xué)指標(biāo)前2個主成分得分的投影Fig.2 Projection of the first two principal components scores of two kinds chemical indexes of different cut tobacco before and after resurgence

3 結(jié)論

采用主成分分析法對管式回潮前后干頭干尾煙絲的揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸進(jìn)行了降維處理，并利用回潮前后不同煙絲樣品2類化學(xué)指標(biāo)的前2個主成分得分進(jìn)行了投影分析。結(jié)果顯示，回潮前后，干頭干尾煙絲中的揮發(fā)性致香物質(zhì)和揮發(fā)性有機(jī)酸綜合含量均未發(fā)生明顯變化，說明管式回潮裝置在回潮過程中對煙絲具有一定的保香作用，適宜作為干頭干尾煙絲的回潮設(shè)備，同時為干頭干尾煙絲管式回潮方式的選擇提供了數(shù)據(jù)支撐。