低溫真空干燥對煙絲及卷煙品質(zhì)的影響

付亮，易斌，溫亞東，李雯琦，林文強，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 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，使煙絲在短時間內(nèi)實現(xiàn)脫水。以上干燥方式雖然能實現(xiàn)大批量、連續(xù)性脫水處理，但會導(dǎo)致致香成分大量損失?，F(xiàn)行業(yè)廣泛提倡柔性化處理，降低葉片段加工強度，但葉絲干燥工序仍采用高強度處理，難以達到低溫保香的目的。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)部的水分通過壓力差或濃度差擴散到表面，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)點是能最大化保持加工物中的營養(yǎng)成分[2]、提高經(jīng)濟價值。為探索低溫真空干燥加工方法對煙草制品的品質(zhì)影響特點，本文研究了低溫真空干燥對煙草制品水分影響的規(guī)律，并與滾筒干燥處理進行了物理質(zhì)量、致香成分以及感官質(zhì)量特點的分析檢測比較。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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 Perkin Elmer公司）；微型制絲試驗線、試驗室用真空回潮設(shè)備（煙草行業(yè)卷煙工藝與裝備研究重點實驗室）；FED260烘箱（德國Binder公司）。

1.3 試驗室用真空回潮設(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)，通過工藝參數(shù)匹配，可實現(xiàn)多種加工方式[3]。

1.4 微型制絲試驗線

煙草行業(yè)卷煙工藝與裝備研究重點實驗室現(xiàn)有微型制絲試驗線批投料量為5～30 kg，具備松散回潮、潤葉加料、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，因此全線無篩分裝置；HT和滾筒干燥工序為連續(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)煙絲中進行評價。

1.5 試驗方法

1.5.1 水分影響趨勢研究

在食品行業(yè)相關(guān)研究結(jié)論中指出：對干燥速率的影響程度依次為干燥溫度、干燥時間、真空度[4-6]。由于真空罐加溫采用熱水循環(huán)加溫，考慮加溫時間及穩(wěn)定效果，真空罐溫度設(shè)置為60℃；保溫過程中，真空罐通過旋轉(zhuǎn)實現(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，選擇保溫時間（干燥時間）作為研究水分影響趨勢的主要工藝參數(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）%，通過匹配一次保溫時間和二次保溫時間進行干燥時間的梯度試驗，下表為具體參數(shù)設(shè)置情況。具體參數(shù)設(shè)置情況見下表：

表2 真空干燥方式對水分影響情況參數(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)品配方葉組為試驗樣品，在小試驗線開展?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 水分影響趨勢研究

每批次在入口和出口分別多點取樣30個樣品，用烘箱法測含水率，考察不同保溫時間下的脫水能力。具體檢測結(jié)果見表3，真空干燥煙絲水分與總保溫時間的關(guān)系見圖4。

表3 不同工藝參數(shù)真空干燥試驗水分檢測數(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

由以上水分檢測數(shù)據(jù)分析可知，隨著保溫時間的增加脫水量逐步遞增，脫水量與第一次保溫時間及第二次保溫時間無關(guān)，僅與保溫總時間相關(guān)。若以保溫時間333s為一梯度計算，隨保溫時間的增加，水分降低趨勢逐步變緩，且在總保溫時長為1332s時（試驗Ⅳ加工條件）的物料水分達到了煙草制品干燥要求水分。

以上述試驗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取樣30個樣品，用烘箱法測含水率，分別對設(shè)備進口、出口葉絲含水率檢測結(jié)果進行統(tǒng)計分析，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)見下表。

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

由檢測結(jié)果可知，保溫時間相同條件下，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 不同干燥方式對煙草制品的品質(zhì)影響

2.2.1 物理質(zhì)量對比分析

對兩種干燥方式加工后的煙絲進行取樣，并對煙絲結(jié)構(gòu)、填充值以及干頭干尾量等進行離線檢測及分析。檢測結(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、碎絲率檢測結(jié)果Tab.7 Test results of whole silk rate and broken yarn rate under different drying methods

由以上檢測結(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行檢測），但無干頭干尾；

③整批煙絲水分均勻性更好。

2.2.2 致香成分對比分析

采用同時蒸餾萃取-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)果見下表：

表8 不同干燥方式煙絲致香成分檢測結(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)性致香成分相對含量明顯比滾筒干燥煙絲中高。

2.2.3 感官特點對比分析

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

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

感官評價結(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，且煙香更為厚實。但由于未進行整線工藝參數(shù)匹配，存在口腔殘留較重的缺點。

3 結(jié)論

1）真空干燥保溫時間是影響加工物料水分的重要參數(shù)，隨著保溫時間的增加水分持續(xù)降低，通過參數(shù)匹配可達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含量為470.12μg/g，滾筒干燥后煙絲致香成分相對含量為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，且煙香更厚實，但口腔殘留較重，為達到產(chǎn)品感官質(zhì)量要求，需進行整線工藝參數(shù)優(yōu)化。