段 鹍 王 冰 陳孟起 王鵬飛 趙志偉 羅燦選 趙聲辰 畢浩洋 王宏偉 趙永振

(河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000)

干燥是卷煙加工過程中的重要環(huán)節(jié)，煙絲從外界吸收能量一部分用于脫去煙絲內(nèi)部的水分，另一部分用于提升煙絲內(nèi)部的溫度。這個過程不僅導致煙絲脫水發(fā)生卷曲，還伴隨著熱裂解、熱合成、熱蒸餾以及美拉德反應的進行[1-3]。因此，恰當?shù)目刂聘稍镞^程對提高卷煙產(chǎn)品的內(nèi)在品質十分必要。

趙靜芬等[4]研究滾筒干燥過程中煙絲表面溫度變化規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，隨著含水率的降低，煙絲表面溫度歷經(jīng)了3個時期，即快速升高期、緩慢升高期、迅速升高期；段鹍等[5]在煙絲表面溫度變化的基礎上建立了特征溫度模型，用以表征煙絲受熱程度，發(fā)現(xiàn)填充值與特征溫度明顯正相關，香味物質與特征溫度明顯負相關；樸永革等[6]研究了煙絲中糖苷物質隨干燥溫度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)煙絲中糖苷物質隨干燥溫度升高而降低；秦國鑫[7]則發(fā)現(xiàn)滾筒干燥過程中筒壁溫度是決定干燥速率最主要的因素；張煒等[8]研究了不同控制變量與卷煙產(chǎn)品質量關系發(fā)現(xiàn)，筒壁溫度對卷煙感官質量的影響最大；劉江生等[9]研究了兩段式烘絲機(KLD2-3型)熱風流向對煙絲化學成分的影響，發(fā)現(xiàn)不同的控制模式對卷煙化學成分的影響較大；胡建軍等[10]采用正交試驗研究了烘絲參數(shù)與烘后煙絲質量的關系，發(fā)現(xiàn)蒸汽壓力對烘后葉絲的感官質量有較大影響，熱風溫度高低與烘后葉絲的填充值關系顯著。

滾筒干燥是卷煙干燥最常用的干燥方式，筒壁溫度又是其最重要的參數(shù)。上述研究也表明，干燥參數(shù)變化會引起卷煙理化品質、感官品質的變化。但是，相關的研究[7,10-11]發(fā)現(xiàn)，隨著干燥溫度變化卷煙的物理化學品質乃至感官品質的變化并不統(tǒng)一，甚至會出現(xiàn)一定的矛盾。因此，尋找一個能夠評價卷煙理化乃至感官品質的綜合指標就顯得非常必要。鑒于此，本研究擬以2012年云南C3F切絲后的煙葉為試驗原料，利用方差分析、多重比較、主成分分析等方法對卷煙的理化指標進行降維處理，以綜合得分的方式，系統(tǒng)地研究筒壁溫度對卷煙理化乃至感官品質的影響，旨在有效解決干燥過程中條件不適引起的相關質量問題，為提升卷煙加工的精細化水平提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

烤煙煙葉：云南C3F，切絲后調整煙絲含水率23%，在恒溫恒濕的條件下平衡48 h待用，河南中煙工業(yè)有限責任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心；

實驗室批式滾筒復合傳熱干燥裝置：裝置的結構及原理詳見參考文獻[12]14-16，鄭州煙草研究院自行研制；

電子天平：XS-365M-SCS型，感量0.000 1 g，瑞士普利賽斯公司；

烘箱：BINDER型，德國賓得公司；

填充值測定儀：YDZ430型，鄭州煙草研究院；

葉絲彈性測定儀：YQ-66型，鄭州煙草研究院；

連續(xù)流動分析儀：AA3型，哈爾濱德遠科技開發(fā)有限公司；

同時蒸餾萃取裝置：實驗室自制；

旋轉蒸發(fā)儀：R-215型，瑞士Buchi公司；

氣質聯(lián)用儀：Agilent 7890A/5975C GC-MS型，美國Agilent公司；

連續(xù)流動分析儀：Futura型，法國Alliance公司；

索氏提取器：LP-SE04型，無錫萊普儀器設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 裝置的預熱 接通電源，預熱滾筒復合傳熱裝置，分別設定筒壁溫度為100，120，140，150 ℃，分別用A1，A2，A3，A4表示。待裝置穩(wěn)定后，取500 g含水率為23%的煙絲放入滾筒，同時開始計時，根據(jù)不同的干燥條件選取不同的時間間隔，用取樣器對滾筒內(nèi)的煙絲進行取樣，采用烘箱法[13]測定不同干燥時刻煙絲的含水率。

1.2.2 煙絲總糖、總植物堿的測定

(1) 總糖：按YC/T 159—2002《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續(xù)流動法》執(zhí)行。

(2) 植物堿：按YC/T 160—2002《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續(xù)流動法》執(zhí)行。

1.2.3 煙絲石油醚提取物與香味成分含量的測定

(1) 石油醚提取物：按YC/T 176—2003《煙草及煙草制品 石油醚提取物的測定》執(zhí)行。

(2) 香味成分：參照文獻[12]38-40。

1.2.4 感官評價 取不同干燥條件下的干燥煙絲(含水率12%)各100 g，手工打煙后在恒溫恒濕間平衡48 h，由9位評吸專家采用對比評吸[14]的方式對卷煙感官指標進行感官質量評價。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPASS 22.0軟件對不同干燥條件下煙絲理化指標變化進行標準化處理，然后做Pearson相關性分析，根據(jù)相關性，進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同干燥條件下煙絲理化品質方差分析

不同干燥條件下，將煙絲干燥至含水率12%時煙絲理化品質見表1(每個參數(shù)做平行試驗10次)，其方差分析及多重比較結果見表2。

由表2可以看出，不同干燥條件下煙絲填充值、彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量、總植物堿、總糖含量的標準偏差都較低，說明該試驗的重復性較好；不同干燥條件下各指標總體均存在顯著性差異，總糖、總植物堿、香味物質總量、石油醚提取物、整絲率、填充值變異程度較大，填充值隨干燥溫度升高呈增大趨勢，而彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量則隨著干燥溫度的提高而降低，總植物堿呈降低趨勢，總糖含量前后變化不明顯。

2.2 不同干燥條件下煙絲理化品質主成分分析

對不同干燥條件下煙絲理化指標變化進行Z-Score標準化處理，然后做Pearson相關性分析，見表3。由表3可以看出，除總植物堿與填充值、彈性與填充值外各成分之間均存在較為顯著的相關性,但需要進行KMO與Bartleet檢驗。由于KMO值為0～1，且越接近1，越適合做主成分分析，該試驗的KMO測量為0.718，大于>0.700，且Bartiett球形度檢驗的Sig.<0.001，說明該試驗理化指標數(shù)據(jù)之間存在相關性，可以進行主成分分析。

使用SPASS 22.0軟件對不同干燥條件下煙絲理化成分數(shù)據(jù)進行主成分分析，結果見表4和圖1。

由表4可以看出，不同干燥條件下煙絲理化指標前2個主成分的特征值分別為4.489和1.236，均>1，方差貢獻率分別為64.130%和17.653%，前2個主成分的累計方差貢獻率為81.783%，表明前2個主成分代表了原始成分81.783%的信息量，涵蓋了大部分的信息量。由圖1可以看出，成分1和成分2包含了大部分信息，從成分3開始就進入平臺了，說明該降維處理是成功的。

圖1 煙絲理化指標數(shù)據(jù)碎石圖Figure 1 Physicochemical indexes of tobacco shred

2個主成分的輸出提取成分矩陣如表5所示。由表5可以看出，主成分1與煙絲的填充值、彈性、整絲率、碎絲率、石油醚提取物、香味物質總量、總植物堿、總糖存在顯著的相關關系，屬于綜合性指標；主成分2則與煙絲填充值、總植物堿、總糖存在較強的相關關系，2個主成分代表的意義均不明確，為了更好地解釋主成分與煙絲理化指標之間的關系，可將主成分進行旋轉處理，結果如表6所示。經(jīng)旋轉處理后可以看出，主成分1代表煙絲的彈性、整絲率、碎絲率、石油醚提取物、香味物質總量、總植物堿的變化規(guī)律，主成分2則對煙絲填充值高低與總糖含量的變化做出解釋。

表1 不同干燥條件下煙絲理化品質的變化Table 1 The physicochemical properties of tobacco shred under different drying conditions

根據(jù)煙絲理化指標數(shù)據(jù)載荷量及特征值，可以得到不同干燥條件下煙絲理化指標變化前2個主成分的計算公式：

PC1=0.243Z1+0.297Z2+0.156Z3+0.085Z4+0.274Z5+0.372Z6-0.064Z7，

(1)

PC2=-0.597Z1-0.112Z2+0.092Z3-0.213Z4-0.041Z5-0.229Z6+0.398Z7，

(2)

式中：

表2 不同干燥條件下煙絲理化品質的多重比較?Table 2 Multiple comparisons of physicochemical properties of tobacco shred under different drying conditions

表3 不同干燥條件下煙絲理化指標Pearson相關矩陣?Table 3 Pearson correlation matrix of physicochemical indexes of tobacco shred under different drying conditions

表4 煙絲理化指標數(shù)據(jù)特征值及方差貢獻率Table 4 Characteristic value and variance contribution rate of physicochemical indexes of tobacco shred

表5 煙絲理化指標主成分輸出提取成分矩陣Table 5 Principal component matrix of physicochemical indexes of tobacco shred

表6 煙絲理化指標主成分輸出提取旋轉成分矩陣Table 6 Rotated component matrix of physicochemical indexes of tobacco shred

Z1～Z7——分別表示煙絲的填充值、彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量、總植物堿、總糖的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過Z-Score法標準化變換的標準變量(均值為0，標準偏差為1)。

根據(jù)式(3)可以計算出不同干燥條件下煙絲填充值、彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量、總植物堿、總糖的前2個主成分的綜合得分，公式為：

F=0.784PC1+0.216PC2。

(3)

得到A1綜合得分為0.83、A2綜合得分為0.74、A3綜合得分為-0.68、A4綜合得分為-0.88，結果見圖2。由圖2可知，隨著干燥溫度的升高煙絲理化指標主成分綜合得分呈降低趨勢。這與方差分析的結果較為一致，除總糖變化不明顯，填充值呈增加趨勢外，彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量、總植物堿含量都呈降低趨勢。

圖2 不同干燥條件煙絲理化指標主成分綜合得分Figure 2 Comprehensive score of physicochemical indexes of tobacco shred of principal components under different drying conditions

隨著干燥溫度的提升，煙絲脫水速率加快，煙絲在應力的作用下彎曲變形，從而提高煙絲的填充值；而由于應力的作用煙絲變得更加脆弱[11]，故彈性呈降低趨勢；由于脆性增加，在后續(xù)的加工過程中煙絲造碎勢必會隨之增加，因而整絲率呈降低趨勢；石油醚提取物用水蒸氣蒸餾可以得到兩大類物質，一類是揮發(fā)油，包括大量低分子的烴類、醇類、酸類、酚類、酮類、脂類、低分子萜類等[15]，增加干燥溫度必然會造成這些物質的揮發(fā)，而石油醚提取物則與煙絲香味物質呈正相關性，故隨著溫度的增加香味物質總量與石油醚提取物呈明顯降低趨勢；煙堿是一種易揮發(fā)、堿性較強的吡啶族生物堿，其中一部分以游離態(tài)的形式存在[16]，高強度的加工方式可能會導致這部分煙堿的損失。

2.3 不同干燥條件下煙絲感官質量的變化

為了進一步驗證不同干燥條件下煙絲理化指標方差分析與主成分分析的結果，以A1處理條件的樣品為對照樣品，采用對比評吸的方式對卷煙的香氣特性、煙氣特性、口感特性三個方面進行評價，具體結果如表7所示。

由表7可以看出，隨著干燥溫度的提高卷煙香氣質變差，香氣量逐漸減少，煙氣干燥程度、刺激程度呈增大趨勢，回甜感逐漸減少，但是卷煙煙氣的透發(fā)性則呈現(xiàn)變好的趨勢。不同干燥條件下卷煙感官質量的評價結果與方差分析與主成分分析的結果較為一致。

表7 不同干燥條件下煙支感官質量變化?Table 7 Sensory evaluation of cigarette under different drying conditions

3 結論

不同干燥條件下煙絲理化指標變化均存在顯著差異，填充值呈增大的趨勢，而彈性、整絲率、石油醚提取物、香味物質總量則隨著干燥溫度的提高而降低，總植物堿呈降低的趨勢，總糖含量變化不明顯。主成分分析的結果顯示，隨著干燥溫度的升高煙絲理化指標主成分綜合得分呈降低趨勢，卷煙感官質量的評價結果、方差分析和主成分分析的結果較為一致，筒壁溫度為100 ℃時卷煙的綜合質量最優(yōu)。

本次試驗僅僅研究了筒壁溫度對煙絲理化品質的影響，且研究對象為單等級的煙絲，故下一步可開展不同烘絲參數(shù)對全配方煙絲品質影響的研究，為提升卷煙加工水平提供參考。