包秀萍，刘煜宇，李红霞，普兴伟，李 艳，徐兰兰

(云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，香精香料产品中心，云南 昆明 650106)

【研究意义】烟梗是烟叶的组成部分，其重量约占烟叶的25 %，资源十分丰富，其主要成分是纤维素、半纤维素、木质素和果胶等细胞壁物质[1-3]。烟梗燃烧后，烟气质量明显不如烟丝，主要表现为香气不足、杂气过重、刺激性较大。【前人研究进展】杨伟祖等[4]研究表明烟梗与烟叶相比，烟梗的钾含量、氯含量、糖碱比(TS/N)和氮碱比(TN/N)明显大于烟丝，烟叶中的总糖、总植物碱，蛋白质等的含量均明显高于梗丝；另外烟梗中含有较多的纤维素、木质素和果胶[5]，这些差异造成了烟丝与梗丝在抽吸品质上的明显不同。为了有效改善梗丝的品质，提升其在卷烟中的使用比例，有研究报道通过酶处理[6-8]、蒸汽爆破[9]、微波膨胀[10-11]、化学处理[12-13]等技术改善烟梗的品质，在处理工艺上存在设备要求高、成本高、条件苛刻等缺点[2,14-17]，这使得梗丝在卷烟中的使用比例仍然受到限制。然而，梗丝对降低卷烟中焦油和烟碱含量有着明显作用。【本研究切入点】本研究通过梗丝改性技术，使梗丝作为一种基体，有针对性地补充烟叶致香物质。【拟解决的关键问题】把梗丝改性为具有烟丝特性的改性梗丝，有效改善梗丝的外观和抽吸品质，使其更加接近烟丝，提升梗丝在卷烟中的使用比例，使梗丝添加到高档卷烟配方中成为可能。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

云南某地烟梗(2013)、梗丝(红云红河集团提供，空白梗丝、成品梗丝均为同一梗组配方烘烤后梗丝，空白梗丝为未加香加料梗丝，成品梗丝为红云红河集团软珍料香的加香加料后梗丝)；SS-01(云南瑞宝生物科技股份有限公司)；烟草提取物5#、烟草提取物2#、保润剂BRJ-M(云南瑞升烟草技术集团有限公司)；葡萄糖(河北利民糖业)。

WM-无油气体压缩机(天津市医疗器械一厂)；MASCOTTE填烟器(德国Fo.briqué en Allemo.gne公司)；电子天平(感量：0.1 g)、HG63梅特勒水分测定仪(上海梅特勒-托利多仪器有限公司)；YP2001N型电子天平(感量：0.001 g，上海精密科学仪器有限公司)；SD800A三足式吊袋离心机(张家港市锐腾机械制造有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 梗丝改性工艺流程 改性梗丝功能料液参照烟叶中常规化学成分比例，构建合理的成分比例，有效改善梗丝的外观和抽吸品质，使其更加接近烟丝，对烟草提取物、葡萄糖和色素SS-01进行单一和互配筛选。

梗丝改性的主要加工工艺为：首先，将梗丝进行预处理，包括梗丝洗涤脱色(用水浴浸泡脱色)、梗丝脱水干燥(气流干燥至含水率12 %±0.5 %)；其次，梗丝功能料液设计，包括对梗丝预处理过程中的浸泡液浓缩至膏，色素使用比例筛选，以及与烟草提取物、葡萄糖形成功能料液，筛选最佳使用比例；最后，梗丝功能料液回填浸渍，浸渍后的梗丝气流干燥至含水率12 %±0.5 %。生产中梗丝洗涤脱色产生的液体经浓缩成梗膏，作为功能料液的基料之一使用，梗丝浸渍过程的功能料液根据固形物所占比例进行持续性补充，该部分功能料液循环持续使用，在一定程度上不会制约工业实现。其工艺流程如图1所示。

1.2.2 梗丝预处理正交试验 梗丝预处理的水洗程度直接决定了梗丝品质，故以预处理温度30、40、50、60、70 ℃，预处理时间10、20、30、40、50 min，预处理水的倍数5、10、15、20、25 倍为变量，梗丝抽吸品质和梗膏得率为因变量进行分析，进行L25(56)正交实验。

1.3 测定方法

1.3.1 常规烟气成分、常规化学成分及致香成分含量测定 焦油、烟碱、水分、CO分别依据GB/T 19069-2004、YC/T 156-2001、YC/T 157-200l、GB/T 23356-2009检测。

总糖、总植物碱、总氮、淀粉、蛋白质分别按YC/T 159-2002、YC/T 160-2002、YC/T 161-2002、YC/T 283-2009、YC/T 166-2003检测。

致香成分总量的测定方法参照YC/T 145.9-1998。

致香成分具体测定条件如下：色谱柱为HP-5MS(60 m×0.32 mm×0.25 μm)、载气为纯度99.999 %的氦气、流速为1 mL/min、进样温度和接口温度分别为240和250 ℃、质谱扫描范围为35～455 amu、离子源为EI源、电子能量为70 eV。采用计算机将该条件下所得的质谱信息与wiley、Nist98谱库中的标准谱图进行对照和解析，确定改性梗丝挥发性成分，并采用面积归一化法确定各挥发性成分的相对百分含量。

1.3.2 感官评价指标及量化方法 供感官评价的梗丝样品，在温度(22±1)℃、相对湿度60 %±2 %的恒温恒湿箱中平衡水分48 h，卷制成烟支。

图1 梗丝改性工艺流程图Fig.1 The process flow diagram of reconstituted cut stems

表1 梗丝预处理的L25(56)正交实验设计与结果

参照标准YC/T 138-1998，卷烟评吸专家小组由9人组成，分别对处理前后，梗丝的香气质、香气量、协调性、杂气、浓度、刺激性、余味、燃烧性和灰色共9个单项指标进行打分(除杂气外每个单项的分值为1～10分，杂气分值为1～20分，9个单项总分为100分)，然后计算单项平均分，精确至0.01。感官质量评吸得分以各单项平均得分之和表示，精确至0.01。

1.3.3 水分测定 采用HG63梅特勒水分测定仪测定处理前后梗丝含水量(含水率)。

2 结果与分析

2.1 梗丝预处理正交试验

对梗丝预处理因素进行正交试验验证，考察梗丝洗涤脱色水浴温度30、40、50、60、70 ℃、洗涤时间10、20、30、40、50 min、以及水的倍数5、10、15、20、25倍对梗丝洗涤品质影响。预处理后将梗丝干燥至含水率为12 %±0.5 %，在温度22±1 ℃、相对湿度60 %±2 %的恒温恒湿箱中平衡48 h，卷制成烟支进行感官评吸。

表2 方差分析

注：R2=0 .978。

梗丝预处理的L25(56)正交实验见表1，由表2方差分析结果可知，梗丝预处理中水的浸泡倍数对梗丝品质有极显著影响(P<0.01)，浸泡时间对梗丝抽吸品质有显著影响(P<0.05)，浸泡温度无显著影响。梗丝预处理最佳条件：A4B4C4，水的倍数为20倍，浸泡时间为40 min，浸泡温度为60 ℃，所得到的梗丝抽吸品质最好，木质杂气和刺激明显降低，可备后续功能料液回填使用。

2.2 功能料液

2.2.1 改性梗丝颜色的调整 梗丝经洗涤浸泡后，颜色如图2B，在功能料液中需加入色素，使梗丝颜色接近烟丝颜色，以牌号A加料丝颜色为对照(图2D)，参考造纸法再造烟叶SS-01添加，考察了SS-01用量为0.05 %、0.10 %、0.15 %、0.20 %时改性梗丝的颜色变化，最终得到SS-01添加量为0.15 %的改性梗丝颜色最接近牌号A加料丝颜色(梗丝经2次浸泡干燥等工序处理后，梗丝外形变得卷曲，填充性能有所降低)，如图2C所示。

2.2.2 改性梗丝功能料液 以造纸法再造烟叶涂布液及涂布思路为依据，感官评价为目标，筛选改性梗丝功能料液配方，其中所用梗膏为2.1中梗丝预处理得到的料液浓缩物(相对密度ρ=1.270±0.008)，经评价最终筛选得到的改性梗丝功能料液配方(No.ZZGS)为烟草提取物2#∶梗膏∶烟草提取物5#∶SS-01∶葡糖糖∶BRJ-M 为45∶48.8∶5∶0.15∶0.05∶1。

以2.1得到的预处理梗丝为对象，进行功能料液ZZGS回填浸渍(多功能搅拌机转速为50 r/min)，过滤后梗丝在转速为1200 r/min条件下离心1 min(采用滤袋式离心机进行离心)，进行气流干燥(水分12 %±0.5 %)，即得改性梗丝。感官评价表现为烟草本香较好，烟香透发，烟气浓度提升，木质杂气降低。

2.3 改性梗丝理化指标分析

空白梗丝的感官品质主要体现在烟气浓度低，劲头弱，香气薄，木质杂气重，目前烟草行业针对空白梗丝进行加料加香提质，提高浓度和劲头，丰富香气，但仍然存在木质杂气重，整体品质欠佳。本研究所得到的改性梗丝，主要体现在先将梗丝中的水溶性物质拿出(去除果胶、糅质、多糖等成分)，再对梗丝进行改性功能料液回填浸渍，补偿烟草内源性成分、糖分等有利于梗丝抽吸品质的功能性物质，达到改善改性提质的目的。

A：空白梗丝；B：预处理梗丝；C：改性梗丝；D：牌号A加料丝A: Blank stem; B: Pretreated stem; C: Modified stem; D: Casing tobacco of brand A图2 改性梗丝颜色调整Fig.2 Color adjustment of reconstituted cut stem

表3 成品梗丝、改性梗丝常规化学成分分析(%)

A：空白梗丝 B：成品梗丝 C：改性梗丝A: Blank stem B: Cut stem product C: Modified stem图3 改性梗丝、空白梗丝、成品梗丝挥发性成分总离子流量图Fig.3 Total ion flux of volatile constituents of modified stem, blank stem and cut stem product

2.3.1 常规化学成分 对改性梗丝和成品梗丝样品进行常规化学成分分析，发现改性梗丝总糖含量降低33.3 %，总植物碱升高188 %，总氮含量降18.9 %，淀粉含量降低16 %，如表3。由此可见，梗丝在预处理过程中，不但大大降低了不利于梗丝抽吸品质的成分，同时糖、烟碱、烟草主要致香物质等对烟草品质有利的化学成分也有部分流失。梗丝需再经过功能料液浸渍回填处理，调整梗丝中糖、烟碱、钾、硝酸盐、烟草主要致香成分等，达到去劣补优的改性处理目的，整体提升梗丝抽吸品质。

2.3.2 致香成分 用气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪对改性梗丝样品进行挥发性成分分析，总离子流量如图3所示。

如图3A、C和表4所示，改性梗丝与空白梗丝致香成分含量变化明显，从致香成分总量而言，空白梗丝致香成分含量为59.14 μg/g，经过改性后致香成分含量为344.88 μg/g，致香成分增加5.83倍；其中薄荷醇增加量为空白梗丝的8.7倍，肉豆蔻酸甲酯增加量为空白梗丝的10倍，β-二氢大马酮增加量为空白梗丝的10.1倍。从致香成分种类上看，改性梗丝较空白梗丝增加24种致香成分。

如图3B、C和表4所示，改性梗丝与成品梗丝致香成分含量变化明显，从致香成分总量上看，改性梗丝致香成分总量为344.88 μg/g，成品梗丝致香总量为99.775 μg/g，改性梗丝致香成分较成品梗丝提升了3.46倍。

表4 改性梗丝与空白梗丝、成品梗丝致香成分对比

续表4 Continued table 4

续表4 Continued table 4

续表4 Continued table 4

按照官能团分类的含量占总致香成分的比例，比较分析图4可知改性梗丝的酮类、醇类、醛类、酚类、酯类、萜烯类、杂环类的致香成分均有明显提高，其中酸类和酯类致香成分的变化最为明显(改性梗丝中的酸类和酯类致香成分提升均超过10倍)，梗丝经预处理去除不利成分，再经功能料液回填补充有利于感官评吸的成分，酸类成分能够降低抽吸刺激性，酯类成分能够丰富烟香，改善吃味。

可见，改性处理能够有效提高梗丝的致香成分，使梗丝的抽吸品质明显提高。

2.3.3 常规烟气成分分析 结合梗丝实际添加需求，在云南A牌号卷烟中成品梗丝添加量为7 %，同时考察改性梗丝不同添加量7 %、9 %、11 %的常规烟气指标。由表5可知，A牌号卷烟添加7 %的改性梗丝和成品梗丝的烟气成分对比，添加7 %改性梗丝的烟碱量提高2.9 %，焦油量降低2.8 %。一定程度上改性梗丝较成品梗丝提升抽吸带来的生理满足感作用，抽吸口数增加，主要是成品梗丝是膨胀梗经加料加香所得，而改性梗丝是膨胀梗丝经洗涤后再回填浸泡，成品梗丝填充值较改性梗丝高，因此同一梗丝添加量，成品梗丝抽吸口数较改性梗丝低。随着改性梗丝添加量的增加，一支烟所需烟丝量降低，使烟气烟碱量、焦油量和一氧化碳量有一定程度的降低。

图4 改性梗丝、成品梗丝及空白梗丝致香成分含量对比Fig.4 Comparison of aroma components content of modified stem, cut stem product and blank stem

表5 改性梗丝常规烟气成分分析

表6 改性梗丝不同添加量感官评价结果

2.3.4 感官评价 在卷烟牌号A中添加不同比例的改性梗丝，以添加7 %的成品梗丝为对照，抽吸评价结果(表6)表明，添加改性梗丝能够在一定程度上提升烟气浓度和香气量，降低木质杂气。添加7 %、9 %、11 %的改性梗丝样品在香气上均好于添加成品梗丝样品。与2.3.2中致香成分对比的差异性紧密结合，梗丝通过改性技术处理，能够明显提高梗丝的抽吸品质，改性处理后的梗丝应用于卷烟能够有效提升梗丝在卷烟中的使用比例。

3 讨 论

梗丝细胞壁组分含量高，糖碱比不协调，香气薄，木质杂气重，刺激大，制约了梗丝在卷烟配方中的应用。通过本研究处理，梗丝经过水洗脱色预处理工艺，能够去掉部分不利于梗丝抽吸品质的成分，再经功能料液的回填修饰，补充预处理过程中洗掉的有利成分，以及有利于梗丝抽吸品质的其他组分，如烟草本香组分(提升梗丝烟草香气、丰富烟香)、糖分(增加甜润感，降低刺激和杂气)、酸性组分(降低刺激性)等，从而提升梗丝的抽吸品质。

4 结 论

梗丝经洗涤预处理后木质杂气去除明显，再经ZZGS功能料液回填处理，感官品质明显提升，主要表现为烟气浓度和香气量提升，甜润感较好，木质杂气降低，口腔灼热感降低。从化学成分结果可知，改性梗丝的致香成分显著提升，与感官评价紧密衔接，证明了梗丝改性处理能够有效提升梗丝致香成分总量。改性梗丝按照不同比例掺配到卷烟牌号A中，其感官品质均好于添加7 %成品梗丝的卷烟，能够有效提高改性梗丝在卷烟中的使用比例。主要体现在梗丝的木质杂气和刺激性降低，口腔灼热感降低，生理满足感提升。且本研究所得的改性梗丝外观具有与烟丝类似的物理状态，对未来卷烟品牌的发展具有一定程度的使用价值和经济效益。