肖永银　蒋卓芳　董高峰　高则睿　杜超　刘鑫　殷沛沛　罗晓鸽

摘要  采用2450MHZ微波膨胀设备处理云南主产烟梗原料，在相同的前处理工艺和微波膨胀参数下，对比分析了云南主产烟梗原料的微波膨胀差异性，包括平均膨胀度和焦糊度2个方面。结果表明：同一品种不同部位的烟梗原料微波膨胀差异性较大，在相同微波功率下，膨胀度指标C>X>B，焦糊度指标X>C>B;同一部位不同品种的烟梗原料微波膨胀差异性较大，在相同微波功率下，膨胀度指标K326>云87>红大，焦糊度差異性不大;同一品种同一部位不同产地的烟梗膨胀度差异性不大，焦糊度指标楚雄>玉溪>大理。烟梗原料的平均膨胀度与烟梗原料的密度有关，焦糊度与烟梗原料的颜色有关。

关键词  烟梗;微波膨胀;膨胀度;焦糊度

中图分类号  TS41+1    文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2019）24-0182-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.055

Study on the Difference of Main Tobacco Stems in Yunnan on Continuous Microwave Expansion Equipment

XIAO Yong-yin，JIANG Zhuo-fang，DONG Gao-feng et al  （Yunnan Zhongyan New Material Technology Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650106）

Abstract  2450 MHZ microwave expansion equipment was used to treat main tobacco stem materials in Yunnan， and   the microwave expansion difference of main tobacco stem materials in Yunnan was compared and analyzed under the same pre-treatment technology and microwave expansion parameters from two aspects of average expansion degree and coke paste degree.The results showed that the difference in microwave expansion of tobacco stem raw materials in different parts of the same species was relatively large.Under the same microwave power， the expansion index was in the order of C > X > B and the coke paste index was in the order of X > C > B.The microwave expansion of different varieties of tobacco stem raw materials in the same part was relatively different.Under the same microwave power， the expansion index  was  in the order of K326 > Yun 87 > Honda， and the coke paste degree was not very different.The smoke stem expansion degree of the same part of the same area was not very different， and the coke paste degree index was in the order of Chuxiong > Yuxi > Dali.The analysis of the difference showed that the average expansion degree of tobacco stem raw materials was related to the density of tobacco stem raw materials， and the coke paste degree was related to the color of tobacco stem raw materials.

Key words  Smoky stem;Microwave expansion;Degree of expansion;Coking degree

基金项目

云南省科技厅科技项目（2018BA082）;云南中烟项目（2019CL04）。

作者简介  肖永银（1989—），女，云南昌宁人，硕士研究生，研究方向：材料物理与化学。*通信作者，工程师，从事应用型材料研究。

收稿日期  2019-06-26

烟梗微波膨胀技术是以微波作为能量源，利用微波的强穿透性和对极性分子的高频振动特性，在极短的时间内在烟梗内部形成一个使水分迅速气化挥发的环境，从而完成烟梗内细胞的同步均匀膨胀，且细胞不破裂，膨胀后的烟梗体积可达到原来的2～3倍甚至更高[1-2]。在迅速的膨胀过程中，烟梗内部产生一定的化学反应，通过评吸测定，膨胀后的烟梗青杂气、木质气减弱，且具有较明显的烘烤香[3]。何炬等[4]研究表明经微波膨胀后的烟梗制成的梗丝感官质量、香气、填充力、成丝率和协调叶组配方等方面均有明显的改善。杨威等[5]研究发现，微波处理使不同品种烟梗中的细胞壁物质、全纤维素、总糖、还原糖含量降低，而主要致香成分含量增加，组织结构无明显破损，维管束等组织间和薄壁组织细胞内物质消失。高锐等[6]研究表明，微波膨胀处理后，烟梗总糖含量降低，但总植物碱、总氮、淀粉、蛋白质的含量变化不大;感官评吸杂气明显减弱，余味和舒适性明显改善。陈晶铃等[7]认为，微波膨胀烟梗含水率保持在18%～21%，微波处理时间在70～80 s膨胀出的烟梗质量最好。

目前烟梗微波膨胀技术应用的微波源频率主要为915和2 450 MHz 2种。频率915和2 450 MHz的微波源各具特点，具体见表1。目前，国内在烟梗微波膨胀方面，尤其是微波频率2 450 MHz下的试验主要在实验室利用家用微波炉进行，对生产缺乏指导。该研究以云南中烟新材料科技有限公司现有的国内首台微波频率为2 450 MHz的生产用连续微波膨胀设备[8]，对云南主产烟梗原料进行微波膨胀特性差异研究，以期对微波煙梗的开发应用进行指导。试验选取云南省主产烟梗原料K326、云87、红大，采用2 450 MHz微波膨胀处理，分别测定微波膨胀处理后的烟梗膨胀度和焦糊度，并进行对比分析，旨在为卷烟工业企业合理选用云南主产烟梗原料进行2 450 MHz微波膨胀提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  材料  烟梗原料选取云南省主产的K326（B、C、X）、云87（B、C、X）、红大（B、C、X），采样地区有楚雄、玉溪和大理，每个烟梗原料采集200 kg样品，均为长梗。

烟梗原料的前处理设备为HT、贮柜。烟梗原料的微波膨胀设备为FWG1842型滚筒式连续微波膨胀机，采用144套水冷磁控管，相应数量高压变压器和灯丝变压器，采用全波整流微波源，分4路从五面形微波腔体的4个面均匀馈入微波能量，微波设备的处理能力为1 000 kg/h。微波系统采用单管功率为1.5 kW的2 450 MHz磁控管进行优化组合，组合原则根据“非相干功率组合”的要求进行，即多管组合过程中磁控管间相互干扰最小化，微波场强均匀性最大化[9-10]。

1.2  方法

1.2.1  微波膨胀烟梗的制备。

将每个烟梗原料取100 kg，检测原始水分，进行前处理，平衡至含水率为12%～14%，风送至FWG1842型滚筒式连续微波膨胀机中，设置工作频率为2 450 MHz，功率为192 kW，微波膨胀时间7 min，膨胀烟梗出口温度为115～120 ℃，在稳定后根据GB/T 19616 烟草成批原料取样的一般原则（ISO 4874：2000，MOD）进行取样，检测其平均膨胀度和焦糊度。

1.2.2  平均膨胀度的测定。

平均膨胀度用烟梗膨胀后的体积与膨胀前体积的比率（P）表示，试剂选用烟用级三乙酸甘油酯：含量≥99.0%，水分≤0.05%，分别取样，测定出烟梗和膨胀烟梗的体积，计算膨胀烟梗体积与烟梗体积之比，得出烟梗平均膨胀度。

1.2.3  焦糊度的测定。

焦糊度用膨胀烟梗的色差值（△E）表示，色差仪选用KONICA MINOLTA CR-400，粉末测试盒CR-A50，白色校正板CR-A43。样品处理方法如下：按照GB/T 19616进行取样，编号，记录样品信息，将膨胀烟梗用小型粉碎机粉碎后，粉末样品用孔径250 μm筛网筛分，取下层样品置于相对湿度65%、温度（22±2） ℃环境下2 h，色差计KONICA MINOLTA CR-400开机，用白色校正板CR-A43进行校正，将膨胀烟梗粉末样品均匀紧实地装入粉末测试盒CR-A50内，按色彩色差计CR-400使用规程进行色差值检验，记录色差值（△E）。

1.3  数据处理

采用SPSS软件中的One-way ANOVA分析不同烟梗原料间的平均膨胀度和焦糊度的差异。平均值间的差异性分析采用Turkey检验，P<0.05表示差异显著。

2  结果与分析

2.1  同一品种不同部位烟梗原料的微波膨胀差异性分析

同一品种不同部位烟梗原料的微波膨胀差异性数据（表2）表明，将烟梗原料进行前处理后，微波膨胀前的水分基本趋于一致，K326烟梗上、中、下部位烟梗原料的平均膨胀度极差高达75，焦糊度极差达3.67，K326烟梗平均膨胀度（P）的排序为中（C）>下（X）>上（B），焦糊度（△E）的排序为下（X）>中（C）>上（B）;红大烟梗上、中、下部位烟梗原料的平均膨胀度极差高达90，焦糊度极差达4.14，红大烟梗平均膨胀度（P）的排序为中（C）>下（X）>上（B），焦糊度（△E）的排序为下（X）>中（C）>上（B），即下部烟梗容易膨糊。

方差分析表明，同一品种不同部位烟梗原料的平均膨胀度P=0.001 77<0.05，差异显著，膨胀度大小顺序为C>X>B。同一品种不同部位烟梗原料的焦糊度差异显著（P=0.03<0.05），差异显著，焦糊度大小顺序为X>C>B。

2.2  同一部位不同品种烟梗原料的微波膨胀差异性分析

同一部位不同品种烟梗原料的微波膨胀差异性数据（表3）表明，将烟梗原料进行前处理后，微波膨胀前的水分基本趋于一致，上部烟梗不同品种烟梗原料的平均膨胀度极差高达52，焦糊度极差达1.83，上部烟梗平均膨胀度（P）的排序为K326>云87>红大，焦糊度（△E）的排序为K326>云87>红大;中部烟梗不同品种烟梗原料的平均膨胀度极差达37，焦糊度极差达0.89，中部烟梗平均膨胀度（P）的排序为K326>云87>红大，焦糊度（△E）的排序为K326>云87>红大;下部烟梗不同品种烟梗原料的平均膨胀度极差达47，焦糊度极差达1.36，下部烟梗平均膨胀度（P）的排序为K326>云87>红大，焦糊度（△E）的排序为K326>云87>红大。

2.3  同一品种同一部位不同产地的烟梗膨胀度差异性分析

同一部位不同品种烟梗原料的微波膨胀差异性数据（表4）表明，平均膨胀度（P）的差异不大，但仍有规律可循，大小排序为玉溪>大理>楚雄;焦糊度差异明显，K326烟梗焦糊度（△E）楚雄最高（54.35），大理最低（52.66），相差1.69;红大烟梗焦糊度（△E）楚雄最高（53.17），大理最低（51.62），相差1.55，说明楚雄烟梗更易膨糊。

3  结论与讨论

烟梗膨胀是利用压缩饱和水蒸汽在瞬间失压条件下的快速膨胀打破木质纤维素的包裹结构，实现木质素、纤维素、半纤维素的分离。同时，在膨胀过程中，木质纤维素结构中非稳态物质在高温蒸汽作用下发生化学转化，解析木质纤维素的框架结构。未处理烟梗结构致密，细胞排列整齐，孔道间隙小，嵌合紧密，细胞壁光滑、完整。膨胀处理后的烟梗表皮破损，维管束等腔道组织膨胀，间隙孔洞增多增大，细胞表皮出现解离断裂。由于在膨胀过程中，烟梗受到化学分解和机械分裂的双重作用，半纤维素和纤维素部分降解，木质素与纤维素分离，纤维间由于半纤维素、纤维素的分解和木质素的分离而粘结削弱、空隙增加，从而导致细胞壁的结构破坏和细胞表皮断裂[11]。

通过对云南主产烟梗原料的2 450 MHz微波膨胀的差异性分析发现，同样微波功率和微波膨脹时间，从部位来看，平均膨胀度（P）中部烟梗易膨于下部烟梗，最难膨胀的是上部烟梗;从品种来看，K326较容易膨胀，最难膨胀的是红大烟梗;从产地来看，产地玉溪最易膨胀，楚雄稍难膨胀。

从部位来看，焦糊度（△E）下部烟梗容易膨糊，上部烟梗最不易膨糊;从品种来看，各品种间差异不大;从产地来看，楚雄烟梗最易膨糊。经初步分析发现，焦糊度（△E）与烟梗原料的原始色差呈正相关，与烟梗的膨胀度呈正相关。

经微波膨胀处理后的烟梗较常规烟梗明显增粗，不同产地、不同品种、不同部位的烟梗原料差异明显，研究结果对卷烟工业企业合理选用云南主产烟梗原料进行2 450 MHz微波膨胀提供了较好的理论依据。因此，在卷烟生产过程中，应针对烟梗原料的膨胀特性进行分组加工，增强膨胀均匀性，下一步对不同膨胀度（P）对微波梗丝品质的影响也可开展进一步研究。

参考文献

[1]李炎强，郝建辉，赵明月，等.烤烟烟梗和叶片中性香味成分的分析[J].烟草科技，2002（11）：3-11.

[2]王月侠，葛善礼，贾涛，等.烟梗化学组成的分析[J].烟草科技，1996（3）：16-17.

[3]廖晓祥，赵云川，陈冉，等.不同微波膨胀烟梗的化学感官特性研究[J].化学研究与应用，2015（3）：292-298.

[4]何炬，刘维涓，师建全，等.微波膨胀烟梗质量研究[J].烟草科技，2006（2）：9-12.

[5]杨威，张强，董高峰，等.微波膨胀对烟梗品质及显微结构的影响[J].江西农业学报，2014，26（3）：69-72.

[6]高锐，黄志强，王松峰，等.烟梗微波膨胀条件优化及其对烟梗化学成分和物理结构的影响[J].河南农业科学，2013，42（11）：50-54.

[7]陈晶铃，陈明功，汪晓艳，等.烟梗微波膨化基本规律的研究[J].安徽理工大学学报（自然科学版），2008，28（3）：61-64.

[8]王乃定，高则睿，张强，等.一种提高微波膨胀烟梗产量和品质的装置及其使用方法：CN105852198A [P].2016-08-17.

[9]王涛，张强，吴雨松，等.云南省烟梗微波膨胀后致香物质差异性分析[J].湖北农业科学，2017，56（14）：2694-2698.

[10] 黄阳.醇溶木质素对纤维素酶水解的影响机理研究[D].南京：南京林业大学，2018.

[11]吴艳，李东亮，李刚，等.蒸汽爆破对烟梗木质纤维素含量和微观结构的影响[J].河南农业大学学报，2011，45（4）：448-451.