李金蘭 王道銓 羅登炎 肖紅力 常明彬

(福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，福建 廈門 361021)

各卷煙工業(yè)企業(yè)針對各自的原料和產(chǎn)品開展了大量的干燥特性研究，滾筒薄板和氣流葉絲干燥設(shè)備為其主要的研究平臺(tái)[1-6]。煙葉烘焙主要用于白肋煙煙片，由于烘焙處理較之薄板干燥和氣流干燥，溫度高，處理時(shí)間長，因此能有效去除煙葉中的部分氨類和揮發(fā)堿等不利于煙氣質(zhì)量的物質(zhì)，更有利于促使以美拉德反應(yīng)為主的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生香味物質(zhì)，改善香氣質(zhì)量[7-8]。而對于烤煙原料，行業(yè)上嘗試使用與白肋煙相似的工藝處理流程對低次上部煙葉進(jìn)行煙片烘焙處理[9-10]，工藝復(fù)雜，處理周期長。曾強(qiáng)等[11]對低次煙葉采用“絲加料、絲烘焙”干燥處理，流程精簡。但是常規(guī)烤煙加料一般采用“片加料”的方式，若采用“絲加料”則需要重新設(shè)計(jì)工藝并對設(shè)備進(jìn)行改造優(yōu)化。此外，行業(yè)目前僅對上部煙葉進(jìn)行煙片烘焙研究，而對不同部位煙葉的葉絲烘焙特性尚缺乏系統(tǒng)、全面的研究。

試驗(yàn)針對烤煙原料特性，擬采用“片加料、絲烘焙”加工工藝，研究遼寧產(chǎn)區(qū)和江西產(chǎn)區(qū)不同部位煙葉的葉絲烘焙特性，考察其在不同烘焙強(qiáng)度下的物理質(zhì)量、感官質(zhì)量和美拉德產(chǎn)物香味成分的變化規(guī)律，以期為烤煙原料加工提供一種新的干燥方法，同時(shí)為卷煙加工工藝選擇和產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 煙葉材料

遼寧產(chǎn)區(qū)和江西產(chǎn)區(qū)煙葉，部位和等級(jí)分別為：上部B2F、中部C2F、下部X2F。煙葉樣品由廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

滾筒式白肋煙烘焙機(jī)(THT)：500 kg/h，意大利COMAS公司與菲莫公司合作開發(fā)；

煙絲填充值測定儀：DD60型，鄭州嘉德實(shí)業(yè)有限公司；

葉絲振動(dòng)檢測篩：YQ-2型，鄭州嘉德實(shí)業(yè)有限公司；

氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀：GC6890/MSD5973型，安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝設(shè)計(jì) 行業(yè)上烘焙工序主要用于處理白肋煙煙片。與烤煙等配方原料相比，由于白肋煙具有組織結(jié)構(gòu)疏松、煙堿含量高、糖含量低等獨(dú)特的理化特性，因此，白肋煙需采用重加里料、二次加料、煙片烘焙、葉絲干燥等特殊的處理工藝以滿足用料品質(zhì)要求。而烤煙原料加料比例較低，不需要二次加料，對葉絲進(jìn)行烘焙處理即可滿足加工強(qiáng)度需求。因此結(jié)合常規(guī)烤煙加工工藝及設(shè)備特點(diǎn)，制定出滿足烤煙原料烘焙需求的“片加料、絲烘焙”加工工藝，具體如下：

烤煙煙片→松散回潮→篩分加料→貯葉→切絲→增溫增濕→葉絲烘焙→貯絲

葉絲烘焙工序可通過參數(shù)的反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)出口葉絲含水率閉環(huán)控制。生產(chǎn)過程出口葉絲含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差約為0.15%，過程穩(wěn)定可控。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將兩個(gè)產(chǎn)區(qū)不同部位葉絲分別在高、中、低3種烘焙強(qiáng)度下進(jìn)行干燥，分析處理后樣品葉絲結(jié)構(gòu)、葉絲填充值、美拉德產(chǎn)物香味成分和感官評(píng)價(jià)方面的差異。烘焙工藝參數(shù)設(shè)計(jì)見表1。烘焙過程固定筒壁蒸汽壓力，通過二區(qū)工藝氣流量和一區(qū)工藝氣流量的先后自動(dòng)調(diào)節(jié)，以滿足烘焙出口葉絲含水率的控制要求。

1.3.3 取樣方法 每個(gè)產(chǎn)區(qū)不同部位煙葉分別投料。篩分加料工序中的料液使用純凈水替代。煙葉在切絲后取樣10 kg，于實(shí)驗(yàn)室晾干至葉絲含水率為12.5%，作為葉絲烘焙處理的試驗(yàn)對照樣。不同部位剩余煙絲均分為3份，分別進(jìn)行葉絲烘焙高、中、低強(qiáng)度處理。各樣品烘焙后分別取30 kg，用于測定葉絲結(jié)構(gòu)、填充值、美拉德產(chǎn)物香味成分和感官評(píng)價(jià)。

1.3.4 煙絲物理質(zhì)量指標(biāo)測定

(1) 整絲率和碎絲率：按YC/T 178—2003執(zhí)行。

(2) 填充值：按YC/T 152—2001執(zhí)行。

1.3.5 美拉德反應(yīng)香味成分檢測 參照文獻(xiàn)[12]。

1.3.6 感官評(píng)價(jià) 將樣品煙絲置于溫度(22±2) ℃、相對濕度(60±5)%的恒溫恒濕箱內(nèi)平衡48 h至葉絲含水率為(12.5±0.5)%。采用GB 5606.4—2005和YC/T 415—2011方法，由10位具有卷煙感官評(píng)吸資質(zhì)的人員對樣品香氣特性、煙氣特性和口感特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)具體包括香氣質(zhì)、香氣量、透發(fā)性、雜氣、勁頭、濃度、細(xì)膩程度、成團(tuán)性、刺激性、干燥感、干凈程度和回甜，共計(jì)12項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理 使用Excel 2019和SPSS 25軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘焙對不同部位葉絲物理質(zhì)量的影響

由圖1可知，不同產(chǎn)地的葉絲經(jīng)烘焙處理后，物理質(zhì)量差異不顯著。整體上，隨著烘焙強(qiáng)度的增大，葉絲的整絲率呈下降趨勢。烘焙強(qiáng)度增大，葉絲干燥脫水速率增快，脆性增加[13]，造碎增大，整絲率下降。而葉絲填充值則隨著烘焙強(qiáng)度的增大而呈增大趨勢。表明適當(dāng)增加烘焙強(qiáng)度，其高溫作用有利于提高葉絲卷曲度，從而提升葉絲的填充性能[14]。

表1 各加工強(qiáng)度主要烘焙參數(shù)設(shè)置

圖1 烘焙后不同部位葉絲的物理指標(biāo)

2.2 烘焙對不同部位葉絲感官質(zhì)量的影響

分別以烘焙前葉絲為對照樣，對烘焙后不同部位葉絲進(jìn)行感官質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖2和圖3。

由圖2可知，不同產(chǎn)區(qū)、不同部位葉絲有不同的適宜烘焙強(qiáng)度?？傮w上，遼寧產(chǎn)區(qū)葉絲適宜烘焙強(qiáng)度略高于江西產(chǎn)區(qū)葉絲適宜烘焙強(qiáng)度，主要體現(xiàn)在：遼寧上部和中部葉絲適宜進(jìn)行較高烘焙強(qiáng)度處理，遼寧下部葉絲適宜進(jìn)行中等烘焙強(qiáng)度處理；而江西產(chǎn)區(qū)不同部位葉絲總體上均適宜進(jìn)行中等烘焙強(qiáng)度處理。黃維等[15]發(fā)現(xiàn)不同部位煙葉在烘烤過程中致香物質(zhì)含量變化的規(guī)律不同，因此對不同部位煙葉要采取不同的調(diào)制工藝。曾強(qiáng)等[16]對不同部位煙葉的氣流干燥特性研究發(fā)現(xiàn)，不同部位煙葉有不同的適宜處理溫度。不同部位煙葉有著不同的理化特性，干燥過程不同溫度對煙葉理化反應(yīng)影響不同，進(jìn)而影響香氣、煙氣和口感等感官質(zhì)量。

圖2 不同部位葉絲烘焙后的總體感官質(zhì)量

圖3 不同部位葉絲烘焙后的感官單項(xiàng)得分

不同部位葉絲經(jīng)過烘焙處理后，整體感官質(zhì)量均明顯改善，主要體現(xiàn)在雜氣明顯下降，烘焙香、焦甜香明顯提升，煙氣透發(fā)，口感舒適性提升。李丹等[10]對上部煙進(jìn)行烘焙處理也發(fā)現(xiàn)，隨著煙絲烘烤程度增加，焦甜香、焦香明顯增強(qiáng)。溫度是影響美拉德反應(yīng)的重要因素，較高的烘焙溫度更有利于促使以美拉德反應(yīng)為主的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，產(chǎn)生香味物質(zhì)[7]。

從感官各單項(xiàng)指標(biāo)綜合得分來看，江西產(chǎn)區(qū)樣品得分總體上略高于遼寧產(chǎn)區(qū)樣品得分。從烘焙強(qiáng)度來看，遼寧產(chǎn)區(qū)中高強(qiáng)度烘焙處理樣品與江西產(chǎn)區(qū)中低烘焙強(qiáng)度處理樣品的得分較高。由圖3可知，上部葉絲進(jìn)行中高強(qiáng)度處理，有利于改善上部煙氣息，減少雜氣和刺激性，提升煙氣細(xì)膩程度。中部葉絲進(jìn)行中強(qiáng)度處理，有利于祛除雜氣，改善煙氣狀態(tài)。下部葉絲進(jìn)行中低強(qiáng)度處理，有利于改善香氣質(zhì)、香氣量和煙氣狀態(tài)，減少刺激性，提升煙氣細(xì)膩程度和透發(fā)性。喬學(xué)義等[17-18]分別研究了滾筒干燥和氣流干燥不同加工強(qiáng)度對90多個(gè)烤煙煙葉樣品感官質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，隨著加工強(qiáng)度的增大，香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、濃度、細(xì)膩程度、刺激性改善的煙葉樣品比例先升高后降低。卷煙企業(yè)應(yīng)根據(jù)各自產(chǎn)品特點(diǎn)選擇適宜的葉絲烘焙強(qiáng)度。

2.3 不同部位葉絲烘焙后美拉德反應(yīng)香味成分對比

烘焙處理由于處理時(shí)間較長，溫度較高，更有利于促使以美拉德反應(yīng)為主的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。美拉德反應(yīng)香味成分與煙葉感官質(zhì)量關(guān)系密切：醛類物質(zhì)中的苯甲醛和苯乙醛，產(chǎn)生的甜香、果香和花香對卷煙風(fēng)格具有重要作用[19]。呋喃類的物質(zhì)主要為3-苯基呋喃，具有濃郁的焦糖風(fēng)味，能夠顯著增強(qiáng)卷煙的焦香[20]。糠醛、2-乙?；秽葘ο銡饬坑酗@著的有利影響；2-乙?；秽€對刺激性有顯著有利影響[21]。醇類物質(zhì)中糠醇對烤煙香氣質(zhì)和香氣量有顯著直接影響[22]。試驗(yàn)檢測了不同部位3種烘焙強(qiáng)度處理后葉絲樣品中美拉德反應(yīng)香味成分，結(jié)果表明，不同部位原料葉絲在烘焙中所釋放和保留的香味成分有所差異，不同加工強(qiáng)度對同一原料葉絲香味成分的影響不同。對各成分進(jìn)行Person相關(guān)性分析可知，各成分間存在不同程度的相關(guān)性，為避免指標(biāo)間的信息重疊，對各成分進(jìn)行主成分分析[23-25]，分析結(jié)果如表2和表3所示。

由表2和表3可知，以特征值>1提取的3個(gè)主成分，其累積方差貢獻(xiàn)率是94.106%，基本能反映檢測數(shù)據(jù)的絕大部分信息。第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為54.547%，以5-羥甲基糠醛、麥芽酚、β-大馬烯酮、2-乙酰基呋喃載荷占比為高。第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為27.354%，以吡喃酮、糠醛、苯乙醛載荷占比為高。第三主成分的方差貢獻(xiàn)率為12.206%，以苯甲醇、3-苯基呋喃載荷占比為高。

將檢測的22種香味成分原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，按順序依次標(biāo)記為X1，X2，…，X22，根據(jù)各主成分特征向量系數(shù)構(gòu)建各主成分的函數(shù)表達(dá)式：

表2 各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率

表3 各主成分的載荷矩陣、旋轉(zhuǎn)載荷矩陣和特征向量

F1=0.276X1-0.209X2+0.282X3+0.182X4+0.246X5+0.280X6+0.289X7+0.288X8-0.135X9-0.105X10-0.244X11-0.071X12+0.161X13-0.161X14-0.084X15-0.236X16-0.201X17-0.231X18-0.045X19+0.289X20-0.273X21。

(1)

同理，可得到F2、F3的函數(shù)表達(dá)式。以其主成分分別對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，建立其主成分的綜合得分?jǐn)?shù)學(xué)模型F=0.580F1+0.291F2+0.130F3。由此計(jì)算出各香味成分的綜合得分，見表4。

表4 主成分綜合得分

由表4可知，遼寧下部葉絲和江西中部葉絲采用中低烘焙強(qiáng)度處理的樣品，香氣成分綜合得分較高。但感官評(píng)價(jià)結(jié)果卻是遼寧中部葉絲和江西中部葉絲的香氣特性得分較高。試驗(yàn)僅對21個(gè)香味成分進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，未能涵蓋所有與感官質(zhì)量相關(guān)的指標(biāo)，結(jié)果可能存在偏差。卷煙產(chǎn)品的感官質(zhì)量是由復(fù)雜物質(zhì)共同作用的結(jié)果，受到煙絲燃燒狀態(tài)、評(píng)價(jià)人員等各因素的影響，因此需要進(jìn)一步對煙氣中的香味成分進(jìn)行補(bǔ)充研究。

3 結(jié)論

研究不同部位煙葉的葉絲烘焙特性，結(jié)果表明：較高的烘焙強(qiáng)度有利于提高葉絲的填充值；不同產(chǎn)地、不同部位葉絲有不同的適宜烘焙強(qiáng)度，總體上遼寧產(chǎn)區(qū)葉絲適宜烘焙強(qiáng)度略高于江西產(chǎn)區(qū)葉絲適宜烘焙強(qiáng)度；葉絲經(jīng)過適宜的烘焙強(qiáng)度處理，地方性雜氣明顯下降，烘焙香、焦甜香明顯提升，煙氣透發(fā)，口感舒適性提升。使用主成分分析法分析不同產(chǎn)地、不同部位葉絲在不同烘焙強(qiáng)度下的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物香味成分，各香味成分的綜合得分與感官評(píng)價(jià)表現(xiàn)存在一定差異。

試驗(yàn)僅研究了遼寧和江西產(chǎn)區(qū)煙葉不同部位的葉絲烘焙特性，對于其他煙葉產(chǎn)區(qū)的葉絲烘焙特性仍需進(jìn)一步補(bǔ)充研究。