靳 毅 李安琪 李培培 邢建偉 李文偉 李 超

(1. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司安陽卷煙廠，河南 安陽 455004；2. 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南 鄭州 450000；3. 河南中心線電子科技有限公司，河南 鄭州 450000；)

片煙結(jié)構(gòu)指的是打葉復(fù)烤后煙片的尺寸分布[1](>25.3 mm為大片率、12.7～25.4 mm為中片率、6.35～12.7 mm為小片率、<6.35 mm為碎片率)。煙絲結(jié)構(gòu)指的是切絲后不同尺寸煙絲所占的比例[2]。片煙結(jié)構(gòu)是影響煙絲結(jié)構(gòu)的重要因素，而煙絲的結(jié)構(gòu)則與卷煙物理質(zhì)量密切相關(guān)[3]，同理，不同的片煙結(jié)構(gòu)會對卷煙加工過程產(chǎn)生一系列影響，進(jìn)而影響烘后煙絲的化學(xué)質(zhì)量乃至感官品質(zhì)。打葉復(fù)烤后制絲投料前須對片煙進(jìn)行不同的分切處理，研究不同的分切方式對烘后煙絲品質(zhì)的影響十分必要。

劉志平等[4]通過研究發(fā)現(xiàn)>12.7 mm的片煙與3.2 mm以下的煙絲密切相關(guān)，<6.35 mm的片煙則對<1.4 mm的煙絲有顯著影響；White[5]的研究結(jié)果與劉志平類似，發(fā)現(xiàn)如果增加6.35 mm片煙的比例，則1.3 mm以下煙絲的比例也會隨之增加；袁行思[6]指出，當(dāng)片煙尺寸<5.0 mm時，隨著片煙尺寸的減小，制絲產(chǎn)生1.5 mm以下短煙絲的比重增加極快，當(dāng)片煙尺寸在5.0～10.0 mm時隨著片煙尺寸減小，產(chǎn)生1.5 mm以下碎煙絲的增長速度有所減緩。上述研究結(jié)果均說明投料前煙葉結(jié)構(gòu)的改變直接影響加工后煙絲的結(jié)構(gòu)，而煙絲結(jié)構(gòu)的改變則會對卷煙的理化品質(zhì)乃至感官質(zhì)量造成不同程度的影響。周冰等[7]通過研究發(fā)現(xiàn)煙絲長度由小到大，綠原酸、蕓香苷及石油醚提取物等物質(zhì)呈先降低后增大的規(guī)律，莨菪亭則呈逐漸減小的趨勢；孫東亮等[8]指出，煙絲結(jié)構(gòu)能夠直接影響卷煙煙支的軸向密度，進(jìn)而影響卷煙煙支的物理指標(biāo)和卷煙煙氣指標(biāo)，羅登山等[9]則通過相關(guān)研究直接指出不同結(jié)構(gòu)的片煙組合會對煙絲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響卷煙的物理品質(zhì)；余娜[10]搭建了基于圖像法的片煙結(jié)構(gòu)測試平臺，通過測試構(gòu)建了片煙與煙絲結(jié)構(gòu)的G-S粒度分布預(yù)測模型，該模型對單等級的煙葉結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究有重要的指導(dǎo)意義，但是卷煙配方是一個復(fù)雜的混合體系，故該模型并不能直接用于工業(yè)生產(chǎn)。

上述研究均表明煙葉結(jié)構(gòu)與煙絲結(jié)構(gòu)存在密切的關(guān)系，煙葉結(jié)構(gòu)的改變勢必會導(dǎo)致煙絲結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)而影響卷煙的物理化學(xué)品質(zhì)及感官質(zhì)量。但目前的研究多是在單等級煙葉基礎(chǔ)上得出來的，而卷煙配方是由不同產(chǎn)地、年份、不同等級煙葉原料混配而成的復(fù)雜體，與單等級煙葉原料存在較大的差異性，因此直接應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中存在一定的困難。鑒于此，試驗(yàn)擬以某規(guī)格的配方煙葉為試驗(yàn)原料，在投料前，采用不同的切分方式，改變其片煙結(jié)構(gòu)，利用方差分析、多重比較、主成分分析等方法研究不同片煙結(jié)構(gòu)對烘后煙絲結(jié)構(gòu)、理化品質(zhì)及感官品質(zhì)的影響，旨在為提升卷煙加工水平提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

1.1.1 試驗(yàn)儀器

葉片振動分選篩：YDS型，鄭州煙草研究院、鄭州嘉德機(jī)電科技有限公司；

煙絲振動分選篩：YQ-3型，鄭州煙草研究院、鄭州嘉德機(jī)電科技有限公司；

煙絲填充值測定儀：YGD560型，鄭州煙草研究院、鄭州嘉德機(jī)電科技有限公司；

篩分儀：AS 400 control型，弗爾德(上海)儀器設(shè)備有限公司；

烘箱：DHG-9623型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：R-215型，瑞士Buchi公司；

同時蒸餾裝置：自制；

GC/MS聯(lián)用儀：Trace GC Ultra-ISQ型，美國Thermo Fisher Scientific公司；

粉碎機(jī)：RD-800F型，榮事達(dá)集團(tuán)有限責(zé)任公司；

40目篩網(wǎng)：浙江上虞市道墟張興沙篩廠。

1.1.2 試驗(yàn)材料

某品牌全配方葉組400 kg。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 煙葉樣品前處理 試驗(yàn)主要考察超大片(≥42 mm)煙葉含量對烘后煙絲品質(zhì)的影響。取某規(guī)格全配方葉組400 kg作為試驗(yàn)樣品，將樣品混合均勻后平均分成4份，在投料前進(jìn)行不同分切處理，不同的分切工藝分別用A、B、C、D表示。

A工藝：對照樣，不做分切處理；

B工藝：篩分出1/3的超大煙片(>42 mm)，用剪切刀將篩出的超大煙沿中間部位分切；

C工藝：篩分出1/3的超大煙片(>42 mm)，用剪切刀將篩出的超大煙沿中間部位分切；

D工藝：篩分出超大煙片(>42 mm)，用剪切刀將篩出的超大煙沿中間部位分切。

分別將經(jīng)A、B、C、D工藝處理過后的煙葉放入預(yù)混柜平鋪3次，充分混合均勻后于恒溫恒濕間(35 ℃，75%)暫存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 煙片結(jié)構(gòu)分布測定 分別將經(jīng)A、B、C、D工藝處理過后的樣品上葉片振動分選篩，測其葉片尺寸分布具體見表1。

表1 不同處理條件下片煙的結(jié)構(gòu)

1.2.3 煙葉制絲處理 參照正常的工藝流程及參數(shù)分別對A、B、C、D工藝處理后樣品進(jìn)行制絲。烘絲工序后A、B、C、D各工藝處理條件下煙絲分別取樣5次，根據(jù)文獻(xiàn)[11-14]檢測烘后煙絲結(jié)構(gòu)、填充值、石油醚提取物含量、香味成分總量。

分別取烘絲工序后A、B、C、D工藝處理條件下煙絲500 g，平衡含水率(12.5±0.5)%，卷制。依據(jù)GB 5606.4—2005對卷煙的香氣、協(xié)調(diào)、雜氣、刺激性、余味5個指標(biāo)進(jìn)行打分，并取總分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使用SPASS 19.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、多重比較和主成分分析，作圖使用Origin 2017軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理條件下烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)方差分析

表1為不同處理條件下片煙結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。由表1可知，A、B、C、D工藝處理條件下，片煙結(jié)構(gòu)中>25.40 mm的煙葉所占的比例呈降低的規(guī)律，2.36～25.40 mm的煙葉所占的比例呈增大的規(guī)律，<2.36 mm的煙葉所占的比例變化不大。將各樣品按照正常的工藝流程及參數(shù)進(jìn)行制絲，在烘絲后取樣，各樣品分別取樣5次，按上述方法依次檢測煙絲結(jié)構(gòu)、填充值、石油醚提取物含量、香味成分總量，并對其進(jìn)行方差分析與多重比較結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，不同的處理條件，烘后煙絲各品質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差都比較低，說明試驗(yàn)各指標(biāo)的重復(fù)性較好；不同處理條件下S8、S9、S10 3個煙絲結(jié)構(gòu)以及填充值，石油醚提取物含量，香味成分總量等指標(biāo)差異性較大，S1、S3、S6、S7、S11 5個煙絲結(jié)構(gòu)存在一定的差異，S2、S5 2個煙絲結(jié)構(gòu)無差異，說明不同的處理條件對S8、S9、S10 3個煙絲結(jié)構(gòu)分布以及填充值、石油醚提取物含量、香味成分總量等的影響較大，對S1、S3、S6、S7、S11 5個煙絲結(jié)構(gòu)有一定程度的影響，對S2、S5 2個煙絲結(jié)構(gòu)無影響。

表2 不同處理條件下烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)多重比較結(jié)果?

2.2 不同處理條件下煙絲結(jié)構(gòu)主成分分析

對烘后煙絲而言質(zhì)量指標(biāo)之間具有一定的關(guān)聯(lián)性，且單個質(zhì)量指標(biāo)無法有效地反映不同處理條件對烘后煙絲品質(zhì)的綜合影響，鑒于此，可以對不同處理條件下烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)(因不同處理條件下S2、S5 2個煙絲結(jié)構(gòu)幾乎無差異，故不對該層煙絲作分析)進(jìn)行主成分分析，將原來相關(guān)的指標(biāo)重新組合，形成一系列無相關(guān)的綜合指標(biāo)代替原來的指標(biāo)。

使用SPASS 22.0軟件對不同處理條件下烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)作主成分分析，并進(jìn)行KMO與Bartleet檢驗(yàn)，該檢驗(yàn)的KMO值為0.680，Bartiett球形度檢驗(yàn)的Sig<0.001，說明該組數(shù)據(jù)適合作主成分分析，具體結(jié)果如表3所示。

表3 烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)特征值及方差貢獻(xiàn)率

由表3可以看出，不同處理條件下烘后煙絲的質(zhì)量指標(biāo)前3個主成分的特征值分別為6.163，1.733，1.230，均大于1，方差的貢獻(xiàn)率分別為51.356%，14.446%，10.251%。前3個主成分的累計方差貢獻(xiàn)率為76.053%，說明前3個主成分代表了原始成分76.053%的信息量，涵蓋了煙絲結(jié)構(gòu)信息大部分的信息。

烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)主成分矩陣如表4所示。由表4可以看出，主成分1主要反映S1、S8、S9、S10、S11 5個煙絲結(jié)構(gòu)，以及填充值、石油醚提取物含量，香味物質(zhì)總量的信息，其能夠代表2.80 mm以下短煙絲和碎煙絲，8.00 mm以上超長煙絲以及填充值、石油醚提取物含量、香味物質(zhì)總量等指標(biāo)信息；主成分2主要反映S3、S4 2個煙絲結(jié)構(gòu)信息，其能夠代表5.60～8.00 mm較長煙絲指標(biāo)信息；S6、S7 2個煙絲結(jié)構(gòu)則由主成分3反映，其代表2.80～4.00 mm長絲的信息。

表4 烘后煙絲質(zhì)量指標(biāo)主成分輸出矩陣

由上文分析可以了解主成分1主要反映2.80 mm以下短煙絲的數(shù)據(jù)，并與其呈正比關(guān)系，反于8.00 mm以上超長煙絲的數(shù)據(jù)，填充值、石油醚提取物含量、香味物質(zhì)總量數(shù)據(jù)，并與其呈反比關(guān)系，屬于負(fù)向指標(biāo)；主成分2主要代表5.60～8.00 mm長煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，2.80～4.00 mm的煙絲則由主成分3反映，并與其呈正比屬于正向指標(biāo)。為了減少原料的浪費(fèi)，生產(chǎn)實(shí)際中需要提高整絲的含量(2.80～4.00 mm)，降低碎絲的含量(<2.00 mm)，為了提升卷煙品質(zhì)，需要提高填充值、石油醚提取物含量、香味物質(zhì)總量，這就需要找出片煙尺寸分布和煙絲尺寸分布的關(guān)系，主成分1與主成分3兩個主成分恰好能夠反映試驗(yàn)關(guān)注的烘后煙絲的品質(zhì)指標(biāo)。

根據(jù)煙絲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的特征值和載荷量，可以得到不同處理條件下煙絲結(jié)構(gòu)主成分1與主成分3的計算公式：

PC1=-0.148Z1-0.028Z3-0.055Z4+0.098Z6+0.096Z7+0.112Z8+0.147Z9+0.144Z10+0.118Z11-0.112Z12-0.119Z13-0.141Z14，

(1)

PC3=-0.118Z1-0.204Z3+0.320Z4+0.642Z6+0.602Z7+0.256Z8+0.002Z9-0.232Z10-0.361Z11+0.206Z12-0.003Z13+0.107Z14，

(2)

式中：

PC1——主成分1得分；

PC3——主成分3得分；

Z1～Z14——不同處理條件下煙絲S1～S11層烘后煙絲結(jié)構(gòu)以及煙絲填充值、石油醚提取物含量，香味成分總量原始數(shù)據(jù)經(jīng)過Z-score法標(biāo)準(zhǔn)化變換的標(biāo)準(zhǔn)變量(均值為0，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1)。

根據(jù)方差貢獻(xiàn)率可以得出主成分1與主成分3的綜合得分計算公式，見式(3)與式(4)，根據(jù)綜合得分計算公式計算主成分1與主成分3的綜合得分，結(jié)果如圖1所示?？芍鞒煞?得分越高烘后煙絲產(chǎn)生的碎煙絲(<2.8 mm)越多，填充值越小，石油醚提取物含量以及香味物質(zhì)總量越低，從生產(chǎn)需要角度而言，主成分1得分越低，烘后煙絲綜合品質(zhì)越好。由圖2可知，C工藝處理條件下主成分1結(jié)果最優(yōu)，明顯優(yōu)于其他工藝處理條件；主成分3得分越高，烘后煙絲產(chǎn)生的整絲(2.80～4.00 mm)越多，由圖1可知，D工藝處理條件下主成分3的結(jié)果最優(yōu)，C工藝處理條件次之，明顯優(yōu)于其他兩個工藝處理條件。

F1=0.513 56PC1，

(3)

F3=0.102 51PC3，

(4)

式中：

F1——主成分1綜合得分；

F3——主成分3綜合得分。

圖1 不同處理條件下烘后煙絲主成分綜合得分

2.3 不同處理條件下烘后煙絲感官質(zhì)量的變化

為進(jìn)一步驗(yàn)證不同處理條件對烘后煙絲品質(zhì)的影響，依據(jù)GB 5606.4—2005對烘后煙絲進(jìn)行感官質(zhì)量評價，評吸得分與結(jié)論如表5所示。

表5 不同處理條件下烘后煙絲卷煙評吸結(jié)果

由表5可以看出，各工藝處理條件下卷煙感官評吸得分標(biāo)偏均較低，說明感官評委之間的意見較為一致。從評吸結(jié)論來看，A與C工藝處理條件下卷煙感官評吸結(jié)果最優(yōu)，香氣質(zhì)與香氣量均較好，還可以改善卷煙口感，B工藝處理條件可導(dǎo)致卷煙雜氣上升，D工藝處理條件則導(dǎo)致卷煙透發(fā)性變差；從評吸得分來看，A工藝處理條件下得分最高，C工藝處理條件下得分稍低于A，B與D工藝處理條件下得分明顯較低，因此，對于感官評價而言，A、C工藝處理條件均能提升卷煙品質(zhì)。

3 結(jié)論

(1) 試驗(yàn)研究了復(fù)烤后煙葉分切方式對烘后煙絲結(jié)構(gòu)及填充值、石油醚提取物含量、香味物質(zhì)總量等品質(zhì)指標(biāo)的影響。研究結(jié)果表明：2.8 mm以下短煙絲含量越高，石油醚提取物含量與香味物質(zhì)總量越低。為提升卷煙品質(zhì)，可通過降低烘絲后2.8 mm以下短煙絲含量來實(shí)現(xiàn)。

(2) 不同處理條件下烘后煙絲品質(zhì)指標(biāo)主成分分析結(jié)果表明：C工藝處理條件下主成分1結(jié)果最優(yōu)，明顯優(yōu)于其他工藝處理條件，對于主成分3而言D工藝處理條件表現(xiàn)最優(yōu)，C工藝處理條件次之且明顯優(yōu)于其他兩個工藝處理條件。感官評價的結(jié)果則表明：A與C工藝處理條件下卷煙香氣質(zhì)、香氣量及口感均較好，明顯優(yōu)于另外兩個工藝處理條件，造成這種現(xiàn)象的原因可能為：在感官評價中香氣所占的權(quán)重最大，A與C工藝處理條件下烘后煙絲的香味物質(zhì)總量最大，明顯高于其他工藝處理條件；此外，相對于D工藝處理條件，A與C工藝處理條件下卷煙的填充值維持在較為適宜的水平，更有利于卷煙燃燒與香味物質(zhì)的釋放。

(3) 綜合主成分分析結(jié)果與感官評價可知，C工藝處理條件下卷煙填充值、石油醚提取物含量、香味物質(zhì)總量、感官質(zhì)量以及整絲含量都處在較理想的水平，因此，在片煙投料之前對片煙結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，可以提升烘后煙絲的品質(zhì)。

(4) 試驗(yàn)僅僅研究了復(fù)烤后的煙葉分切方式對烘后煙絲品質(zhì)的影響，由于處理工藝較簡單，切后片煙的結(jié)構(gòu)并不能可知可控，故下一步可以開展特定片煙結(jié)構(gòu)對烘后煙絲品質(zhì)的影響研究，以期為提升卷煙加工精細(xì)化提供參考。