洗梗時(shí)間及貯梗時(shí)間對微波膨脹煙梗吸濕性的影響

李 曉，趙子龍，景 天，姚二民，陳瑞倩，袁 帥，晉照普

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司北京卷煙廠，北京 101121)

【研究意義】煙梗約占煙葉總重量的25 %，是卷煙原料的重要組成部分之一[1]。煙梗微波膨脹技術(shù)能較好地保持煙梗品質(zhì)，易于瞬時(shí)控制，能量效率高，可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均勻加熱狀態(tài)，適于各種形態(tài)煙梗的加工，故近年來發(fā)展迅速[2-4]。煙梗預(yù)處理主要是指煙梗的增溫增濕和貯存的過程，使煙梗滿足壓切的工藝要求[5]。由于煙梗的吸濕性能在微波膨脹前后有所差異，若微波膨脹煙梗采用與原梗相同的預(yù)處理加工參數(shù)，則難以滿足后續(xù)工序的要求，進(jìn)而影響加工質(zhì)量。因此，研究洗梗時(shí)間及貯梗時(shí)間對微波膨脹煙梗吸濕性的影響，對提高煙梗的利用率及加工質(zhì)量有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】馮斌等[6]發(fā)明了一種改善煙梗品質(zhì)的預(yù)處理方法，有效的改善了煙梗的內(nèi)在品質(zhì)，更利于后期加工。高銳等[7]對微波膨脹對煙?；瘜W(xué)成分及物理結(jié)構(gòu)的影響研究表明，微波膨脹處理后，煙?？偺呛拷档?，總植物堿、總氮、淀粉、蛋白質(zhì)含量變化不大；感官評吸主要表現(xiàn)為雜氣明顯減弱，余味和舒適性明顯改善；膨脹后煙梗物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。王廣超等[8]采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)的方法，優(yōu)化了煙梗預(yù)處理的工藝參數(shù)，分析了煙梗含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差穩(wěn)定性的影響趨勢。郜鵬等[9]研究了預(yù)處理工藝對煙?；赝嘎实挠绊?，結(jié)果表明：水泵電機(jī)速度、浸梗水溫、蒸梗溫度(一蒸梗溫度和二蒸梗溫度)、貯梗時(shí)間等工藝參數(shù)，均對煙梗的回透率有影響。王乃定等[10]設(shè)計(jì)了一種膨脹度均勻性好的提高微波膨脹煙梗產(chǎn)量和品質(zhì)的裝置?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前有關(guān)微波膨脹煙梗加工特性系統(tǒng)研究較少，對不同地區(qū)微波膨脹煙梗吸濕性方面的研究也鮮為報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用單因素實(shí)驗(yàn)方法，研究洗梗及貯梗時(shí)間對各地區(qū)微波膨脹煙梗含水率和回透率的影響，確定較為合適的洗梗及貯梗時(shí)間，并通過方差分析及多重比較，研究不同地區(qū)微波膨脹煙梗吸濕性的差異，旨在控制微波膨脹煙梗加工含水率的穩(wěn)定性及加工參數(shù)設(shè)置提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗(yàn)材料為2014年產(chǎn)自云南、河南、四川、貴州、江西地區(qū)原梗(由河南中煙許昌卷煙廠提供)。

DHG-9145A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科技有限公司)；HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市醫(yī)療儀器廠)；PL602-S型電子天平(感量0.01 g，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)；PL203型電子天平(感量0.001 g，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)；KBF型恒溫恒濕箱(德國Binder公司)。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備 在微波功率480 W、微波時(shí)間40 s的條件下對試驗(yàn)區(qū)梗徑大于4 mm、含水率為22 %的煙梗進(jìn)行微波膨脹處理，制得微波膨脹煙梗樣品[11]。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 參考生產(chǎn)線參數(shù)設(shè)置，設(shè)置洗梗水溫為70 ℃，在不同洗梗時(shí)間(15、30、45、60 s)下將樣品進(jìn)行洗梗處理，將洗梗后的樣品置于恒溫恒濕箱[溫度(22±2)℃，相對濕度(60±2) %]進(jìn)行時(shí)間不等的貯梗處理(1、2、3、4 h)。貯梗結(jié)束后測定樣品含水率及回透率。。貯梗結(jié)束后測定樣品含水率及回透率，預(yù)處理后樣品含水率滿足30 %～38 %，回透率達(dá)到99 %以上方為達(dá)標(biāo)[12-15]。

1.2.3 測定方法 (1)含水率測定：參考文獻(xiàn)[16]測定樣品含水率。

(2)回透率測定：回透后煙梗能夠?qū)φ矍覍φ酆鬅煿o明顯破裂的現(xiàn)象；煙?？韶Q著均勻撕開，剖面較平整；煙梗內(nèi)部無干纖維。按下列公式計(jì)算回透率，取樣總質(zhì)量為50 g。

式中：Y——回透率( %)；G1——取樣總質(zhì)量(g)；G2——回透煙?？傎|(zhì)量(g)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 使用Excel2010對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用SPSS 22軟件進(jìn)行方差分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 洗梗時(shí)間對五地區(qū)微波膨脹煙梗吸濕性的影響

2.1.1 洗梗時(shí)間對五地區(qū)微波膨脹煙梗含水率及含水率增量的影響 在洗梗水溫70 ℃、貯梗時(shí)間4 h，洗梗時(shí)間(15、30、45、60 s)的條件下，將五地區(qū)樣品進(jìn)行預(yù)處理。測定貯后含水率并繪制折線圖，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗在相同洗梗時(shí)間內(nèi)含水率均高于原梗。在洗梗時(shí)間45 s時(shí)，原梗含水率達(dá)30 %以上。而試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率滿足要求僅需30 s?？芍?，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率達(dá)標(biāo)所需的洗梗時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原梗。

圖1 洗梗時(shí)間對五地區(qū)樣品貯后含水率的影響Fig.1 Effect of stem washing time on moisture content of samples after storage in five areas

圖2 洗梗時(shí)間對五地區(qū)樣品貯后含水率增量的影響Fig.2 Effect of stem washing time on the increment of moisture content of samples after storage in five areas

圖3 洗梗時(shí)間對五地區(qū)樣品回透率的影響Fig.3 Effect of stem washing time on the return permeability of samples in five regions

由圖2可知，試驗(yàn)區(qū)樣品含水率增量均隨洗梗時(shí)間的增加而增大，并且微波膨脹煙梗含水率增量明顯高于原梗。四川、貴州兩地區(qū)微波膨脹煙梗含水率增量在各洗梗時(shí)間下均大于另外三地區(qū)，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率增量雖有所差異，但整體增長趨勢相似。

由表1可知，洗梗時(shí)間、地區(qū)及兩者的交互作用對微波膨脹煙梗貯后含水率增量的影響均達(dá)到極顯著水平。

2.1.2 洗梗時(shí)間對五地區(qū)微波膨脹煙?；赝嘎实挠绊?由圖3可知，試驗(yàn)區(qū)樣品回透率均隨洗梗時(shí)間的增加而增大，且試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙?；赝嘎拭黠@高于原梗。在洗梗時(shí)間為60 s時(shí)五地區(qū)原?；赝嘎蔬_(dá)99 %以上，而微波膨脹煙梗回透率均在30 s后達(dá)到99 %以上。由此可知，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙?；赝嘎蔬_(dá)標(biāo)所需洗梗時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原梗。

綜上分析，在洗梗水溫70 ℃、貯梗時(shí)間4 h、洗梗時(shí)間30 s的條件下，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率達(dá)30 %以上、回透率達(dá)99 %以上。

圖4 貯梗時(shí)間對五地區(qū)樣品貯后含水率的影響Fig.4 Effect of storage time on moisture content of samples after storage in five areas

圖5 貯梗時(shí)間對五地區(qū)樣品貯后含水率增量的影響Fig.5 Effect of storage time on the increment of moisture content of samples after storage in five areas

圖6 貯梗時(shí)間對五地區(qū)樣品貯后含水率標(biāo)偏的影響Fig.6 The effect of storage time on the standard deviation of moisture content of samples after storage in five regions

2.2 貯梗時(shí)間對五地區(qū)微波膨脹煙梗吸濕性的影響

2.2.1 貯梗時(shí)間對五地區(qū)微波膨脹煙梗含水率及含水率增量的影響 由圖4可知，試驗(yàn)區(qū)樣品含水率在貯梗時(shí)間3 h時(shí)均為30 %以上，而當(dāng)貯梗時(shí)間為4 h時(shí)，原梗含水率低于30 %，微波膨脹煙梗含水率仍滿足要求。

由圖5可知，隨著貯梗時(shí)間增加，試驗(yàn)區(qū)煙梗含水率增量均呈下降趨勢，云南地區(qū)樣品含水率下降趨勢最為明顯。整體而言，與各地區(qū)原梗相比，微波膨脹煙梗含水率增量隨貯梗時(shí)間的增加波動(dòng)較小。

由圖6可知，隨著貯梗時(shí)間增加，云南地區(qū)微波膨脹煙梗、原梗以及河南地區(qū)原梗含水率標(biāo)偏呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其余樣品的含水率標(biāo)偏基本呈現(xiàn)下降的趨勢，且微波膨脹煙梗含水率標(biāo)偏明顯低于原梗，表明微波膨脹煙梗比原梗含水率更加穩(wěn)定。貯梗時(shí)間為3 h時(shí)，微波膨脹煙梗含水率標(biāo)偏趨于穩(wěn)定，均在0.3 %以下。

表1 不同洗梗時(shí)間下五地區(qū)微波膨脹煙梗貯后含水率增量的方差分析Table 1 Variance analysis of moisture content increment of microwave expansion of five regions after storage under different stem washing time

注：P≤0.05為顯著，P≤0.01為極顯著。下同。

表2 不同貯梗時(shí)間下五地區(qū)微波膨脹煙梗貯后含水率增量的方差分析Table 2 Variance analysis of moisture content increment of microwave expansion of five regions after storage under different storage time

表2可知，貯梗時(shí)間、地區(qū)及兩者的交互作用對微波膨脹煙梗貯后含水率增量的影響達(dá)到極顯著水平。

2.2.2 貯梗時(shí)間對五地區(qū)微波膨脹煙梗回透率的影響 由圖7可知，試驗(yàn)區(qū)樣品回透率隨貯梗時(shí)間的增加而增大， 且在相同貯梗時(shí)間下，五地區(qū)微波膨脹煙?；赝嘎拭黠@高于原梗。在貯梗時(shí)間為2 h時(shí)，僅有西川地區(qū)微波膨脹煙?；赝嘎蔬_(dá)到99 %以上。在貯梗時(shí)間3 h時(shí)，五地區(qū)微波膨脹煙梗回透率均達(dá)99 %以上，滿足貯梗要求，而原?；赝嘎蕜t未能滿足要求。

圖7 貯梗時(shí)間對五地區(qū)樣品回透率的影響Fig.7 Effect of storage time on the return permeability of samples in five regions

表3 單因素方差分析表Table 3 Results of one-way ANOVA

表4五地區(qū)微波膨脹煙梗含水率的多重對比分析
Table 4 Multiple comparison analysis of moisture content of microwave expanded tobacco stem in five regions

地區(qū)Area 地區(qū)Area顯著性Significance云南Yunnan河南0.008四川0.000江西0.000貴州0.000河南Henan云南0.008四川0.001江西0.000貴州0.001四川Sichuan云南0.000河南0.001江西0.479貴州0.905江西Jiangxi云南0.000河南0.000四川0.479貴州0.411貴州Guizhou云南0.000河南0.001四川0.905江西0.411

綜上分析，在洗梗水溫70 ℃，洗梗時(shí)間30 s、貯梗時(shí)間3 h的條件下，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率及回透率均已達(dá)標(biāo)。

2.3 不同地區(qū)微波膨脹煙梗的多重對比分析

由表3可知，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率之間存在極顯著差異。由表4可知，云南地區(qū)微波膨脹煙梗含水率與其余四地區(qū)均存在極顯著差異，河南地區(qū)微波膨脹煙梗含水率與其余四地區(qū)均存在極顯著差異，說明云南及河南地區(qū)膨脹煙梗只能單獨(dú)進(jìn)行預(yù)處理。而四川、江西、貴州三地區(qū)間微波膨脹煙梗含水率不存在顯著性差異，說明這3個(gè)地區(qū)微波膨脹煙?？稍谙嗤A(yù)處理參數(shù)下進(jìn)行加工。

3 討 論

本研究以云南、河南等五地區(qū)煙梗及微波膨脹煙梗為原料，分析不同洗梗時(shí)間及貯梗時(shí)間對其吸濕性能的影響，隨洗梗時(shí)間的增加，微波膨脹煙梗含水率增量及回透率呈上升趨勢，隨貯梗時(shí)間的增加，微波膨脹煙梗含水率及其增量呈現(xiàn)下降趨勢，而回透率呈現(xiàn)升高的趨勢，且在相同條件下，微波膨脹煙梗的含水率及回透率均高于原梗，這是因?yàn)槲⒉ㄌ幚碇鬅煿Ｔ械闹旅芙Y(jié)構(gòu)得以膨脹，形成多孔結(jié)構(gòu)[7]，吸濕性能得以提高；洗梗時(shí)間、地區(qū)及兩者的交互作用對微波膨脹煙梗貯后含水率增量的影響均達(dá)到極顯著水平。貯梗時(shí)間、地區(qū)及兩者的交互作用對微波膨脹煙梗貯后含水率增量的影響均達(dá)到極顯著水平。這與李曉等[1]及郜鵬等[9]針對原梗的研究結(jié)果一致；在相同的加工參數(shù)條件下，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率間存在顯著性差異。由多重比較結(jié)果可知，云南及河南地區(qū)微波膨脹煙梗含水率均與其余四地區(qū)存在極顯著差異，而四川、江西、貴州三地區(qū)間微波膨脹煙梗含水率不存在顯著性差異，說明云南地區(qū)及河南地區(qū)微波膨脹煙梗需分別單獨(dú)進(jìn)行預(yù)處理，而四川、江西、貴州三地區(qū)微波膨脹煙梗可在相同預(yù)處理參數(shù)下進(jìn)行加工。這與李曉等[1]研究不同地區(qū)煙梗吸濕性能對加工分組的影響結(jié)果不一致，可能是由于所用煙梗年份不同，且微波膨脹煙梗吸濕性能與原梗之間存在差異所致。本研究僅在實(shí)驗(yàn)室條件下考察了洗梗時(shí)間及貯梗時(shí)間對微波膨脹煙梗吸濕性的影響，下一步將系統(tǒng)研究煙梗預(yù)處理工段中各關(guān)鍵工序與微波膨脹煙梗吸濕性能間的關(guān)系及不同地區(qū)微波膨脹煙梗在卷煙中的應(yīng)用效果，對于生產(chǎn)實(shí)踐也將具有更好的指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 論

在洗梗水溫70 ℃，洗梗時(shí)間30 s，貯梗時(shí)間3 h時(shí)，試驗(yàn)區(qū)微波膨脹煙梗含水率即可達(dá)到30 %以上，回透率達(dá)到99 %以上且含水率標(biāo)偏均在0.3 %以下，可滿足煙梗后續(xù)加工要求。與傳統(tǒng)煙梗預(yù)處理加工參數(shù)相比，微波膨脹煙梗所需的洗梗和貯梗時(shí)間都明顯縮短，這樣既縮短生產(chǎn)時(shí)間，又起到節(jié)能減排的作用。