云南主產煙梗在連續微波膨脹設備上的差異性研究

肖永銀　蔣卓芳　董高峰　高則睿　杜超　劉鑫　殷沛沛　羅曉鴿

摘要? 采用2450MHZ微波膨脹設備處理云南主產煙梗原料，在相同的前處理工藝和微波膨脹參數下，對比分析了云南主產煙梗原料的微波膨脹差異性，包括平均膨脹度和焦糊度2個方面。結果表明：同一品種不同部位的煙梗原料微波膨脹差異性較大，在相同微波功率下，膨脹度指標C>X>B，焦糊度指標X>C>B;同一部位不同品種的煙梗原料微波膨脹差異性較大，在相同微波功率下，膨脹度指標K326>云87>紅大，焦糊度差異性不大;同一品種同一部位不同產地的煙梗膨脹度差異性不大，焦糊度指標楚雄>玉溪>大理。煙梗原料的平均膨脹度與煙梗原料的密度有關，焦糊度與煙梗原料的顏色有關。

關鍵詞? 煙梗;微波膨脹;膨脹度;焦糊度

中圖分類號? TS41+1??? 文獻標識碼? A

文章編號? 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

基金項目

云南省科技廳科技項目（2018BA082）;云南中煙項目（2019CL04）。

作者簡介? 肖永銀（1989—），女，云南昌寧人，碩士研究生，研究方向：材料物理與化學。*通信作者，工程師，從事應用型材料研究。

收稿日期? 2019-06-26

煙梗微波膨脹技術是以微波作為能量源，利用微波的強穿透性和對極性分子的高頻振動特性，在極短的時間內在煙梗內部形成一個使水分迅速氣化揮發的環境，從而完成煙梗內細胞的同步均勻膨脹，且細胞不破裂，膨脹后的煙梗體積可達到原來的2～3倍甚至更高[1-2]。在迅速的膨脹過程中，煙梗內部產生一定的化學反應，通過評吸測定，膨脹后的煙梗青雜氣、木質氣減弱，且具有較明顯的烘烤香[3]。何炬等[4]研究表明經微波膨脹后的煙梗制成的梗絲感官質量、香氣、填充力、成絲率和協調葉組配方等方面均有明顯的改善。楊威等[5]研究發現，微波處理使不同品種煙梗中的細胞壁物質、全纖維素、總糖、還原糖含量降低，而主要致香成分含量增加，組織結構無明顯破損，維管束等組織間和薄壁組織細胞內物質消失。高銳等[6]研究表明，微波膨脹處理后，煙?？偺呛拷档?，但總植物堿、總氮、淀粉、蛋白質的含量變化不大;感官評吸雜氣明顯減弱，余味和舒適性明顯改善。陳晶鈴等[7]認為，微波膨脹煙梗含水率保持在18%～21%，微波處理時間在70～80 s膨脹出的煙梗質量最好。

目前煙梗微波膨脹技術應用的微波源頻率主要為915和2 450 MHz 2種。頻率915和2 450 MHz的微波源各具特點，具體見表1。目前，國內在煙梗微波膨脹方面，尤其是微波頻率2 450 MHz下的試驗主要在實驗室利用家用微波爐進行，對生產缺乏指導。該研究以云南中煙新材料科技有限公司現有的國內首臺微波頻率為2 450 MHz的生產用連續微波膨脹設備[8]，對云南主產煙梗原料進行微波膨脹特性差異研究，以期對微波煙梗的開發應用進行指導。試驗選取云南省主產煙梗原料K326、云87、紅大，采用2 450 MHz微波膨脹處理，分別測定微波膨脹處理后的煙梗膨脹度和焦糊度，并進行對比分析，旨在為卷煙工業企業合理選用云南主產煙梗原料進行2 450 MHz微波膨脹提供理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料? 煙梗原料選取云南省主產的K326（B、C、X）、云87（B、C、X）、紅大（B、C、X），采樣地區有楚雄、玉溪和大理，每個煙梗原料采集200 kg樣品，均為長梗。

煙梗原料的前處理設備為HT、貯柜。煙梗原料的微波膨脹設備為FWG1842型滾筒式連續微波膨脹機，采用144套水冷磁控管，相應數量高壓變壓器和燈絲變壓器，采用全波整流微波源，分4路從五面形微波腔體的4個面均勻饋入微波能量，微波設備的處理能力為1 000 kg/h。微波系統采用單管功率為1.5 kW的2 450 MHz磁控管進行優化組合，組合原則根據“非相干功率組合”的要求進行，即多管組合過程中磁控管間相互干擾最小化，微波場強均勻性最大化[9-10]。

1.2? 方法

1.2.1? 微波膨脹煙梗的制備。

將每個煙梗原料取100 kg，檢測原始水分，進行前處理，平衡至含水率為12%～14%，風送至FWG1842型滾筒式連續微波膨脹機中，設置工作頻率為2 450 MHz，功率為192 kW，微波膨脹時間7 min，膨脹煙梗出口溫度為115～120 ℃，在穩定后根據GB/T 19616 煙草成批原料取樣的一般原則（ISO 4874：2000，MOD）進行取樣，檢測其平均膨脹度和焦糊度。

1.2.2? 平均膨脹度的測定。

平均膨脹度用煙梗膨脹后的體積與膨脹前體積的比率（P）表示，試劑選用煙用級三乙酸甘油酯：含量≥99.0%，水分≤0.05%，分別取樣，測定出煙梗和膨脹煙梗的體積，計算膨脹煙梗體積與煙梗體積之比，得出煙梗平均膨脹度。

1.2.3? 焦糊度的測定。

焦糊度用膨脹煙梗的色差值（△E）表示，色差儀選用KONICA MINOLTA CR-400，粉末測試盒CR-A50，白色校正板CR-A43。樣品處理方法如下：按照GB/T 19616進行取樣，編號，記錄樣品信息，將膨脹煙梗用小型粉碎機粉碎后，粉末樣品用孔徑250 μm篩網篩分，取下層樣品置于相對濕度65%、溫度（22±2） ℃環境下2 h，色差計KONICA MINOLTA CR-400開機，用白色校正板CR-A43進行校正，將膨脹煙梗粉末樣品均勻緊實地裝入粉末測試盒CR-A50內，按色彩色差計CR-400使用規程進行色差值檢驗，記錄色差值（△E）。

1.3? 數據處理

采用SPSS軟件中的One-way ANOVA分析不同煙梗原料間的平均膨脹度和焦糊度的差異。平均值間的差異性分析采用Turkey檢驗，P<0.05表示差異顯著。

2? 結果與分析

2.1? 同一品種不同部位煙梗原料的微波膨脹差異性分析

同一品種不同部位煙梗原料的微波膨脹差異性數據（表2）表明，將煙梗原料進行前處理后，微波膨脹前的水分基本趨于一致，K326煙梗上、中、下部位煙梗原料的平均膨脹度極差高達75，焦糊度極差達3.67，K326煙梗平均膨脹度（P）的排序為中（C）>下（X）>上（B），焦糊度（△E）的排序為下（X）>中（C）>上（B）;紅大煙梗上、中、下部位煙梗原料的平均膨脹度極差高達90，焦糊度極差達4.14，紅大煙梗平均膨脹度（P）的排序為中（C）>下（X）>上（B），焦糊度（△E）的排序為下（X）>中（C）>上（B），即下部煙梗容易膨糊。

方差分析表明，同一品種不同部位煙梗原料的平均膨脹度P=0.001 77<0.05，差異顯著，膨脹度大小順序為C>X>B。同一品種不同部位煙梗原料的焦糊度差異顯著（P=0.03<0.05），差異顯著，焦糊度大小順序為X>C>B。

2.2? 同一部位不同品種煙梗原料的微波膨脹差異性分析

同一部位不同品種煙梗原料的微波膨脹差異性數據（表3）表明，將煙梗原料進行前處理后，微波膨脹前的水分基本趨于一致，上部煙梗不同品種煙梗原料的平均膨脹度極差高達52，焦糊度極差達1.83，上部煙梗平均膨脹度（P）的排序為K326>云87>紅大，焦糊度（△E）的排序為K326>云87>紅大;中部煙梗不同品種煙梗原料的平均膨脹度極差達37，焦糊度極差達0.89，中部煙梗平均膨脹度（P）的排序為K326>云87>紅大，焦糊度（△E）的排序為K326>云87>紅大;下部煙梗不同品種煙梗原料的平均膨脹度極差達47，焦糊度極差達1.36，下部煙梗平均膨脹度（P）的排序為K326>云87>紅大，焦糊度（△E）的排序為K326>云87>紅大。

2.3? 同一品種同一部位不同產地的煙梗膨脹度差異性分析

同一部位不同品種煙梗原料的微波膨脹差異性數據（表4）表明，平均膨脹度（P）的差異不大，但仍有規律可循，大小排序為玉溪>大理>楚雄;焦糊度差異明顯，K326煙梗焦糊度（△E）楚雄最高（54.35），大理最低（52.66），相差1.69;紅大煙梗焦糊度（△E）楚雄最高（53.17），大理最低（51.62），相差1.55，說明楚雄煙梗更易膨糊。

3 ?結論與討論

煙梗膨脹是利用壓縮飽和水蒸汽在瞬間失壓條件下的快速膨脹打破木質纖維素的包裹結構，實現木質素、纖維素、半纖維素的分離。同時，在膨脹過程中，木質纖維素結構中非穩態物質在高溫蒸汽作用下發生化學轉化，解析木質纖維素的框架結構。未處理煙梗結構致密，細胞排列整齊，孔道間隙小，嵌合緊密，細胞壁光滑、完整。膨脹處理后的煙梗表皮破損，維管束等腔道組織膨脹，間隙孔洞增多增大，細胞表皮出現解離斷裂。由于在膨脹過程中，煙梗受到化學分解和機械分裂的雙重作用，半纖維素和纖維素部分降解，木質素與纖維素分離，纖維間由于半纖維素、纖維素的分解和木質素的分離而粘結削弱、空隙增加，從而導致細胞壁的結構破壞和細胞表皮斷裂[11]。

通過對云南主產煙梗原料的2 450 MHz微波膨脹的差異性分析發現，同樣微波功率和微波膨脹時間，從部位來看，平均膨脹度（P）中部煙梗易膨于下部煙梗，最難膨脹的是上部煙梗;從品種來看，K326較容易膨脹，最難膨脹的是紅大煙梗;從產地來看，產地玉溪最易膨脹，楚雄稍難膨脹。

從部位來看，焦糊度（△E）下部煙梗容易膨糊，上部煙梗最不易膨糊;從品種來看，各品種間差異不大;從產地來看，楚雄煙梗最易膨糊。經初步分析發現，焦糊度（△E）與煙梗原料的原始色差呈正相關，與煙梗的膨脹度呈正相關。

經微波膨脹處理后的煙梗較常規煙梗明顯增粗，不同產地、不同品種、不同部位的煙梗原料差異明顯，研究結果對卷煙工業企業合理選用云南主產煙梗原料進行2 450 MHz微波膨脹提供了較好的理論依據。因此，在卷煙生產過程中，應針對煙梗原料的膨脹特性進行分組加工，增強膨脹均勻性，下一步對不同膨脹度（P）對微波梗絲品質的影響也可開展進一步研究。

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