制絲關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)雜環(huán)化合物的影響

武 凱，岳 衡，熊開(kāi)勝，廖曉祥，鄭紅艷，譚國(guó)治

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 玉溪 653100）

卷煙的感官質(zhì)量和安全性是決定卷煙使用價(jià)值的關(guān)鍵，而煙葉中含量很少的致香物質(zhì)對(duì)卷煙的感官質(zhì)量有重要的影響，它是決定卷煙品質(zhì)的重要因素[1]。在卷煙生產(chǎn)加工的制絲過(guò)程當(dāng)中，煙葉中的香氣前體物質(zhì)、中間產(chǎn)物和終端產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，改變了它們的相對(duì)含量，這在評(píng)吸過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出多種平衡關(guān)系[2]。研究制絲加工工藝參數(shù)與致香物質(zhì)含量之間的關(guān)系，有利于優(yōu)化制絲加工工藝，提高卷煙的內(nèi)在品質(zhì)[3-5]。煙氣中的主要致香成分按照其官能團(tuán)可以分為醇類、醛類、酮類、酸類、脂類、烯烴類、酚類和雜環(huán)類，而作為云產(chǎn)卷煙特征香的堅(jiān)果香和焦甜香復(fù)合香最有代表性的主要是2-乙酰基吡咯和2-乙酰基呋喃[6]，本文選取了雜環(huán)化合物中的2-乙酰基吡咯和2-乙酰基呋喃進(jìn)行分析。2-乙酰基吡咯具有核桃、甘草、烤面包、炒榛子的香氣；2-乙酰基呋喃具有甜香、杏仁、堅(jiān)果、烤香、煙熏香[7]。它們的主要特征香是堅(jiān)果、烤甜、烤香、焦甜香，且在制絲工藝試驗(yàn)處理過(guò)程中波動(dòng)比例較高，說(shuō)明受制絲處理影響較大。影響制絲工藝的參數(shù)大約有70多個(gè)，在研究不同水平的工藝參數(shù)對(duì)制絲質(zhì)量的影響時(shí)，樣本量太大，為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，本文采用了8處理 8水平8因素均勻化試驗(yàn)，在合理范圍內(nèi)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整[8]。

1 材料與設(shè)備儀器

1） 試驗(yàn)材料。二氯甲烷（色譜純，TEDIA Company,Inc.公司）、無(wú)水硫酸鈉 (AR，北京化工廠)、乙酸苯乙酯（內(nèi)標(biāo)） （純度大于97%，TEDIA Company,Inc.）；紅塔山A牌號(hào)煙絲。2）儀器。水浴鍋、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、Clarus 600氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Perkin Elmer公司）。

2 方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

將紅塔山A牌號(hào)煙絲作為試驗(yàn)對(duì)象，選取制絲工藝過(guò)程中關(guān)鍵工藝參數(shù)的主要“熱源”參數(shù)，對(duì)主要“熱源”工藝參數(shù)進(jìn)行8處理8水平8因素均勻化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)B1（真空蒸濕溫度℃）、B2（一周期抽空溫度℃）、B3（超回?zé)犸L(fēng)風(fēng)量m3/h）、B4（超回蒸汽噴射比例kg/100kg）、B5（潤(rùn)葉加料蒸汽噴射比例kg/100kg）、B6（烘絲筒壁溫度℃）、B7（烘絲熱風(fēng)溫度℃）、B8（烘絲熱風(fēng)風(fēng)量m3/h）進(jìn)行均勻化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，見(jiàn)表1。

表1 制絲關(guān)鍵工藝參數(shù)設(shè)計(jì)表

按照表1中所設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)組合調(diào)整制絲工藝參數(shù)，加工后檢測(cè)不同工藝參數(shù)處理過(guò)的純絲中2-乙酰基吡咯和2-乙酰基呋喃的百分含量，采用DPS逐步回歸分析的方法對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，確定影響大的因素，并對(duì)這些因素進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

2.2 取樣方法

分別取300g經(jīng)過(guò)表1中各組參數(shù)處理過(guò)的純絲，作為檢測(cè)對(duì)象。

2.3 測(cè)試方法

1） 2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃的檢測(cè)，首先采取同時(shí)蒸餾萃取，具體操作如下：①準(zhǔn)確稱取20 g煙絲樣品于1000mL圓底燒瓶中，加入350超純水，再加入40mL二氯甲烷，100μL濃度為1000mg/kg的乙酸苯乙酯，作為內(nèi)標(biāo)，將水浴溫度控制在 55℃，同時(shí)蒸餾萃取2.5 h，冷卻后取出二氯甲烷萃取液，用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜，然后旋蒸濃縮至1mL進(jìn)行氣質(zhì)分析。②色譜條件：色譜柱為DB-5MS毛細(xì)管色譜柱（30m×0.25 mm×0.25μm）。進(jìn)樣口溫度：250℃；程序升溫：初始溫度 50℃，保持5min，以2℃ /min升至80℃，以3℃ min升至230℃，保持16min。再以12℃ /min升至250℃，保持20min。載氣：高純氦氣，流速1.0mL/min；進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣，分流比30∶1；進(jìn)樣體積：1.0μl。③質(zhì)譜條件：離子源：EI源；電離能：70eV；離子源溫度：200℃；傳輸線溫度：280℃；檢測(cè)模式：全離子掃描監(jiān)測(cè)，質(zhì)量掃描范圍：33～400amu；溶劑延遲：5min。

2） 按照《YCT 497-2014卷煙 中式卷煙風(fēng)格感官評(píng)價(jià)方法》進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

3 結(jié)果

3.1 制絲關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃含量的影響

按照表1中調(diào)整制絲工藝參數(shù)，分別檢測(cè)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃的含量，將二者含量的加和值標(biāo)記為“堅(jiān)果香+焦甜香”復(fù)合香的主要成分結(jié)果如表2。

將M4工藝參數(shù)組合處理過(guò)的樣品作為模型驗(yàn)證對(duì)象，結(jié)果如表3。

逐步回歸模型方差分析P均小于等于0.05，且模型輸出與實(shí)測(cè)值相差不超過(guò)5%，說(shuō)明模型是可靠的。

表2 各樣本工藝參數(shù)對(duì)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值的影響

表3 2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值逐步回歸模型驗(yàn)證結(jié)果

從表4中看出，真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度、超回蒸汽噴射比例、烘絲熱風(fēng)風(fēng)量的P值均小于0.05，說(shuō)明有顯著影響，工藝參數(shù)對(duì)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值含量的影響從大到小依次是：烘絲熱風(fēng)風(fēng)量、超回蒸汽噴射比例、真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度。說(shuō)明在制絲加工過(guò)程中，類胡蘿卜素降解主要集中在煙葉預(yù)處理段，通過(guò)真空回潮負(fù)壓高溫濕，超回潤(rùn)葉和潤(rùn)葉加料的高溫高濕進(jìn)行轉(zhuǎn)化分解，烘絲工序?qū)ぐl(fā)堅(jiān)果和焦甜香也起到重要作用[9]。

表4 2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值逐步回歸系數(shù)分析

3.2 制絲關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃含量加和值影響趨勢(shì)分析

從2.1中可知，工藝參數(shù)對(duì)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值含量的影響從大到小依次是：超回蒸汽噴射比例、真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度，分別對(duì)烘絲熱風(fēng)風(fēng)量、超回蒸汽噴射比例、真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度對(duì)2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃含量加和值的影響做出分析。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨真空回潮蒸濕溫度的增加，制葉絲純絲中2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢(shì)，先下降后升高，如圖1所示。其中，真空回潮蒸濕溫度對(duì)大2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響趨勢(shì)中較高的主要集中在58～65℃值域段，當(dāng)溫度大于56℃后，含量出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但隨著真空回潮蒸濕溫度的增加類西柏烷的降解會(huì)加速，最終在一定程度上增加2-乙酰基呋喃/吡咯相對(duì)含量，真空回潮工序可以用于適度增加卷煙堅(jiān)果香、烤香。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨真空回潮一周期抽空溫度的增加，制葉絲純絲2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢(shì)，先升高后下降，如圖2所示。其中，一周期抽空溫度對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響趨勢(shì)中較高的主要集中在8-10℃值域段，當(dāng)一周期抽空溫度大于10℃后，其含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨著一周期抽空溫度升高，低沸點(diǎn)致香成分揮發(fā)程度增加，最終導(dǎo)致2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈下降趨勢(shì)。

圖1 蒸濕溫度與2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值關(guān)系圖

圖2 一周期抽空溫與2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值關(guān)系圖

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著超回蒸汽噴射比例的增加，制葉絲純絲中2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值先升高后下降，如圖3所示。其中，蒸汽噴射比例對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響較大的主要集中在5.0～6.5kg/100kg值域段，當(dāng)蒸汽噴射比例大于6.5 kg/100kg后，含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，控制好超回蒸汽噴射比例可以適度增加卷煙的堅(jiān)果香、烤香。

圖3 超回蒸汽噴射比例與2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值關(guān)系圖

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著烘絲熱風(fēng)風(fēng)量的增加，制葉絲純絲中2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值先升高，后降低，如圖4所示。其中，烘絲熱風(fēng)風(fēng)量對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響較大的主要集中在2000～2400m3/h值域段，當(dāng)烘絲熱風(fēng)風(fēng)量大于2400m3/h后，含量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明較高的烘絲熱風(fēng)風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致低沸點(diǎn)致香成分揮發(fā)，最終在一定程度上降低2-乙酰基呋喃/吡咯的含量，在固定烘絲筒壁溫度的基礎(chǔ)上，適度調(diào)控烘絲熱風(fēng)風(fēng)量可以增加卷煙堅(jiān)果香、烤香，提升香氣豐富性和豐滿度。

圖4 熱風(fēng)風(fēng)量與2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值關(guān)系圖

3.3 雜環(huán)致香成分對(duì)卷煙感官質(zhì)量的影響分析

雜環(huán)化合物優(yōu)雅、獨(dú)特的香氣豐富了香氣質(zhì)，增加了煙草的本香，彰顯堅(jiān)果香、焦甜香等主體特征[10]。雜環(huán)化合物是影響卷煙香氣的重要產(chǎn)物，主要包括吡咯類、呋喃類，主要生成于制絲加工過(guò)程中的降解[11]。煙草經(jīng)過(guò)制絲工藝處理后，雜環(huán)化合物含量高，則香氣量足，香氣豐富性好，香氣特征明顯，如圖5。

圖5 樣品中雜環(huán)致香成分含量與煙氣特性得分關(guān)系圖

從圖5中看出，制絲處理過(guò)程中堅(jiān)果香變化與2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值變化輪廓重合度非常高，焦甜香變化輪廓與2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃加和值輪廓相似，總體變化規(guī)律非常明顯。

4 結(jié)論

真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度、超回蒸汽噴射比例、烘絲熱風(fēng)風(fēng)量是影響純絲中2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃含量加和值的關(guān)鍵工藝參數(shù)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨真空回潮蒸濕溫度的增加，制葉絲純絲中2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢(shì)，其中，真空回潮蒸濕溫度對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響趨勢(shì)中較高的主要集中在58～65℃值域段；隨真空回潮一周期抽空溫度的增加，制葉絲純絲2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢(shì)，其中，一周期抽空溫度對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響較為顯著的是在8～10℃；純絲中2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值隨超回蒸汽噴射比例的增加呈拋物線趨勢(shì)，其中，蒸汽噴射比例對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響較大的主要集中在5.0～6.5kg/100kg值域段；隨著烘絲熱風(fēng)風(fēng)量的增加，制葉絲純絲中2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢(shì)，其中，烘絲熱風(fēng)風(fēng)量對(duì)2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值影響影響較大的主要集中在2000～2400m3/h值域段。