制絲關鍵工藝參數對雜環化合物的影響

武 凱，岳 衡，熊開勝，廖曉祥，鄭紅艷，譚國治

（云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南 玉溪 653100）

卷煙的感官質量和安全性是決定卷煙使用價值的關鍵，而煙葉中含量很少的致香物質對卷煙的感官質量有重要的影響，它是決定卷煙品質的重要因素[1]。在卷煙生產加工的制絲過程當中，煙葉中的香氣前體物質、中間產物和終端產物的轉化，改變了它們的相對含量，這在評吸過程中會表現出多種平衡關系[2]。研究制絲加工工藝參數與致香物質含量之間的關系，有利于優化制絲加工工藝，提高卷煙的內在品質[3-5]。煙氣中的主要致香成分按照其官能團可以分為醇類、醛類、酮類、酸類、脂類、烯烴類、酚類和雜環類，而作為云產卷煙特征香的堅果香和焦甜香復合香最有代表性的主要是2-乙酰基吡咯和2-乙?；秽玔6]，本文選取了雜環化合物中的2-乙?；量┖?-乙?；秽M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、堅果、烤香、煙熏香[7]。它們的主要特征香是堅果、烤甜、烤香、焦甜香，且在制絲工藝試驗處理過程中波動比例較高，說明受制絲處理影響較大。影響制絲工藝的參數大約有70多個，在研究不同水平的工藝參數對制絲質量的影響時，樣本量太大，為了減少實驗次數，本文采用了8處理 8水平8因素均勻化試驗，在合理范圍內對工藝參數進行調整[8]。

1 材料與設備儀器

1） 試驗材料。二氯甲烷（色譜純，TEDIA Company,Inc.公司）、無水硫酸鈉 (AR，北京化工廠)、乙酸苯乙酯（內標） （純度大于97%，TEDIA Company,Inc.）；紅塔山A牌號煙絲。2）儀器。水浴鍋、旋轉蒸發儀、Clarus 600氣相色譜-質譜聯用儀（美國Perkin Elmer公司）。

2 方法

2.1 試驗設計方法

將紅塔山A牌號煙絲作為試驗對象，選取制絲工藝過程中關鍵工藝參數的主要“熱源”參數，對主要“熱源”工藝參數進行8處理8水平8因素均勻化實驗設計，對B1（真空蒸濕溫度℃）、B2（一周期抽空溫度℃）、B3（超回熱風風量m3/h）、B4（超回蒸汽噴射比例kg/100kg）、B5（潤葉加料蒸汽噴射比例kg/100kg）、B6（烘絲筒壁溫度℃）、B7（烘絲熱風溫度℃）、B8（烘絲熱風風量m3/h）進行均勻化試驗設計，見表1。

表1 制絲關鍵工藝參數設計表

按照表1中所設計的工藝參數組合調整制絲工藝參數，加工后檢測不同工藝參數處理過的純絲中2-乙?；量┖?-乙?；秽陌俜趾?，采用DPS逐步回歸分析的方法對檢測結果進行分析，確定影響大的因素，并對這些因素進行進一步的分析。

2.2 取樣方法

分別取300g經過表1中各組參數處理過的純絲，作為檢測對象。

2.3 測試方法

1） 2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃的檢測，首先采取同時蒸餾萃取，具體操作如下：①準確稱取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，作為內標，將水浴溫度控制在 55℃，同時蒸餾萃取2.5 h，冷卻后取出二氯甲烷萃取液，用無水硫酸鈉干燥過夜，然后旋蒸濃縮至1mL進行氣質分析。②色譜條件：色譜柱為DB-5MS毛細管色譜柱（30m×0.25 mm×0.25μm）。進樣口溫度：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；進樣方式：分流進樣，分流比30∶1；進樣體積：1.0μl。③質譜條件：離子源：EI源；電離能：70eV；離子源溫度：200℃；傳輸線溫度：280℃；檢測模式：全離子掃描監測，質量掃描范圍：33～400amu；溶劑延遲：5min。

2） 按照《YCT 497-2014卷煙 中式卷煙風格感官評價方法》進行感官評價。

3 結果

3.1 制絲關鍵工藝參數對2-乙?；量?、2-乙酰基呋喃含量的影響

按照表1中調整制絲工藝參數，分別檢測2-乙?；量?、2-乙?；秽暮浚瑢⒍吆康募雍椭禈擞洖椤皥怨?焦甜香”復合香的主要成分結果如表2。

將M4工藝參數組合處理過的樣品作為模型驗證對象，結果如表3。

逐步回歸模型方差分析P均小于等于0.05，且模型輸出與實測值相差不超過5%，說明模型是可靠的。

表2 各樣本工藝參數對2-乙酰基吡咯、2-乙?；秽雍椭档挠绊?/p>

表3 2-乙?；量?、2-乙?；秽雍椭抵鸩交貧w模型驗證結果

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、烘絲熱風風量的P值均小于0.05，說明有顯著影響，工藝參數對2-乙?；量?-乙?；秽雍椭岛康挠绊憦拇蟮叫∫来问牵汉娼z熱風風量、超回蒸汽噴射比例、真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度。說明在制絲加工過程中，類胡蘿卜素降解主要集中在煙葉預處理段，通過真空回潮負壓高溫濕，超回潤葉和潤葉加料的高溫高濕進行轉化分解，烘絲工序對激發堅果和焦甜香也起到重要作用[9]。

表4 2-乙?；量?、2-乙?；秽雍椭抵鸩交貧w系數分析

3.2 制絲關鍵工藝參數對2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃含量加和值影響趨勢分析

從2.1中可知，工藝參數對2-乙酰基吡咯、2-乙?；秽雍椭岛康挠绊憦拇蟮叫∫来问牵撼卣羝麌娚浔壤?、真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度，分別對烘絲熱風風量、超回蒸汽噴射比例、真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度對2-乙?；量?、2-乙酰基呋喃含量加和值的影響做出分析。

在試驗范圍內，隨真空回潮蒸濕溫度的增加，制葉絲純絲中2-乙?；秽?-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢，先下降后升高，如圖1所示。其中，真空回潮蒸濕溫度對大2-乙酰基呋喃和2-乙?；量┖康募雍椭涤绊戁厔葜休^高的主要集中在58～65℃值域段，當溫度大于56℃后，含量出現增加的趨勢，但隨著真空回潮蒸濕溫度的增加類西柏烷的降解會加速，最終在一定程度上增加2-乙酰基呋喃/吡咯相對含量，真空回潮工序可以用于適度增加卷煙堅果香、烤香。

在試驗范圍內，隨真空回潮一周期抽空溫度的增加，制葉絲純絲2-乙?；秽?-乙?；量┖康募雍椭党蕭佄锞€趨勢，先升高后下降，如圖2所示。其中，一周期抽空溫度對2-乙?；秽?-乙酰基吡咯含量的加和值影響趨勢中較高的主要集中在8-10℃值域段，當一周期抽空溫度大于10℃后，其含量出現下降趨勢，隨著一周期抽空溫度升高，低沸點致香成分揮發程度增加，最終導致2-乙酰基呋喃和2-乙酰基吡咯含量的加和值呈下降趨勢。

圖1 蒸濕溫度與2-乙?；量?、2-乙酰基呋喃加和值關系圖

圖2 一周期抽空溫與2-乙酰基吡咯、2-乙?；秽雍椭店P系圖

在試驗范圍內，隨著超回蒸汽噴射比例的增加，制葉絲純絲中2-乙?；秽?-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2-乙?；秽?-乙?；量┖康募雍椭涤绊戄^大的主要集中在5.0～6.5kg/100kg值域段，當蒸汽噴射比例大于6.5 kg/100kg后，含量出現下降趨勢，控制好超回蒸汽噴射比例可以適度增加卷煙的堅果香、烤香。

圖3 超回蒸汽噴射比例與2-乙?；量?-乙?；秽雍椭店P系圖

在試驗范圍內，隨著烘絲熱風風量的增加，制葉絲純絲中2-乙?；秽?-乙?；量┖康募雍椭迪壬撸蠼档停鐖D4所示。其中，烘絲熱風風量對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，當烘絲熱風風量大于2400m3/h后，含量出現下降趨勢，說明較高的烘絲熱風風量會導致低沸點致香成分揮發，最終在一定程度上降低2-乙?；秽?吡咯的含量，在固定烘絲筒壁溫度的基礎上，適度調控烘絲熱風風量可以增加卷煙堅果香、烤香，提升香氣豐富性和豐滿度。

圖4 熱風風量與2-乙?；量?、2-乙酰基呋喃加和值關系圖

3.3 雜環致香成分對卷煙感官質量的影響分析

雜環化合物優雅、獨特的香氣豐富了香氣質，增加了煙草的本香，彰顯堅果香、焦甜香等主體特征[10]。雜環化合物是影響卷煙香氣的重要產物，主要包括吡咯類、呋喃類，主要生成于制絲加工過程中的降解[11]。煙草經過制絲工藝處理后，雜環化合物含量高，則香氣量足，香氣豐富性好，香氣特征明顯，如圖5。

圖5 樣品中雜環致香成分含量與煙氣特性得分關系圖

從圖5中看出，制絲處理過程中堅果香變化與2-乙酰基吡咯、2-乙?；秽雍椭底兓喞睾隙确浅８撸固鹣阕兓喞c2-乙酰基吡咯、2-乙?；秽雍椭递喞嗨?，總體變化規律非常明顯。

4 結論

真空蒸濕溫度、一周期抽空溫度、超回蒸汽噴射比例、烘絲熱風風量是影響純絲中2-乙?；量?-乙?；秽考雍椭档年P鍵工藝參數，在試驗范圍內，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?；量┖康募雍椭党蕭佄锞€趨勢，其中，真空回潮蒸濕溫度對2-乙?；秽?-乙?；量┖康募雍椭涤绊戁厔葜休^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?；秽?-乙?；量┖康募雍椭党蕭佄锞€趨勢，其中，一周期抽空溫度對2-乙?；秽?-乙?；量┖康募雍椭涤绊戄^為顯著的是在8～10℃；純絲中2-乙?；秽?-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，其中，蒸汽噴射比例對2-乙?；秽?-乙?；量┖康募雍椭涤绊戄^大的主要集中在5.0～6.5kg/100kg值域段；隨著烘絲熱風風量的增加，制葉絲純絲中2-乙?；秽?-乙酰基吡咯含量的加和值呈拋物線趨勢，其中，烘絲熱風風量對2-乙?；秽?-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。