气流烘丝工艺参数对烟丝类胡萝卜素降解产物的影响

Effect of Airflow Drying Process Parameters on Carotenoid Degradation Products of Tobacco

摘要: 为研究气流烘丝(RCC)参数对烟丝内在化学成分的影响，本试验采用了均匀设计法，对RCC出口物料含水率、RCC水温、循环风机频率、回风蒸汽流量四个工艺参数进行了试验。结果表明，在实验范围内，增加出口物料含水率和循环风机频率的交互作用，可以提高烟丝类胡萝卜素降解产物总量，提高卷烟的吃味和香气质量。

Abstract: In order to study the influence of airflow drying (RCC) parameters on the internal chemical composition of cut tobacco, the uniform design method was used in this experiment to test the four process parameters of RCC outlet material moisture content, RCC water temperature, circulating fan frequency and return air steam flow. The results showed that in the experimental range, increasing the interaction between the moisture content of the export material and the frequency of the circulating fan can improve the total amount of carotenoid degradation products in tobacco, and improve the taste and aroma quality of cigarettes.

1. 引言

类胡萝卜素是烟草重要的萜烯类化合物之一，有关类胡萝卜素降解产物对烟叶感官质量影响的研究报道较多，杨虹琦 [1] 等发现类胡萝卜素含量较高时烟叶的香气质和香气量较好。烟叶中香味物质很大部分是类胡萝卜素降解产物，在烟叶调制、陈化和燃烧过程中可降解转化，如β-大马酮、巨豆三烯酮类等是重要的致香成分 [2]。

烘丝工序是卷烟加工中的重要工序，每个工序参数的改变都会影响卷烟质量 [3]。目前主流的叶丝干燥设备有气流干燥和滚筒干燥两种类型，各个中烟公司针对各自产品对烟丝干燥工艺进行了大量的试验研究，取得了较多的研究成果 [4]，主要集中于不同的烘丝工艺对于烟叶物理特性、内在化学成分和感官质量等方面的影响；高占勇等 [5] 研究发现，增温增湿设备和烟丝回潮设备的使用，有助于烟丝吸收足够的水分，更好地保留烟丝中的香味物质；杨斌等 [6] 研究表明，HXD工序前后，烟丝碱性香味物质总量以及中性香味成分中的酮类化合物减少，而酸性成分的含量以及中性香味成分中的醇类化合物升高。因此研究烟丝干燥过程中气流烘丝工艺参数对类胡萝卜素降解产物的影响，对提高卷烟香气质量具有重要意义。本试验针对烘丝(RCC)工艺，利用均匀设计法，研究了工艺参数变化对烘后烟丝类胡萝卜素降解产物的影响，旨为工艺参数优化提供理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 材料

河南中烟工业有限责任公司所属的南阳卷烟厂的同一配方的叶组叶丝为原料，根据实际生产工艺条件和实验设计方案，制备卷烟样品共9组烟丝样品，每组50 Kg。

2.2. 方法

2.2.1. 实验设计

选取制叶丝工序的RCC出口物料含水率、RCC水温、循环风机频率、回风蒸汽流量四个工艺参数，对照日常生产工艺参数，按照均匀设计原则设置合适的水平并设计试验方案(表1)。

Table 1. Experiment scheme

表1. 实验设计方案

2.2.2. 取样点与取样方法

根据表1所示各个烘丝工艺条件进行试验，其他参数条件保持不变。在正常运行情况下，从烘丝机出口平行取样5次，2 kg/次，混合均匀后用四分法保留2 kg样品 [7]，用于备用。

测定方法：同时蒸馏萃取法、气相色谱–质谱分析。

前处理采用二氯甲烷溶剂萃取法，经过前处理得到的中性样品分析液用毛细管气相色谱法进行分析。采用美国HP5890II-5972气质联用仪定性。

2.2.3. 数据处理

利用DPS7.05统计软件，分别以气流烘丝工艺参数中的考察因子为自变量，各个测定指标为因变量，建立多元回归方程，其中RCC出口物料含水率、RCC水温、循环风机频率、回风蒸汽流量和类胡萝卜素降解产物总量分别用X₁、X₂、X₃、X₄和Y表示。

3. 结果与分析

3.1. 直观分析

以河南中烟工业有限责任公司所属的南阳卷烟厂叶组配方作为原料，对气流烘丝不同参数设计均匀实验，测定烟丝的类胡萝卜素降解产物总量结果如表2。结果表明，在RCC出口物料含水率为22.5%，RCC水温为60℃，循环放风机频率为45 Hz，回风蒸汽流量为300 kg/h的工艺参数下类胡萝卜素降解产物的总量最高为117.97 (μg/g)；而试验6，在RCC出口物料含水率为23.3%，RCC水温为80℃，循环放风机频率为42 Hz，回风蒸汽流量为300 kg/h的工艺参数下类胡萝卜素降解产物的总量最低为99.67 (μg/g)。

类胡萝卜素是烟草最重要的萜烯类化合物之一，大部分类胡萝卜素降解产物在烟叶中性挥性发香气起到重要作用，很多都是烟草中的重要致香物质 [8]，类胡萝卜素降解产生的香味物质阈值较低，香气质量好，刺激性小，是影响烟叶香气量和香气质的重要组成成分。通过对样品中类胡萝卜素降解产物成分进行测定和分析，结果见表3。其中试验2的样品中的β-大马酮、巨豆三烯酮类的含量最高分别为15.72 (μg/g)、4.54 (μg/g)、22.00 (μg/g)；而试验6样品的β-大马酮、巨豆三烯酮类含量最低；新植二烯含量大小依次为，处理2 > 处理1 > 处理9 > 处理5 > 处理7 > 处理4 > 处理3 > 处理8 > 处理6。

Table 2. Determination results of chemical indexes in RCC uniform experiment

表2. RCC均匀实验化学指标测定结果

Table 3. RCC uniform experiment was used to determine the content of carotenoid degradation products (μg/g)

表3. RCC均匀实验测定类胡萝卜素降解产物成分含量(μg/g)

3.2. 工艺参数与烟丝类胡萝卜素降解产物含量的相关性与回归分析

利用DPS7.05统计软件，分别以气流烘丝工艺参数中的考察因子为自变量，各个测定指标为因变量，建立多元回归方程，其中RCC出口物料含水率、RCC水温、循环风机频率、回风蒸汽流量和类胡萝卜素降解产物总量分别用X₁、X₂、X₃、X₄和Y表示。(X₁-RCC出口物料含水率%；X₂-RCC水温℃；X₃-循环风机频率Hz；X₄-回风蒸汽流量kg/h；X₁ * X₃-RCC出口物料含水率和循环风机频率的交互作用；X₂ * X₄-RCC水温和循环风机频率的交互作用)。

Table 4. Correlation analysis results of carotenoid degradation products in RCC uniform experiment

表4. RCC均匀实验类胡萝卜素降解产物相关性分析结果

由表4可知，通过对试验数据进行相关性分析以及回归分析，得到烟丝的类胡萝卜素降解产物总量和各试验的回归方程：

$\begin{array}{l}Y=3976.63163-332.5387372X_1+1.1597547209X_2+4.818419771X_1\ast X_1-0.012880820450X_2\ast X_2\\ -0.6005794660X_3\ast X_3+2.3297179276X_1\ast X_3+0.0010090893623X_2\ast X_4\end{array}$

由于相关系数为0.9993，F值不显著的概率为P = 0.0349 < 0.05，所以建立的二次方程显著，试验数据拟合良好。

根据结果表明，各个偏回归系数对应t值的试验主次顺序为：X₁ * X₃ > X₃ * X₃ > X₂ * X₂ > X₁ > X₂ * X₄ > X₂ > X₁ * X₁。根据检验P值可知，各偏回归系数都显著，表明建立的模型比较可靠。

4. 小结与讨论

针对河南中烟工业有限责任公司所属的南阳卷烟厂叶组配方作为原料，类胡萝卜素降解产物总量与试验参数间存在显著的二次回归关系，这对于评价气流烘丝工艺对卷烟的香气质量、吃味具有一定的指导作用 [9]。

出口物料含水率和循环风机频率的交互作用是影响类胡萝卜素降解产物总量的主要试验，因此，增加出口物料含水率和循环风机频率的交互作用，可以提高烟丝中类胡萝卜素降解产物的总量。目前评价烤烟质量的关键指标包括烟丝中性香味物质的合理性，且其与感官舒适度的关系也密不可分 [10] [11]，因此气流烘丝参数的改进对提高烟丝类胡萝卜素降解产物的总量具有重要意义，在具体加工生产中可根据所需致香物质的含量设定合适的气流烘丝参数。

NOTES

^*共一作者。

^#通讯作者。