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烟梗的碱处理


烟草科技/Tobacco Science&Technology

烟草化学/Tobacco Chemistry

2009年第4期(总第261期)

烟梗的碱处理


红1’2,沈光林1,赵谋明2,温东奇1,袁庆钊1,饶国华1
510145

1.广东中烟工业

公司技术中心。广州市中山七路333号

2.华南理工大学轻工与食品学院,广州市五山路381号510641 关键词:烟梗;细胞壁物质;碱处理 摘要:为提高烟梗的可用性,探讨了稀NaOH溶液和稀H:O:溶液处理对烟梗填充值、细胞壁物质和吸 味品质的影响。结果表明,烟梗处理的最佳工艺条件为:于1.O%NaOH和1.0%H:O:溶液中70℃下浸
泡1.5 h。在此条件下处理烟梗的细胞壁物质、木质素、总氮和总糖分别下降12.7l、2.14、1.24和10.28

百分点,含水率增大4.02百分点,填充值增大10.34%,吸味品质明显改善。 中图分类号:T¥49文献标识码:A文章编号:1002—0861(2009)04—0037—04
Alkaline Treatment of Tobacco Stem TAO HONG(1,2),SHEN GUANG—LIN(1),ZHAO

MOU—MING(2),WEN DONG-QI(1),YUAN QING-

ZHAO(1),and RAO GUO-HUA(1)
1.Technology Center,Guangdong Branch of China Tobacco Industry Corporation,Guangzhou 510145。China 2.College of Light Industry and Food Sciences,South China University of

Technology,Guangzhou

510“l。China
Keywords:Tobacco stem;Cell wall substance;Alkaline treatment Abstract:In order to improve the usability of tobacco stem,the effects of treatments with dilute NaOH and H2 02 solution
on

the filling power,cell wall substance and smoking quality of tobacco stem were tested.The

results showed that the optimal treatment conditions were:dipping in solution of 1.0%NaOH and 1.0%H2 02
at

70℃for 1.5 h.under which the

contents

of cell wall substances,lignin,total nitrogen and total sugar in
percentage

treated stem decreased
moisture content

by 12.71,2.14,1.24 and 10.28

points,respectively;while stem’S

and filling power increased by 4.02 percentage points and 10.34%,and its smoking quality

obviously improved.

烟梗是烟草工业的副产物。我国烟草行业一般将 烟梗膨胀后添加到卷烟配方中,然而,由于烟梗的主要 成分是细胞壁物质,约占40%以上,包括纤维素、半纤 维素、果胶和木质素等。这类物质热裂解会产出较多 的低级醛类、儿茶酚、烷基儿茶酚和甲醇…等,严重影 响卷烟的吸味品质,致使膨胀梗丝在卷烟配方中的掺
基金项目:广东中烟工业有限责任公司科技项目“利用生物酶 技术改良烟叶品质的研究”(粤烟工05XM—QK【2008]第020
号)。 作者简介:陶红(1971一),女,博士,副教授,主要从事烟草化学 和食品生物技术研究。E?mail:taohon955@163.tom 收稿日期:2008一10—02 责任编辑:刘立全E?mail:llq@tobaccoinfo.com.cn 电话:037l-67672637

兑比例一般不大,每年仍有大量烟梗被废弃,造成自然 资源的浪费和环境污染旧1。因此,利用物理、化学及 生物技术降解或去除细胞壁物质,改善梗丝质量,对于 提高烟梗的可用性具有重要意义”1。木质纤维原料 的化学处理方法有稀酸‘41、碱‘"、臭氧‘61、有机溶剂‘71 和氧化处理¨’等。酸处理木质素脱除效果差,能耗 大,腐蚀设备;有机溶剂处理存在腐蚀和毒性等问题; 臭氧处理成本昂贵等;故生产中应用较多的是碱处理 和氧化处理。碱处理是利用稀氢氧化钠溶液或氨水溶 解木质原料中的木质素,破坏木质素的结构。其机理 在于OH一能够削弱纤维素和半纤维素之间的氢键,以 及皂化半纤维素和木质素分子之间的酯键。稀NaOH 溶液可引起木质纤维原料润胀,并使其内部表面积增
37

万   方数据

加,聚合度降低,结晶度下降,木质素和碳水化合物之 间化学键断裂,木质素结构受到破坏"。引。目前利用 碱液处理烟草原料的研究较少,仅有英美烟草公司…J 研究了应用碱液处理烟叶和烟草纤维原料生产再造烟 叶,张卫华等¨副应用脲碱处理低次烟叶,改善低次烟 的香气特征。因此,进行了应用稀碱液和过氧化氢处 理烟梗试验,以改善梗丝质量,提高梗丝的可用性。 l材料与方法
1.1

理温度60℃、处理时间l h及其他条件不变的情况下, 分别考察料液比(烟梗质量与NaOH和H:O:混合液 的体积比)为1:8、1:9、l:10、l:12、l:15对细胞壁物质 含量的影响。结果发现,各料液比下处理后的细胞壁 物质含量分别为38.25%、36.59%、31.87%、31.05%、 30.42%。由此可以看出,料液比从1:8增加至1:15, 细胞壁物质的含量降低近8百分点,说明NaOH和 H:O:混合溶液能够在一定程度上降低烟梗细胞壁物 质;在料液比由l:9升至l:10时,细胞壁物质含量下 降幅度最大,而后随着料液比的增大,细胞壁物质含量 的下降幅度变缓。可能是料液比较小时,烟梗与碱液 不能充分接触,影响NaOH和H:O:对纤维素类物质 的作用效果。料液比为1:10时,纤维素、半纤维素与 木质素之间的酯键大多已被碱氧破坏,继续增大料液 比,烟梗可提供的酯键有限,使碱氧作用趋缓,同时碱 液回收及废液处理成本增大,因此,料液比为1:10较 为合理。
2.1.2浸泡时间

材料

NaOH、30%H:O:(AR,广州化学试剂厂);去离子 水;“双喜”牌卷烟配方烟梗丝(广州卷烟二厂提供)。
Eiko 1530

IB-5型离子溅射仪(日本EIKO公司);LEO
CP 225D

VP场发射扫描电镜(德国LEO公司);Memmer

ULE-500烘箱(德国Memmer公司);Sartorius
1.2

电子天平(感量0.0001 g,德国Sartorius公司)。 方法

1.2.1烟梗的处理 将若干份(109/份)梗丝分别在含有0—4%(质量 分数)NaOH溶液和0—3.6%(体积分数)H:O:混合 溶液中,50一90℃下浸泡0.5—3 h,过滤,滤渣用自来 水冲洗2次后,于80℃下烘4—6 h,直至含水率达
1l%一13%。

同理,在料液比为1:10和其他条件不变的情况 下,考察了不同浸泡时间0.5、l、1.5、2、3 h对烟梗细 胞壁物质含量的影响。结果发现,不同时间浸泡后的 细胞壁物质含量分别为35.25%、32.16%、30.47%、 29.75%、28.42%。由此可以看出,随着浸泡时间的延 长,细胞壁物质含量降低。当浸泡时间由0.5 h增加至


1.2.2成分分析、填充值测定与结构观察
采用YC/T 159—2002、161—2002、249—2008和

h时,细胞壁物质含量降幅(3.09百分点)最大,而后

160—2002规定的方法检测烟梗中的总糖、总氮、总蛋 白质和烟碱,文献[13-14]介绍的方法测定总细胞壁物 质、纤维素和木质素,YC/T 163—2003(卷烟膨胀梗丝 填充值的测定》规定的方法测定梗丝填充值。 将烘干的烟梗粉碎,过40目筛。取少量烟梗粉,用 双面胶固定于扫描电镜的样品台上,用离子溅射仪在样 品表面镀上可导电的金膜,用场发射扫描电镜进行观察 拍照。拍照条件为:加速电压:15 kV;放大倍数:1000。 1.2.3样品烟的制备与评吸 将梗丝于恒温(25℃)恒湿(55%)箱中平衡48 h,按18%(质量分数)比例均匀掺入叶丝中,手工卷 制成试验卷烟。评吸前,试验卷烟仍需在恒温恒湿箱 中平衡48 h。由广东中烟工业公司技术中心评吸小组 对试验卷烟进行评吸。
2结果与讨论
2.1 2.1.1

随着浸泡时间的延长降幅逐渐减小,因此选择处理时
间1 h。 2.1.3浸泡温度

同理,在浸泡时间1 h及其他条件不变的情况 下,考察了浸泡温度50、60、70、80、90℃对细胞壁物 质的影响。结果发现,不同温度下浸泡的细胞壁物 质含量分别为37.39%、31.98%、30.45%、31.11%、 30.26%。由此可见,随着浸泡温度的升高,细胞壁物 质含量减少。当浸泡温度由50℃升为60℃时,细胞 壁物质含量急剧下降,其后下降幅度相对平缓。因此, 选择60℃进行碱处理。
2.1.4

NaOH溶液浓度

在H:O:浓度为1%和料液比为l:10、处理温度 60℃及其他条件不变的情况下,考察了NaOH浓度为 0、0.5%、1%、1.5%、2%、3%、4%对烟梗总细胞壁物 质含量的影响。结果发现,对照(未处理烟梗)、不同 浓度的NaOH溶液浸泡烟梗的细胞壁物质含量分
另U为42.86%、39.45%、36.17%、32.75%、31.46%、

处理条件的确定 料液比

取5份梗丝,在H:02和NaOH浓度均为l%、处
38

30.79%、28.68%、26.93%。由此可以看出,与对照相

万   方数据

比,NaOH浓度为0时,细胞壁物质含量降低3.41百分 点,说明H:O:对细胞壁物质也有一定的降低作用,雨 后随着NaOH溶液浓度的提高,细胞壁物质含量的降 低幅度逐渐变小.而当NaOH浓度由0.5%变为l% 时,细胞壁物质含量的降幅(3.42百分点)最大。由于 碱液浓度太高,后续处理过程中消耗的水和能源较大, 同时废液中的高浓度碱对环境的污染严重,因此,选用
l%浓度的碱液。
2.1.5

幅降低烟梗细胞壁物质,而且可有效降低烟梗的总糖, 提高烟梗的含水率。此外,对照梗丝的总糖含量较高, 是因为选用的梗丝是加过料的。
2.3

碱处理后烟梗微观结构和填充值的变化 碱处理前后烟梗的扫描电镜照片见图l。从图l

看出。未经处理的烟梗(图1A)结构致密、上面覆盖有 一个由草本植物蜡质形成的薄层;经过碱处理(图 lB),烟梗表面的蜡质层消失,整体结构仍然较完整, 同时原料表面的纹路更薄,表明木质素被溶解,纤维素 暴露出来。 测试了最佳工艺条件下碱处理后的梗丝、未处理 梗丝和膨胀梗丝的填充值,结果其填充值分别为6.23
(SDo.35)、4.86(SDo.46)和5.89(SDo.49)em’/g。

H202浓度

在NaOH浓度l%和料液比为1:10、浸泡温度 60℃和浸泡时间1 h条件下,分别考察了H:O:浓度为 0、0.3%、0.6%、1.O%、1.6%、2.6%、3.6%对烟梗总 细胞壁物质含量的影响。结果发现,对照、不同浓度的 H:O:溶液浸泡烟梗的细胞壁物质含量分别为 42.86%(对照)、37。59%、36.48%、33.68%、31.87%、 30,49%、29.89%、28.27%。由此可以看出,与对照相 比,H:O:浓度为0时,细胞壁物质含量降低5.27百分 点,说明NaOH对细胞壁物质确有一定的降低作用,而 且比H:0:的略强。当H:O:浓度为1.O%时,细胞壁 物质含量降为31.87%,其后下降缓慢。同时,H:0: 浓度过高,会带给烟梗较强的刺激性气味,并由于 H:0:具有漂白的作用,使烟梗的颜色过浅。因此选择
H,0,浓度为1.0%。

说明碱氧处理具有膨胀作用,其效果达到或略高于膨 胀梗丝。 2.4碱处理对烟梗燃吸品质的影晦 评吸结果(表3)表明:烟梗经碱处理后,其香气、 杂气和协调性得到了较大的改善,木质杂气明显减少, 刺激性较小。无灼喉感觉,品质得到明显提高。
裘1烟梗处理L.(4’)正交试验结果

2.2处理条件的优化 为选择较佳的处理条件,在上述单因素试验的基 础上,以细胞壁物质含量为考核指标,选取NaOH浓 度、处理温度、处理时间和H:O:浓度及其相应的3个 较佳参数水平进行了k(4’)正交试验,结果见表1。 由表1可见,4种因素对细胞壁物质含量的影响依次 为:NaOH浓度>温度>处理时间>H:0:浓度。碱处 理最佳条件为A383C3D2,即1.5%NaOH、1.0%H:0: 在70℃下处理1.5 h。但从实际操作过程的能耗、废 液处理,以及1.O%和1.5%NaOH溶液处理结果差别 不大考虑,确定烟梗的最佳条件为于1.O%NaOH、
1.0%H:02溶液中70't:下浸泡1.5 h,即A282C3D2。

在此条件下处理的烟梗细胞壁物质含量及部分常规化 学成分含量见表2。从表1和表2中的细胞壁物质含 量数据看,在此条件下,烟梗处理后的细胞壁物质含量 并不是最低水平,但考虑到过高浓度的NaOH虽然能 较多地降低细胞壁物质,但同时会给梗丝带来强烈的 灼烧感,因此,选择碱处理的工艺条件为A:B:C,D:。 在此条件下处理烟梗的细胞壁物质、木质素、总氮和总 糖分别下降12.7l、2.14、1.24和lO.28百分点,同时 烟梗含水率增大4.02百分点,说明碱氧处理不仅可大
39

衰2烟梗碱处理前后组成成分含量变化

(%)

万   方数据

A:对照

B:碱处理I.5



图1烟梗经不同处理的SEM圈(x1000) 表3碱处理和未处理烟梗的评吸结果

洼:对照为未处理梗丝。

[7】孙健。陈砺,王红林.纤维素原料生产燃料酒精的技术现


结论

状[J】.可再生能源,2003(6):529. [8]
Nathan M,Charles

碱氧处理既可提高烟梗的填充值,又可明显降低 烟梗的木质纤维索含量和木质气、刺激性,改善烟梗的 香气特征,提高烟梗的使用价值。然而,本实验仅是提 高烟梗可用性的初步研究,要应用于生产尚存在许多 需要解决的问题,譬如中试、规模化生产,H:O:是否污 染生产环境。废液处理等都是需要深入研究的问题。

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万   方数据


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