随着世界控烟力度逐渐加强,烟草制品正面临政策、消费、市场等多重考验。卷烟生产过程中不仅要考虑吸烟者的满足感和舒适度,还要保证烟草产品的安全性,这就要求把好从烟叶到卷烟生产过程每个环节的质量关。文章对影响卷烟内在品质的主要因素及检测新技术进行综述,旨在为烟叶育种和烟草制品加工过程中的技术监督提供理论支撑。
烟叶的化学成分复杂繁多,各种成分对烟草的生长及烟叶品质的形成有着及其复杂的作用,其含量随原产地及烟叶部位的不同而有差异,其中影响其内在品质的主要成分有可溶性糖类、微量元素及重金属元素、纤维素、亚硝胺等,对这些主要化学物质建立准确可靠的分析检测方法可为卷烟内在品质的衡量提供数据支撑。
烟草中的糖类物质与烟草的香味特征、口感和焦油生成量有密切的关系[1]。一方面,糖类经过高温热解时形成酮类、醛类、吡啶等各种香气物质,可以很好地掩盖其他杂气;另一方面,卷烟燃烧过程中,糖类分解产生的酸性物质恰好能中和烟气中的碱性物质,降低刺激性[2]。在一定范围内,水溶性糖含量越高的烟叶越富有弹性,品质越好,但糖含量过高,会使卷烟燃烧不充分,劲头和强度减弱,产生的焦油量和CO含量增加,影响卷烟的内在品质[3]。因此,建立烟叶糖含量的测定方法对提高卷烟内在品质具有重要的理论和实践意义。
原先主要采用层析法、色谱法进行混合糖含量的初步测定,但这些方法分辨率较低、选择性较差,不适用于烟草生产过程中的精细分析。气相色谱法对糖类物质的分离测定具有较好的选择性,但由于有些糖类物质沸点较高,难以气化,在气相色谱分析前,往往需要衍生成可气化的物质过程,这一过程难以避免衍生物的不稳定性带来的测定结果的不准确[4]。液相色谱-质谱联用法(HPLC-MS)也可用于对糖类物质的测定,配合电喷雾离子化技术使用,糖类物质痕量分析速度快,但检测的灵敏度远远高于烟草制品中可溶性糖的检测要求,往往需要对样品进行较大程度的稀释[5,6],影响检测的准确性。
近几年使用较多的测定方法是离子色谱法和高效液相色谱法,饶巍等[3]探究了用离子色谱法同时测定烟草及烟草制品中的四种水溶性糖,结果表明该方法安全可靠。蒋佳芮等[7]采用超高效液相色谱-串联质谱法简便、快捷的测定卷烟中的四种可溶性糖。结果表明,高效液相色谱法测糖稳定性高、重复性好,能够满足生产过程的分析要求[8]。黄菲等[9]建立了高效液相色谱/示差折光检测器测定烟草和烟草制品中的葡萄糖、果糖和蔗糖,该方法对样品的前处理简单,可操作性强,使用超纯水作为流动相,避免了有机溶剂对环境造成的威胁,正大力推广于烟草制品糖类物质的分析检测中。
微量元素和重金属元素在烟草内的含量一般在几十ng/g到几百μg/g之间,虽然含量极低,但却是烟叶的重要组成部分,也是影响烟叶安全性的重要因素。一些重金属元素,如铜、铁、锌等有利于叶绿素的分布与固定,能增强植株抵抗病虫害的能力[10],但汞、铅、铬、镉、砷等重金属元素容易通过吸烟过程进入人体,久而久之,对健康构成威胁[11]。所以建立快速准确的重金属的检测方法,是我国烟草行业关注的焦点。
测定微量元素和重金属常用的测定方法有分光光度法、原子光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。刘贤杰[12]等采用电感耦合等离子体质谱法测定烟草中的铅含量,结果准确可靠。孙雨安[13]等利用原子吸收光谱法和火焰光度法分别测定了88个烟草样品中钠、钾、锰、锌、铁的含量,结果表明不同测定方法和不同分析方法所得结果有明显差异。见于各种方法测定结果缺乏可比性,许多研究正致力于开发统一、简便、快速的标准检测方法,何杰[14]在已有研究的基础上,利用微波消解、电感耦合、质谱法同时测定烟草制品中的多种元素,建立了一套进出口烟叶及烟草制品重金属检测技术,该法测定结果准确性好、精密度高,有望为烟草生产过程中质量控制提供技术支撑。
烟叶中适量的纤维素可以使燃烧持火力增强,但如果纤维素含量过高,烟叶组织粗糙易碎,且会增加烟气的刺激性,甚至产生浓烈的烧纸气味[15]。在烟叶的加工过程中,纤维素大分子晶型结构及原纤尺寸的变化等因素对于烟叶的润胀吸湿性能和柔韧性等品质都有重要的影响[16],因此准确测定纤维素含量及微观结构对于挑选合格的烟叶具有重要意义。
烟叶中纤维素测定的传统方法是采用中性洗涤剂和酸性洗涤剂分别溶解烟草中的非细胞壁物质,并经过滤、洗涤、干燥等步骤得到洗涤纤维及木质素的含量,进而换算得到纤维素的含量,该方法步骤冗长,工作量大。冯广林[17]等人采用交叉极化结合魔角旋转13C核磁共振(CP/MAS13CNMR)技术研究了国产烤烟烟叶和烟梗不同品种不同部位纤维素晶体的晶型分布及比例、纤维素的结晶度及尺寸等结构信息,能准确地分析纤维大分子排列的有序情况,为烟草加工和烟梗处理提供理论依据。
烟草生长过程中射入的含氮物质,易在植物体内转化成亚硝胺,烟草中特有的亚硝胺是烟草和卷烟烟气中特有的具有强烈致癌作用的有害成分,筛选低亚硝胺含量的烟叶是烟草制品降焦减害的有效途径。研究表明,前体物的含量、烟草的基因型、烟叶采收调制方式和时间等都是影响烟叶亚硝胺含量的主要原因[18],有效检测烟叶中的亚硝胺含量可为选育优良品种和优化调制方式提供理论依据。
余义文等[19]采用萃取分离、富集和纯化、液相色谱-质谱串联法(LC-MS/MS)研究了不同品种烟草间亚硝胺含量的差异,结果表明,该方法综合了液相色谱对难挥发、热不稳定、极性较强的化合物的分离优势和串联质谱较强大的定性定量能力,操作简单,灵敏度高,重现性好,是检测烟草中亚硝胺含量的可靠方法。
随着科技的进步及科学研究的跟进,更多烟草成分对卷烟内在品质影响方面的研究正在进行,分析检测的技术也朝着简便化、精确化、快速化发展,旨在为烟草制品的生产提供更有力的技术保障,服务于高质量的卷烟生产过程。除了烟叶自身的化学成分对卷烟内在品质有影响外,烟草加工过程也会影响卷烟的内在品质。
经检测合格的烟叶通过一系列加工才能得到合格的烟丝,制丝过程是烟丝内在质量把控的关键环节。从烟叶到烟丝的制丝工艺具体包括:切片、松散回潮、润叶加料、切丝、增湿膨胀、烘丝、掺配加香等过程。其中的每个环节都有其特定的工艺任务,整个制丝过程有两个很重要的参数衡量烟丝产品的好坏,分别是烟丝的含水率和填充值。
烟丝的含水率是制丝环节极其重要的参数,在烟叶的回潮膨胀、加香加料等工艺过程中,烟叶中的亲水性胶体物质和水溶性晶体物质使烟叶或烟丝含有一定的水分,其含水率的大小会直接影响卷烟加工过程中致香物质的形成、储存运输的安全性、生产过程的耐加工性、燃烧时有害成分的释放量等。尤其会影响卷烟抽吸时的感官舒适度,烟丝成品含水率偏低,则烟气浓,劲头大,透发性好,刺激性和粗糙感强,烟丝成品含水率偏高,烟气柔和、细腻,烟气浓度及烟香下降,因此,只有保证烟丝适宜的含水率,才能确保卷烟的内在质量。
制丝生产过程中,每道工序的进出口均设有现场水分检测仪,对加工过程中的烟丝进行时时监控,再配合人工取样分析,来确保烟丝的含水率符合工艺标准。现场的水分在线检测最常用的是红外水分仪,石英卤素灯发射的光束,经聚焦透镜和平面镜反射后,投射到滤光片上,滤光片在电动机的驱动下转动,将光束变成两种光束,一种是能被水分子强烈吸收而不被烟丝及其他物料吸收的测量光波,另一种是不被水分子、烟丝及其他物质吸收的参考光波,由于测量光脉冲的能量被水分子强烈吸收,测量光脉冲反射光脉冲能量小,参考光脉冲的反射脉冲能量大,光电传感器将两种反射光脉冲转换成电信号,输送给放大器电路放大后,传递给处理器,经过计算、识别等处理后,在显示器上显示出烟草物料的水分值。人工取样检测法是在每个批次进行随机取样,称取电烘箱干燥前后样品的质量,计算得出烟丝的含水率,与现场红外水分检测仪的结果进行比对,从而确保烟丝含水率的工艺符合性。
烟丝的填充值也是制丝过程中的重要参数,定义为单位重量的一定含水率的烟丝在一定压力下,经过一段时间后所保持的体积,用比容表示,单位为cm3/g。提高烟丝的填充能力不仅可以降低卷烟单箱耗丝量,还可以增强烟丝的燃烧性能,使燃烧产生的焦油量和CO等有害物质含量降低。采用烟丝填充值测定仪可方便、快速、准确的测定烟丝的填充值。
吸烟对健康的影响是目前国际上非常关注的安全性问题,烟草制品生产过程中的管理与监控,是卷烟生产的重要内容。提升卷烟的内在品质是降焦减害的重要举措,明确烟叶的化学成分对卷烟内在品质的影响,建立切实可行、准确无误的分析检测手段为烟苗培育、烟叶调制、卷烟生产等过程的质量监督提供技术支撑。烟叶制丝过程中的各工序对卷烟的内在质量也具有重要的影响,要求严格按照工艺标准进行生产,确保成品烟丝的含水率和填充值在最佳范围。传统卷烟的市场正受新型烟草制品的冲击,卷烟的生产也面临调结构、去库存的挑战,在降本增效的关键时期,唯有把好质量关,才能实现卷烟畅销的新局面。
摘要：随着科技的发展和人们生活品质的进步,吸烟与健康问题越来越受到重视,卷烟内在质量的把控不仅要考虑满足感和舒适度,还要确保其安全性。文章综述了烟叶的化学成分,包括水溶性糖类、微量元素及重金属元素、纤维素、亚硝胺对卷烟内在品质的影响及其检测技术,总结了制丝工艺过程中的含水率和填充值对卷烟内在品质的影响,为烟苗培育、烟叶调制、卷烟生产等过程的质量监督提供技术支撑。
关键词：卷烟,内在品质,影响因素,检测技术
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