乳酸钾改善卷烟保润性能及烟气品质的研究

【摘要】卷烟保润性能对卷烟的物理特性（如烟丝的水分散失和造碎）、香气和吸食品质等有重要的影响。对于一些空气相对湿度较低的地区，烟丝水分将随烟草贮存时间的增加而逐渐散失，从而导致卷烟加工过程中的造碎以及抽吸过程中干燥感和刺激性的增强。随着人们生活水平的不断提高，人们对卷烟制品的要求也在发生一定的变化，从单纯追求生理上的满足感逐步向追求舒适感和享受感转移。因此，如何增强卷烟保润性能以及提高抽吸舒适度成为人们的首要关注问题。本课题针对我国卷烟低湿环境下水分散失较快、抽吸时烟气干燥的问题，采用添加新型保润剂的方法，在提高其物理保润性能的同时降低了烟气干燥感。主要研究内容及结果如下：烟草物理保润性能的差异不仅表现在不同品种之间，还表现在相同品种不同等级和生长部位之间，但造成这种差异的原因尚未明确，缺乏关于烟草物理结构和化学成分对其物理保润性能影响的系统分析。实验首先建立烟草水分散失动力学方程，从动力学角度确定了烟草物理保润性能的评价指标。并通过分析不同烟草的物理结构和化学成份差异，考察烟草物理化学特性对其物理保润特性的影响。结果表明：有效水分扩散系数（Deff）可作为评价烟草物理保润性能的一个有力指标。烟草在解吸环境中的Deff值高于吸湿环境，且Deff值随环境湿度的增加（RH=33%，43%，75%，83%）呈现先增加后降低的趋势。简单相关性分析结果表明，比孔体积越大越有利于水分散失；果胶、水溶性总糖和水溶性还原糖的含量与有效水分扩散系数呈显著负相关。通过添加保润剂的方法提高烟草的物理保润性能。对多糖类（透明质酸、裂褶菌多糖、壳聚糖和阿拉伯胶）、植物提取物（苹果皮、桔皮、山药、芦根和银耳提取物）以及有机盐（乳酸钾和乳酸钠）三类物质的保湿性分别进行比较，确定3类物质中透明质酸、芦根提取物和乳酸钾具有较高的保湿率。将透明质酸、芦根提取物和乳酸钾加入到烟草中，分析其对烟草物理保润性能的实际影响。结果表明：透明质酸、芦根提取物和乳酸钾均能提高烟草平衡水分，降低有效水分扩散系数，且有效水分扩散系数随其添加量的增加而降低。乳酸钾对烟草物理保润性能的提高最为明显。透明质酸、芦根提取物和乳酸钾对主流烟气中的总粒相物和焦油没有影响，但都不同程度的提高主流烟气中水分含量以及改善卷烟感官舒适度，乳酸钾对主流烟气水分的增加幅度最大，芦根提取物对感官舒适度的改善效果最为明显。乳酸钾能够有效提高卷烟的物理保润性能，可作为新型保润剂应用到烟草中，但同时也对卷烟感官品质产生影响，降低抽吸时的干燥感。为分析乳酸钾对卷烟化学特性的具体影响，分别考察加入不同含量的乳酸钾后，卷烟主流烟气常规、挥发性和半挥发性成分组成以及燃烧行为的变化。结果表明，乳酸钾对卷烟主流烟气中总粒相物、烟碱、焦油、抽吸口数以及挥发性羰基化合物没有影响；但能显著提高水分含量和降低烟气pH。乳酸钾对主流烟气粒相物中不同种类的半挥发性成分表现出不同的作用。乳酸钾促进醇类、内酯、杂环氧化物和酰胺类物质的生成；对醛类、酸类、吡咯和吡嗪类物质的产生具有抑制作用；而对于酮类、酯类、酚类、烃类、吡啶、烟碱、含氮化合物以及半挥发性成分总量，乳酸钾仅在低剂量添加时（0.2%）表现出了抑制作用，当添加量>0.2%时，则对这些物质的生成没有影响。采用TG-FTIR联用技术和扫描电镜分别考察了乳酸钾对卷烟燃烧行为及烟灰形态的影响。结果表明，乳酸钾降低裂解和燃烧阶段的最大热失重速率，并促使燃烧阶段的峰值温度和终点温度向高温区移动。乳酸钾在卷烟燃烧过程中对烟灰形态的改变可能是影响卷烟燃烧的原因之一。针对乳酸钾能显著提高卷烟主流烟气水分这一现象，为探讨乳酸钾影响烟气水分生成的原因，首先明确了卷烟烟气水分生成的影响因素。结果表明：烟草热失重过程主要有4个阶段，水分产生于600℃之前的三个热失重阶段。卷烟燃烧产生的水中，36%-38%是由于烟草自身吸附水在<140℃的低温区挥发；51-54%产生于第二失重阶段140-370℃；6%-12%在370-600℃温度范围内生成。热裂解过程中，烟草成分通过一级反应生成水。在低温区（<370℃）氧气呈现增强自由基效应，促进水分的生成；但在高温区，高浓度氧气（21%O2）则呈现出氧化破坏作用，抑制水分的形成。碳水化合物（葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖）、有机酸（苹果酸、草酸和柠檬酸）和木质素都能通过裂解或燃烧反应生成一定量的水分。其中单糖裂解生成水的产率最高，为烟气水分的主要前体物。在了解卷烟烟气水分的形成机制后，分别考察乳酸钾对烟草在不同温度范围生成水分及烟气水分前体物的影响，并探讨了钾离子和乳酸根离子对卷烟燃烧过程中生成水分所表现的作用。结果显示：乳酸钾通过增加烟草的平衡水分含量、影响烟草的裂解和燃烧状态而提高主流烟气水分含量。乳酸钾提高烟丝平衡水分主要是由于乳酸根和钾离子共同作用；在烟支的燃烧阶段，乳酸根促进烟气水分的产生，而以有机盐形式存在的钾离子起到抑制作用。对于不同的烟气水分前体物，乳酸钾对其反应生成水分的影响作用不同。乳酸钾促进单糖、淀粉和纤维素裂解和燃烧产生水分，对二糖和果胶裂解生成水分没有影响，但能提高其燃烧产生的水分。有机酸在裂解和燃烧阶段生成的水分都不受乳酸钾的影响。乳酸钾能够提高木质素裂解产生的水分含量，但当氧气存在时，乳酸钾阻碍木质素燃烧生成水分。
【作者】殷春燕；
【导师】钟芳；
【作者基本信息】江南大学，食品科学，2014，博士
【关键词】卷烟；物理保润；感官保润；保润剂；烟气水分；热裂解；

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