高频加热对片烟主要化学成分变化影响分析.pdf

第38 卷第3期2023年7 月文章编号：2 0 9 6-4 7 4 9(2 0 2 3)0 3-0 38 5-0 6引文格式：迟建国，刘杰，刘勇，雷登文，李俊，刘嫣红.高频加热对片烟主要化学成分变化影响分析J.林业与生态科学，2023,38(3):385390.CHI Jianguo,LIU Jie,LIU Yong,LEI Dengwen,LI Jun,LIU Yanhong.Impact analysis of high-frequency heating onchanges in the principal chemical composition of flue-cured tobaccoLJJ.Forestry and Ecological Sciences,2023,38(3):385-390.林业与生态科学FORESTRY ANDECOLOGICAL SCIENCESDOI:10.13320/ki.hjfor.2023.0048Vol.38 No.3Jul.2 0 2 3高频加热对片烟主要化学成分变化影响分析迟建国1，刘杰1，刘勇1，雷登文,李俊,刘嫣红（1山东烟叶复烤有限公司诸城复烤厂，山东潍坊2 6 2 2 0 0；2 中国农业大学工学院，北京10 0 0 8 3；3北京五洲木国际实业有限公司，北京10 2 10 1)摘要：高频加热辅以真空处理可快速有效脱除受潮片烟中的多余水分，实现防霉养护处理。为探究高频加热防霉处理过程对片烟化学成分的影响，对处理前后片烟的主要化学成分进行了对比分析。结果表明：高频加热处理会使片烟中的氮碱类物质和钾的含量下降，在烟叶温度升至5 0 后更为显著，可调节片烟的氮碱比趋近于1，使得化学成分之间更加协调，钾含量的下降影响烟叶的燃烧特性和吸食口感。采用高频加热辅以真空对片烟进行防霉养护处理后的烟叶糖类物质含量的变化幅度为0.3%左右，两糖比变化幅度小于0.0 0 5，糖碱比、两糖比变化幅度小于1.1,氯含量变化幅度为0.2%以内；烟叶的pH值基本不受高频加热影响。综上所述，设定片烟防霉养护处理最高温度在4 5 时，处理后的片烟主要化学成分变化较小，对烟叶的品质影响较小。关键词：高频加热；防霉养护；片烟品质；成分比例中图分类号：S572Impact analysis of high-frequency heating on changes in the principalchemical composition of flue-cured tobaccoCHI Jianguo,LIU Jie,LIU Yong,LEI Dengwen,LI Jun,LIU Yanhong?(1 Zhucheng Reroasting Factory,Shandong Tobacco Leaf Redrying Co.,Ltd.,Weifang 262200,China;2 College of Engineering,China Agriculture University,Beijing 100083,China;3 Beijing Wuzhou Wood International Industry Co.,Ltd.,Beijing 10210l,China)Abstract:Combination of high-frequency heating and vacuum treatment could efficiently andrapidly remove excess moisture from damp tobacco,achieving mold prevention and preserva-tion.In order to investigate the impact of high-frequency heating mold prevention treatmenton the chemical composition of flue-cured tobacco,a comparative analysis of the main chemi-cal components of flue-cured tobacco before and after treatment was conducted.The resultsindicated that high-frequency heating treatment leaded to a reduction in the content of nitro-gen alkaloids and potassium in tobacco.This reduction became more significant as the tem文献标志码：A收稿日期：2 0 2 3-0 4-19基金项目：山东烟叶复烤有限公司科技项目计划鲁烟烤（2 0 2 1)32 号。第一作者：迟建国（19 7 0-），男，山东蓬莱人，硕士，高级工程师，研究方向为食品工程发酵。通信作者：刘嫣红（19 7 6-），女，山东文登人，博士，教授，研究方向为农业产品加工工程。386perature of tobacco reached 50 C,and the nitrogen alkaloid ratio could be adjusted to ap-proach l,thus making the chemical components more coordinated.The decrease in potassi-um content affected the burning characteristics and smoking taste of tobacco leaves.The var-iation in sugar content of tobacco after high-frequency heating combined with vacuum moldprevention treatment was around o.3%,with a variation in the ratio of two sugars less than0.005,and a variation in sugar-alkaloid ratio and two-sugar ratio less than 1.1.The varia-tion of chlorine content was less than 0.2%.The pH value of tobacco was not significantlyaffected by high-frequency heating.In summary,setting the highest temperature for moldprevention treatment of tobacco at 45 C results in minimal chemical variation and minimalimpact on the quality of flue-cured tobacco.Keywords:high-frequency heating;anti-mold maintenance;tobacco quality;composition ratio我国烟草企业为去除打叶复烤后片烟中的青杂、刺激性气味，增加香味物质以改善片烟的吸味、吃味，改善烟叶质量结构，提升烟叶可用性，需要将烟叶放置在温湿度相对恒定的库房中进行仓储醇化1-2 。烟叶在仓储醇化和转运过程中常受到仓储库所在地域气候环境影响，如梅雨季节的高温高湿等因素会导致部分片烟吸湿受潮，发生霉变，进而腐烂变质造成经济损失3。为解决这一问题，在实际生产中烟草仓储企业常通过严格控制人库片烟的含水率、仓储库强制对流通风来尽可能降低霉变，严重时则需辅以倒库、在烟箱外部套塑料袋、降氧气调等手段，在一定程度上降低烟叶受潮发霉的损失，但无法完全避免4 。烟叶因受潮发霉腐烂给企业造成大量的损失，同时也在一定程度上影响了烟叶醇化品质。根据烟草行业企业生产实际需要，根据仓储片烟发生霉变特点和影响要素，从控制影响烟叶霉菌滋生繁殖必要条件一一烟叶含水率入手，进行仓储片烟防霉养护处理试验研究，利用高频加热技术辅以真空处理脱水可有效脱除仓储片烟因环境影响受潮吸收的可能会导致烟叶霉变的水分，防止烟叶发生霉变。采用高频加热一真空脱水技术可有效脱除烟叶中可能会导致霉变的水分，但处理过程中需对烟叶进行加热，可能会对烟叶品质造成一定程度影响。目前国内外对高频加热影响物料品质的研究主要集中于木材和果蔬的干燥、食品和乳制品的杀菌以及肉制品的解冻领域。刘倩倩将高频加热技术应用于精米的虫害防治领域，发现在5 0 5 4 下高频热处理6 2 6 min后，对精米的蛋白质含量、颜色、脂肪以及破损率没有显著影响5 。冉昕立通过高频联合干燥技术制备鸡肉粉，与微波一真空联合干燥技术、真空干燥技术相比，所得产品的蛋白质含量最为丰富，且对蛋白质二级结构组成的影响较小；与市林业与生态科学售的鸡肉粉相比，高频热处理后贮藏期内色泽、品质稳定性较好，总体感官评分最高。于殿宇等研究发现高频热处理后的米糠脂肪酶相对活性增加，酸值降低，因此储藏稳定性提高，且增加了米糠蛋白的应用功能7。张聪男等利用高频加热技术对鲜湿糙米米线2 0 min的杀菌处理后，米线在贮藏期间的pH值及蒸煮品质的变化将被延缓，但高强度下的高频处理将造成水分流失、褐变、硬度增加、断条率上升等负面影响8 。微波加热原理与高频技术相同，但其频率更高，这项技术在片烟热处理领域已有一定研究。宋纪真等采用10 30 kW的微波对复烤线（片烟流量为8 0 0 kg/h）上的片烟辐照处理，可杀死各虫态的烟草甲，结果表明微波功率对片烟的吸食品质无不良影响，随着微波功率的增加，香气质、香气量基本没有变化，同时刺激性有一定的改善 。孔臻等将微波技术应用于片烟松散处理后，松散率平均为9 4.2 6%，大片率和破碎率均有所改善，同时处理过程对常规化学成分及片烟感官质量无显著影响10 。综上分析，高频加热对物料品质的影响主要集中于热效应，其影响程度与处理周期、高频功率相关。与高频原理相似的微波技术在杀虫、松散处理时周期极短，对片烟品质影响不显著。高频防霉养护处理过程通常需要2 0 4 0 min，为保证后续仓储醇化环节的接续进行，有必要分析高频加热过程对片烟化学品质的影响规律，为利用高频加热技术进行仓储片烟防霉养护应用提供依据。1材料与方法1.1试验材料试验所用片烟来自山东诸城复烤厂片烟醇化储存仓库，选择库中受环境影响（春末夏初7 月底8 月第38 卷第3期初，气候快速升温、湿度大幅增加，梅雨季节来临)导致箱内烟叶局部受潮的片烟（含包装纸箱），每箱片烟重约2 2 0 kg，烟箱尺寸为1136 mm725mmX720mm（长X宽X高），经含水率采样检测，底部受潮区域含水率为13%左右，中心部位为11%12%。1.2试验设备高频加热设备如图1所示，设备由高频发生器（高频电源）、真空泵组、加热及真空处理罐体、监测控制系统、物料运载等部分组成，具体参数为：高频频率4 MHz，装机功率30 kW，极限真空度0.0 0 9MPa，单批次处理量14 箱片烟。图1片烟高频防霉养护处理试验机Figure 1 High-frequency anti-mold maintenance treatmentmachine for flue-cured tobacco试验中使用的卤素水分测定仪型号为HB43-S型（METTLERTOLEDO，瑞典），测量精度：0.01%；称量量程：0.1 5 4 g；干燥温度范围：5 0 200；升温程序：标准、快速LP16可选。1.3片烟防霉养护试验方法将准备好的片烟烟箱按试验编号，在每一试验批次的烟箱顶部、中心、底部3个位置各选3点分别取样（处理前烟叶化学成分检测用)后，封好烟箱置于试验机运料车上送人加热真空处理罐体中，在预定位置安放光导纤维温度传感器，封闭加热真空处理罐体密封门，按试验方案预设工艺设定设备运行工艺参数，启动设备进行加热脱水处理。试验中的高频加热处理温度分别为4 0、4 5、5 0，真空处理的真空度阶梯设定为0.0 2 5 0.0 0 9 MPa。每批次处理结束后打开罐体密封门，取出处理后的片烟烟箱，摘除温度传感器，再次在同一箱体处理前的采样位置取样（用于处理后烟叶化学成分检测）。具体流程如图2 所示。迟建国，等.高频加热对片烟主要化学成分变化影响分析装料并根据受潮情况设定处理参数杏启动高频加热设定第一阶段真空度达到预设温度图2 高频防霉养护处理流程Figure 2 Treatment process of high-frequencyanti-mold maintenance1.4片烟品质测定方法片烟防霉养护处理试验前后采样的烟叶，采用连续流动法测定其总氮、钾、氯、总糖、还原糖等主要化学成分11；采用快速水分仪测定处理前后烟叶的水分含量，以确保防霉养护处理达到预期标准。2结果与分析2.1高频加热对氮碱类物质的影响高频加热处理对片烟中氮碱类物质含量的影响见图3。3.02.52.0%/1.51.00.50.0烟碱-处理前：口烟碱-处理后；图总氮-处理前；口总氮-处理后图3高频热处理对片烟氮碱类物质的影响Figure 3Effect of high-frequency heat treatmenton nitrogen and alkali substances in tobacco387片烟出库取样&判断受潮情况40温度/Temperature设定养护处理第二阶段真空度保持设定时间以确保达到养护效果是恢复常压&卸料取样分析片烟入库4550388氮碱类物质的含量是衡量片烟品质的重要指标之一。其中，烟碱(尼古丁)是香烟中的组成成分，总氮则以含氮化合物的形式影响着烟气的酸碱度和片烟的吸食品质，过量的含氮化合物会增加烟气刺激性，影响吸食口感1.12 。由图3可知，高频热处理对氮碱类物质含量的影响较小，目标温度设定为4 0 时养护处理前后氮碱类物质含量基本不变，随着温度升高后含量浮动较大，氮碱类化合物含量下降的主要原因在于部分挥发性含氮化合物分解为氨并逸散至空气中，随着温度的升高分解速率和分解强度将逐渐提高。但是，在试验所选温度范围内处理后片烟的氮碱类物质含量均符合仓储醇化标准。根据结果分析片烟中氮碱比的变化规律见表1。表1高频热处理对片烟氮碱比的影响Table 1 Effect of high frequency heat treatment onthe nitrogen to alkali ratio in tobacco目标温度/Target temperature404550氮碱比是以含氮化合物为基准、评价片烟仓储醇化过程中化学成分协调性的重要指标，生产及研究认为：氮碱比在1左右为宜1。由于高频热处理影响了片烟中氮碱类物质的含量，因此氮碱比随之变化。结合表1可知：4 0、4 5 处理温度下，氮碱比均轻微下降并趋近于1,表明在养护过程中氮碱类物质的比例更加协调，有利于进一步的仓储醇化；但当处理温度达到5 0 时，氮碱比在处理后升高，结合烟碱和总氮的变化趋势分析，在总氮含量基本不变的前提下，片烟温度升高及腔体压力下降时碱类物质的分解导致了这一现象13。Table 2 Effect of high-frequency heat treatment on the coordination of sugar components in tobacco目标温度/处理后Target temperatureIndicators40两糖比糖碱比糖氮比45两糖比糖碱比糖氮比50两糖比糖碱比糖氮比林业与生态科学2.2高高频加热对糖类物质的影响高频加热处理对糖类物质含量的影响见图4。40353025%/联20151050总糖-处理前：口总糖-处理后；图还原糖-处理前；口还原糖-处理后图4 高频热处理对片烟糖类物质的影响Figure 4 Effect of high-frequency heat treatmenton sugar substances in tobacco处理前处理后Before treatment Aftertreatment1.0310.1411.0040.1041.1750.1491.1620.1331.0960.0511.1420.048表2 高频热处理对片烟中糖类成分协调性的影响指标Before treatment0.9510.03213.7234.38513.0862.7180.9390.03219.7154.60616.5902.3750.9330.01912.3730.75511.3030.766第38 卷4045温度/Temperature糖类物质是烟草中香气成分的基本组成物质，可与片烟中其他化学物质相互协调，以提高吸食风味、改善香气量14 。香烟在燃烧过程中糖类物质受热分解得到的酸性物质可与烟草本身的碱性物质中和,该过程是决定烟气醇和度的主要因素15 。相关研究表明：糖类物质含量的变化主要与多糖水解、美拉德反应有关，但需要一定的温度及处理时间，且美拉德反应在酸性条件下会受到一定程度抑制16 。试验结果表明：由于养护过程中处理时间较短（全程204 0 m in），且所设定的养护处理温度较低，加之片烟本身呈弱酸性，因此高频热处理后片烟内总糖和还原糖含量与处理前相持平。如图4 所示，尽管处理后总糖、还原糖略有上升，但变化幅度仅为0.3%左右，满足后续片烟仓储醇化的相关要求。根据结果分析糖类成分协调性的变化规律见表2。处理前50After treatment0.9510.02213.9753.61913.7522.2520.9340.03220.8145.03317.7052.9930.9340.01513.1091.29011.4750.926第3期两糖比（还原糖/总糖）、糖碱比及糖氮比可用于表征复烤片烟中糖类成分的协调性，是片烟在醇化过程中品质优化的重要指标。例如：糖碱比过高使得吸味平淡、香气不足、劲头过小，糖碱比过低则吃味不醇和、刺激性大、劲头过足，因此上述指标均可一定程度上反应烟叶的吸味品质17 。结合表2 可知：高频热处理前后两糖比变化在0.0 0 5 以内，糖碱比、糖氮比变化则在1.1以内，对储藏片烟本身化学成分的协调性影响较小，进一步表明高频养护处理适用于仓储醇化过程中的片烟。2.3高频加热对钾、氯含量的影响高频加热处理对钾、氯含量的影响见图5。0.2。0.0A%/邮-0.1-0.4-0.600.20.10.0%/瓷-0.1-0.2-0.30图5 高频热处理前后片烟钾(a)、氯(b)含量的变化趋势Figure 5 Trends in potassium(a)and chloride(b)contentsin tobacco before and after high-frequency heat treatment烤烟中钾含量的提高可提升烟草燃烧性能、降低烟叶燃烧温度，从而减少烟气中总粒相物、焦油量、CO等物质的含量，降低对人体的危害，同时有利于提升香气、吃味18 1。目前世界优质烟叶含钾量高达4%6%，我国烟叶含钾量较低，普遍在1.5%迟建国，等.高频加热对片烟主要化学成分变化影响分析。口。口口口口口口口24Treatment group口5 0;045;(a)口口。-2口5 0;3892.0%之间。氯元素则直接影响香烟的燃烧特性，氯含量过低会导致成丝率低、色泽浅、香气及吃味差等问题；烟叶中氯含量通常在0.3%0.8%之间17 。由图5 可知，图中各点表征了在3个处理温度下每批次处理前后片烟中钾、氯含量的变化值，分析结果可知：处理温度在4 0、4 5 时，钾含量的变化基本稳定在士0.2%之间，随着处理温度升高至5 0时，各处理批次下钾含量均呈现下降趋势，表明温度过高不利于片烟内部钾的保留，鉴于我国烟叶含钾量低于世界优质烟叶，高频养护处理时在保证处理效率的同时应尽可能降低处理温度，以保护片烟中的钾含量；氯含量的波动则基本稳定在土0.2%之间，表明高频热处理基本不会影响片烟中氯的含量。综合上述分析，除5 0 时各批次中钾含量均出现下降外，其余条件下的高频热处理对片烟中钾、氯含量影响幅度较小，处理后片烟的钾、氯含量满足仓储醇化要求。口口口68处理组别440口-46处理组别Treatmentgroup045;(b)2.4高频加热对pH值的影响高频加热处理对pH值的影响见图6。10128104400.08上0.060.04口0.02。E_0.00-0.02-0.04-0.06-0.08-0.100图6 高频热处理前后片烟pH值的变化趋势12Figure 6Trends in pH of tobacco before andafter high-frequency heat treatment片烟中的pH值是反映仓储醇化过程中酸碱平衡的重要指标，可用于评价复烤片烟醇化的品质19 。另有研究表明：pH值与烟叶的感官评吸时的烟气特性存在相关关系2 0 。片烟pH值的变化一方面来自于蛋白质等各类含氮化合物在微生物分泌的水解酶或氧化酶的分解作用下转化为酸性物质;另一方面来自于一些与有机酸呈结合态的阳离子或分类化合物解离导致游离态酸性物质增加有关，但上述过程均发生在仓储醇化过程中，即反应周期较为漫长。由于高频防霉养护处理周期较短，对口。口口0 424处理组别Treatment group口5 0;045；40口口口。6口。810口12390片烟pH值的影响幅度较小（图6），基本稳定在士0.08之间，因此将高频加热技术应用于片烟的防霉养护处理过程中时可以忽略对pH值的影响。3结论仓储片烟醇化是为了调节片烟内部的化学成分比例，以获得均衡的燃烧特性、吸食特性及品质，因此应用高频加热技术实现片烟防霉养护处理过程中有必要探究加热处理对片烟部分化学指标的影响。研究试验表明：片烟加热脱水处理过程中，氮碱类物质含量在加热温度至4 0 时基本不受影响，温继续升高后出现下降；4 0、4 5 下氮碱比趋近于1，片烟内部氮碱类物质的比例趋于更加协调。片烟加热脱水处理过程中，所含糖类物质中总糖和还原糖含量变化幅度均为0.3%左右，烟碱在温度较高时略有分解，糖碱比、两糖比变化较小。片烟加热脱水处理过程中，在温度达到5 0 时钾含量出现下降，氯含量所受影响较小。片烟加热脱水处理过程中的pH值基本不受高频加热处理的影响。综上，使用高频加热对仓储片烟进行防霉养护处理过程中，控制防霉养护处理和处理周期在科学合理的范围之间时，处理前后片烟各主要化学成分除氮碱类及钾的含量在较高温度下受影响相对较大外，其他物质含量相对稳定，符合片烟后续的仓储醇化技术规范要求，因此高频加热技术可用于片烟的防霉养护处理。参考文献：1杨欣玲，杨永锋，张俊岭，等.气调贮存技术对片烟醇化质量的影响J.河南农业科学，2 0 17，4 6（10）：15 3-15 9.2张恩仁.密封和降氧仓贮对不同产地醇化烟叶颜色及多酚的影响D.长沙：湖南农业大学.3黎为国.复烤片烟地下洞库储藏管理J.北京农业（下旬刊），林业与生态科学2013(S5):213.4 黄磊，战磊，陈越立，等.充氮气调时不同氧浓度醇化对片烟品质和化学成分的影响J.贵州农业科学，2 0 2 2,5 0（1）：10 4-111.5刘倩倩.精米的射频杀虫工艺及其品质变化研究D.杨凌：西北农林科技大学.6 冉昕立.射频联合干燥鸡肉粉干燥特性与品质研究D.无锡：江南大学.7于殿宇，郝凯越，程杰，等.射频处理提高米糠稳定性及其对品质的影响J.食品科学，2 0 2 0，4 1（2 0）：2 0-2 6.8张聪男，王康，陈正行，等.射频处理对鲜湿糙米米线品质及贮藏稳定性的影响J.中国食品学报，2 0 2 0，2 0（11)：19 3-2 0 0.9奚家勤，宋纪真，尹启生，等.微波对烟草甲的杀虫效果J.烟草科技，2 0 0 7,4 0(11)：7 0-7 3.10孔臻，于录，张大波，等.连续式片烟微波松散设备的应用效果J.烟草科技，2 0 0 8,4 1(0 9)：5-7,16.11国家烟草专卖局.烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法：YC/T159-2019ST.北京：中国标准出版社，2 0 19.12董二慧，谭红，包娜，等.我国烟叶中烟碱的研究现状J.广州化工，2 0 12,4 0(15）：33-35.13赵喆，侯冰清，岳恒，等.真空回潮工序不同参数对卷烟化学成分及危害性的影响J.江西农业学报，2 0 16，2 8（5）：5 1-5 4.14刘国顺.国内外烟叶质量差距分析和提高烟叶质量技术途径探讨.中国烟草学报，2 0 0 3，9（B11）：5 4-5 8.15韩富根.烟草化学M.2版.北京：中国农业出版社，2 0 10.16张翼鹏，段焰青，张晓燕，等.美拉德反应及其产物在食品改性中的应用研究进展J.食品研究与开发，2 0 2 1，4 2（11）：17 5-182.17】王世沛，温圣贤.烟叶主要化学成分与品质关系概述J.作物研究,2 0 12,2 6(B11):139-141.18阳苇丽，王龙宪，许自成，等.烤烟钾、氯含量及钾氯比与烟气指标的关系分析J.江西农业学报，2 0 11,2 3（12）：10 9-112.19陈颐，杨佳玫，王玉平，等.不同仓贮环境对片烟相对含水率与pH值的影响JI.轻工学报，2 0 16，31(6）：4 5-5 3.20陈佳波，范建立，杨述元，等.以香气和口感特性判断云南和贵州黔南复烤片烟的最佳醇化周期J.安徽农业科学，2 0 0 7,35(33):10738-10740,10770.（责任编辑：田杰）第38 卷