造纸法再造烟叶的研究进展

戴 路 陶 丰 袁凯龙 沈 凯 夏 倩 周 强 周国俊，* 储国海

(1.浙江中烟工业有限责任公司技术中心，浙江杭州，310024;2.杭州利群环保纸业有限公司，浙江杭州，310018)

再造烟叶是指利用烟末、烟梗、碎烟片等在卷烟过程中产生的废弃烟草物质为原料制成片状或丝状的再生产品，用作卷烟填充料。再造烟叶起源于20世纪50年代，发展经历了辊压法-稠浆法-造纸法3个阶段。20世纪70年代末，国外烟草商开始系统研究造纸法薄片工艺技术，并在20世纪80年代进行了大范围的推广应用。我国在20世纪90年代末才开始对造纸法再造烟叶进行系统研究，至今已有10多年。主要分为2个阶段:第一阶段是研究起步阶段(1998—2004年)，这个阶段的主要标志是国内成功开发了3000 t/a中试生产线，实现了国产再造烟叶从无到有的转变;第二阶段是快速发展阶段(2005—2010年)，这个阶段的主要标志是国内成功开发了1万t/a的生产线，实现了国产再造烟叶产量扩增和从有到好的转变。同时，卷烟企业对造纸法再造烟叶应用水平进一步提升，应用范围不断拓宽，逐步从低档四、五类卷烟应用到高档一、二类卷烟，再造烟叶配比逐步加大，特别是2009年以来，烟草行业提出要加快培育以“高香气、高品质、低焦油、低危害”为主导的品牌体系，到2015年要实现“卷烟盒标焦油不高于10 mg/支，卷烟危害性指数不高于9.0”的目标，这进一步推动了造纸法再造烟叶的应用［1］。

在卷烟中添加适量的再造烟叶，一方面可以最大限度地节省烟叶原料，有效降低卷烟成本;另一方面可以在一定程度上使卷烟的物理性能和化学成分按人们的意愿或要求得到调整和改善，从而有助于卷烟内在品质的提高，是减少烟草有害成分的一项重要技术措施。本文简要介绍了造纸法再造烟叶的加工工艺和近年来的研究成果，进而展望造纸法再造烟叶的应用研究与开发前景。

1 造纸法再造烟叶生产工艺

造纸法再造烟叶生产工艺主要有2种:一步法和两步法。目前，各生产企业采用的工艺略有不同，基本上是将典型的两步法进行适当改进，烟梗、烟末均用水萃取，萃取后的烟末、烟梗经混合打浆处理后，将浆料送到抄纸机上抄造成形，2种萃取液经过浓缩等方式处理后，经混合再涂布到薄片片基上。其主要工序包括:原料预处理、萃取、浓缩、制浆、抄造、涂布、后处理等。

1.1 打浆前预处理工艺

打浆工艺是决定造纸法再造烟叶物理性能的根本，打浆度和纤维分丝帚化程度是体现打浆工艺的重要参数。在打浆前对烟草原料进行预处理，可以充分提高原料的利用率。董和滨［2］研究了搓丝工艺条件及其对片基的影响，研究发现，经搓丝处理得到浆料制得的片基的抗张指数和填充性能明显好于未搓丝处理原料。李文昱等［3］证实，与常规萃取相比，疏解萃取的萃取率可提高5%左右。为解决萃取率低的问题，唐杰斌等［4］在原生产工艺中加入一段搓丝处理，结果表明，萃取率提高15%左右，节省了打浆时间和30%以上的能耗。

1.2 萃取工艺

在造纸法再造烟叶的生产过程中，萃取工序是整个生产过程的第一道工序，因此原料的萃取分离是确保产品产率、品质和成本的一个重要工艺步骤。孙霞等［5］在萃取时加入表面活性剂聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯，结果表明，在表面活性剂添加量为0.1%时，烟梗和烟末的萃取率分别为49.7%和54.8%。刘志昌等［6］采用尿包萃取来提高造纸法烟草薄片生产中烟梗、烟末的萃取率。杨彦明等［7］采用一次萃取方式，萃取液重复萃取新原料，能有效降低用水量和能量消耗。凌秀菊等［8］用80℃热水对萃取条件进行了正交优化实脸，效果较为理想。

1.3 浓缩工艺

浓缩工序既是造纸法再造烟叶区别于造纸的特有工艺，也是造纸法再造烟叶内在质量的关键制约工序，浓缩的质量是该工序的技术关键。吴亦集等［9-10］探讨的方法是在浓缩液中加入还原糖和氨基酸进行美拉德反应制成涂布液，然后涂布到纤维薄片基片上。该方法能够获得不同香气类型的薄片，使薄片对不同卷烟风格具有良好的适配性和协调性，能够有效降低焦油释放量和主流烟气中总粒相物的含量。闫亚明等［11］在浓缩液中添加尿素和磷酸二氢铵等胺类化合物，使酶解后的小分子化合物在特定反应条件下发生美拉德反应，使浓缩液中产生更多的烟草特有的致香物质，从而使产品突出烟草本香。

1.4 涂布工艺

涂布是造纸法再造烟叶还原烟草质量的实现工序，涂布率和涂布稳定性对造纸法再造烟叶成品的内在质量及稳定性具有至关重要的影响。惠建权等［12］通过对不同涂布率的样品进行理化指标、感官质量评价，确定造纸法再造烟叶涂布率的适宜范围在45%～75%之间和最佳范围在55% ～65%之间。陈顺辉［13］分析了波美度、温度及涂布辊胎压力对涂布率的影响，结果表明，波美度和温度对涂布率的影响显著，而涂布辊胎压力影响较小。唐向兵等［14］探讨的烟草薄片涂布液过滤系统能够有效提高涂布液品质，提供连续稳定生产条件，有助于改善烟草薄片品质。

2 再造烟叶致香成分

再造烟叶与卷烟生产所用原料的较大差异，造成再造烟叶原料中致香成分对再造烟叶品质有较大影响。因此，对再造烟叶原料进行致香成分分析对产品生产的可调控性和定向性有很大帮助。目前，国内学者已对卷烟原料的致香成分开展了一些研究。

程昌合等［15］将浓缩液进行醇化处理，结果表明，烟草薄片的挥发性组分增多且主要致香成分含量均有不同程度的增加，其中新植二烯含量增幅最大。冯洪涛等［16］将等摩尔的D-葡萄糖和L-脯氨酸制备的美拉德反应产物加入到再造烟叶中，产品具有增补烟香、减轻杂气和刺激性的效果。牛勇等［17］的研究表明，全叶再造烟叶热裂解产物中的致香物质醛、酮、酚类物质的量和所占比例明显高于全梗再造烟叶的。范运涛等［18］从鸢尾根中提取致香成分，结果表明，该致香成分主要含有癸酸和棕榈酸，加香后的造纸法再造烟叶在卷烟中应用具有改善烟气品质、降低刺激的作用。牛勇等［19］还检测并分析了再造烟叶生产中白肋烟片、土耳其香料烟片、津巴布韦烤烟片和云南烤烟片4种原料在致香成分方面的差异，为再造烟叶生产的可调控性和定向性提供了科学依据。张勃等［20］采用从红大烟叶表面分离的HD4、HD12菌株对烟梗浸提液减压浓缩至膏状的水提物进行发酵处理，香味物质总相对含量分别增加了12.3%和18.7%。

3 功能性再造烟叶

再造烟叶可根据实际需要对烟叶物理性能和内在化学指标进行人工调控，可人为干预性强，因此，许多研究者开发出了具有不同功能的再造烟叶。

张俊奇等［21］探讨了苦菜浆料与烟草薄片浆料混合后抄造出具有降解烟毒功效的烟草薄片的可行性。杨伟祖等［22］报道了原料构成为红茶或普洱茶的茶梗和茶末，经混合、浸取、浓缩后分别得到固形物料和浸膏，能够赋予再造烟叶特殊的香气。夏新兴等［23］探讨了用小茴香秆及叶制造烟草薄片的方法，使薄片具有保健作用。武怡等［24］探讨了一种用于造纸法再造烟叶的中草药提取物，按1%～5%的使用比例添加到再造烟叶中，能够赋予卷烟产品独特的香气，降低抽吸卷烟后呼吸道的不适。

4 再造烟叶减害降焦

与辊压法和稠浆法薄片相比，造纸法再造烟叶具有如下优势:①密度小，填充性能好;②物理机械性能和可加工性好;③燃烧速度快，焦油释放量仅为烟叶的50%左右;④可人为干预性强，产品具有可塑性，可根据实际需要对烟叶物理性能和内在化学指标进行人工调控;⑤便于运输和贮存［25］。近年来，国内烟草企业积极开展了造纸法再造烟叶的减害降焦研究，并取得了一定进展。

毛耀等［26］在精制液中加入果糖和甘氨酸，经过浓缩后，烟气中的4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)、巴豆醛和CO含量相比于对照样分别降低了 10.8%、17.5%、17.7%。姚元军等［27］通检测分析主流烟气中有害物质的含量变化，筛选出柠檬酸钠、酒石酸钾钠、纳米TiO2和沸石分子筛这几种合适的减害材料。邱晔等［28］的研究表明，卷烟烟气的CO/焦油比与造纸法烟草薄片掺配比例有很好的相关性，进一步研究认为，造成造纸法烟草薄片烟气CO释放量较高的主要原因是片基中纤维素类物质含量较高。张碰元等［29］通过烟碱脱除技术结合pH值调控方法开发出了低烟碱型造纸法再造烟叶样品，结果表明，该样品的烟碱含量和烟气烟碱释放量分别降低了28.6%和45.0%。

白晓莉等［30］考察了掺配再造烟叶后卷烟主流烟气中苯酚含量的变化情况;随着再造烟叶添加量的提高，卷烟主流烟气中的苯酚含量明显下降;掺配进口再造烟叶比国产的效果好。聂聪等［31］利用吸附材料吸附烟草可溶性萃取液中的有害成分来降低萃取液中的有害成分;数据检测显示 N-亚硝基降烟碱(NNN)、N-亚硝基新烟草碱(NAT)、N-亚硝基假木贼碱(NAB)、NNK含量明显降低。刘鑫等［32］在烟叶中加入了5% ～15%绞股蓝、5% ～15%首乌、15%～25%白花蛇舌草;该再造烟叶能够有效降低烟气中焦油和自由基的含量。罗毅等［33］制备的生物糖酶薄片添加剂可有效降低卷烟的焦油、烟气、烟碱等有害物质含量。

5 再造烟叶生化处理

烟梗中除纤维素、半纤维素等大分子物质外，还有蛋白质、木质素、果胶等多种大分子物质，这些物质在燃烧裂解过程中会产生具有强烈刺激性和辛辣感的物质。为了提高再造烟叶的感官品质，在萃取过程中添加生物酶制剂是一个比较好的方法。利用生物酶可在加工过程中对以上物质进行转化降解，提高原料的内在品质，这也是改善薄片品质的一条有效途径。

烟草中的蛋白质含量丰富，而蛋白质含量过高会使烟气有烧焦的蛋白味，这是对烟气品质有影响的不良气味。李鲁等［34］在烟草水溶液中添加酶，烟草蛋白质含量逐渐降低，同时酶解液中可溶性氮以及游离氨基酸含量逐步增加。杨彦明等［35］通过添加有机酸盐或碱处理剂来提高烟梗或烟梗浆料中蛋白质的溶出量;结果表明，在最适条件下，梗浆中的蛋白质含量比对照样降低60.1%。张文同［36］在萃取工艺添加了蛋白酶制剂，制得的雪茄烟草薄片刺激性和杂气等不良影响明显减轻，内在质量明显提高。

烟草细胞壁物质中的木质素是由苯丙烷衍生物单体构成的一种结构复杂的立体网状物质，该物质是一种无定形并具有生物多肽性的生物大分子［37］，木质素裂解主要生成酚类化合物，气相色谱(GC)测定酚类物质含量可达60%［38］。刘志昌等［39］利用Fe-CA仿酶体系处理烟草，其香气、杂气和谐调程度有一定改善，木质杂气减少、刺激性降低。刘刚等［40］的研究结果表明，再造烟叶热裂解产生的苯酚及其他酚类物质含量随木质素含量的增加而升高。针对造纸法薄片木质气重等问题，郑小嘎等［41］通过在造纸法薄片生产工艺烟梗浸提过程中添加复合酶制剂，将烟梗内大分子物质进行转化分解。范运涛等［42］应用脲和碱对烟梗进行预处理;结果表明，该方法能有效降解烟梗中的木质素。

果胶存在于高等植物的叶、根、茎的细胞壁内，与细胞彼此黏合在一起［43］。果胶约占烟草质量的6% ～12%，热解产生甲醇，发酵生成多达1.0% ～1.5%的乙酸，对烟气吸味不利。张军等［44］考察了水、EDTA溶液、六偏聚磷酸钠溶液、磷酸氢二铵溶液、草酸铵溶液等提取助剂对烟梗中果胶的去除效果。曹茜等［45］用超声处理有效地降低了烟梗中的果胶含量。为改善烟草薄片吸味质量，杜锐等［46］采用微滤膜和超滤膜分离技术，使烟梗、烟碎浸提液中的总氮含量分别下降了62.5%和67.8%，果胶物质基本被去除。宋凌勇等［47］选取的复合酶制剂能够有效降解再造烟叶中的果胶，降低现有再造烟叶的杂气。

6 国内外再造烟叶的品质比较

国外从20世纪50年代开始研究造纸法烟草薄片，从烟草薄片的原料质量对薄片的内在品质和香气组成等方面开展了全面研究，也发明了一些提高薄片品质的专利技术，而国内在这一领域的研究起步较晚。

陈祖刚等［48］的评吸结果表明，进口烟草薄片木质气较轻，有一定的烟草本香，刺激性较小，略带一点纸质味，而国产产品相对要差些;进口烟草薄片的重要致香成分含量明显高于国产烟草薄片。邱晔等［49］的研究结果表明，国产造纸法烟草薄片CO/焦油比较高，同时苯酚、氨及NNK释放量相对较低，而进口产品则表现为苯并［a］芘与CO释放量低。贺磊等［50］的研究结果表明，进口烟草薄片的纤维素和半纤维素含量均比国产的低，钙、钛含量分别为国产的2.3倍和3.6倍。孙德平等［51］研究发现，法国摩迪烟草薄片成品经水浸渍、打散后，打浆度、湿重和保水值更低;回抄手抄片的抗张强度较低、松厚度较高、柔软性好，而柔软性直接影响产品的最终品质。

7 结语

与再造烟叶的其他生产方式相比，造纸法再造烟叶具有许多优点，因此，该法的使用已作为一种国际公认的降焦手段，亦被国内烟草行业所认同。尽管目前国产再造烟叶与国外相比降焦减害技术相差不大，但是其内在品质与国外相比仍存在一定差距。近年来的研究显示，造成这些问题主要有以下几点:废烟梗、烟末在抄造中留着率较低;产品质地较脆硬;致香成分含量较低;烟浆与外加木浆的打浆度以及配浆比例不够，湿强度不高;填料的留着率不高，涂布量较低;薄片原料萃取不够充分，萃取液浓缩过程中香味物质有一定损失;水提取物中的杂质去除率不高，高温干燥香气成分损失大，较多的有效成分和原材料流失。

在今后的研究中，国内造纸法再造烟叶的主要质量目标就是提高其在中式烤烟型卷烟中的适用性，不仅要提高烟丝填充率、改善燃烧性能，有更好的外观质量，改善持灰能力，降低焦油量等，还应关注再造烟叶对卷烟感官品质风格特征的配伍性，使内在品质达到要求，最大程度保留致香成分。围绕这一主要目标，应该重视生产中几个比较关键的技术:第一、如何提高再造烟叶的感官质量;第二、如何改善再造烟叶加工过程，提高各工序的连续作业效率、产品品质以及产能;第三、如何解决烟气中CO含量过高的问题;第四、如何提高再造烟叶的松厚度，使产品柔软性更好;第五、萃取后致香物质的保留，浓缩液的化学指标稳定及协调;第六、吃味与功效的结合，非烟草添加剂的安全性及对感官品质的影响;第七、生化处理的作用机理研究还很薄弱，毒理学研究较少。因此，要结合国内原料的特点，采用国内自主技术与国外进口技术相结合，开发出适合我国卷烟国情，具有中式卷烟风格特征的造纸法再造烟叶。

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