赵德清;戴亚;冯广林;杨杰;宋建伟;佘晓琼
【摘 要】为评价造纸法再造烟叶的原料特性，采用制浆造纸原料分析方法和烟草化学分析方法，分析了云南、四川两地不同年份烟梗、烟叶碎片和烟末的化学成分与纤维形态。结果表明：①烟梗和碎片中的综纤维素、硝酸-乙醇纤维素、木素和聚戊糖含量（质量分数）均远远低于禾本科造纸原料麦草和蔗渣，烟梗和碎片中的果胶、灰分和抽出物含量均显著高于麦草和蔗渣。其中，烟梗的综纤维素、硝酸-乙醇纤维素和木素含量高于碎片，碎片的苯醇抽出物和果胶含量高于烟梗；②烟梗的总糖、还原糖、钾、氯等含量高于碎片，烟梗的总氮、总植物碱、蛋白质、淀粉、果胶等含量低于碎片；③烟梗的重均纤维长度为0.55 mm，宽度为22.09μm，长宽比为24.9，烟梗中非纤维细胞含量为90.9%，碎片和烟末几乎全部由非纤维细胞组成。%To assess the characteristics of raw materials for paper-making process reconstituted tobacco, the chemical composition and fiber morphology of stem, scrap and dust of tobacco of different growing years collected from Sichuan and Yunnan were analyzed with the raw material analyzing methods for pulp/paper-making an d tobacco chemistry analysis methods. The results showed that:1) The contents of holocellulose, nitric acid-ethanol cellulose, lignin and pentosan were much lower, while the contents of pectin, ash and extractives were significantly higher in tobacco stem and scrap than those in wheat straw and bagasse (raw material for paper-making). The contents of holocellulose, nitric acid-ethanol cellulose and lignin were higher in tobacco stem than in tobacco scrap, while the contents of benzene-ethanol extractive and pectin were higher in tobacco scrap than in stem. 2) The contents of total sugar, reducing sugar, potassium and chlorine were higher in tobacco stem than in tobacco scrap, while the contents of total nitrogen, total alkaloid, protein, starch and pectin were lower in tobacco stem. 3) The weight-average fiber length, width, ratio of length to width and non-fiber cell content of tobacco stem were 0.55 mm, 22.09 μm, 24.9 and 90.9%, respectively; while tobacco scrap and dust were almost composed of non-fiber cells entirely.
【期刊名称】《烟草科技》
【年(卷),期】2016(049)003
【总页数】8页(P91-98)
【关键词】造纸法再造烟叶;烟梗;烟叶碎片;烟末;化学成分;纤维形态
【作 者】赵德清;戴亚;冯广林;杨杰;宋建伟;佘晓琼
【作者单位】四川中烟工业有限责任公司技术研发中心，成都市锦江区成龙大道一段56号 610066; 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州市天河区五山路381号 510640;重庆中烟工业有限责任公司技术研发中心，重庆市南岸区南坪东路2号 400060;四川中烟工业有限责任公司技术研发中心，成都市锦江区成龙大道一段56号 610066;四川中烟工业有限责任公司技术研发中心，成都市锦江区成龙大道一段56号 610066;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州市天河区五山路381号 510640;华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广州市天河区五山路381号 510640
【正文语种】中 文
【中图分类】TS49;TS721+.3
引文格式：赵德清，戴亚，冯广林，等.烟梗、烟叶碎片和烟末的化学成分与纤维形态［J］.烟草科技，2016，49（3）：91-98. （ZHAO Deqing，DAI Ya，FENG Guanglin，et al. Chemical composition and fiber morphology of tobacco stem，scrap and dust［J］. Tobacco Science & Technology，2016，49（3）：91-98.）DOI：10.16135/j.issn1002-0861.20160313
烟草在植物分类学上属于双子叶植物纲、管花目、茄科、烟属、一年生草本植物。与可用作造纸的禾本科植物麦草、蔗渣、芦苇、竹子、龙须草等纤维原料不同，烟草未被用作造纸纤维原料。烟叶在打叶、复烤、制丝、卷包加工过程中产生了一系列烟草残质，其中烟梗的量最多，占叶片质量20%～25%，其次是复烤烟叶碎片、烟末、梗签和烟灰棒等。造纸法再造烟叶以烟梗、碎片（主要是复烤烟叶碎片，简称碎片）、烟末、梗签、烟灰棒、低次烟叶等烟草废弃物作为基础原料，利用现代制浆造纸工艺制成与天然烟叶性状接近甚至更优的再造烟叶，并掺兑到卷烟中，提高了烟草原料的利用率［1-2］。目前，造纸法再造烟叶的研究热点主要集中在加工工艺过程，如浸提工艺［3-4］、浓缩工艺［5-6］、涂布工艺［7-8］、打浆工艺［9-10］以及生物处理工艺［11-12］等，文献［13］中对造纸法再造烟叶原料的纤维特性进行了研究。烟梗纤维作为再造烟叶的主要成分之一，约占再
造烟叶质量的70%［14］，其化学成分、纤维形态和成纸性能对再造烟叶的品质影响很大。除了烟梗主成分之外，碎片和烟末、烟灰棒等烟草原料也以一定比例添加到纤维原料中制成烟末浆或烟草浆。作为造纸植物纤维原料，烟梗、碎片、烟末和烟灰棒的制浆造纸性能值得探究。作为再造烟叶基础原料，烟梗、碎片、烟末和烟灰棒的烟草化学成分是构成再造烟叶感官品质的物质基础，也是造纸法再造烟叶原料配方设计的理论依据。因此，以不同产地不同年份的烟梗、碎片、烟末和烟灰棒为研究对象，从造纸植物纤维原料和烟草原料两方面进行化学成分分析，结合纤维形态和细胞形态分析，通过与禾本科造纸纤维原料麦草和蔗渣的对比，评价造纸法再造烟叶基础原料的制浆造纸性能，旨在为造纸法再造烟叶品质改善提供基础理论依据。
1.1 材料、仪器与设备
实验用烟梗、碎片、烟末、烟灰棒取自川渝中烟工业有限责任公司，烟梗长度大于20 mm，碎片规格1～3 mm。染剂赫氏试剂和番红溶液按照文献［15］中的方法配制，中性树胶购自国药集团。
Alliance-FUTURA II连续流动分析仪（法国Alliance公司）；ICS2500离子谱仪（美国Dio
nex公司）；Kajaani FS300纤维分析仪（芬兰Metso公司）；BX51光学显微镜（日本Olympus公司）；CM1850-01冷冻切片机（德国Leica公司）；EVO18扫描电镜（德国Zeiss公司）；糠醛蒸馏装置（天长市金桥分析仪器厂）、SXT-02索氏抽提器（上海洪纪仪器设备有限公司）、N7/HB150马弗炉（德国Nabertherm公司）、G2玻璃滤器(30 mL、长春市玻璃仪器厂)、8453紫外可见分光光度计（美国Agilent公司）、HHS11-6电热恒温水浴锅（上海实业有限公司）。
1.2 方法
1.2.1 化学成分测试
将烟梗、碎片、烟末和烟灰棒用植物粉碎机磨成粉末后过筛，截取孔径为0.38～0.25 mm（40～60目）的细末供化学成分测试用。
造纸植物纤维原料化学成分的灰分(GB/T 2677.3—1993)、冷水抽出物、热水抽出物（GB/T 2677.4—1993）、1%NaOH抽出物（GB/T 2677.5—1993）、苯醇抽出物（GB/T 2677.6—1994）、综纤维素（GB/T 2677.10—1995）、酸不溶木素（GB/T 2677.8—1994）
、酸溶木素（GB/T 10337—2008）、聚戊糖（GB/T 2677.9—1994）、果胶（GB/T 10742—2008），按照造纸原料国标标准进行测定。
烟草化学成分的总糖、还原糖（YC/T 159—2002）、总氮（YC/T 33—1996）、总植物碱（YC/T 160—2002）、蛋白质（YC/T 166—2003）、淀粉（YC/ T 283—2009）、钾（YC/T 217—2007）、氯（YC/T 162—2011）、钙、镁（YC/T 274—2008），参照烟草及烟草制品的行业标准进行测定。
1.2.2 纤维形态分析
取烟梗、碎片和烟末试样放入水中煮沸以排除试样中的空气，然后放入冰醋酸和30%过氧化氢（体积比1∶1）混合溶液中，置于60℃水浴中处理30～48 h，直至试样变白、纤维离析分散。取出分解的纤维，充分洗涤干净，备用。用镊子取少量试样，置于载玻片上，用赫氏试剂染，在Olympus BX51光学显微镜下观察纤维形态。利用Kajaani FS300分析仪测定纤维形态参数。
将烟梗样品在水中浸泡24 h，经煮沸排除空气后，用冷冻切片机切成厚度为50 μm的横切
面，用番红溶液染后，以中性树胶固定在载玻片上，用光学显微镜观察、拍照。之后将横切面喷金进行扫描电镜观察分析。
2.1 造纸植物纤维原料化学成分分析
造纸植物纤维原料化学成分分析是评价造纸原料质量及其制浆造纸性能的基本依据，表1为选取的10种纤维原料的化学成分分析结果。
2.1.1 灰分
烟草中的灰分主要包括不溶于水的钙、镁的碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐以及溶于水的钾、钠的碳酸盐、氯化物、氧化物等，灰分中的主要元素有钾、钙、镁、磷、硫、氯、硅、铝、铁等［17］。表1显示，烟梗的灰分含量（质量分数）为12.88%～15.01%，平均值为14.31%，碎片的灰分含量11.88% ～ 14.05%，平均值为13.23%。烟梗、碎片、烟末和烟灰棒的灰分含量均明显高于禾本科植物纤维原料麦草（6.04%）和蔗渣（3.66%）的灰分含量。烟草原料灰分中各种矿质元素的含量及其比例关系与再造烟叶的燃烧性有直接关系［17］。造纸法再造烟叶生产过程中应监测烟草原料中灰分的含量，再造烟叶成品的灰分可通过调节抄造阶段的填料含量加以调整。
2.1.2 溶液抽出物
烟草原料的冷水抽出物和热水抽出物成分大体相同，主要为部分无机盐类、糖、植物碱、环多醇、单宁、素以及多糖类物质如树胶、黏液、淀粉、果胶质、多乳糖等［16］。表1显示，4种烟梗冷水抽出物含量均在50%以上，其平均值为56.22%，相应的热水抽出物均值为58.75%，比冷水抽出物略高。4种碎片冷水抽出物均值为50.66%，烟末和烟灰棒的冷水抽出物分别为55.10%和49.35%，可见烟草原料的冷水抽出物（均值53.20%）均大大高于麦草（5.36%）和蔗渣（7.63%）。烟草原料的热水抽出物、1%NaOH抽出物和苯醇抽出物含量也均显著高于麦草和蔗渣。
采用热的1%NaOH溶液处理试样，除能溶出原料中被冷、热水溶出的物质外，还能溶解一部分木素、聚戊糖、聚己糖、树脂酸和糖醛酸等。表1 中10种烟草原料1%NaOH抽出物均值为76.56%，远高于相应的冷水抽出物（53.20%）和热水抽出物（55.44%）。
苯醇抽出物的主要成分为树脂、脂肪、蜡、单宁和素等［16］。表1显示，碎片、烟末和烟灰棒中苯醇抽出物的含量（均值13.28%）远高于烟梗（均值5.25%），更显著高于麦草和蔗渣。烟草原料尤其是碎片、烟末和烟灰棒中较高的苯醇抽出物含量对再造烟叶感官
品质的影响值得进一步研究。
2.1.3 综纤维素和纤维素
原料纤维素含量的高低，是评价原料制浆造纸价值的基本依据。综纤维素是指植物纤维原料除去有机溶剂抽出物和木素后剩下的部分，即纤维素和半纤维素的总称。硝酸-乙醇法制得的纤维素仅含少量的木素和半纤维素，纯度比氯化法高，因此被广泛采用［15］。表1显示，烟梗的综纤维素含量均值为36.81%，高于碎片、烟末和烟灰棒（均值为31.23%），但均远远低于麦草（72.13%）和蔗渣（70.61%）的综纤维素含量。烟梗的硝酸-乙醇纤维素含量（均值20.37%）高于碎片、烟末、烟灰棒的硝酸-乙醇纤维素含量（17.02%），均远远低于麦草（40.40%）和蔗渣（42.16%）。从综纤维素和纤维素含量看，烟草原料烟梗、碎片、烟末和烟灰棒的综纤维素和纤维素含量均较低。
2.1.4 木素
在测定酸不溶木素含量时，有一部分木素被酸溶解，这部分酸溶木素是不可忽略的。表1显示，烟梗的总木素含量均值为8.81%，碎片、烟末和烟灰棒的总木素含量均值为6.07%，
可见，烟草原料的木素含量较低，均大大低于麦草（22.34%）和蔗渣（19.30%）的木素含量。从表1中还可以看出，烟梗的酸不溶木素含量（5.96%）高于碎片、烟末和烟灰棒（2.26%），而碎片、烟末和烟灰棒的酸溶木素含量（均值3.81%）高于烟梗（均值2.85%）。造纸法再造烟叶采用保留木素的机械法制浆，且浆料无须进行漂白，因此木素在整个生产过程中是保留而非溶出和脱除的，烟梗、碎片、烟末和烟灰棒中较低含量的木素（6%～8%）对再造烟叶感官品质的影响如何，在再造烟叶生产过程中有无必要进行降解和脱除值得进一步研究。
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