1、第一章 煙 草 水 分煙葉水分又稱煙葉含水率、煙葉含水量，水分是煙草及其制品的重要組分之一。煙葉水分影響煙葉力學性質(zhì)和熱學性質(zhì)，它又是影響煙葉物理特性的因素之一。在工藝加工過程中要嚴格控制煙葉水分，因此它也是重要的工藝質(zhì)量指標之一。水分在煙草生產(chǎn)和加工過程中都起著重要作用。煙草在生長發(fā)育過程中水分是體內(nèi)化學作用的介質(zhì)，也參與很多生物化學反應，是組織和細胞所需營養(yǎng)和代謝物在體內(nèi)運輸?shù)妮d體。一部分水和構(gòu)成原生質(zhì)的很多其他物質(zhì)的分子或離子相結(jié)合，水分的多少影響原生質(zhì)體的存在狀態(tài)。水分多時，原生質(zhì)呈溶膠狀態(tài)，生命活動旺盛；水分少時，原生質(zhì)呈凝膠狀態(tài)，生命活動緩慢。在煙草不同的生育時期，需要供應與之相適

2、宜的水分，既能保證進行正常的新陳代謝活動，又有利于鮮煙葉質(zhì)量的形成。在煙葉初加工、卷煙制絲加工和煙葉及其制品貯存保管等一系列環(huán)節(jié)中，煙葉需要有不同的含水量與之相適應，才能達到加工的目的，保證加工質(zhì)量。在加工過程中煙葉水分含量多少，不但直接影響其彈性、韌性、填充性和燃燒性等物理特性，而且直接影響其顏色、光澤、香氣、吃味等外觀和內(nèi)在質(zhì)量，同時也影響煙葉內(nèi)部微弱的生物化學變化，如各種酶的活動、霉菌的繁殖、內(nèi)含物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化等。在各個加工環(huán)節(jié)中，對煙葉水分都有嚴格的控制和要求。因此，研究煙葉水分的來源、存在的形態(tài)、增減規(guī)律等，對于改進加工條件、提高加工質(zhì)量，具有重要意義。第一節(jié) 煙葉水分的存在形態(tài)一、

3、煙葉水分的來源鮮煙葉的水分主要來自土壤和空氣。干煙葉水分的來源包括兩個方面：一是收獲后的鮮煙葉經(jīng)調(diào)制處理后殘存在煙葉中的水分，以及生產(chǎn)加工過程中加入的水分（如分級時、發(fā)酵時、真空回潮時加入的水分），這些水分含量的多少與加工過程中的調(diào)整控制有關(guān)，直接關(guān)系到煙葉的加工質(zhì)量；二是煙葉從空氣中吸收的水分，這種水分的多少與空氣的溫濕度有關(guān)，直接關(guān)系到煙葉貯存和運輸管理的安全性。二、煙葉水分的存在形態(tài)煙葉中的水分是以結(jié)合態(tài)和自由態(tài)兩種形態(tài)存在的。結(jié)合水是指膠體顆粒或其他親水性物質(zhì)牢牢吸附著的水，不易自由移動，不易喪失，在零下溫度不易結(jié)冰，也不能作溶劑。自由水是指能夠在煙葉內(nèi)自由移動的水，容易從煙葉中散失，

4、在零下溫度容易結(jié)冰，能夠作為溶劑。鮮煙葉中的蛋白質(zhì)、纖維素、果膠質(zhì)等大分子物質(zhì)均勻分散在水中，水中溶有簡單糖類、有機酸、無機鹽等，形成膠體體系。在鮮煙葉中一般是大分子顆粒為分散相，水為分散介質(zhì)，稱為溶膠；在干煙葉中大分子顆粒形成網(wǎng)狀，水分子分散在顆粒網(wǎng)中，稱為凝膠。大分子物質(zhì)形成膠粒，具有巨大的表面，可吸附許多物質(zhì)。大分子物質(zhì)表面帶有電荷，水分子又具有極性，因而膠粒發(fā)生水合作用，與膠粒越近的水分子結(jié)合越緊越強，越遠的越弱。與膠粒結(jié)合緊的水層稱為束縛水或結(jié)合水，束縛水以外的水叫自由水。當空氣中的水蒸氣和煙葉表面接觸時，空氣中水蒸氣的壓力大于煙葉表面上水蒸氣的壓力，由于吸附作用使部分水蒸氣凝結(jié)在煙

5、葉表面上。當煙葉表面水分飽和后，水分使膠體離子表面可溶性膠體部分溶解為溶劑層，而逐步向煙葉內(nèi)部滲透。這種滲透作用只有當空氣相對濕度較高時才可能發(fā)生。當煙葉和水直接接觸時，滲透作用會大大加強。煙葉的多孔體有無數(shù)毛細管，具有很大的內(nèi)表面。當毛細管處于缺水狀態(tài)時，就有力地從空氣中吸收水分，稱為凝結(jié)水。很細的毛細管內(nèi)形成彎月面，這種彎月面是由凝結(jié)水與毛細管壁的接觸而引起的。在彎月面的凹形表面上，其飽和水蒸氣壓力比在平面水表面上的小，因此如果多孔體周圍空氣中水蒸氣壓力高于彎月面所需要的飽和水蒸氣壓力水平，則水蒸氣在毛細管內(nèi)凝結(jié)，在這種情況下，毛細管將為水分所充滿。自由態(tài)的水存在于煙葉組織的細胞內(nèi)和細胞間

6、隙中。水之所以能以各種形態(tài)存在于煙葉組織中，主要是由于水能被兩種作用力即氫鍵結(jié)合力和毛細管力聯(lián)系著。由氫鍵結(jié)合力聯(lián)系著的水一般稱為結(jié)合水（或束縛水），以毛細管力聯(lián)系著的水稱為自由水（或游離水）。但是結(jié)合水和自由水之間的界限很難定量地作截然區(qū)分，只能根據(jù)物理、化學性質(zhì)作定性區(qū)分。自由水是以毛細管凝聚狀態(tài)存在于細胞內(nèi)外的水分，可用簡單加熱的辦法從煙葉中分離出來。這部分水與一般的水沒有什么不同，在煙葉中會因蒸發(fā)而散失，也會因吸潮而增加，容易發(fā)生增減變化。結(jié)合水是在煙葉中與蛋白質(zhì)、纖維素、果膠質(zhì)等成分通過氫鍵而結(jié)合著的。各種有機分子的不同極性基團與水形成氫鍵的牢固程度又有所不同。X射線衍射的研究表明，

7、蛋白質(zhì)多肽鏈中賴氨酸和精氨酸殘基側(cè)鏈上的氨基、天冬氨酸和谷氨酸殘基側(cè)鏈上的羧基、肽鏈兩端的氨基和羧基，以及果膠質(zhì)中的未酯化的羧基，無論是在晶體還是溶液里，都是呈電離或離子狀態(tài)的基團（NH3+和COO¯）。由于這兩種基團與水分子形成氫鍵，鍵能大，結(jié)合得牢固，且呈單分子層，故稱為單分子層結(jié)合水。蛋白質(zhì)中的酰胺基，淀粉、果膠質(zhì)、纖維素等分子中的羥基，與水分子也能形成氫鍵，但鍵能小，不牢固，稱為半結(jié)合水或多分子層結(jié)合水。結(jié)合水和自由水在性質(zhì)上有著很大差別，首先，結(jié)合水的量與煙葉中有機大分子的極性基團的數(shù)量有比較固定的比例關(guān)系。據(jù)測定，每100 g蛋白質(zhì)可結(jié)合水分平均高達50 g，每100 g

8、淀粉的持水能力在3040 g之間。其次，結(jié)合水的蒸氣壓比自由水低得多，所以在一般溫度（100 ）下結(jié)合水不能從煙葉中分離出來。結(jié)合水沸點高于一般水，而冰點卻低于一般水，甚至環(huán)境溫度下降到零下20 時還不結(jié)冰。結(jié)合水不易結(jié)冰這個特點具有重要的實際意義，由于這種性質(zhì)，煙草種子（其中幾乎不含自由水）能在很低的溫度下，保持其生命力。結(jié)合水對煙葉中可溶性成分不起溶劑作用。自由水能為微生物所利用，結(jié)合水則不能。因此，在一定條件下，煙葉是否為霉菌感染而霉爛變質(zhì)，并不決定于煙葉中水分的總含量，而僅僅決定于煙葉中自由水的含量。第二節(jié) 煙葉的吸濕性和平衡水分一、煙葉的吸濕性煙葉能依空氣溫濕度的變化從空氣中吸收水分

9、或向空氣中散發(fā)水分，這種性能稱為吸濕性。煙葉之所以具有吸濕性，是由于煙葉屬于膠體毛細管多孔物質(zhì)，其組織結(jié)構(gòu)是具有毛細管的多孔體，而內(nèi)含成分有膠體物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、果膠質(zhì)、纖維素等）和晶體物質(zhì)（如水溶性糖類、有機酸、無機鹽等）。（一）表面吸附和擴散作用空氣中的水蒸氣凝結(jié)在某種物體表面的現(xiàn)象，叫做吸附。一種物質(zhì)自發(fā)地進入另一種物質(zhì)之中，彼此相互摻和的作用，叫做擴散。空氣中的水蒸氣與煙葉表面接觸，當空氣中的水蒸氣壓力大于煙葉表面上的水蒸氣壓力時，因吸附作用使部分水蒸氣凝結(jié)在煙葉表面上，這是煙葉吸濕的開始。如果煙葉表面上水蒸氣壓力大于空氣中水蒸氣壓力，則煙葉表面上的水蒸氣就會向空氣中擴散，使煙葉的水分向

10、空氣中蒸發(fā)。水分擴散的速度與空氣溫度有關(guān)，溫度越高，擴散也就越快。這是由于溫度代表物質(zhì)分子運動的平均速度，增高物質(zhì)溫度，也就是增加物質(zhì)分子運動的速度。一方面提高溫度，分子運動速度加快，空氣中的水蒸氣更容易和煙葉接觸，同時也加快了水蒸氣向煙葉表面的移動，這個過程稱作外擴散；另一方面，由于煙葉表面溫度升高，又加速了水蒸氣或液體水由煙葉表面向內(nèi)層移動，這個過程稱作內(nèi)擴散。（二）毛細管的凝結(jié)作用當煙葉周圍空氣的相對濕度越低，毛細管越細，水分就越要在毛細管內(nèi)凝結(jié)，即空氣相對濕度低于100%時，很細的毛細管也仍會發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象。在毛細管直徑大到一定程度時，彎月面的凹度就很淺，其表面飽和水蒸氣壓力和在水平面上

11、的壓力差不多是一樣的，這時管內(nèi)不會發(fā)生水分凝結(jié)現(xiàn)象。液體表面存在著表面張力，毛細管凝結(jié)水分的作用就是由表面張力所形成的。但是，液體表面張力是隨著溫度的升高而降低，因而，毛細管的內(nèi)彎月面凹度也將隨著溫度的升高而變淺。因此，當液體表面上的飽和水蒸氣壓力增大時，毛細管的水分只有在空氣的濕度很大時才會凝結(jié)。所以當煙葉周圍空氣相對濕度保持一定時，毛細管的水分數(shù)量將隨溫度的升高而減少。（三）膠體的滲透作用膠體的潮潤是由于表面水分飽和而造成水分向物質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透的結(jié)果。水分可使膠態(tài)離子表面可溶性膠體部分溶解為溶液層，通過不溶性膠質(zhì)膜壁，滲透到里面的水溶性膠體部分。只有當水分在內(nèi)外可溶性部分形成濃度差時，滲透

12、作用才能發(fā)生。而這種差異只有在空氣相對濕度接近飽和，形成溶劑膜相當大時才會發(fā)生。煙葉由滲透而吸收水分，就是依靠水分通過煙葉的細胞壁而滲入的。在煙葉和水直接接觸時，滲透作用就會大大增強，煙葉表面就會造成可溶性物質(zhì)濃度更低的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是引起煙葉水分增加的原因。（四）晶體的潮解作用在一定相對濕度的空氣中，晶體物質(zhì)和膠體物質(zhì)二者對水分的吸收是不相同的。晶體物質(zhì)與水接觸時，將產(chǎn)生水化物。在具有一定相對濕度的空氣里，晶體物質(zhì)能夠轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡腿芤海淳w物質(zhì)從空氣中吸收水蒸氣而溶化，若空氣的相對濕度保持不變，則這種吸收一直進行到晶體完全變成溶液為止。晶體水化物能夠從空氣中吸收水蒸氣并產(chǎn)生飽和溶液，這種現(xiàn)

13、象只有當飽和溶液表面的飽和蒸氣壓力小于周圍空氣和晶體水化物表面水蒸氣壓力時才會發(fā)生，否則晶體水化物即被風化。若空氣中水蒸氣壓力大于晶體水化物表面的水蒸氣壓力，但小于水化物的飽和溶液表面的水蒸氣壓力，那么無論如何，吸收水分和風化都不會發(fā)生。隨著溫度的上升，晶體吸收水分是增加的，所以煙葉的平衡水分隨著溫度的升高而增加，這可以作為晶體吸收水分現(xiàn)象的一個特征。綜上所述，煙葉在不同的作用下吸收水分后，由于水分和物質(zhì)的結(jié)合有著各種不同的形式，其性質(zhì)也不一樣。水化物中的水和通過滲透結(jié)合的水都是和物質(zhì)緊密結(jié)合在一起的，在一般情況下，是很難除掉的，這部分水就是結(jié)合水。毛細管凝結(jié)水很難被物質(zhì)牢固保持，常呈游離狀態(tài)

14、，易于排除，這部分水就是自由水，由于水分和物質(zhì)結(jié)合形式不同，不同形式所吸收和保持的水數(shù)量也有各種不同的比例關(guān)系。這些不同的比例關(guān)系，是由煙葉的組織結(jié)構(gòu)及化學成分的差異造成的，它直接影響著煙葉的吸濕性。二、煙葉的平衡水分煙葉的吸濕性，使它在任一空氣溫濕度條件下含水量相應地保持在一定的水平上。這種含水量與周圍空氣溫濕度保持著一定的平衡關(guān)系，即煙葉表面上水蒸氣壓力與周圍空氣中水蒸氣分壓力相平衡，因此稱為平衡水分。當空氣溫濕度改變時，原有的平衡關(guān)系被破壞，煙葉水分也隨之發(fā)生變化，直到煙葉水分與空氣溫濕度建立起新的平衡，即達到新的平衡水分為止。煙葉水分的變動可能是吸收水分，也可能是散發(fā)水分，這完全依煙葉

15、的實際水分與當時空氣溫濕度下應有的平衡水分而變化。當實際水分低于平衡水分，便從空氣中吸收水分；反之，便向空氣中散發(fā)水分。當實際水分等于平衡水分時，則既不吸收水分，也不散發(fā)水分。必須了解，事實上在煙葉從空氣中吸收水分的同時，也在向空氣中散發(fā)水分；在向空氣中散發(fā)水分的同時，也從空氣中吸收水分。只不過吸收水分時，吸收速度大于散發(fā)速度；散發(fā)水分時，散發(fā)速度大于吸收速度而已。達到平衡時，從空氣中吸收水分的速度恰好等于向空氣中散發(fā)水分的速度，因此表現(xiàn)為煙葉含水量的相對穩(wěn)定，這種平衡是動態(tài)的平衡。三、煙葉吸濕性和平衡水分的影響因素首先，煙葉的平衡水分與空氣相對濕度有直接的關(guān)系。空氣相對濕度越高，說明空氣中的

16、水蒸氣越多；反之，表示水蒸氣越少。因此，空氣相對濕度越高，煙葉的平衡水分越大；反之，煙葉的平衡水分越小。空氣相對濕度的變動對煙葉平衡水分的影響是不均衡的，試驗證明：相對濕度在70%以下時，煙葉的平衡水分隨相對濕度變化而變化的幅度不大；相對濕度在70%以上時，煙葉的平衡水分隨相對濕度變化而變化的幅度較大。其次，空氣溫度對煙葉的平衡水分也有明顯的影響。空氣相對濕度以及空氣中水蒸氣分壓力的變化，是受空氣溫度影響的，因此，溫度的每一變化，都會引起煙葉平衡水分的變化。從試驗的結(jié)果來看，空氣溫度與煙葉平衡水分的關(guān)系是：在相對濕度相同的情況下，溫度越高，煙葉平衡水分越大；反之則越小。其三，平衡水分隨煙葉或卷

17、煙的等級變化而變化。等級越高，平衡水分越大；反之則越小。煙葉的平衡水分是一級高于二級，二級高于三級，三級高于四級。卷煙的平衡水分也是隨卷煙的等級降低而降低。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是，煙葉或卷煙的等級越高，內(nèi)含物質(zhì)越充實，特別是親水性膠體物質(zhì)和水溶性晶體物質(zhì)越多，吸濕性越強。從組織結(jié)構(gòu)來看，煙葉或卷煙的等級越高，葉片厚度適中，組織疏松，彈性強，持水能力越大；等級越低，葉片越薄或越厚，組織粗糙，彈性差，持水能力越小。閆克玉等（1992）對河南烤煙（40級）煙葉和煙梗的平衡水分進行了系統(tǒng)的研究，控制溫度為25 ，相對濕度分別為45%、65%、85%，研究結(jié)果提供了一套有價值的各等級煙葉和煙梗平衡水分的工

18、藝參數(shù)(見表1-1)。其規(guī)律是：在相同溫度下，同等級煙葉和煙梗的平衡水分隨相對濕度增加而增加，且煙梗的平衡水分略高于煙葉。在相同溫濕度條件下，中部煙葉的平衡水分最高，上部次之，下部最低；同部位煙葉的平衡水分以橘黃色最高，檸檬黃色稍低，隨著煙葉含青度的增加，平衡水分明顯降低；同部位煙葉的平衡水分隨等級的提高而增加，隨成熟度的增加而增加，隨疏松程度的增加而增加，厚薄適中的煙葉平衡水分較高，身份變薄或變厚，平衡水分都降低，但變化幅度不大。空氣溫度和相對濕度變化之后，煙葉的平衡水分需要經(jīng)過一定時間的吸濕或散濕方能達到。達到平衡水分的時間以煙葉吸濕或散濕的速度而決定。煙葉吸濕或散濕的速度，對于加工過程和

19、貯存保管有著重要的關(guān)系，掌握其規(guī)律性，可以用來提高加工質(zhì)量和安全貯存。決定煙葉吸濕或散濕速度的內(nèi)在因素是煙葉的化學成分和組織結(jié)構(gòu)，外界因素是空氣溫度、相對濕度、煙葉實際水分與平衡水分的差值、空氣流動速度和包裝狀況等。表1-1 烤煙40級制煙葉平衡含水率 （t=25）（閆克玉等，1992）煙葉等級45%65%85%葉片煙梗葉片煙梗葉片煙梗X1L7.037.2412.6513.7618.0619.31X2L6.817.1611.8513.5417.0118.95X3L6.436.4511.4512.8116.1318.45X4L6.006.3310.2711.1515.7317.91X1F7.20

20、7.6912.9414.2218.6019.32X2F6.827.1112.2113.7617.7818.56X3F6.686.9011.6911.2817.2818.55X4F6.126.7310.6411.3416.5018.13C1L8.018.4914.2714.3520.0621.42C2L7.557.8313.1913.0719.0020.27C3L6.977.4711.8012.4918.3118.47C1F8.238.7214.4015.7421.1323.74C2F7.908.1212.4812.9319.4721.09C3F7.437.6311.9512.8819.0520

21、.23B1L7.287.4113.3613.1618.8620.29B2L6.857.2312.7412.8618.8122.71B3L6.376.9911.3911.8815.4018.56B4L6.587.1112.0712.9718.5418.29B1F7.648.3013.3114.3519.9522.07B2F7.127.9512.6613.2819.1721.83B3F7.547.0310.0211.1216.4017.74B4F7.036.9710.9512.2818.8019.50B1R7.257.5310.5911.8317.5018.75B2R6.847.1911.5412

22、.4117.9519.35B3R6.376.4010.6211.3720.1520.81H1F8.218.8211.1213.6821.1019.14H2F8.999.3613.7814.8919.1423.53CX1K8.218.5614.0016.5719.4521.47CX2K7.687.9512.9312.5218.3722.26B1K7.167.7213.0514.8319.6121.00B2K7.067.1812.4813.7918.6518.76B3K6.506.9511.5610.7019.3819.94S16.737.3813.1113.4017.9119.43S26.417

23、.0112.8612.9417.0318.77X2V6.296.5712.4415.7616.5917.87C3V6.356.4211.9813.2318.0318.69B2V6.186.6710.8311.1917.9318.32B3V6.126.5911.4611.4716.3917.23GY15.847.0010.4611.5016.6118.91GY25.735.9010.1611.6916.0118.01第三節(jié) 煙草水分的表示方法煙草水分通常有兩種表示方法：絕對含水率（干基含水率）和相對含水率（濕基含水率）。絕對含水率即用全干煙草的重量作為計算基礎(chǔ)的含水率。它是指煙草中水分重量與全干

24、煙草重量之比的百分率，其計算公式是： 式中：W絕為絕對含水率；G濕為濕煙草重量；G干為干煙草重量。相對含水率是用濕煙草重量作為計算基礎(chǔ)的含水率。它是指煙草中水分重量與濕煙草重量之比的百分率，其計算公式： 式中：W相為相對含水率；G濕為濕煙草重量；G干為全干煙草重量。在煙草原料加工和卷煙生產(chǎn)中，通常采用相對含水率來表示，由于它便于計算，在生產(chǎn)中廣泛應用。所以，相對含水率通常簡稱含水率，而絕對含水率則常用于干燥方面的計算，特別是干燥速度的計算，使用此表達式較為方便。因為在干燥過程中，煙草內(nèi)部的水分重量是隨著干燥過程的深入而逐漸減少，但其干物質(zhì)保持基本不變。若使用相對含水率計算干燥速率時，其分母還需

25、不斷變換，計算起來非常復雜。絕對含水率與相對含水率之間的關(guān)系是：或煙草含水率的測定方法很多，在煙草質(zhì)量檢測和加工生產(chǎn)中常用的有烘箱法、電測法和紅外水分儀法。烘箱法測定煙草水分，數(shù)值準確可靠，可用來校正其他測定方法所得結(jié)果的準確度。其缺點是測定過程相對麻煩，速度慢。電測法的優(yōu)點是直觀、快速、使用非常方便，缺點是誤差較大。電測法有電阻法和電容法，目前常用的是電阻法，使用的儀表是電阻式煙草水分測定儀（如武漢電子儀表二廠研制的Se型煙草水分儀），它是根據(jù)煙草的導電性與含水率的關(guān)系而制成的。煙草的導電性隨煙草的含水率增加而增加，相應的，電阻隨含水率的增加而減小。電測法測定含水率只適用于8%32%的含水率

26、范圍，含水率在32%以上測定精度顯著降低，含水率在6%以下時，已難以測定出來。紅外水分儀是利用物料對紅外線具有選擇吸收特性，在生產(chǎn)線上對物料水分進行檢測的光電儀器。可以獲得高精度的測量值，并具有物料瞬時含水率顯示、記錄水分高限位警報、反饋信號輸出等功能。這個儀器有一個十分準確的檢測頭和一個與之相配合的電子控制單元。反饋信號的工作原理是：光源燈發(fā)出的光線先由一個聚光反射鏡反射回燈泡上，這樣就形成了一股具有一定強度的光束，通過聚光透鏡被反射出去。離開透鏡的光線經(jīng)過兩個相同的分劃板，其中一個固定，另一個裝在電機的轉(zhuǎn)軸上以大約1 500 r/min的速度旋轉(zhuǎn)。因此，經(jīng)過運動著的分劃板后光束被分開，變成一個正弦曲線波。然后，這個三角形的光波照射到一個也是安裝在電機軸上的濾光輪上，這個輪上插有8個濾光片，當輪轉(zhuǎn)