《烟草水分》PPT课件.ppt

1、第二章 烟草水分Moisture Content in Tobacco Leaf,1. 掌握烟叶水分的存在形态和变化规律； 2. 掌握烟叶的吸湿特性和平衡含水率的概念、影响因素、调控方法； 3. 掌握烟叶中水分的主要测定方法； 4. 了解烟叶水分对加工质量的影响； 5. 了解水分对卷烟增香保润的作用。,教学目的：,一、概述 二、烟叶水分的来源和存在形态 三、烟叶的吸湿性和平衡水分 四、烟叶水分的表示方法 五、烟草行业“增香保润”的若干问题,教学内容：,烟草及烟草制品 水分测定 烘箱法 Tobacco and tobacco products Determination of water con

2、tent Oven method,烟草及烟草制品 水分测定 卡尔费休法 Tobacco and tobacco products Determination of water content Karl Fisher method,1.1 水分的基本性质,第一节 概述Introduction,(1) 液体密度比固体密度大 (2) 沸点较高 (3) 比热较大 (4) 介电常数高(水78.5；甲醇32.7；乙醇：24.5) 溶剂能力强 临界温度：374.2,氢键,1.2 烟草水分的概念,烟叶水分又称“烟叶含水量”， “烟叶含水率” 加工过程也常称“含湿量”,1.3 烟草水分的重要性,它是烟草及其制品

3、的重要组分之一。 烟叶水分影响烟叶的弹性、韧性等力学性质，它又是烟叶的物理特性之一。 在工艺加工过程中要严格控制烟叶水分，因此水分也是烟草重要的质量指标之一。,在烟草生长发育过程中水分是营养物质和代谢物质在体内运输的载体，是生物化学反应的介质，是许多有机物质合成的原料，直接影响烟叶产量和质量的形成。 水分的多少影响原生质体的存在状态。水分多时，原生质呈溶胶状态，生命活动旺盛；水分少时，原生质呈凝胶状态，生命活动缓慢。在烟草不同的生育时期，需要供应与之相适宜的水分，既能保证进行正常的新陈代谢活动，又有利于鲜烟叶质量的形成。,1.4 水分对生长发育的作用,在烟叶初加工、卷烟制丝加工和烟叶及其制品贮

4、存保管等一系列环节中，烟叶需要有不同的含水量与之相适应，才能达到加工的目的，保证加工质量。在加工过程中烟叶水分含量多少，不但直接影响其弹性、韧性、填充性和燃烧性等物理特性，而且直接影响其颜色、光泽、香气、吸味等外观和内在质量，同时也影响烟叶内部微弱的生物化学变化，如各种酶的活动、霉菌的繁殖、内含物质的分解转化等。在各个加工环节中，对烟叶水分都有严格的控制和要求以适应和保证加工质量。,1.5 水分对加工的作用,研究烟叶水分的来源、存在形态、增减规律、持水能力等，对于改进加工条件、提高加工质量、改善卷烟品质等方面有重要的意义。同时也对目前“增香保润”重大专项有较大促进作用。,1 鲜烟叶的水分主要来

5、自于土壤和空气 2 干烟叶的水分来源包括两个方面: (1) 调制残存在烟叶中的水分； 生产过程中加入的水分（分级、发酵、回潮） (2) 从空气中吸收的水分,第二节 烟叶水分的来源和存在形态The Source and Existing Patterns of Tobacco Moisture,一、 烟叶水分的来源,二、烟叶水分的存在形态,自由水(Free water): 就是没有被非水化合物结合的水，易从烟叶中散失，在0以下易结冰，能作溶剂。 结合水(Bound water): 存在于溶质或其它非水组分附近，与溶质分子之间通过非共价键（主要是氢键）结合的那部分水，不易自由移动，不易丧失。在0以

6、下不易结冰，不能作溶剂 。,1. 自由水和结合水的概念,在干烟叶中大分子(蛋白质、纤维素、果胶质等大分子物质)颗粒形成网状，水分子分散在颗粒网中，称为凝胶。大分子物质形成胶粒，具有巨大的表面，可吸附许多物质。大分子物质表面带有电荷，水分子又具有极性，因而胶粒发生水合作用，与胶粒越近的水分子结合越紧越强，越远的越弱。与胶粒结合紧的水层称为束缚水或结合水，束缚水以外的水叫自由水。,. 烟草中自由水的性质,烟草中的自由水主要是毛细管凝结水; 凝结在毛细管和大孔隙中的水; 主要结合力：毛细管凝结力（表面张力）; 自由水与烟叶组织结构关系密切，结构疏松自由水可增多，结构紧密自由水减少。 自由水是可用简单

7、加热的办法从烟叶中分离出来。这部分水与一般的水没有什么不同，在烟叶中会因蒸发而散失，也会因吸潮而增加，容易发生增减变化。,3. 烟草中结合水的性质,在烟叶中与蛋白质、纤维素、果胶质等成分通过氢键结合的水; 烟叶中结合水主要包括：胶体渗透作用和晶体潮解作用结合的水; 主要结合力：氢键; 与烟叶内涵物质丰富程度关系密切，干物质丰富结合水多，干物质欠缺结合水少。,因此，在一定条件下，烟叶是否为霉菌感染而霉烂变质，并不决定于烟叶中水分的总含量，而仅仅决定于烟叶中自由水的含量。,表1-1自由水和结合水性质比较,一、烟叶的吸湿性 二、烟叶的平衡水分 三、烟叶吸湿性和平衡水分的影响因素,第三节 烟叶的吸湿性

8、和平衡水分The Hygroscopicity and Equilibrium Moisture of Tobacco Leaf,一、烟叶的吸湿性 (Hygroscopicity of Tobacco）,1. 吸湿性的定义 烟叶能跟据空气温湿度的变化从空气中吸收水分或向空气中散发水分的性质。 2. 吸湿性的机制 烟叶的内涵物质：含有胶体物质和晶体物质， 烟叶的组织结构：具有胶质毛细管的多孔体。,3. 烟叶吸湿的过程,3.1 表面吸附和扩散作用 吸附(Adsorption) ：空气中的水蒸气凝结在物体表面的现象。 扩散(Diffusion ) ：一种物质自发进入另一种物质中，彼此相互渗透的作用。

9、 烟叶和周围空气之间不断发生着水分交换。 表面吸附和扩散作用随空气湿度增大而加强，随温度升高而加强。,3.2 毛细管凝结作用(Capillary Coacervation ),烟叶是具有胶质毛细管的多孔体，可以通过表面张力使水分凝结在毛细管内。 这种水属于自由水。 随空气湿度增大而增大，随温度升高而降低。 毛细管越细，凝结作用越强。,3.3 胶体渗透作用(Colloid Osmosis),当空气相对湿度接近饱和或烟叶和水分直接接触时，烟叶中的淀粉、蛋白质、果胶等胶体表面形成溶液层，水分在烟叶内外形成浓度差，就会发生渗透作用。 渗透作用随空气湿度增大而加强，随温度升高而加强，这种方式增加的主要是

10、结合水。,3.4 晶体潮解作用（Crystalloid Deliquescent Effect）,当空气相对湿度接近饱和或烟叶和水分直接接触时，烟叶中的水溶性糖、多酚、有机酸、无机盐等晶体物质会发生潮解作用，产生水化物，增加烟叶水分。 晶体潮解作用随空气相对湿度增大而加强，随温度升高而加强。增加的主要是结合水。,表1-2 烟叶吸湿性主要表现在四个方面,二、烟叶的平衡水分（Equilibrium Moisture of Tobacco ）,1. 烟叶平衡水分的定义 在一定空气温湿度条件下，烟叶表面水蒸汽压力与周围空气中水蒸汽分压力相平衡时的烟叶含水量。 烟叶达到平衡水分是一个动态过程。,2. 烟

11、叶平衡水分条件,因为烟叶具有吸湿性，会不断地和周围空气发生水分交换作用，使得它在不同的空气温湿度条件下具有不同的含水量。 通常把空气温度(221)，相对湿度(602)%条件下达到平衡时的烟叶水分定为烟叶的标准平衡水分。,三、烟叶吸湿性和平衡水分的影响因素,1. 烟叶因素 烟叶自身的组织结构和化学成分的差异直接影响着烟叶的吸湿性和平衡水分，是烟叶具有吸湿性和平衡水分的物质基础。 烟叶类型、等级、产地、部位等因素都会造成烟叶组织结构和化学成分差异，影响烟叶吸湿性和平衡水分。,相同环境条件下烟叶吸湿性和平衡水分表现为：白肋烟烤烟香料烟,图1 温度22、相对湿度60%烟丝水分含量随时间变化曲线,相同环

12、境下烟叶吸湿性和平衡水分表现为：中部上部下部,图2 温度22、 相对湿度60%烟丝水分含量随时间变化曲线,时间（d),相同环境下烟叶吸湿性和平衡水分表现为：中部上部,图3 不同部位烟叶平衡含水率比较,相同环境下烟叶吸湿性和平衡水分表现为：烟叶等级：中一中三中五,图4 不同等级中部烟叶平衡含水率比较(23),当空气温度一定时，随空气相对湿度增大，烟叶平衡水分增大。70以下影响小，70以上影响大 。,2. 空气相对湿度,图5 空气相对湿度对烟叶平衡含水率比较,当空气相对湿度小于70%时，随温度升高烟叶平衡水分减小，当空气相对湿度大于70%时，烟叶平衡水分随温度升高而增大。 空气相对湿度影响是主要的

13、，空气温度影响较小。 影响烟叶吸湿性和平衡水分的因素，内因是烟叶的质量，外因是空气温湿度。,3. 空气温度,图6 叶组的等温吸湿曲线,一、烟叶水分的表示方法,相对含水率（湿基含水率）,G湿,或,1W相,1+ W绝,绝对含水率（干基含水率）,第四节 烟叶水分的表示方法Moisture Determination Method of Tobacco leaf,在烟草原料加工和卷烟生产中通常采用相对含水率，因此相对含水率通常简称含水率。 绝对含水率是在干重基础上计算得来的，更能反映烟叶水分含量的真实状况，并且在工程计算中较为方便。,烟叶及卷烟制品的水分测定方法种类很多，但一般常用的是（1001）的烘

14、干法，它是利用水分在100 沸腾蒸发的性质，在此高温下，自由水及大部分结合水，经过一定时间，水分即蒸发散失。用此法只能测定近似的水分含量。在测定水分时，烘干时间应该以达到恒重为止。根据经验在（1001）的条件下烘2h，根据烘干后的重量即可计算含水率。,二、烟叶水分的测定方法,1. 烘箱法,精确称取烟末样品2-3g，置于洗净烘干已知重量的铝盒中(或称量瓶)，放入（1001）烘箱中烘2h，取出后放在干燥器内冷却至室温称重，按烘干前后重量差计算样品的水分含量。,测定过程,G湿,烘箱法测定烟叶水分是目前公认的标准方法之一。 优点：是准确可靠; 缺点： (1) 烟叶中挥发性成分对测定结果有干扰； (2)

15、 测定过程相对麻烦，速度慢。,卡尔费休法简称费休法，是1935年卡尔费休(Karl Fj scher)提出的测定水分的定量分析方法。卡尔费休法是测定物质水分的各类化学方法中，对水最为专一、最为准确的方法。虽属经典方法但经过近年改进，提高了准确度，扩大了测量范围，已被列为许多物质中水分测定的标准方法。,2. 卡尔费休法,2. 1 方法概述,费休法属碘量法，其基本原理是利用碘氧化二氧化硫时，需要一定量的水参加反应： I2+SO2+2H2O=2HI+H2SO4 (1) 上述反应是可逆的。为了使反应向正方向移动并定量进行，须加入碱性物质。实验证明，吡啶是最适宜的试剂，同时吡啶还具有可与碘和二氧化硫结合

16、以降低二者蒸气压的作用。 因此，试剂必须加进甲醇或另一种含活泼OH基的溶剂，使硫酸吡啶转变成稳定的甲基硫酸氢吡啶,2.2 卡尔费休法的原理,很不稳定，能与水发生副反应，消耗一部分水，因而干扰测定，当有甲醇时，可防止副反应，按下式生成稳定的甲基氢硫酸吡啶。 试剂的理论摩尔比为碘：二氧化硫：吡啶，甲醇1：1：3：10。,卡尔费休测定水分的几种仪器,1.手动滴定、肉眼判断终点。这是最初的卡尔费休滴定法。 2.手动滴定、电极极化判断终点。在浸入溶液的双铂电极间加上一适当电压，因溶液中存在水而使阴极极化，电极间无电流通过。滴定终点无水时，阴极去极化，电流突然增加至一最大值，并长久保持（电流表指针突然由0

17、打到max，并保持在这个位置）。这就是所谓的“永停法”判断终点。 3.自动滴定、自动判断终点。所谓的全自动滴定仪，仪器内部都由精密的电路控制，滴定自动控制，漂移自动补偿，终点自动判断。,4. 卡尔费休库仑法：这次测量方法本质的一个改进。1959 年 Meyer 和 Boyd 将库仑法与卡尔费休法联立起来，改变试剂的成分，用碘离子替换了碘单质。通过电解产生碘 2I- 2e I2。其他过程不变。10.71库仑电流相当于1mg的水。,如前面所讲，目前烟草行业内普遍采用烘箱法作为测定烟草和烟草制品中水分含量的方法，其结果中除水分以外还包括烟草及烟草制品的挥发性成分，而非所测样品真实的含水量，准确度较低

18、，且易受其他干扰因素的影响。 卡尔费休滴定法作为经典的水分定量方法，能够准确测定样品真实的水分含量，但是，自动化程度较低，大量样品的批量检测效率不高。,3. 气相色谱法,烟叶样品进行剪切并通过4mm筛网后进行测定；丝状烟草样品直接进行测定；卷烟样品剥离辅助材料后进行测定。,气相色谱法样品的制备,取烟草样品后，准确称量约5.0g（精确到0.1mg）的样品于150mL干燥的具磨口玻璃塞的锥形瓶中，准确加入100mL含内标（异丙醇）的萃取剂(异丙醇的甲醇溶液)后，立刻加盖(于瓶口缠绕封口膜以确保密封)，以150次/min的振荡频率在振荡器上振荡萃取3小时并静置过夜。萃取液摇匀后，经0.45m孔径滤膜

19、过滤进行气相色谱分析，采用内标法定量。检测器为TCD。,样品前处理,三个组分：水分、甲醇、异丙醇,水,甲醇,异丙醇,卡尔费休法与气相色谱法对比结果（单位：mg/g）,4. 电测法,电测法有电阻法、电容法和射频法。 其中电阻法的原理是烟叶的导电性随着含水率的增加而增大，相应的电阻随着含水率的增加而减小，用电阻法水分仪可直接测得烟草样品的含水率。 优点是直观、快速、使用方便，缺点是误差较大，测定范围只限定在8%32%的含水率。,5. 红外水分仪,红外水分仪是利用物料对红外线具有选择吸收的特性，在生产线上对水分进行检测的光电仪器，这个仪器有一个十分准确的检测头和一个与之相配合的电子控制单元。可以获得

20、高精度的测量值，并具有物料瞬时含水率显示、记录水分高限位警报、反馈信号输出等功能。,第五节 烟叶水分对加工质量的影响,水分过高，会使烟叶颜色变深，光泽变暗，在装箱堆垛时，压力增大则出油粘结成块，经氧化变黑，内部化学成分相互作用而消耗，质量降低，甚至霉烂变质，失去使用价值。 水分过低，烟叶韧性和弹性降低，脆性增加，在贮存、运输和加工过程中容易产生造碎，损失较大。因此，在烟草生产和加工过程中，都必须十分注意水分含量。,烟叶具有吸湿性，对于烟叶水分的调整和控制既有有利的一方面，又有不利的一面。 有利的一面是，为烟叶加工提供了便利。 不利的一面是，为水分控制造成困难。,烟叶抗张强度的最大值在含水率17

21、%左右，伸长率也在含水率17%时最大，因此，烟叶含水率在17%时机械强度最大，加工性能最好，造碎率最低。,一、对理化特性的影响,1. 对抗涨强度和造碎率的影响,真空回潮和松散回潮时的水分为17%,烟丝含水率在6%以上，脆性随含水率增加而减小，及弹性极限增加，弹性堆积系数减小，填充值 减小。含水率每增加1%，填充值减小4%。 烟丝含水率12.5时，填充值是4.55cm3/g 。 烟丝含水率16时，填充值仅有3.75cm3/g。,2. 对烟丝填充值的影响,烟叶含水率高，酶活性高，在烟叶储存、陈化过程中化学成分变化大，对烟叶色、香、味都有影响，颜色变深，吸味变淡，香气丰富。,3. 对烟叶酶活性的影响

22、,霉菌的繁殖，水分是主要条件，烟叶含水率高，容易霉烂，不好贮藏。烟叶霉变与空气温湿度也有关系，温度25 37 ，相对湿度70%时最适宜霉菌繁殖。,4. 对烟叶霉变的影响,1. 在分级扎把和原烟收购过程中，如果烟叶水分过低，分级和收购时不能将叶片展开，各种外观质量不能充分展现，影响客观评定等级。原烟水分要控制在16%18%范围内。,二、对加工质量的影响,2. 在打叶复烤过程中，控制好烟叶水分极为重要，经过真空回潮和润叶，含水率增加到17%以上，以利于打叶去梗。经过复烤将片烟水分控制在11%13%范围内，促使片烟理化特性朝着有利方向变化，利于储存保管，适应卷烟工艺需要。,二、对加工质量的影响,3.

23、 在片烟制丝过程中，经松散回潮增加片烟含水率和温度，提高片烟耐加工性，含水率达到17%20%。再经过加料润叶提高片烟的含水率和温度，含水率达到18%21%。经过储叶配叶平衡片烟的含水率和温度，以利于切叶丝。,4. 在烘叶丝过程中，经过叶丝增温增湿提高含水率和温度，滚筒式烘丝机增湿要达到含水率25%40%，使叶丝柔软、松散、无结团、无湿团现象，气流干燥工序要去除部分水分，提高叶丝填充能力和耐加工性。烘叶丝水分要达到11.5%14%。,5. 加料后的叶片要贮叶，加香后的烟丝要贮丝，贮叶和贮丝的目的均是利用一定的温湿度和时间，使添加的料液和香精渗透到烟叶或烟丝的组织内部，而且达到均匀一致，提高加料加

24、香的效果。贮叶和贮丝过程中的水分控制对于达到上述目的起着重要作用，应为烟叶或烟丝水分是其吸收料液或香精的介质，只有水分含量适宜而均匀，才能使之均衡吸收。,6. 在烟支卷制过程中，烟丝水分过小增加含末率和“空头烟”，烟丝水分过大降低填充力形成烟支较硬，烟丝水分不均匀形成“硬段”和“软段”的“竹节烟”。卷制过程烟丝水分要求11.5%12.5%。,成品卷烟水分大，燃烧缓慢，每吸一口的烟气量少，烟味平淡，烟草香气等感官质量不能充分发挥出来。烟支水分小，燃烧速度快，烟气温度高，烟味浓烈不醇和，刺激性和辛辣味增加，引起呛咳。,三、对感官质量的影响,表 各个加工环节烟草水分的适宜范围/,1. 烟叶水分的概念是什么？有哪些来源? 2. 烟叶水分存在形态有哪些？分别试述其持水机理。 3. 什么是烟叶的吸湿性和平衡水分？ 4. 烟叶的吸湿性和平衡水分受哪些因素影响？各种因素影响如何？,作业题,“卷烟增香保润”是烟草行业中长期科技发展规划纲要确定的9个重大专项之一。 随着对中式卷烟风格特征认识的不断深入以及我国卷烟品牌整合扩张的不断推进，行业对卷烟增香保润技术提出了更高的要求。开展卷烟增香保润基础理论研究、卷烟增香保润评价方法研究、增香保润系统技术研究、增香保润应用技术开发、增香保润技术在卷烟品牌中的集成与应用研究，对于提升中式卷烟品质具有重要意义。,“增