木材顆粒在烤煙濾嘴的運用

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本文作者：王濤1溫光和2牟定榮1李景權(quán)2作者單位：1.紅塔煙草(集團)有限公司2.云南瑞升煙草技術(shù)(集團)有限公司

隨著“低焦油、低危害”卷煙的快速發(fā)展，針對卷煙復(fù)合濾嘴用過濾材料的應(yīng)用研究得到廣泛關(guān)注，但真正開發(fā)應(yīng)用于中式烤煙型卷煙的過濾材料卻很少。其一方面是由于過濾材料難于匹配中式卷煙抽吸風(fēng)格，另一方面是由于過濾材料本身存在安全性和均衡性方面的問題。例如，活性炭過濾材料對中式卷煙的風(fēng)格影響較大，同時還會產(chǎn)生一定的異味，影響卷煙的抽吸品質(zhì)［1］;過濾材料中使用分子篩和海泡石等無機材料，除對卷煙生產(chǎn)有許多負面影響外，還會對卷煙抽吸產(chǎn)生安全隱患和品質(zhì)影響［2-3］;茶末、茶梗和膨脹煙梗等一些天然材料，其孔結(jié)構(gòu)多為密閉的細胞空腔，對煙氣有害物質(zhì)的過濾效率較低［4-5］;生物提取物、中草藥提取物等添加劑，其生物活性對降低有害物質(zhì)有一定的作用，但其穩(wěn)定性不好［6-7］。這些問題的存在，嚴重制約了上述改性過濾材料在中式卷煙中的生產(chǎn)與應(yīng)用。因此，研制一種吸附能力強、不影響卷煙感官品質(zhì)、同時具有良好加工性能的過濾嘴用吸附材料，成為煙草行業(yè)亟待解決的技術(shù)問題。

木材顆粒材料是一種以天然木材為原料，經(jīng)過提取、造粒等系列工藝制備出的一種不規(guī)則顆粒狀材料。木材顆粒作為復(fù)合濾嘴添加材料具有以下優(yōu)勢:①木材顆粒具有良好的加工強度和機械加工性能;②具有疏松多孔空腔結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，高過濾效率和強吸附能力;③來源廣泛，成本低廉、制備方法簡單;④屬于介孔材料，對卷煙煙氣具有選擇性的吸附、脫附和特殊的催化作用。本文報道了一種新穎的具有獨特表面形貌的木材顆粒，并對其在中式卷煙中應(yīng)用做了進一步研究。

1實驗部分

1．1材料與儀器

木材顆粒，自制;2．7/35000規(guī)格絲束;3．9/31000規(guī)格絲束;3．0/35000規(guī)格絲束;紅塔煙草(集團)有限責(zé)任公司玉溪煙絲。提取設(shè)備、造粒設(shè)備均自制;40，60目標準分樣篩;PhilipsXL30ESEM型臺式掃描電子顯微鏡;ASAP2020M型比表面積及微孔物理吸附儀;KDF-2E型濾棒成型機;KDF-2型濾棒成型機;JK3D型復(fù)合成型機;HBRM/CS20型孔道轉(zhuǎn)盤式吸煙機;Trace-2000型氣相色譜儀;HP6890型氣相色譜儀;HP5793型質(zhì)譜檢測儀。

1．2樣品制備

1．2．1木材顆粒樣品制備

將木材原料粉碎后裝入提取設(shè)備，加入50%乙醇，進行加熱提取，提取一定時間后，冷卻，過濾，干燥，得到木材粉末。將木材粉末進入造粒設(shè)備，制成木材顆粒，選取的顆粒粒級范圍為40～60目，顆粒自然堆積體積為(3．5±0．1)cm3/g，調(diào)節(jié)顆粒含水率為(8±2)%。

1．2．2濾棒制備

選用2．7/35000規(guī)格絲束，將40～60目木材顆粒在KDF-2E成型機上按添加量0．9mg/mm進行料棒卷制，選用3．9/31000規(guī)格絲束在KDF-2成型機上卷制白棒;料棒與白棒在復(fù)合成型機上進行復(fù)合成型，卷制成二元復(fù)合濾棒，復(fù)合長度比為1∶1。選用3．0/35000絲束在KDF-2濾棒成型機上按相同參數(shù)卷制純醋纖濾棒，其參數(shù)見表1。

1．2．3卷煙樣品的制備

在卷煙機組上使用“玉溪”煙絲卷制，并接裝木材顆粒復(fù)合濾嘴，以接裝同濾棒參數(shù)的純醋纖濾嘴作為對照樣，兩者進行對比研究。

1．3分析方法

1．3．1木材顆粒的表面形貌

掃描電鏡的工作參數(shù)為電壓20．0kV，束流30～40μA，真空10－8Pa。

1．3．2木材顆粒的比表面積

比表面積及微孔物理吸附儀工作參數(shù)為脫氣溫度90℃，脫氣10h。

1．3．3感官評吸［8］

按照GB5606．4—2005所描述的相關(guān)標準進行。

1．3．4煙氣常規(guī)檢測［9］

按照GB5606．5—2005對卷煙進行。

1．3．5卷煙主流煙氣中低分子醛酮、氫氰酸、多環(huán)芳烴和氨離子檢測［10-12］

按照YC/T253—2008，YC/T254—2008和GB/T21130—2007進行。

2結(jié)果與討論

2．1木材顆粒形貌

由圖1可知，木材顆粒表面呈現(xiàn)出無序多孔狀，其表面由大量破裂的細胞壁構(gòu)成，呈無規(guī)則魚鱗狀。在煙氣氣溶膠流經(jīng)時，這種形貌結(jié)構(gòu)能夠增大對氣溶膠粒子的截留幾率，延長和干涉氣溶膠粒子運動時間和軌跡，從而獲得更高的過濾效率。

2．2木材顆粒比表面積

由表2可知，木材顆粒具有多孔性和較大的比表面積，且平均孔徑適中(平均孔徑3．23nm屬于介孔材料范疇)與電鏡檢測結(jié)果相符。

2．3木材顆粒復(fù)合濾嘴煙氣常規(guī)分析

由表3可知，在卷煙物理參數(shù)設(shè)計相同的基礎(chǔ)上，添加木材顆粒復(fù)合濾嘴與對照樣相比，其煙樣總粒相物下降了1．1mg/支(8．53%)，焦油下降了0．9mg/支(8．57%)，CO下降了0．2mg/支(2．17%)，煙堿量沒有變化。添加木材顆粒復(fù)合濾嘴可以降低卷煙主流煙氣的總粒相物、焦油量和CO。這是由于木材顆粒表面的魚鱗形貌對卷煙氣溶膠粒子的物理吸附作用而引起的。然而，煙堿雖然同樣以粒相物形式存在，但其具有較好的揮發(fā)性，容易被新鮮煙氣洗脫［13］。上述現(xiàn)象降低了木材顆粒對煙堿吸附作用，從而使其對煙堿量影響不顯著。

2．4木材顆粒復(fù)合濾嘴7種有害物質(zhì)檢測結(jié)果

由表4可知，在卷煙物理參數(shù)設(shè)計相同的基礎(chǔ)上，與對照樣相比，7種有害成分降低幅度大小不一，其中CO降低了0．2mg/支(2．17%)，B(a)P降低了2ng/支(22．22%)，NNK降低了0．1ng/支(4．50%)，巴豆醛降低了0．6μg/支(3．49%)，HCN降低了24．1μg/支(20．37%)，氨離子降低了0．2μg/支(3．77%)，苯酚降低了4μg/支(21．16%)。與普通醋纖濾嘴相比，添加木材顆粒復(fù)合濾嘴后，HCN、B(a)P和苯酚的降低效果較為明顯，這是因為木材顆粒顯弱堿性，對酸性的有害物質(zhì)作用較為明顯。

2．5卷煙感官評吸

由表5可知，添加木材顆粒復(fù)合濾嘴后，卷煙感官質(zhì)量性能得到了大幅提升。其中煙氣濃度和煙香豐富性增加，舒適性得到了改善。這是因為木材顆粒吸附性較好，降低了煙氣中的焦油等物質(zhì)。

3結(jié)論

(1)木材顆粒表面具呈魚鱗狀特殊形貌，具有介孔吸附材料特性，可以作為卷煙復(fù)合濾棒的添加材料。(2)木材顆粒復(fù)合濾嘴可以降低卷煙主流煙氣中的焦油和7種有害物質(zhì)，下降幅度分別達到了焦油8．57%，CO2．17%，B(a)P22．22%，NNK4．50%，巴豆醛3．49%，HCN20．37%，氨離子3．77%和苯酚21．16%。(3)木材顆粒復(fù)合濾嘴對比在線對照樣，可以提升煙氣濃度、增加煙香豐富性和改善舒適性。