田永峰，董高峰，繆明明，湯建國(guó)，朱東來，尚善齋，唐石云，何 沛，陳永寬，劉志華

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心 云南省煙草化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明市五華區(qū)紅錦路367號(hào) 650231

電加熱卷煙（electrically heated tobacco products，eTHP）與傳統(tǒng)卷煙相比，其煙氣中有害或潛在有害成分顯著降低［1］。隨著全球控?zé)熜蝿?shì)的日趨嚴(yán)峻，eTHP 卷煙已成為了解決吸煙導(dǎo)致的公眾健康問題的有效解決方案之一，并成為各國(guó)煙草公司的研究熱點(diǎn)［2-6］。稠漿法再造煙葉由于原料品質(zhì)還原性好，且煙草成分遠(yuǎn)高于造紙法和滾壓法，成為了eTHP 卷煙材料的最佳選擇［7-10］。

針對(duì)eTHP 卷煙的煙氣釋放特征及其影響因素的研究近年來受到越來越多的關(guān)注。如霍現(xiàn)寬等［11］報(bào)道了加熱狀態(tài)下煙草煙氣香味成分釋放特征。李巧靈等［12］報(bào)道了煙草熱解燃燒過程香味成分的釋放變化規(guī)律。唐培培等［13］研究了甘油對(duì)煙葉熱性能及加熱狀態(tài)下煙氣釋放的影響。但是上述這些研究仍停留在煙葉層面，對(duì)于eTHP 卷煙的核心材料稠漿法再造煙葉影響因素研究目前尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。稠漿法再造煙葉中煙粉顆粒度可以影響煙霧釋放和再造煙葉形態(tài)，最終影響eTHP 卷煙的抽吸品質(zhì)［14-17］。本研究中基于國(guó)內(nèi)首條eTHP卷煙專用稠漿法再造煙葉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（150 kg/h）開展了eTHP 卷煙專用稠漿法再造煙葉煙粉粒徑影響研究，旨在為加熱卷煙煙芯材料開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

材料：煙葉，煙梗［紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司）］；針葉木漿板、闊葉木漿板（由云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司提供）；膠黏劑（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心研制）。

試劑：甘油、丙二醇（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：稠漿法再造煙葉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司研制）；BT224S 電子天平（感量：0.000 1 g，德國(guó)Sartorius 公司）；PhenomTM臺(tái)式掃描電子顯微鏡（荷蘭FEI 公司）；FV-SK-02 電子煙煙霧測(cè)試機(jī)（東莞市北卡電子科技有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 稠漿法再造煙葉制備工藝

制粉工藝：依托云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司自行研制的稠漿法再造煙葉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)），將片煙及煙梗分別進(jìn)行預(yù)破碎，然后再分別進(jìn)行精細(xì)粉碎，最終得到可用于生產(chǎn)稠漿法再造煙葉的煙粉。設(shè)計(jì)4 種粒徑的煙粉，即每批使用180、280、350、380 目（80、52、42、39 μm）煙粉，分別制備150 kg 再造煙葉，按照標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定再造煙葉的厚度［18］、外觀、含水率、橫向抗張強(qiáng)度，達(dá)到eTHP 卷煙上機(jī)卷制要求后，考察其粒徑的影響。

制漿工藝：制漿工藝主要包含紙漿處理及稠漿制備兩個(gè)環(huán)節(jié)。

紙漿處理即使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)原漿板進(jìn)行解離和打漿；原漿板通常出廠打漿度為15～20 °SR，需要對(duì)原漿板進(jìn)行解離及打漿處理［打漿度（50±5）°SR］，以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

稠漿制備即將水、紙漿、膠黏劑、發(fā)煙劑和煙草粉末進(jìn)行混合，制成分散均勻且具有一定黏度的稠漿，工藝流程見圖1。

稠漿配制：按煙粉73%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、膠黏劑5%、外加纖維5%、甘油15%、丙二醇2%進(jìn)行配制，將上述組分加熱至溫度（70±3）℃，保持2 h。待蒸煮反應(yīng)液冷卻后，得到含水率80%的稠漿。

成型干燥工藝：將已經(jīng)制備好的稠漿均勻布漿于成型設(shè)備的鋼板上使稠漿定型，定型后的片材再經(jīng)過干燥機(jī)進(jìn)一步加熱脫水，以達(dá)到特定含水率。

將上文中制備的細(xì)漿經(jīng)流漿箱制成匹配設(shè)計(jì)定量厚度為（0.15 ± 0.03）mm 再造煙葉的漿膜，經(jīng)干燥、剝離工序后得到再造煙葉（圖2）。

1.2.2 樣品制備

通過對(duì)再造煙葉的粒徑分析發(fā)現(xiàn)，其顆粒分布于180～380 目（39～80 μm）之間［3］。因此選擇180、280、350 和380 目（80、52、42、39 μm）的粒徑進(jìn)行4 個(gè)樣品的制備。

為使制備的再造煙葉可以在卷煙機(jī)上卷制成eTHP 卷煙，再造煙葉需要滿足以下條件。厚度：0.15 ± 0.03 mm；抗張強(qiáng)度（橫向）：0.5 kN/m；成品含水率：（10±1）%；發(fā)煙劑含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：（17±3）%；外加纖維含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：5%；粘黏劑含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：5%。

1.2.3 煙霧量測(cè)定

采用煙密度單色光對(duì)比法［19］測(cè)定不同煙粉粒徑稠漿法再造煙葉加熱后的相對(duì)煙霧釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同粒徑稠漿法再造煙葉分布均勻性

稠漿法再造煙葉樣品如圖3 所示，不同粒徑稠漿法再造煙葉的掃描電鏡圖見圖4。由圖4 可見，180 目粒徑煙粉制備的稠漿法再造煙葉表面可見明顯的煙草纖維結(jié)構(gòu)（圖4a），粒徑超過280 目后再造煙葉樣品（圖4b）表面的煙草顆粒已實(shí)現(xiàn)均勻分布。

2.2 不同粒徑稠漿法再造煙葉物理性能

不同粒徑的eTHP 專用稠漿法再造煙葉厚度、抗張強(qiáng)度、松厚度和定量結(jié)果見表1。如表1 所示，隨著煙粉粒徑的增加，稠漿法再造煙葉厚度變化不顯著，這是由于在樣品制備過程中可以通過調(diào)整流漿箱對(duì)樣品厚度進(jìn)行控制?？箯垙?qiáng)度隨著煙粉粒徑的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)煙粉粒徑到380 目時(shí)抗張強(qiáng)度降至0.5 kN/m 以下，這會(huì)導(dǎo)致稠漿法再造煙葉制備過程中出現(xiàn)斷裂問題，增加制備成本。隨著煙粉粒徑的減小稠漿法再造煙葉松厚度呈逐漸下降趨勢(shì)，這在一定程度上會(huì)影響產(chǎn)品的抽吸體驗(yàn)。

2.3 不同粒徑稠漿法再造煙葉熱失重特征

表1 不同粒徑稠漿法再造煙葉物理指標(biāo)Tab.1 Physical indexes of slurry processed reconstituted tobacco with different particle sizes

不同粒徑條件下eTHP 專用稠漿法再造煙葉熱失重曲線見圖5，對(duì)于eTHP 卷煙的開發(fā)中主要是利用再造煙葉在低溫（低于370 ℃）熱裂解過程中釋放的煙草中有效成分。因此，研究的重點(diǎn)主要集中在第Ⅰ～Ⅲ階段再造煙葉的熱失重特征。如圖5 所示，eTHP 稠漿法再造煙葉在初期（第Ⅰ階段）熱失重特征差異不顯著，而在熱解的中期（第Ⅱ和第Ⅲ階段）具有最大熱失重，再造煙葉質(zhì)量損失超過50%，而這也是eTHP 煙具控溫程序的主要保持溫度段，在此階段可以釋放稠漿法再造煙葉中煙草的大部分有效成分，因此該稠漿法再造煙葉適用于eTHP 卷煙產(chǎn)品。第4 階段是370～500 ℃，主要發(fā)生焦炭的熱解［20-21］，在此階段稠漿法再造煙葉的焦炭熱解造成的質(zhì)量損失不到30%，說明此階段釋放的有效成分已經(jīng)較少。由此可見，針對(duì)eTHP 卷煙煙具加熱范圍（0～370 ℃），本研究中的稠漿法再造煙葉已經(jīng)可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于不同粒徑的再造煙葉熱失重研究結(jié)果表明，隨著粒徑的變小，再造煙葉中有效成分釋放呈加快趨勢(shì)，其優(yōu)點(diǎn)是在低溫加熱段粒徑越小，再造煙葉中有效成分可以更快速地釋放。因此在成本控制和抽吸體驗(yàn)可承受范圍內(nèi)應(yīng)該使用顆粒度更小的再造煙葉開發(fā)eTHP 卷煙。

2.4 不同粒徑稠漿法再造煙葉煙霧釋放量

煙支結(jié)構(gòu)見圖6，為四元結(jié)構(gòu)，從左至右分別是煙芯段、支撐段、降溫段和過濾段。采用1.2 節(jié)中的電子煙煙霧測(cè)試機(jī)測(cè)定煙霧釋放量，相對(duì)煙霧釋放量如圖7 所示。由圖7 可以看出，不同煙粉粒徑的再造煙葉煙霧釋放量存在顯著差異，煙霧釋放量隨著煙粉粒徑的減小而增大，這與2.3 節(jié)中再造煙葉熱失重分析的結(jié)果一致?？梢?，煙粉粒徑是調(diào)節(jié)eTHP 卷煙煙霧釋放量的關(guān)鍵影響因素，原因是隨著煙粉粒徑的減小，煙粉與加熱片產(chǎn)生的熱流的接觸面積增加，進(jìn)而使煙霧釋放量增加。然而，磨粉過程中煙粉粒徑越小，對(duì)于磨機(jī)所需要的功率就越大，磨機(jī)研磨過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)影響煙粉品質(zhì)，另外，煙粉粒徑越小，研磨過程中的煙粉損失也越大。因此，建議在成本和感官品質(zhì)允許條件下使用煙粉粒徑較小的煙粉制備再造煙葉，以增加煙霧釋放量。

3 結(jié)論

①本研究中制備的稠漿法再造煙葉煙粉粒徑超過280 目后煙草顆粒已實(shí)現(xiàn)均勻分布，并且具備結(jié)構(gòu)致密的特點(diǎn)，可用于eTHP 卷煙的煙芯材料。②再造煙葉的熱失重特征研究表明，在40～370 ℃eTHP 煙具加熱的溫度段具有最大的熱失重特征，質(zhì)量損失超過50%。③不同粒徑的再造煙葉制備的eTHP 卷煙逐口煙氣釋放量整體呈現(xiàn)隨煙粉粒徑減小而增加的趨勢(shì)。