煙粉粒徑對加熱卷煙專用稠漿法再造煙葉品質的影響

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

云南中煙工業有限責任公司技術中心 云南省煙草化學重點實驗室，昆明市五華區紅錦路367號 650231

電加熱卷煙（electrically heated tobacco products，eTHP）與傳統卷煙相比，其煙氣中有害或潛在有害成分顯著降低［1］。隨著全球控煙形勢的日趨嚴峻，eTHP 卷煙已成為了解決吸煙導致的公眾健康問題的有效解決方案之一，并成為各國煙草公司的研究熱點［2-6］。稠漿法再造煙葉由于原料品質還原性好，且煙草成分遠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注。如霍現寬等［11］報道了加熱狀態下煙草煙氣香味成分釋放特征。李巧靈等［12］報道了煙草熱解燃燒過程香味成分的釋放變化規律。唐培培等［13］研究了甘油對煙葉熱性能及加熱狀態下煙氣釋放的影響。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報道。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，最終影響eTHP 卷煙的抽吸品質［14-17］。本研究中基于國內首條eTHP卷煙專用稠漿法再造煙葉實驗平臺（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提供技術支撐。

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）有限責任公司）］；針葉木漿板、闊葉木漿板（由云南中煙再造煙葉有限責任公司提供）；膠黏劑（云南中煙工業有限責任公司技術中心研制）。

試劑：甘油、丙二醇（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

儀器：稠漿法再造煙葉實驗平臺（云南中煙工業有限責任公司研制）；BT224S 電子天平（感量：0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；PhenomTM臺式掃描電子顯微鏡（荷蘭FEI 公司）；FV-SK-02 電子煙煙霧測試機（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：依托云南中煙工業有限責任公司自行研制的稠漿法再造煙葉實驗平臺（以下簡稱實驗平臺），將片煙及煙梗分別進行預破碎，然后再分別進行精細粉碎，最終得到可用于生產稠漿法再造煙葉的煙粉。設計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，按照標準方法測定再造煙葉的厚度［18］、外觀、含水率、橫向抗張強度，達到eTHP 卷煙上機卷制要求后，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環節。

紙漿處理即使用實驗平臺對原漿板進行解離和打漿；原漿板通常出廠打漿度為15～20 °SR，需要對原漿板進行解離及打漿處理［打漿度（50±5）°SR］，以備后續實驗使用。

稠漿制備即將水、紙漿、膠黏劑、發煙劑和煙草粉末進行混合，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%（質量分數）、膠黏劑5%、外加纖維5%、甘油15%、丙二醇2%進行配制，將上述組分加熱至溫度（70±3）℃，保持2 h。待蒸煮反應液冷卻后，得到含水率80%的稠漿。

成型干燥工藝：將已經制備好的稠漿均勻布漿于成型設備的鋼板上使稠漿定型，定型后的片材再經過干燥機進一步加熱脫水，以達到特定含水率。

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

1.2.2 樣品制備

通過對再造煙葉的粒徑分析發現，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）的粒徑進行4 個樣品的制備。

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

1.2.3 煙霧量測定

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

2 結果與討論

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構（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現均勻分布。

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、抗張強度、松厚度和定量結果見表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整流漿箱對樣品厚度進行控制。抗張強度隨著煙粉粒徑的增加呈現先增大后減小的趨勢，當煙粉粒徑到380 目時抗張強度降至0.5 kN/m 以下，這會導致稠漿法再造煙葉制備過程中出現斷裂問題，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，這在一定程度上會影響產品的抽吸體驗。

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，對于eTHP 卷煙的開發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 卷煙產品。第4 階段是370～500 ℃，主要發生焦炭的熱解［20-21］，在此階段稠漿法再造煙葉的焦炭熱解造成的質量損失不到30%，說明此階段釋放的有效成分已經較少。由此可見，針對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可以滿足產品設計要求。

對于不同粒徑的再造煙葉熱失重研究結果表明，隨著粒徑的變小，再造煙葉中有效成分釋放呈加快趨勢，其優點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可承受范圍內應該使用顆粒度更小的再造煙葉開發eTHP 卷煙。

2.4 不同粒徑稠漿法再造煙葉煙霧釋放量

煙支結構見圖6，為四元結構，從左至右分別是煙芯段、支撐段、降溫段和過濾段。采用1.2 節中的電子煙煙霧測試機測定煙霧釋放量，相對煙霧釋放量如圖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 節中再造煙葉熱失重分析的結果一致。可見，煙粉粒徑是調節eTHP 卷煙煙霧釋放量的關鍵影響因素，原因是隨著煙粉粒徑的減小，煙粉與加熱片產生的熱流的接觸面積增加，進而使煙霧釋放量增加。然而，磨粉過程中煙粉粒徑越小，對于磨機所需要的功率就越大，磨機研磨過程中產生的熱量會影響煙粉品質，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 目后煙草顆粒已實現均勻分布，并且具備結構致密的特點，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隨煙粉粒徑減小而增加的趨勢。