淺析香精爆珠制造工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

江文斌

（1.上海暢略貿(mào)易有限公司，上海 202155；2.江蘇浩豐生物科技有限公司，江蘇 南通 226100）

香精爆珠也稱(chēng)做煙用膠囊、煙用爆珠、爆珠，香精爆珠讓卷煙調(diào)香更加豐富。爆珠生產(chǎn)過(guò)程主要是利用膠液對(duì)香精進(jìn)行物理滴制包裹形成濕潤(rùn)的爆珠，再對(duì)濕爆珠進(jìn)行干燥處理形成香精爆珠成品。爆珠常規(guī)直徑一般在2.5 mm～4.5 mm，稍用力擠壓就可以使爆珠瞬間爆開(kāi)，并伴隨輕脆的“啪”聲，爆珠爆開(kāi)并釋放出其中的香料物質(zhì)，起到增香、提升卷煙品質(zhì)的作用。因?yàn)楸榫邆?個(gè)特點(diǎn)。1）載香量大的優(yōu)勢(shì)。2）香味穩(wěn)定的特點(diǎn)。3）可改善吃味的功能。4）增加潤(rùn)感的空間大。5）降低主流煙氣溫度，減小刺激。6）可選擇，可感知的屬性。7）玩、可控、個(gè)性化。8）2.5mm～4.5mm不同大小規(guī)格定制，滿(mǎn)足于細(xì)支、中支、粗支卷煙規(guī)格。9）幫助卷煙結(jié)構(gòu)的提升等功能。所以，香精爆珠化成為國(guó)內(nèi)外煙草行業(yè)的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新方向[1-2]，爆珠煙最近幾年總體呈現(xiàn)良好增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2020年1—10月，全國(guó)爆珠煙銷(xiāo)量為108.27萬(wàn)箱，同比增幅為14.38%，占全國(guó)卷煙銷(xiāo)量比重為2.59%，爆珠煙銷(xiāo)量增速快于短支煙和細(xì)支煙。越來(lái)越多的應(yīng)用，也讓爆珠的研究得以更加深入[3-6]，但是目前對(duì)爆珠制造設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究報(bào)道很少。為此，該文以爆珠3.65 mm粒徑規(guī)格為例，以爆珠感官指標(biāo)、物理指標(biāo)、安全指標(biāo)3個(gè)方面的理化技術(shù)要求，從爆珠工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)指定技術(shù)指標(biāo)的制造，旨在為行業(yè)卷煙爆珠的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)用提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

材料：植物膠粉（混合物，主要成分為卡拉膠、海藻酸鈉）、甘油、酒精（質(zhì)量分?jǐn)?shù)95.9%），江蘇浩豐生物科技有限公司；食品添加劑檸檬黃和日落黃，上海染料研究所有限公司；芯材由煙草本香香精、辛癸酸甘油酯溶劑組成，江蘇浩豐生物科技有限公司。

儀器：200L化膠罐、四滴頭無(wú)縫滴丸機(jī)、干燥轉(zhuǎn)籠，江蘇浩豐生物科技有限公司；CTS-Ⅱ煙用膠囊綜合檢測(cè)儀，成都瑞拓科技股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)客戶(hù)《卷煙爆珠技術(shù)要求》中，對(duì)感官指標(biāo)中色澤、氣味、外觀和霉變的4項(xiàng)要求；對(duì)物理指標(biāo)中粒徑、粒徑合格率、每千克粒數(shù)、壓破強(qiáng)度、最小壓破強(qiáng)度、單粒爆珠芯材重的6項(xiàng)要求；對(duì)安全性指標(biāo)中鉛、砷和菌落總數(shù)的3項(xiàng)要求。該文按照這13項(xiàng)要求逐一進(jìn)行試驗(yàn)，達(dá)到客戶(hù)指標(biāo)要求。

香精爆珠生產(chǎn)有14個(gè)工段順序：1混料→2稱(chēng)粉→3化膠→4滴丸→5轉(zhuǎn)籠干燥→6洗丸→7篩丸→8挑丸→9平衡→10質(zhì)檢→11分裝→12包裝封箱→13倉(cāng)儲(chǔ)→14運(yùn)輸。該試驗(yàn)在化膠罐中溶劑試驗(yàn)所需要的壁材膠液，加入試驗(yàn)所需要的4個(gè)色素比例。在篩選好色素后，進(jìn)一步滴制芯液（24.1±0.5）mg、壁材（48±2）mg；芯液（24.6±0.5）mg、壁材（52±2）mg；芯液（25.1±0.5）mg、壁材（56±2）mg；芯液（25.6±0.5）mg、壁材（59±2）mg；芯液（26.1±0.5）mg、壁材（62±2）mg；芯液（26.6±0.5）mg、壁材（65±2）mg。共計(jì)6個(gè)規(guī)格濕膠囊。

1.2.1 感官指標(biāo)

爆珠色澤利用色卡和三原色、復(fù)配原理，反復(fù)試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)指定顏色；氣味在爆珠香精調(diào)配定型后，在爆珠制造過(guò)程中需要對(duì)接觸香精的容器、接觸濕爆珠、接觸干燥后爆珠的全部設(shè)備、包裝的防異味和串味預(yù)防進(jìn)行評(píng)吸，并采取20 ℃、30 ℃和40 ℃梯度干燥對(duì)比，使破裂后香氣與香精標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容物一致；外觀重點(diǎn)是滴制和干燥2個(gè)方面的過(guò)程質(zhì)量控制，成品爆珠中對(duì)外觀不合格的剔除對(duì)比；霉變?cè)谟谌鞒痰氖称钒踩?guī)范操作，嚴(yán)格進(jìn)行6S管理，是否適量添加食品防腐劑進(jìn)行對(duì)比。

1.2.2 物理指標(biāo)

爆珠的粒徑主要由芯材量決定，所以粒徑的重點(diǎn)是芯液的合理設(shè)計(jì)，并兼顧壁材厚度和香精揮發(fā)量帶來(lái)的影響；爆珠的粒徑合格率主要在于滴制過(guò)程中芯材量和壁材量的精準(zhǔn)控制；爆珠的每千克粒數(shù)是由單粒爆珠重量決定的，即通過(guò)控制單粒爆珠重量來(lái)實(shí)現(xiàn)；爆珠的壓破強(qiáng)度是物理指標(biāo)的核心，需要通過(guò)膠皮開(kāi)發(fā)、滴制精準(zhǔn)和穩(wěn)定控制、柔性干燥來(lái)實(shí)現(xiàn)；最小壓破強(qiáng)度是滿(mǎn)足濾棒上機(jī)適用性的重要指標(biāo)，同樣是通過(guò)滴制和干燥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)；單粒爆珠芯材重是保證卷煙抽吸過(guò)程中爆珠香精吸味濃度的重要指標(biāo)，通過(guò)滴制過(guò)程中芯材的穩(wěn)定控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2.3 安全性指標(biāo)

爆珠安全性指標(biāo)的重金屬（鉛、砷）的控制，重點(diǎn)在于對(duì)全部原料的檢測(cè)和生產(chǎn)過(guò)程中避免外源污染。爆珠菌落總數(shù)的控制在全流程的6S實(shí)施和添加適量的食品防腐劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 感官指標(biāo)

該標(biāo)準(zhǔn)樣品為淺桔黃色，且芯材香精和膠液均為無(wú)色。需要采用檸檬黃和日落黃2個(gè)食品色素逐步添加復(fù)配進(jìn)行篩選，對(duì)于香精自身帶有顏色的情況，還需要擠破爆珠來(lái)單獨(dú)仿壁材的顏色。通過(guò)滴制膠囊對(duì)比顏色，該試驗(yàn)在表1中復(fù)配第4次滿(mǎn)足了標(biāo)樣要求。

表1 顏色復(fù)配表

在氣味指標(biāo)上，生產(chǎn)中需要嚴(yán)格做到1.2.1方法中提及的6S管理，并在此基礎(chǔ)上，分別采用在20 ℃、30 ℃和40 ℃溫度下干燥的方式，對(duì)比香精在不同溫度下干燥對(duì)吸味的影響。評(píng)吸結(jié)果表明是否做到6S管理對(duì)香氣是否串味直接相關(guān)。幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)為香精鍋的清洗到位、更換全新的制冷石蠟油、徹底清洗濕膠囊傳送帶、清洗干燥設(shè)備、干燥車(chē)間的通風(fēng)換氣、包裝物必須潔凈無(wú)異味。嚴(yán)格做到6S管理，能保證爆珠氣味同香精氣味的一致性。

在20 ℃、30 ℃、40 ℃不同溫度下干燥，在同樣30%干燥濕度下，雖然溫度越高干燥速度越快，但是40 ℃情況下香精揮發(fā)程度超過(guò)30 ℃和20 ℃。溫度越低，越有利于降低香精的揮發(fā)，20 ℃能更好地保證氣味與香精氣味濃度一致，并且具備更好的爆珠外觀品質(zhì)。

在外觀指標(biāo)上，滴制和干燥2個(gè)方面的過(guò)程質(zhì)量控制與否決定了外觀質(zhì)量，圖1是香精爆珠的滴制示意圖，我們可以看出芯液居中能夠保證爆珠不偏心，滴制分切利索且小液滴小能保證爆珠拖尾尺度。芯液不純凈會(huì)堵塞針頭導(dǎo)致偏心，對(duì)天然提取物香精需要進(jìn)行預(yù)過(guò)濾，如圖2所示。在干燥過(guò)程中不粘連和不擠壓使爆珠變形更小。在成品爆珠中對(duì)外觀不合格的剔除是否徹底是最終外觀質(zhì)量合格的重要保障。總之，最終產(chǎn)品不能存在以下這些香精爆珠類(lèi)型，會(huì)造成外觀指標(biāo)的不合格，并且不好的外觀大多會(huì)導(dǎo)致壓破強(qiáng)度指標(biāo)不合格，如圖3和圖4所示。

圖1 香精爆珠滴制示意圖

圖2 天然香精過(guò)濾的雜質(zhì)

圖3 拖尾狀的香精爆珠

圖4 偏心狀的香精爆珠

在霉變指標(biāo)上，6S管理清潔到位，再經(jīng)過(guò)后續(xù)酒精洗丸的消毒過(guò)程，霉變微生物指標(biāo)良好。另外，在壁材中添加0.5%的脫氫乙酸鈉，能保證香精爆珠最終的微生物指標(biāo)＜10 CFU/g，完全滿(mǎn)足≤200 CFU/g的指標(biāo)要求。

2.2 物理指標(biāo)

對(duì)物理指標(biāo)中粒徑要求（3.65±0.15）mm、粒徑合格率≥95%、每千克粒數(shù)40 000×（1±5%）、抽取50顆，檢測(cè)每顆香精爆珠的壓破力，其中至少應(yīng)有90%的香精爆珠（即≥45顆）的壓迫力為（11.0±4.0）N，最小壓破力≥5.5 N、單粒爆珠芯材重（23.0±1.0）mg的設(shè)計(jì)步驟如下：

根據(jù)香精密度ρ=0.945 g/cm3和直徑D=0.365 cm，預(yù)估爆珠芯液質(zhì)量，如公式（1）所示。

考慮到手壓檢測(cè)濕丸子膠皮導(dǎo)致的濕芯虛高（經(jīng)驗(yàn)值為2.0左右），以及香精在干燥過(guò)程中的少量揮發(fā)性（該次試驗(yàn)香精的揮發(fā)性成分總量檢測(cè)結(jié)果為7.03%），滴制芯液量（mg）按照24.1±0.5，24.6±0.5，25.1±0.5，25.6±0.5，26.1±0.5，26.6±0.5這6個(gè)梯度設(shè)計(jì)。滴制壁材量（mg）按照48±2，52±2，56±2，59±2，62±2，65±2這6個(gè)梯度進(jìn)行。

從表2的結(jié)果可以看出，比對(duì)客戶(hù)指標(biāo)芯材重（23.0±1.0）mg，篩選出設(shè)計(jì)②、設(shè)計(jì)③和設(shè)計(jì)④均符合要求，且同時(shí)滿(mǎn)足壓破力（11.0±4.0）N和最低壓破力5.5 N的要求。考慮到爆珠最低壓破強(qiáng)度跟壓破強(qiáng)度正相關(guān)，為了保證更高的最小壓破強(qiáng)度，最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)為設(shè)計(jì)③：滴制芯液量（25.1±0.5）mg，滴制壁材量（56±2）mg。

表2 滴制參數(shù)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

2.3 安全性指標(biāo)

對(duì)原材料的鉛、砷進(jìn)行嚴(yán)格控制，考慮到成品香精爆珠成品中仍然存在少量水分，在壁材中添加0.5%的脫氫乙酸鈉，菌落總數(shù)檢測(cè)＜10C FU/g（產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求為≤200 CFU/g），完全符合技術(shù)要求。

3 結(jié)論

爆珠的設(shè)計(jì)需要考慮多方面的因素，爆珠的粒徑主要由芯材量決定，所以粒徑的重點(diǎn)是芯液的合理設(shè)計(jì)，并兼顧達(dá)到指定壓破強(qiáng)度時(shí)的壁材厚度和香精揮發(fā)量帶來(lái)的影響；爆珠的每千克粒數(shù)是由單粒爆珠重量決定的；爆珠的壓破強(qiáng)度是物理指標(biāo)的核心；最小壓破強(qiáng)度是滿(mǎn)足濾棒上機(jī)適用性的重要指標(biāo)；單粒爆珠芯材重是保證卷煙抽吸過(guò)程中爆珠香精吸味濃度的重要指標(biāo)。通過(guò)爆珠滴制參數(shù)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了指定的指標(biāo)要求（見(jiàn)表3）。需要說(shuō)明的是，更換不同廠家壁材配方會(huì)對(duì)結(jié)果有一定影響，有一些客戶(hù)對(duì)壁材重也有指標(biāo)要求，要選擇合適的膠皮配方來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)一步研究。

表3 參數(shù)設(shè)計(jì)與對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)