甜味接裝紙中甜味劑的遷移機制及其改進研究

陳天樂，王超，楊立新

甜味接裝紙中甜味劑的遷移機制及其改進研究

陳天樂，王超，楊立新

（安徽集友紙業(yè)包裝有限公司，合肥 230601）

分析存儲過程中甜味接裝紙上甜味劑的遷移機制，并通過材料和工藝改進，減緩甜味劑的遷移，提高產(chǎn)品存儲的穩(wěn)定性。采用高效液相色譜法與感官評價法分析存儲過程中甜味接裝紙上甜味劑衰減的原因，再設(shè)計和制備5款改進的甜味接裝紙，并考察改進前后甜味接裝紙中甜味劑的遷移情況。存儲過程中，甜味接裝紙上甜味劑自身基本無衰減，且證實甜味劑沒有從正面向接裝紙內(nèi)部擴散。存儲180 d后，JYDZ-01上甜味劑的背部遷移率達到42.82%，感官評吸總分為78.7，而JYSY-04上甜味劑的背部遷移率只有4.13%，且評吸總分達到95.3。通過物理性能指標(biāo)分析，JYSY-04的Cobb值與接觸角變化率分別為5.8 g/m2與0.57%，有效阻隔其背部水分吸收，降低水分吸收速率，并且其兩面差縮小到32.80%，有效提升了產(chǎn)品品質(zhì)。存儲過程中，甜味接裝紙上甜味劑向其背部發(fā)生遷移，從而導(dǎo)致其表面甜味劑含量及甜度降低，也證實其表面甜度的變化將影響卷煙的評吸。JYSY-04有效減緩了甜味劑向背面遷移，提高了表面甜味劑的穩(wěn)定性，維持了表面的甜度，并改善了卷煙的抽吸品質(zhì)。

接裝紙；甜味劑；遷移率；卷煙評吸

煙用接裝紙是卷煙產(chǎn)品的主要輔材之一，其作用是將濾嘴和煙支牢固地銜接在一起[1]。為了提升卷煙產(chǎn)品的品質(zhì)及抽吸時味覺感受，通常會在煙用包裝材料上進行加香加味處理。加香加味技術(shù)主要通過對煙用包裝材料不同部位進行加香加味處理來完成[2-3]。其中，在煙用接裝紙上涂布甜味光油是最常用的加香加味方式[4-6]。

隨著人們生活水平的提高，甜味口感香煙越來越受消費者喜歡。甜味劑能賦予接裝紙?zhí)厥獾奈队X體驗，提高消費者的品吸感受及產(chǎn)品的附加值。甜味劑的使用可在不改變香煙原有風(fēng)格的基礎(chǔ)上，提升卷煙的品質(zhì)，使卷煙品吸口感更佳[7]。然而，在存儲過程中，甜味接裝紙隨著存儲時間的延長，表面甜味劑含量會發(fā)生變化，從而影響卷煙的品吸品質(zhì)[8-9]。

文中通過采用高效液相色譜法和感官評價法評價甜味接裝紙中甜味劑的遷移情況，探討在存儲過程中甜味接裝紙表面甜味劑衰減的原因；通過改進甜味接裝紙的材料和工藝，減緩甜味接裝紙表面甜味劑的遷移速率[10]，進而分析甜味接裝紙表面甜味劑遷移機制。

1 實驗

1.1 材料

主要材料：水性背涂材料（JYBT-01），固含量為38.0%，黏度為45 s，江蘇唐彩新材料科技股份有限公司；水性背涂材料（JYBT-02），固含量為33.5%，黏度為55 s，江蘇琛亞印材科技有限公司；高光原紙與高光超壓防滲透原紙，定量為39.5 g/m2，江蘇研幾科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 甜味接裝紙的制備

稱取10 kg純凈水與3.5 kg糖精鈉，置于容器中，以600 r/min的轉(zhuǎn)速緩慢分散30 min，使糖精鈉完全溶解，再加入21.5 kg水性光油，混合均勻，即得到水性甜味光油。采用RXAW-600型凹版印刷機在高光原紙上聯(lián)機依次印刷油墨、甜味光油與背涂水，制得甜味接裝紙半成品，再經(jīng)過燙金、分切、復(fù)卷工藝制備出甜味接裝紙成品，如圖1所示。

1.2.2 甜味接裝紙中甜味劑含量測試

稱取甜味接裝紙試樣0.2 g，精確至0.001 g，置于50 mL含塞錐形瓶中，準(zhǔn)確加入20 mL水，靜置60 min；然后超聲60 min，超聲結(jié)束后靜置60 min以上，搖勻后經(jīng)微孔濾膜過濾，采用高效液相色譜儀E2695檢測濾液中的糖精鈉含量。

圖1 甜味接裝紙產(chǎn)品

高效液相色譜檢測條件：色譜柱為C18柱，尺寸為250 mm× 4.6 mm，5 μm；流動相為甲醇+乙酸銨溶液（5%+95%）；流速為1 mL/min；檢測波長為230 nm；進樣量為10 μL。

1.2.3 不同存儲時間下甜味接裝紙上甜味劑的衰減及甜度變化

取甜味接裝紙單張樣于密封盒中密封，使得甜味接裝紙印刷面與背面不接觸，常溫下（溫度為25 ℃，相對濕度為50%）放置0、30、60、…、180 d等7個時間段，測定甜味接裝紙上糖精鈉的衰減情況。

參考GB/T 5606.4—2005《卷煙第4部分：感官技術(shù)要求》[11]，對上述甜味接裝紙單張樣表面以及甜味接裝紙盤紙表面與背面的甜度進行相對量化評價。

1.2.4 甜味接裝紙中甜味劑含量隨時間的遷移變化

在溫度為25 ℃、相對濕度為50%條件下，未上甜味光油接裝紙（空白樣）的背面疊壓于甜味接裝紙印刷面上，2種接裝紙交替疊加，采用2 kg模塊完全壓住，0、30、60、…、180 d等7個時間段測試甜味接裝紙與未上甜味光油接裝紙上的糖精鈉含量，計算甜味接裝紙中甜味劑隨時間變化而向紙張背部遷移的遷移率。

遷移率計算式為：

式中：為遷移率；1為甜味接裝紙中糖精鈉含值，mg/g；2為未上甜味光油接裝紙中糖精鈉含值，mg/g。

1.2.5 材料與工藝改進對甜味劑遷移變化的影響

如表1所示，通過改變原紙材料與背涂工藝來改進甜味接裝紙中甜味劑遷移特性，評價0、30、60、…、180 d等7個時間段甜味接裝紙上糖精鈉含量變化。根據(jù)表1的原紙材料與工藝制備甜味接裝紙JYDZ-01（對照組）、JYSY-01、JYSY-02、JYSY-03、JYSY-04和JYSY-05樣品。參考1.2.4節(jié)中的方法，檢測甜味接裝紙中甜味劑隨時間變化而向背部遷移的變化情況。

1.2.6 卷煙感官評吸

參考1.2.4節(jié)中的方法，將甜味接裝紙JYDZ-01、JYSY-01、JYSY-02、JYSY-03、JYSY-04和JYSY-05放置0、30、60、…、180 d等7個時間段后進行卷煙，評價甜味劑遷移對感官評價的影響。感官評價按照GB/T 5606.4—2005《卷煙第4部分：感官技術(shù)要求抽取樣品》[11]。采用暗評記分方法，由7人組成評吸小組，采用百分制進行評吸打分，各項目以0.1分為一個計分單位，分別對甜度、香氣、諧調(diào)、雜氣、刺激性和余味6個方面進行評分，評吸總分取平均值。感官質(zhì)量評判標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

1.2.7 吸水性測試

參照GB/T 1540—2002《紙和紙板吸水性的測定》進行測試[12]，采用PN-COBB型可勃吸收性測定儀對甜味接裝紙背面的吸水性進行測量，每組樣品至少測試5次，取平均值。

1.2.8 動態(tài)接觸角測試

采用PGX 68-96型DAT動態(tài)吸收測試儀測量接裝紙背部動態(tài)接觸角大小（記錄0.2、1.0和5.0 s的數(shù)據(jù)）并計算其變化率，每組樣品至少測試5次，取平均值。

1.2.9 平滑度測試

將甜味接裝紙樣品置于恒溫恒濕環(huán)境中平衡30 min，裁切成規(guī)格為200 mm長度的測試樣。采用平滑度測定儀PN-BST測試樣背面的平滑度，每組樣品至少測試5次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜味接裝紙上甜味劑衰減原因分析

將甜味接裝紙按1.2.2節(jié)的方法處理后，采用高效液相色譜檢測超聲后溶液中的糖精鈉含量，監(jiān)測甜味接裝紙中糖精鈉含量隨存儲時間的變化情況。如圖2所示，單張?zhí)鹞督友b紙于密封盒密封存儲，隨存儲時間的延長，其甜味劑含量無明顯的變化，說明煙用接裝紙上的甜味劑并未衰減消失。通過感官評價可知，煙用接裝紙表面甜度也未發(fā)生明顯變化，表明甜味接裝紙上甜味劑并沒有從正面向接裝紙內(nèi)部擴散。盤紙狀態(tài)下存儲的甜味接裝紙隨著存儲時間的推移，感官評價甜味接裝紙表面甜度明顯降低，且甜味損失嚴(yán)重，同時也評價其背面甜度，發(fā)現(xiàn)其背面也有較弱的甜度。因此，判斷甜味接裝紙表面甜度的變化是甜味接裝紙中甜味劑向其背部遷移所導(dǎo)致的，但整體的甜味劑并未衰減消失。

表1 甜味接裝紙的原紙材料與背涂工藝

Tab.1 Raw paper material and back-coating process of sweet tipping paper

表2 卷煙感官質(zhì)量評判標(biāo)準(zhǔn)

圖2 不同時間段下甜味接裝紙上的甜味劑含量變化

2.2 甜味接裝紙中甜味劑含量隨時間的遷移變化

在不同時間段，取樣測量甜味接裝紙中甜味劑含量，以探究甜味接裝紙中甜味劑的遷移機制與規(guī)律。由表3所示，甜味接裝紙中甜味劑含量隨遷移時間的變化而變化，存儲時間越長，甜味劑的遷移率越高。180 d后，甜味劑的遷移率達到了43.94%。接裝紙中甜味光油層最表面的甜味劑與接裝紙背部直接接觸，會快速地向接裝紙背面紙張纖維空隙中遷移，而甜味光油層內(nèi)部甜味劑的遷移速率緩慢，依然有部分甜味劑保留在光油層中，因此在感官評價中依然會保持一定的甜度。

表3 甜味接裝紙中甜味劑隨時間變化的遷移率

Tab.3 Migration rate of sweetener content in sweet tipping paper over time

2.3 材料與工藝改進對甜味劑遷移變化的影響

由圖2所示，不同原紙與背涂工藝條件下制備的甜味接裝紙JYDZ-01、JYSY-01、JYSY-02、JYSY-03、JYSY-04與JYSY-05中甜味劑的遷移率不同。180 d后，甜味接裝紙JYDZ-01、JYSY-01、JYSY-02、JYSY-03、JYSY-04和JYSY-05的遷移率分別為42.82%、6.24%、10.46%、21.21%、4.13%和8.24%。將高光紙換成高光超壓防滲透紙制得的JYSY-03，能減緩甜味劑遷移速率，但遷移率依舊較高。與JYDZ-01相比較，背涂JYBT-01的JYSY-01與背涂JYBT-02的JYSY-02均能明顯降低甜味劑遷移速率。這是由于水性背涂材料能有效地滲透到紙張纖維的多孔結(jié)構(gòu)中，填充紙張纖維間空隙；同時，水性背涂材料在接裝紙背部烘干成膜后，起到良好的阻隔效果，從而有效降低了甜味接裝紙中甜味劑的遷移速率，并且背涂JYBT-01對甜味劑遷移的改進效果優(yōu)于JYBT-02的。JYBT-01與高光超壓防滲透原紙結(jié)合改進后JYSY-04的遷移率只有4.13%，表明該材料和工藝能有效地降低甜味劑的遷移速率，大大改善甜味劑向接裝紙背面遷移。

圖3 甜味接裝紙中甜味劑的遷移率變化

2.4 材料與工藝改進對甜味接裝紙卷煙評吸的影響

煙用接裝紙表涂甜味光油，不僅賦予煙用接裝紙?zhí)鹞缎Ч揖斫雍笈c煙支的煙絲結(jié)合，消除評吸后苦味與刺激，達到增香或補香的效果[13-14]。由圖4所示，甜味接裝紙JYDZ-01、JYSY-01、JYSY-02、JYSY-03、JYSY-04與JYSY-05的初始評吸總分基本相同，均保持近100左右的評吸總分，表明工藝與材料改進不影響甜味接裝紙評吸總分。隨著甜味接裝紙存儲時間的延長，評吸總分均發(fā)生降低。在不同時間段，JYSY-03的評吸總分始終高于JYDZ-01的，表明將高光紙換成高光超壓防滲透原紙，能減緩甜味接裝紙表面甜味劑向背部遷移速率，從而減緩評吸總分下降速率。與JYDZ-01的評吸總分相比較，JYSY-01與JYSY-02的評吸總分下降速率得到明顯減緩。由于背涂JYBT-01與JYBT-02并烘干成膜后，起到較好的阻隔效果，可防止表面甜味劑向接裝紙背部遷移。同時，從評吸總分下降速率可知，JYBT-01對甜味劑的阻隔效果優(yōu)于JYBT-02。在存儲180 d后，JYSY-04保持95.3的評吸高分，表明該工藝能有效地阻隔接裝紙表面甜味劑向背面遷移，提高甜味接裝紙存儲穩(wěn)定性，改善卷煙評吸總分。上述結(jié)果表明，隨著甜味接裝紙表面甜味劑含量的降低，卷煙評吸總分也發(fā)生降低。由于甜味接裝紙表面甜味劑含量降低后，使甜味劑與卷煙煙絲結(jié)合后自有的香氣補香或增香效果減弱。同時，甜味不足也導(dǎo)致評吸后苦澀味的刺激感增強，影響卷煙評吸感受[15]。

圖4 甜味接裝紙的卷煙評吸總分

2.5 甜味接裝紙的物理性能指標(biāo)

如表4所示，按照GB/T 1540—2002《紙和紙板吸水性的測定》進行測試，JYDZ-01的Cobb值為32.1 g/m2，表明該紙張背部具備良好的吸水性[16]。JYSY-03的Cobb值為22.4 g/m2，Cobb值降低。這是由于JYSY-03采用高光超壓防滲透原紙，通過超壓工藝將水松紙原紙原本網(wǎng)絡(luò)交織構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)壓得更為致密平整，降低了水分的滲透速率。與JYDZ-01的Cobb值相比較，JYSY-01和JYSY-02的Cobb值明顯降低。由于背涂JYBT-01和JYBT-02并烘干成膜后，能起到較好的阻隔效果，降低接裝紙背部吸水性。同時，背涂材料也能有效地滲透到原紙的纖維和填料構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)中，從而降低水分的滲透[17]。JYSY-04的Cobb值只有5.8 g/m2，表明該接裝紙背面吸水性很低，水分吸收基本被阻隔。從表4中可得，JYBT-01成膜后對背面吸水的阻隔性優(yōu)于JYBT-02成膜后對背面吸水的阻隔性，表明JYBT-01的固含高，成膜性更佳，成膜厚度更厚。從結(jié)果可知，高光超壓防滲透原紙和水性背涂材料結(jié)合能有效阻隔水分，減緩水分吸收速率，與上述甜味劑遷移率的結(jié)果一致。

動態(tài)接觸角變化率可反映水分的吸收情況，動態(tài)接觸角變化率越大，表明水分吸收速度越快[18]。由表4所示，JYDZ-01和JYSY-03在0.2～1.0 s的接觸角變化率分別為6.03、3.71（°）/s，表明JYDZ-01的水分吸收速度快于JYSY-03的，與上述的Cobb值結(jié)果一致。背涂JYBT-01和JYBT-02使得接裝紙初始的背面動態(tài)接觸角降低，親水性增加，利于卷煙卷接適性。由于JYBT-01和JYBT-02中包含多羥基的水性樹脂，能表現(xiàn)出良好的親水性[16]。JYSY-01的背面接觸角變化率小于JYSY-02的，表明JYSY-01的背面吸水性小于JYSY-02的。JYSY-04在0.2～1.0 s的接觸角變化率僅為0.57%，吸水性低，表明背涂JYBT-01在高光超壓防滲透原紙背面烘干成膜后，起到很好的阻隔效果。進一步證實高光超壓防滲透原紙結(jié)合水性背涂材料能有效地阻隔甜味劑向接裝紙背面遷移。

由表4所示，與JYDZ-01相比，JYSY-03背面的平滑度更高。這是由于超壓防滲透原紙通過超壓工藝將水松紙原紙原本網(wǎng)絡(luò)交織構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)壓得致密平整，背面更加平滑。背涂JYBT-01和JYBT-02能提高接裝紙背面的平滑度，降低接裝紙的兩面差。原因是水性背涂材料中樹脂具有良好的成膜性，在接裝紙背部成膜后，使得接裝紙背面的平滑度增加，即平滑性更好[19]。由此可知JYSY-04的兩面差由JYDZ-01的89.01%縮小到了32.80%，表明該材料和工藝改進使得甜味接裝紙產(chǎn)品的兩面差明顯減小，提高了接裝紙產(chǎn)品品質(zhì)。

表4 甜味接裝紙的物理性能指標(biāo)

Tab.4 Physical property indicators of sweet tipping paper

水松紙原紙是由長鏈纖維素分子的纖維和填料通過網(wǎng)絡(luò)交織構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)，纖維之間存在大量空隙[20]。當(dāng)甜味接裝紙表面與背面長時間擠壓接觸時，表面甜味劑向紙張纖維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中發(fā)生遷移，導(dǎo)致甜味接裝紙表面甜味劑含量和甜度均降低。為了減緩或阻礙甜味劑向背部遷移，一方面通過采用超壓防滲透接裝原紙，降低紙張纖維空隙空間，提高原紙的防滲透性能；另一方面在煙用接裝紙背部通過涂布方式形成一層優(yōu)異的阻隔涂層[21-22]。所采用的背涂材料JYBT-01具有優(yōu)異的成膜性以及能填充到原紙的由纖維和填料通過網(wǎng)絡(luò)交織構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)中，有效延緩或阻礙甜味劑向背部遷移[23-24]。吸水性、動態(tài)接觸角、平滑度的測量結(jié)果也揭示了甜味劑發(fā)生遷移的機制。

3 結(jié)語

采用高效液相色譜法測定了甜味劑含量，以及探究了甜味接裝紙中甜味劑隨時間變化的遷移機制與規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，甜味接裝紙存儲過程中其表面甜味劑是向背部發(fā)生遷移，從而導(dǎo)致其表面甜味劑含量及甜度降低。在存儲180 d后，JYDZ-01表面甜味劑向其背部的遷移率達到了42.82%，而JYSY-04表面甜味劑向背部的遷移率只有4.13%，有效地降低了甜味劑向接裝紙的背面遷移，并通過感官評價法得到JYSY-04的評吸總分為95.3，明顯高于JYDZ-01的評吸總分78.7，證實甜味接裝紙表面甜度的變化將影響卷煙評吸過程中的香氣、諧調(diào)、雜氣、刺激性和余味。隨著甜味接裝紙表面甜味劑含量的降低，卷煙評吸總分也發(fā)生降低。通過物理性能指標(biāo)分析得出，JYSY-04的Cobb值和接觸角變化率分別僅為5.8 g/m2和0.57%，表明該工藝材料的改進能有效阻隔水分吸收，降低水分吸收速率。改進后的甜味接裝紙產(chǎn)品兩面差減小，提升了該產(chǎn)品的品質(zhì)。

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Migration Mechanism and Improvement of Sweetener in Tipping Paper

CHEN Tian-le, WANG Chao, YANG Li-xin

(Anhui Genuine Paper Packaging Co., Ltd., Hefei 230601, China)

The work aims to analyze the migration mechanism of sweetener during storage, slow down the migration of sweetener by improving material and process to improve the storage stability of product. High performance liquid chromatography (HPLC) and sensory evaluation were used to analyze the causes of sweetener attenuation in sweet tipping paper during storage. Five types of sweet tipping paper of improvement were designed and prepared, and the migration of sweetener in the sweet tipping paper before and after the improvement was investigated. During storage, the overall content of sweetener in the sweet tipping paper itself had basically no attenuation, and it was confirmed that the sweetener did not spread from the front to the inside of the tipping paper. After 180 d of storage, the migration rate of sweetener on the back of JYDZ-01 was 42.82%, and the total score of sensory evaluation was 78.7. However, the migration rate of sweetener on the back of JYSY-04 was only 4.13%, and the total score of sensory evaluation was 95.3. According to the analysis of physical property indicators, the Cobb value and change rate of contact angle on JYSY-04 was 5.8 g/m2and 0.57%, which effectively blocked the water absorption on the back and slowed down the water absorption rate. The difference between the two sides of sweet tipping paper was reduced to 32.80%, which effectively improved the quality of the product. During storage, the sweetener on the surface of the sweet tipping paper migrates to the back, reducing sweetener content and sweetness on the surface of the sweet tipping paper and indicating that the surface sweetness change of the sweet tipping paper would affect cigarette evaluation. JYSY-04 could effectively reduce the migration of sweetener to the back of the tipping paper, improve the stability of the sweetener on the surface of the sweet tipping paper, maintain the appropriate sweetness on the surface of the sweet tipping paper, and significantly improve the quality of cigarette evaluation.

tipping paper; sweetener; migration rate; cigarette evaluation

TS761.2

A

1001-3563(2023)15-0282-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.15.037

2023?06?19

陳天樂（1991—），男，碩士，工程師，主要研究方向為煙用包裝材料及其工藝設(shè)計。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋