木材颗粒在烤烟滤嘴的运用

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本文作者：王涛1温光和2牟定荣1李景权2作者单位：1.红塔烟草(集团)有限公司2.云南瑞升烟草技术(集团)有限公司

随着“低焦油、低危害”卷烟的快速发展，针对卷烟复合滤嘴用过滤材料的应用研究得到广泛关注，但真正开发应用于中式烤烟型卷烟的过滤材料却很少。其一方面是由于过滤材料难于匹配中式卷烟抽吸风格，另一方面是由于过滤材料本身存在安全性和均衡性方面的问题。例如，活性炭过滤材料对中式卷烟的风格影响较大，同时还会产生一定的异味，影响卷烟的抽吸品质［1］;过滤材料中使用分子筛和海泡石等无机材料，除对卷烟生产有许多负面影响外，还会对卷烟抽吸产生安全隐患和品质影响［2-3］;茶末、茶梗和膨胀烟梗等一些天然材料，其孔结构多为密闭的细胞空腔，对烟气有害物质的过滤效率较低［4-5］;生物提取物、中草药提取物等添加剂，其生物活性对降低有害物质有一定的作用，但其稳定性不好［6-7］。这些问题的存在，严重制约了上述改性过滤材料在中式卷烟中的生产与应用。因此，研制一种吸附能力强、不影响卷烟感官品质、同时具有良好加工性能的过滤嘴用吸附材料，成为烟草行业亟待解决的技术问题。

木材颗粒材料是一种以天然木材为原料，经过提取、造粒等系列工艺制备出的一种不规则颗粒状材料。木材颗粒作为复合滤嘴添加材料具有以下优势:①木材颗粒具有良好的加工强度和机械加工性能;②具有疏松多孔空腔结构，具有较大的比表面积，高过滤效率和强吸附能力;③来源广泛，成本低廉、制备方法简单;④属于介孔材料，对卷烟烟气具有选择性的吸附、脱附和特殊的催化作用。本文报道了一种新颖的具有独特表面形貌的木材颗粒，并对其在中式卷烟中应用做了进一步研究。

1实验部分

1．1材料与仪器

木材颗粒，自制;2．7/35000规格丝束;3．9/31000规格丝束;3．0/35000规格丝束;红塔烟草(集团)有限责任公司玉溪烟丝。提取设备、造粒设备均自制;40，60目标准分样筛;PhilipsXL30ESEM型台式扫描电子显微镜;ASAP2020M型比表面积及微孔物理吸附仪;KDF-2E型滤棒成型机;KDF-2型滤棒成型机;JK3D型复合成型机;HBRM/CS20型孔道转盘式吸烟机;Trace-2000型气相色谱仪;HP6890型气相色谱仪;HP5793型质谱检测仪。

1．2样品制备

1．2．1木材颗粒样品制备

将木材原料粉碎后装入提取设备，加入50%乙醇，进行加热提取，提取一定时间后，冷却，过滤，干燥，得到木材粉末。将木材粉末进入造粒设备，制成木材颗粒，选取的颗粒粒级范围为40～60目，颗粒自然堆积体积为(3．5±0．1)cm3/g，调节颗粒含水率为(8±2)%。

1．2．2滤棒制备

选用2．7/35000规格丝束，将40～60目木材颗粒在KDF-2E成型机上按添加量0．9mg/mm进行料棒卷制，选用3．9/31000规格丝束在KDF-2成型机上卷制白棒;料棒与白棒在复合成型机上进行复合成型，卷制成二元复合滤棒，复合长度比为1∶1。选用3．0/35000丝束在KDF-2滤棒成型机上按相同参数卷制纯醋纤滤棒，其参数见表1。

1．2．3卷烟样品的制备

在卷烟机组上使用“玉溪”烟丝卷制，并接装木材颗粒复合滤嘴，以接装同滤棒参数的纯醋纤滤嘴作为对照样，两者进行对比研究。

1．3分析方法

1．3．1木材颗粒的表面形貌

扫描电镜的工作参数为电压20．0kV，束流30～40μA，真空10－8Pa。

1．3．2木材颗粒的比表面积

比表面积及微孔物理吸附仪工作参数为脱气温度90℃，脱气10h。

1．3．3感官评吸［8］

按照GB5606．4—2005所描述的相关标准进行。

1．3．4烟气常规检测［9］

按照GB5606．5—2005对卷烟进行。

1．3．5卷烟主流烟气中低分子醛酮、氢氰酸、多环芳烃和氨离子检测［10-12］

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

2结果与讨论

2．1木材颗粒形貌

由图1可知，木材颗粒表面呈现出无序多孔状，其表面由大量破裂的细胞壁构成，呈无规则鱼鳞状。在烟气气溶胶流经时，这种形貌结构能够增大对气溶胶粒子的截留几率，延长和干涉气溶胶粒子运动时间和轨迹，从而获得更高的过滤效率。

2．2木材颗粒比表面积

由表2可知，木材颗粒具有多孔性和较大的比表面积，且平均孔径适中(平均孔径3．23nm属于介孔材料范畴)与电镜检测结果相符。

2．3木材颗粒复合滤嘴烟气常规分析

由表3可知，在卷烟物理参数设计相同的基础上，添加木材颗粒复合滤嘴与对照样相比，其烟样总粒相物下降了1．1mg/支(8．53%)，焦油下降了0．9mg/支(8．57%)，CO下降了0．2mg/支(2．17%)，烟碱量没有变化。添加木材颗粒复合滤嘴可以降低卷烟主流烟气的总粒相物、焦油量和CO。这是由于木材颗粒表面的鱼鳞形貌对卷烟气溶胶粒子的物理吸附作用而引起的。然而，烟碱虽然同样以粒相物形式存在，但其具有较好的挥发性，容易被新鲜烟气洗脱［13］。上述现象降低了木材颗粒对烟碱吸附作用，从而使其对烟碱量影响不显著。

2．4木材颗粒复合滤嘴7种有害物质检测结果

由表4可知，在卷烟物理参数设计相同的基础上，与对照样相比，7种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%)，氨离子降低了0．2μg/支(3．77%)，苯酚降低了4μg/支(21．16%)。与普通醋纤滤嘴相比，添加木材颗粒复合滤嘴后，HCN、B(a)P和苯酚的降低效果较为明显，这是因为木材颗粒显弱碱性，对酸性的有害物质作用较为明显。

2．5卷烟感官评吸

由表5可知，添加木材颗粒复合滤嘴后，卷烟感官质量性能得到了大幅提升。其中烟气浓度和烟香丰富性增加，舒适性得到了改善。这是因为木材颗粒吸附性较好，降低了烟气中的焦油等物质。

3结论

(1)木材颗粒表面具呈鱼鳞状特殊形貌，具有介孔吸附材料特性，可以作为卷烟复合滤棒的添加材料。(2)木材颗粒复合滤嘴可以降低卷烟主流烟气中的焦油和7种有害物质，下降幅度分别达到了焦油8．57%，CO2．17%，B(a)P22．22%，NNK4．50%，巴豆醛3．49%，HCN20．37%，氨离子3．77%和苯酚21．16%。(3)木材颗粒复合滤嘴对比在线对照样，可以提升烟气浓度、增加烟香丰富性和改善舒适性。