功能性纖維在紙質(zhì)濾棒中的應(yīng)用研究

尹 嵩，燕寧寧，沈靖軒，堯珍玉，肖維毅，孫 軍

(1.四川三聯(lián)卷煙材料有限公司，四川 成都 610041； 2.云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司，云南 昆明 650106)

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功能性纖維在紙質(zhì)濾棒中的應(yīng)用研究

尹 嵩1，燕寧寧2*，沈靖軒2，堯珍玉2，肖維毅2，孫 軍2

(1.四川三聯(lián)卷煙材料有限公司，四川 成都 610041； 2.云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司，云南 昆明 650106)

選取麻類纖維、竹類纖維、羅布麻纖維和水溶性維綸4種功能性纖維，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的比例分別添加至100%木漿中制成紙質(zhì)濾棒，將其應(yīng)用到紅塔山卷煙(經(jīng)典1956)中，研究了添加4種功能性纖維的紙質(zhì)濾棒對(duì)卷煙常規(guī)煙氣、致香成分的影響，并進(jìn)行了感官質(zhì)量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：4種功能性纖維卷制成的紙質(zhì)濾棒滿足現(xiàn)有純紙質(zhì)濾棒的指標(biāo)要求；麻類纖維的紙質(zhì)濾棒使卷煙煙氣中的焦油和水分含量分別降低了26.97%,36.88%，含竹類纖維和羅布麻纖維的紙質(zhì)濾棒分別使卷煙煙氣中的水分含量提升了43.75%和26.25%；添加水溶性維綸的紙質(zhì)濾棒對(duì)卷煙的煙氣指標(biāo)影響較?。环謩e添加4種功能性纖維的紙質(zhì)濾棒并未改變煙氣中的致香單體成分，只影響了各類致香單體成分的相對(duì)含量，竹類纖維和羅布麻纖維的焦油持水分能力較強(qiáng)；添加竹類纖維的紙質(zhì)濾棒可降低紙質(zhì)濾棒的刺激性，豐富卷煙香氣，改善卷煙抽吸品質(zhì)。

功能性纖維 紙質(zhì)濾棒 竹類纖維 麻類纖維 羅布麻纖維 聚乙烯醇縮甲醛纖維 應(yīng)用 卷煙

目前的卷煙濾材種類有醋酸纖維絲束、聚丙烯纖維和紙質(zhì)濾棒，其主要作用是過濾煙氣中的有害成分[1]。隨著人們對(duì)吸煙與健康問題的不斷關(guān)注，高截留效果、低成本、易降解的濾棒材料成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，而以純木漿為原料的紙質(zhì)濾棒符合行業(yè)這一發(fā)展需求，但其抽吸品質(zhì)差限制了紙質(zhì)濾棒在卷煙中的應(yīng)用[2-3]。國內(nèi)外關(guān)于紙質(zhì)濾棒改性的研究報(bào)道仍以純木漿為主題的濾材研究為主，紙質(zhì)濾材的缺陷并未得到本質(zhì)的改善[4]。因此，在傳統(tǒng)紙質(zhì)濾棒中引入功能性纖維是非常有必要的，一方面利于其降低煙氣中的有害物質(zhì)，另一方面可有效提升卷煙抽吸品質(zhì)。

麻類纖維是一種天然纖維，屬于多年生草本植物，將其應(yīng)用在卷煙材料中，能夠改善卷煙抽吸品質(zhì)[5]；竹類纖維也是一種天然纖維，是從自然生長(zhǎng)的竹子中提取出的纖維素纖維，具有良好的透氣性，結(jié)合高透氣度的接裝紙應(yīng)用在卷煙上，可增加濾棒對(duì)煙氣中氣溶膠粒子的吸附過濾效果[6-7]；羅布麻纖維是一種野生植物韌皮纖維，添加羅布麻纖維可提高紙張的撕裂度和裂斷長(zhǎng)，對(duì)卷煙抽吸品質(zhì)具有積極的影響[8-9]；水溶性維綸是一種合成纖維，能在水中溶解或者遇水緩慢水解成水溶性分子(或化合物)的纖維，在紙漿中添加水溶性維綸后可以提高紙張的強(qiáng)度，使成紙的裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)、環(huán)壓強(qiáng)度都有一定程度的提高[10]。因此，作者選取上述4種功能性纖維，應(yīng)用在紙質(zhì)濾嘴中以減少煙氣中的有害成分，改善卷煙抽吸品質(zhì)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

紅塔山卷煙：經(jīng)典1956，市售；麻類纖維：江西思創(chuàng)麻業(yè)有限公司產(chǎn)；竹類纖維：揚(yáng)州天倫纖維有限公司產(chǎn)；羅布麻纖維：東莞市住友塑料有限公司產(chǎn)；水溶性維綸：上海衡元高分子材料有限公司產(chǎn)。

Ernst BBS-2手抄片抄紙器：德國Ernst haag公司制；RM200A20孔道轉(zhuǎn)盤型吸煙機(jī)：德國Borgwaldt公司制；HP6890氣相色譜儀：美國Agilent公司制； AG204電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司制；SVRG-C煙用通風(fēng)率·吸阻儀：成都瑞拓實(shí)業(yè)有限公司制。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 卷煙試樣制備

(1)分別將麻類纖維、竹類纖維、羅布麻纖維和水溶性維綸粉碎成一定的長(zhǎng)度，并按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的比例與木漿摻配進(jìn)行打漿抄紙，對(duì)照紙樣為100%木漿。

(2)將步驟(1)中抄造的紙張進(jìn)行離線壓紋處理，壓紋寬度為2 mm。

(3)將壓紋處理后的紙張卷制成濾棒，并將其置于靠近煙絲端(濾棒復(fù)合比設(shè)計(jì)為10 mm紙質(zhì)濾棒和14 mm醋酸纖維濾棒)，靠近唇端為醋酸纖維濾棒，將制備的煙支作為感官評(píng)價(jià)和煙氣指標(biāo)送檢試樣。

1.2.2 卷煙試樣的常規(guī)煙氣檢測(cè)

采用GB/T 23356—2009《卷煙煙氣氣相中一氧化碳的測(cè)定 非散射紅外法》，GB/T 23203.1—2008《卷煙總粒相物中水分的測(cè)定第一部分：氣相色譜法》，GB/T 23355—2009《卷煙總粒相物中煙堿的測(cè)定》，GB/T 19609—2004《卷煙常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)濾棒中分別添加4種纖維的紅塔山卷煙進(jìn)行常規(guī)煙氣檢測(cè)。

1.2.3 卷煙試樣的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

按照GB5606.4—2005《卷煙第4部分：感官技術(shù)要求》對(duì)試樣進(jìn)行評(píng)吸。

2 結(jié)果與討論

2.1 紙張成棒性能分析

從表1可看出，添加4種功能性纖維所制成的濾棒硬度均大于82%，圓周誤差為±0.2 mm，濾棒質(zhì)量和吸阻也均滿足現(xiàn)有濾棒參數(shù)要求，這說明在紙張中添加功能性纖維是可行的。

表1 添加不同功能性纖維的濾棒的物理參數(shù)指標(biāo)Tab.1 Physical index of filter rods of different functional fibers

2.2 常規(guī)煙氣

對(duì)100%木漿濾棒及添加4種功能性纖維的紙質(zhì)濾棒進(jìn)行常規(guī)煙氣檢測(cè)，其結(jié)果如表2所示。

表2 添加不同功能性纖維的濾棒的卷煙常規(guī)煙氣指標(biāo)Tab.2 Smoke index of cigarette with filter rods of different functional fibers

從表2可看出：(1)紙質(zhì)濾棒中功能性纖維的添加對(duì)紅塔山卷煙常規(guī)煙氣具有一定的影響，且纖維種類不同其影響也不同。添加麻類纖維濾棒可有效降低紅塔山卷煙煙氣中的焦油2.80 mg，降幅為26.97%，同時(shí)降低煙氣中的水分36.88%；添加水溶性維綸濾棒對(duì)紅塔山卷煙各煙氣指標(biāo)的影響較?。惶砑又耦惱w維和羅布麻纖維的濾棒可有效提升紅塔山卷煙煙氣中的水分，其增幅分別為43.75%和26.25%。而煙氣中水分的升高會(huì)一定程度上提升卷煙抽吸的舒適性[11]。(2)煙堿含量主要與感官評(píng)吸時(shí)煙氣勁頭相關(guān)，焦油含量主要與感官評(píng)吸時(shí)卷煙香氣量有關(guān)。煙堿與焦油之比值和水分與焦油之比值分別用來表征煙氣中具有的焦油持煙堿能力和焦油持水分能力。從表2可看出，水溶性維綸的焦油持煙堿能力與對(duì)照試樣(100%木漿)差異相對(duì)較大，其他3種功能性纖維的焦油持煙堿能力與對(duì)照試樣相差不大；而麻類纖維和水溶性維綸的焦油持水分能力低于對(duì)照試樣，但差異不大，竹類纖維和羅布麻纖維焦油持水分能力優(yōu)于對(duì)照試樣，尤以竹類纖維提升效果明顯。(3)4種功能性纖維對(duì)紅塔山卷煙常規(guī)煙氣成分的影響不同，可根據(jù)實(shí)際需求將以上4種纖維進(jìn)行復(fù)配添加至紙張中進(jìn)行濾棒成型，以豐富產(chǎn)品的差異化需求。

2.3 揮發(fā)性物質(zhì)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，100%木漿、麻類纖維、竹類纖維、羅布麻纖維、水溶性維綸濾棒的主流煙氣成分相同，分別為：酸類8種、醇類8種、酚類10種、酯類5種、醛類7種、苯類3種、烯烴類8種、生物堿5種、酮類17種，共71種致香成分(煙堿和三甘酯除外)，這說明4種功能性纖維的添加并未改變紅塔山卷煙的主流煙氣成分，只影響了各致香成分的相對(duì)含量，這也進(jìn)一步說明在紙質(zhì)濾棒中應(yīng)用功能性纖維是可行的。從表3可以看出：麻類纖維的致香成分總量較對(duì)照試樣(100%木漿)有所降低，這是由于含麻類纖維濾棒具有的較高透氣度和比表面積增強(qiáng)了其對(duì)煙氣中氣溶膠粒子的吸附效果所致；竹類纖維、羅布麻纖維和水溶性維綸較對(duì)照試樣其致香成分總量有所升高，這也是改善紙質(zhì)濾棒感官抽吸品質(zhì)的原因；與對(duì)照試樣相比，添加麻類纖維的試樣對(duì)卷煙煙氣中的酯類物質(zhì)相對(duì)含量有明顯的提升，而對(duì)醇類、醛類、苯類、酚類、生物堿類物質(zhì)相對(duì)含量有所降低；添加竹類纖維的試樣對(duì)煙氣中的酯類物質(zhì)相對(duì)含量有所提升，而對(duì)酮類、酸類、生物堿類物質(zhì)相對(duì)含量則有所降低；添加羅布麻纖維的試樣對(duì)酯類、醇類物質(zhì)相對(duì)含量有所提升，而對(duì)酮類、生物堿類物質(zhì)的相對(duì)含量有所降低；添加水溶性維綸的試樣對(duì)酯類、醇類、烯烴類物質(zhì)相對(duì)含量有所提升，而對(duì)酮類、苯類物質(zhì)相對(duì)含量有所降低。這說明不同的纖維應(yīng)用在紙質(zhì)濾棒中對(duì)紅塔山卷煙煙氣中致香成分的影響不同。

表3 添加不同功能性纖維的濾棒的卷煙致香物質(zhì)種類及含量Tab.3 Type and content of flavor substances in cigarette smoke using filter rods of different functional fibers

2.4 感官質(zhì)量評(píng)價(jià)

從表4可以看出，分別添加4種功能性纖維的紙質(zhì)濾棒均在一定程度上改善卷煙抽吸品質(zhì)，其中添加竹類纖維的濾棒試樣可明顯降低紙質(zhì)濾棒的刺激性，豐富卷煙香氣，提升卷煙抽吸品質(zhì)，這也進(jìn)一步說明紙質(zhì)濾棒中添加功能性纖維是可行且有必要的。

表4 添加不同功能性纖維的濾棒在卷煙上的感官質(zhì)量評(píng)價(jià)Tab.4 Sensory quality assessment of cigarette with filter rods of different functional fibers

3 結(jié)論

a. 在紙質(zhì)濾棒中添加4種功能性纖維是可行的，其卷制而成的濾棒硬度均大于82%，圓周誤差在±0.2 mm范圍內(nèi)，質(zhì)量和吸阻均滿足現(xiàn)有濾棒參數(shù)要求。

b. 4種功能性纖維在紙質(zhì)濾棒中的添加對(duì)紅塔山卷煙常規(guī)煙氣的影響不同。麻類纖維使紅塔山卷煙煙氣中的焦油和水分含量分別降低了26.97%，36.88%；竹類纖維和羅布麻纖維分別使紅塔山卷煙煙氣中的水分含量提高了43.75%和26.25%，且竹類纖維和羅布麻纖維焦油持水分能力較強(qiáng)，尤以竹類纖維提升效果明顯；水溶性維綸對(duì)卷煙的煙氣指標(biāo)影響較小。

c. 4種功能性纖維的添加并未改變紅塔山卷煙煙氣中的致香單體成分，只影響了各種致香成分的相對(duì)含量。

d. 添加竹類纖維的濾棒試樣可降低紙質(zhì)濾棒的刺激性，豐富卷煙香氣，改善卷煙抽吸品質(zhì)；將麻類、竹類纖維進(jìn)行復(fù)配應(yīng)用在紙質(zhì)濾棒中，可降低煙氣中焦油的含量且改善卷煙抽吸品質(zhì)。

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Application of functional fiber in paper filter rods

Yin Song1, Yan Ningning2, Shen Jingxuan2, Yao Zhenyu2, Xiao Weiyi2, Sun Jun2

(1.SichuanSanlianCigaretteMaterialCo.,Ltd.,Chengdu610041; 2.YunnanReascendTobaccoTechnology(Group)Co.,Ltd.,Kunming650106)

Paper filter rods used in Hongtashan classical (1956) cigarette were prepared from 100% wood pulp incorporated with four kinds of functional fibers, i.e. hemp fiber, bamboo fiber, apocynum fiber and water-soluble vinylon at the mass fraction of 30%. The effects of paper filter rods incorporated with four kinds of functional fibers on the index and flavor substance of cigarette smoke were studied. And the sensory quality assessment was conducted. The results showed that the paper filter rods of four different functional fibers satisfied the standard of traditional paper filter rods; the paper filter rod of hemp fiber could make the contents of tar and water decrease by 26.97% and 36.88%, respectively, in cigarette smoke; the paper filter rods of bamboo fiber and apocynum fiber could increase the water content by 43.75% and 26.25%, respectively, in cigarette smoke; the incorporation of water-soluble vinylon would have less impact on the cigarette smoke index; the incorporation of these four functional fibers into the paper filter rods did not change the flavor substances in cigarette smoke, but affected the relative content of flavor substances by sorts; bamboo fiber and apocynum fiber provided the higher water retaining capacity of tar; and bamboo fiber could moderate the irritancy of filter rod, enrich the tobacco aroma and improve the smoke sensory quality.

functional fiber; paper filter rod; bamboo fiber; hemp fiber; apocynum fiber；poly(vinyl formal) fiber； application; cigarette

2015- 06-19； 修改稿收到日期：2015-11-20。

尹嵩(1985—)，男，工程師，主要從事濾棒成型工藝研究工作。E-mail：45027283@qq.com。

*通訊聯(lián)系人。E-mail：YanNingning@reascend.com。

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