煙末尺寸對造紙法再造煙葉性能的影響

武超偉 田曉輝 孫宇 樊新順 張利濤 陳順輝 羅沖

摘要：采用Wiley粉碎機(jī)對煙末進(jìn)行粉碎，提取不同尺寸的煙末與煙梗、針葉木漿混合采用造紙法制備再造煙葉，研究了煙末尺寸對再造煙葉質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，與混合磨漿方式相比，當(dāng)添加60～120目的煙末漿時，煙草基片的各項物理性能較好，在抗張強(qiáng)度幾乎不變的前提下，松厚度與柔軟性分別提升了6.28%、23.03%。隨著煙末尺寸減少，煙草基片的抗張強(qiáng)度逐漸提高，透氣性和漿料濾水速率先提高后降低，松厚度、柔軟性、單程留著率均逐漸降低。

關(guān)鍵詞：再造煙葉；煙末漿；松厚度

中圖分類號：TS74

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.05.007

Abstract：The tobacco scrap was breaked by Wiley mill，the breached scrap with various sizes mix with softwood pulp fibers to make reconstituted tobacco sheet，the effect of scrap size on the physical properties of reconstituted tobacco sheet was investigated. The results showed that the reconstituted tobacco sheet had better physical properties with adding 60～120 mesh tobacco scrap pulp.Compared with the pulping processes of mixing softwood pulp and tobacco scrap， the bulk and softness of the sheet increased by 6.28% and 23.03%， respectively.While the tensile strength was almost unchanged. With the reduction of particle size of pulverized tobacco scrap， the tensile strength of reconstituted tobacco sheet gradually increased， permeability if the sheet and drainage rate of the stick increased firstly then decreased， but bulk， softness and first pass retention decreased gradually. Moreover， the results of smoking test of the reconstituted tobacco prepared by new process that the woody odor and stimulation reduced， the quality was improved obviously compared with the normal reconstituted tobacco sheet.

Key words：reconstituted tobacco sheet； scrap pulp； bulk

造紙法再造煙葉的生產(chǎn)工藝主要為兩步，第一步是先將煙草原料使用一定溫度的清水進(jìn)行萃取，然后將溶解物與固相物質(zhì)分離，固相部分與植物纖維混合后使用磨漿設(shè)備制成漿料，在造紙機(jī)上抄造成煙草基片；第二步是將分離后的萃取液經(jīng)過濃縮、調(diào)配制成涂料，利用涂布裝置回涂到煙草基片的表面，經(jīng)過干燥、分切制成再造煙葉[1-3]。

傳統(tǒng)的混合制漿工藝存在較多的弊端。煙末的組成決定了其不同的制漿特性，與煙梗、植物纖維相比，煙末更易磨漿，磨漿后原料得率低，隨水流失嚴(yán)重、有效利用率低；煙末原料經(jīng)磨漿形成的細(xì)小組分較多，造成留著率和濾水性能下降，對煙草基片的松厚度產(chǎn)生負(fù)面影響[4-5]。

本研究根據(jù)煙末原料的固有特性，研究了一種新型煙末的制漿工藝，并考察了煙末尺寸對再造煙葉性能的影響，改善煙草基片松厚度、柔軟性和再造煙葉的卷煙吸味。

1實驗

1.1原料

煙梗、煙末、漂白硫酸鹽針葉木漿、輕質(zhì)碳酸鈣（PCC），均由河南卷煙工業(yè)再造煙葉有限公司提供；瓜爾膠（食品級），由浙江澳興生物科技有限公司生產(chǎn)；膨潤土，由浙江順孚粘土化工有限公司生產(chǎn)。

1.2主要儀器與設(shè)備

SE051厚度儀、SE062抗張強(qiáng)度測定儀，瑞典Lorentzen & Wettre公司；K461彎曲挺度儀，美國TMI Group公司；JSM-35CF掃描電子顯微鏡（SEM），日本；MD-3000低濃盤磨機(jī)，德國；瓦利打漿機(jī)，陜西科技大學(xué)設(shè)備廠；95854型快速紙頁成型器，德國RRANK；Wiley磨，美國Thomas公司；電熱恒溫水浴鍋，北京永光明醫(yī)療器械廠；DSC7動態(tài)濾水儀（DDJ），美國PRM公司；DFR-05動態(tài)濾水罐（DDA），瑞典BTG公司。

1.3實驗方法

1.3.1漿料制備

1.3.1.1煙末漿制備

新型煙末漿制備：將碎煙和煙末用Wiley磨干法粉碎，利用不同目數(shù)的圓網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)篩依次篩分，收集40～60目、60～80目、80～120目、120～200目等不同級分的煙粉；分別用水進(jìn)行萃取，萃取條件為：液比1∶6，溫度55℃，處理時間45 min；固液分離后的煙末不再進(jìn)行磨漿處理。

傳統(tǒng)煙末漿制備：碎煙和煙末在磨漿之前先在恒溫水浴鍋中用水進(jìn)行萃取，萃取條件為：液比1∶6，溫度55℃，處理時間45 min；固液分離后的碎煙和煙末利用低濃盤磨進(jìn)行磨漿，磨漿濃度為4%，磨盤間隙為0.25 mm，打漿度為15°SR。

1.3.1.2煙梗漿制備

煙梗原料在磨漿之前先在恒溫水浴鍋中進(jìn)行萃取，萃取條件為：液比1∶4，溫度65℃，處理時間45 min，處理后的煙梗進(jìn)行固液分離，固液分離后的煙梗利用低濃盤磨進(jìn)行磨漿，磨漿濃度為4%，磨盤間隙為0.25 mm，打漿度為20°SR。

1.3.1.3針葉木漿制備

利用低濃盤磨對漂白硫酸鹽針葉木漿進(jìn)行磨漿，磨漿濃度為4%，磨盤間隙為0.25 mm，打漿度為30°SR。

1.3.2煙草基片的抄造

煙末、煙梗、針葉木漿和PCC填料按32.5∶32.5∶20∶15的配比，調(diào)整漿濃為（1.0±0.1）%，使用快速紙頁成型器抄造成定量為60 g/m2的煙草基片。

1.3.3煙草基片物理性能的測定

厚度按GB/T451.3—1989測定；抗張強(qiáng)度按GB/T453—1989測定；粗糙度按GB/T2679.9—1993測定；透氣度按GB/T458—2008測定；彎曲挺度的測量采用彎曲挺度儀測量，以此來間接表示煙草基片的柔軟性能，測量條件為：測量距離5 mm，彎曲角度15°，單位為mN·m。

1.3.4煙草漿料單程留著率和濾水性能的測定

單程留著率的測定：混合漿料中煙末、煙梗、針葉木漿和PCC填料按32.5∶32.5∶20∶15配比，用自來水配成0.5%濃度的漿料，然后量取相當(dāng)于2.5 g絕干漿的煙草漿料500 mL，攪勻后轉(zhuǎn)移到動態(tài)濾水儀中，依次加入0.1%瓜爾膠、0.2%膨潤土（均相對于絕干煙草漿料），在1000 r/min下攪拌70 s時打開排水閥，收集濾液，用已恒質(zhì)量的濾紙過濾，烘干，稱量。單程留著率R（%）按公式（1）計算。

R=S0-SS0×100%（1）

式中，S0為500 mL煙草漿料中固形物質(zhì)量，g；S為濾液中固形物質(zhì)量，g。

濾水性能的測定：將不同煙末漿分別與煙梗漿、針葉木漿、填料按32.5∶32.5∶20∶15的比例混合，用20℃的自來水準(zhǔn)確配制漿濃為0.5%的煙草漿懸浮液1000 mL，加入DDA濾水罐中，以800 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌110 s，依次加入0.1%瓜爾膠、0.2%膨潤土（均相對于絕干煙草漿料），攪拌停止后在260 mPa的真空抽吸下濾水60 s。計算機(jī)實時記錄隨著濾水時間變化真空度的變化，模擬紙機(jī)水線位置處真空度突變點，該突變點對應(yīng)的時間即為DDA濾水時間。

1.3.5感官評吸

按照GB/T5606.1—2004抽取實驗樣品，制備試樣，按照GB/T16447—2004調(diào)節(jié)水分，采用GB5606.4—2005中的方法進(jìn)行卷煙感官評吸，采用暗評計分方法。

2結(jié)果與討論

2.1不同級分的煙末對煙草基片物理性能的影響

2.1.1不同級分煙末對煙草基片松厚度的影響

松厚度是評價造紙法再造煙葉質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一，直接影響煙草基片浸漬涂布時的吸液量和卷煙的燃燒性能。再造煙葉較高的松厚度，能夠改善卷煙時的填充性以及卷煙燃燒時的燃燒性能，因此有助于降低CO等有害物質(zhì)的生成[6]。

由于煙末中非纖維物質(zhì)、表皮細(xì)胞含量較高，添加煙末會阻礙纖維間的結(jié)合，使紙張疏松。圖1為不同級分煙末對煙草基片松厚度的影響。從圖1中可以看出，隨著煙末級分的增加，煙草基片的松厚度明顯降低。當(dāng)煙末尺寸降低時，過多的煙末會填充在纖維交織的網(wǎng)絡(luò)里，使松厚度降低。當(dāng)煙末的級分為120～200目時，煙草基片的松厚度為1.96 cm3/g，相對于添加60～80、80～120目煙末（松厚度分別為2.11 cm3/g和2.06 cm3/g），煙草基片松厚度分別降低了0.15 cm3/g和0.10 cm3/g，松厚度的降低直接影響了再造煙葉卷煙時的填充性和卷煙的燃燒性能，使得焦油、CO等煙氣成分的釋放量增加，對再造煙葉的感官品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.1.2不同級分的煙末對煙草基片抗張強(qiáng)度的影響

為了保證紙機(jī)運行穩(wěn)定，煙草基片必須具有一定的強(qiáng)度，然而過高的強(qiáng)度會使再造煙葉的柔軟性、口感等品質(zhì)下降，同時影響后續(xù)加工。因此，在保證紙機(jī)穩(wěn)定運行的前提下，要求其抗張強(qiáng)度≤1.00 kN/m[7]。

與木漿纖維相比，煙末漿中纖維物質(zhì)含量非常少，其主要成分為水溶性糖、還原糖、煙堿、蛋白質(zhì)、鉀、氯等，煙末中幾乎沒有纖維[8]，其成分和結(jié)構(gòu)與煙梗和木材等原料完全不同。一般來說，添加煙末漿后會阻礙纖維間的氫鍵結(jié)合，對紙張的抗張強(qiáng)度具有負(fù)面影響。隨著煙末尺寸的變化，基片抗張強(qiáng)度也會發(fā)生相應(yīng)的變化，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著煙末級分的增加，煙草基片的抗張指數(shù)增加。當(dāng)添加60～80目的煙末時，煙草基片的抗張指數(shù)為8.72 N·m/g，而添加40～60目的煙末其抗張指數(shù)僅為7.39 N·m/g。隨著煙末尺寸的減小，更多的煙末顆粒會填充于纖維網(wǎng)絡(luò)之間，細(xì)小煙末增加了基片的緊密性，使基片緊度提高，雖然有較少氫鍵結(jié)合，但相對致密的填充也相應(yīng)地提高了煙草基片的抗張強(qiáng)度。

2.1.3不同級分煙末對煙草基片柔軟性能的影響

煙草基片較好的柔軟性能有利于再造煙葉后續(xù)機(jī)械加工，對后續(xù)切片、搓絲等工藝具有較大影響。本實驗通過測定煙草基片的彎曲挺度來表征煙草基片的柔軟性能，其彎曲挺度越高柔軟性能越差。不同級分的煙末對煙草基片彎曲挺度的影響，結(jié)果見圖3。

如圖3所示，隨著煙末級分的提高，煙草基片的彎曲挺度逐漸上升。隨著煙末尺寸的減小，越來越多的煙末填充于纖維網(wǎng)絡(luò)之間，提高了基片的緊度，使紙基變得緊密，因此彎曲挺度相應(yīng)地逐漸提高。當(dāng)煙末級分超過120目之后，煙草基片的柔軟性能降低較為明顯。

2.1.4不同級分煙末對煙草基片粗糙度的影響

煙草基片表面適度的粗糙度有利于涂布過程中對涂布液的吸收，從而改善卷煙產(chǎn)品的吸味品質(zhì)。圖4所示為不同級分的煙末對煙草基片表面粗糙度的影響。從圖4中可以看出，隨著添加煙末級分的提高，煙草基片的表面粗糙度逐漸降低。當(dāng)添加40～60目的煙末時，表面粗糙度為10.27μm，煙草基片表面比較粗糙。40～60目的煙末尺寸較大，在煙草基片抄造過程中會有較多的煙末分布于基片表面，掉粉現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)煙末級分大于120目時，煙草基片表面粗糙度較低，煙末在煙草基片中分布致密均勻，外觀光滑明亮，趨于紙張?zhí)匦?，同時其松厚度降低較為明顯；當(dāng)添加60～80目和80～120目煙末時，煙草基片具有合適的表面粗糙度，而且具有較好的外觀和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.1.5不同級分的煙末對煙草基片透氣度的影響

當(dāng)煙草基片具有良好的透氣度時，能夠改善再造煙葉的透氣性能，在卷煙燃燒過程中，能夠增強(qiáng)與外界氣體之間的交換，使卷煙燃燒更加充分，因而降低CO等有害氣體的生成量。圖5為不同級分的煙末對煙草基片透氣度的影響。從圖5中可以看出，隨著煙末級分的增大，煙草基片的透氣度先提高，然后逐漸降低。當(dāng)煙末級分為40～60目時，煙末顆粒較大，煙末主要分布于基片表面，較大顆粒的煙末覆蓋了煙草基片表面的空隙；當(dāng)煙末級分為60～80目時，透氣度最大；之后隨著煙末級分的提高，越來越多的煙末填充在纖維網(wǎng)絡(luò)之間，降低了煙草基片的透氣度。圖6為添加不同級分煙末漿的煙草基片掃描電鏡圖。從圖6可以看出，60～80目的煙末在煙草基片中的孔隙最多。

2.2不同級分的煙末對煙草漿料抄造性能的影響

2.2.1不同級分的煙末對煙草漿料留著性能的影響

圖7為煙末級分對煙草漿料單程留著率的影響。如圖7中所示，隨著煙末級分的增加，煙草漿料的單程留著率逐漸降低。隨著煙末級分的逐漸增大，當(dāng)煙末的尺寸減小到一定范圍時，較多的煙末會隨白水一起流失，使?jié){料的單程留著率大幅度降低，造成煙末的利用率降低，同時導(dǎo)致白水的濃度增高，使得后續(xù)白水處理的負(fù)荷加大。如圖7所示，當(dāng)煙末的級分為60～80目和80～120目時，漿料的單程留著率分別為86.39%和78%，當(dāng)煙末的級分超過120～200目時，單程留著率顯著下降。

2.2.2不同級分煙末對煙草漿料濾水性能的影響

本實驗采用真空動態(tài)濾水儀對煙草漿料的濾水性能進(jìn)行測定，濾水時間（s）表示從漿料濾水開始，到漿料形成濾餅，儀器的真空與外界氣體相通，實驗壓力驟變時的時間，該時間越短，說明水完全濾出并形成濾餅的時間越快。圖8為不同級分的煙末對煙草漿料濾水性能的影響。從圖8可以看出，隨著煙末級分的提高，濾水時間先降低，后提高。當(dāng)添加60～80目的煙末時，煙草漿料的濾水速度最快；當(dāng)添加40～60目的煙末時，漿料的濾水速度卻低于添加60～80目煙末的。這是由于40～60目的煙末顆粒較大，覆蓋了纖維交織表面的網(wǎng)絡(luò)孔隙，使得煙草漿料的濾水時間變長。當(dāng)所添加到煙草漿料中的煙末級分超過80目之后，隨著煙末級分的增大，煙草漿料的濾水時間逐漸延長。這是由于煙末的級分超過80目之后，煙末的尺寸較小，且隨著煙末級分的提高，煙末尺寸逐漸減小，小尺寸的煙末填充于纖維網(wǎng)絡(luò)中，阻塞了水流的通道，導(dǎo)致漿料的濾水性能降低時間延長。

上述實驗考察了不同級分的煙末對煙草基片物理性能和煙草漿料抄造性能的影響，從各方面綜合考慮，選取60～120目的煙末較為理想。

2.3不同煙末制備工藝對煙草基片性能的對比

2.3.1不同煙末制備工藝對煙草基片物理性能的對比

表1為不同煙末制備工藝對煙草基片物理性能的對比。從表1中可以看出，與傳統(tǒng)煙末制備工藝相比，新型煙末制備工藝的煙草基片可以得到很好的松厚度和柔軟性能，松厚度與柔軟性分別提升了6.28%、23.03%；抗張強(qiáng)度降低7.22%。新型的煙末制備工藝中煙末漿料具有較好的均勻性，相對于傳統(tǒng)的煙末制備工藝，漿料所含細(xì)小組分較少，片基中有效含量高，有利于改善煙草基片的松厚度和柔軟性能；傳統(tǒng)煙末制備中，煙末產(chǎn)生較多的細(xì)小組分，同時水溶性組分隨水流失嚴(yán)重，相對于新型煙末制備工藝，煙草基片中的煙末相對含量降低，使得煙草基片的強(qiáng)度得以提高。

2.3.2不同煙末制備工藝再造煙葉品吸對比

表2的感官評吸結(jié)果表明，與傳統(tǒng)煙末制備相比，當(dāng)添加60～120目的煙末時，能有效地增加煙草本香。這是由于相對于傳統(tǒng)煙末制備工藝，新型煙末制備工藝減少了煙末在磨漿過程中的流失，提升了再造煙葉產(chǎn)品中煙末的實際比例，煙末實際比例的提升可以保留煙草的自然香味和燃燒時產(chǎn)生的醇厚豐滿的香氣。

3結(jié)論

3.1隨著煙末級分的提高，煙草漿料的留著率逐漸降低，當(dāng)煙末的級分為60～80目，漿料的單程留著率最高，為86.39%。煙草漿料的濾水性能隨著煙末級分的提高先提高后降低，當(dāng)添加60～80目的煙末時，漿料的濾水性能最好。

3.2當(dāng)添加40～60目的煙末時，煙草基片比較粗糙，存在掉粉現(xiàn)象；當(dāng)添加超過120目的煙末時，煙草基片表面光滑、挺硬。

3.3隨著煙末級分的提高，煙草基片的松厚度、透氣度逐漸降低，抗張強(qiáng)度逐漸提高，柔軟性能逐漸降低明顯。添加60～120目的煙末時，煙草基片的松厚度為2.03 cm3/g，抗張指數(shù)為9.00 N·m/g，彎曲挺度為0.0538 mN·m。在得到較好松厚度和柔軟性前提下，仍具有一定的強(qiáng)度，可以保證紙機(jī)正常生產(chǎn)。

3.4綜合考慮煙末的級分對煙草基片物理性能和煙草漿料抄造性能的影響，確定煙末合適級分為60～120目。與傳統(tǒng)的煙末制備工藝相比，抗張強(qiáng)度下降7.22%，煙草基片松厚度與柔軟性分別提升了6.28%、23.03%；涂布后的產(chǎn)品煙草本香突出，產(chǎn)品感官質(zhì)量改善明顯。

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（責(zé)任編輯：董鳳霞）