爆珠壁材成膜性及抗潮性研究

蔡持

四川三聯(lián)新材料有限公司 四川成都 610000

爆珠加香技術(shù)是一種卷煙香味的原位補償技術(shù)[1]，是利用高分子材料將一定量的香精香料包裹在密閉的膠囊中，再將膠囊植入濾嘴[2]，消費者抽吸過程中主觀將其捏破而釋放出里面的香精，實現(xiàn)卷煙抽吸過程中特色香味物質(zhì)的人為可控釋放，豐富了卷煙抽吸品質(zhì)，達(dá)到一種增香、協(xié)調(diào)煙氣的效果[3]。爆珠由壁材和芯材兩部分構(gòu)成，通過比例調(diào)控制得，其具有適宜的彈性和強度，兼具硬、脆、響等使用效果。目前，爆珠制造工藝主要采用滴制法[4-5]，壁材主體成分大多數(shù)為明膠、植物膠，卡拉膠，瓊脂，結(jié)冷膠，刺槐豆膠，糊精，改性淀粉以及一些水溶性纖維素、色素等，增塑劑為丙三醇，山梨醇，聚乙二醇等[6-9]。由于膠液配方中選用的膠體都為親水性膠體，所以在干燥成膜后，也同樣具備吸濕回潮能力[10-11]，抗潮性較差，導(dǎo)致爆珠壓力值偏高、韌性增加、脆性減小，易出現(xiàn)捏不破、捏不響的情況，爆珠的“脆、響”效果大打折扣，影響消費者感官享受。但由于滴制法包裹的香精在成分上近似的保留了原始香精成分，所以即使在抗潮性較差的情況下，更多的制造廠商選擇滴制法來生產(chǎn)爆珠。所以如何提高爆珠壁材的抗潮性是企業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題之一，對提高爆珠產(chǎn)品質(zhì)量、提升產(chǎn)品綜合競爭力具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

刺槐豆膠、阿拉伯樹膠、海藻酸鈉、卡拉膠、羧甲基纖維素、可溶性淀粉、羥丙基淀粉、明膠、果膠、瓜爾豆膠、糊精、結(jié)冷膠、黃原膠、殼聚糖、瓊脂、速溶瓊脂、魔芋膠、羅望子膠、殼聚糖、羥甲基纖維素鈉、骨膠、皮膠。

1.2 儀器與設(shè)備

不銹鋼制模板：自制；烘箱：DHG-9260A，上海姚氏儀器設(shè)備廠；電子天平：ME204E，梅特勒-托利多上海有限公司；磁力攪拌加熱鍋：ZNCL，河南愛博特儀器；電動攪拌器：德國IKA；電熱恒溫水浴鍋：DHG-9070A，上海上海精宏實驗儀器設(shè)備有限公司；恒溫恒濕箱：TH-100上海勇冠）。

1.3 方法

（1）單原料膜的制備：用200ml燒杯稱取99g水溫為85℃的純凈水放入水浴鍋中恒溫加熱稱取1g膠粉倒入燒杯，緩慢攪拌直至完全溶解，形成濃度為1%的膠體溶液稱取50g溶解后的膠液到不銹鋼制膜板中，不定向傾斜玻璃皿使膠液均勻平鋪于玻璃皿底部把盛有膠液的不銹鋼制膜板放入90℃的烘箱中烘烤2h至成膜。

（2）單原料成膜特性研究：選取刺槐豆膠、阿拉伯樹膠、海藻酸鈉、卡拉膠、羧甲基纖維素、可溶性淀粉、羥丙基淀粉、明膠、果膠、瓜爾豆膠、糊精、結(jié)冷膠、黃原膠、殼聚糖、瓊脂、速溶瓊脂、魔芋膠、羅望子膠18種爆珠壁材單體原料進(jìn)行水溶解制模，定性記錄每種原料的凝膠特性，以及溶液干燥后膜的顏色、成膜性、韌性、抗潮性、表面狀態(tài)等指標(biāo)。

（3）單原料抗潮性研究：采用不同濕度下單料膜的吸濕性來表征其抗潮性。首先，將制備好的單原料膜放入烘箱105℃烘烤2h，干燥皿中冷卻15分鐘后稱量記錄質(zhì)量，記為m1。然后，放入恒溫恒濕箱中，平衡濕度分別設(shè)置為20%、40%、60%、80%，48h后，稱量各濕度下的單料膜質(zhì)量，記為m2。最后，計算單料膜干基含水率H%=（m2-m1）×100%/m1。

（4）爆珠壁材配方體系抗潮性研究。爆珠壁材配方體系主要根據(jù)主體凝膠劑來劃分，因為凝膠劑在配方中占有絕大部分比例。目前市場上的爆珠產(chǎn)品壁材配方主要分為明膠，卡拉膠，瓊脂三個體系，三個體系各有優(yōu)劣。由于明膠體系在國內(nèi)市場逐漸被淘汰，應(yīng)用程度較低，所以本次試驗主要針對卡拉膠、速溶瓊脂體系來進(jìn)行抗潮性壁材研究。

為此前期進(jìn)行大量的配方試驗，最終確定每種原料的合適用量，形成以下三個配方，如表1所示，三種配方分別進(jìn)行爆珠樣品制備，所選滴制參數(shù)保持一致，以供試驗檢測。

表1 三種爆珠壁材配方成分

爆珠壁材抗潮性測試：將三種配方制成的爆珠成品取500粒手工擠碎，用吸油紙吸去芯液，將壁材皮膜在95%乙醇溶液中浸洗3遍，放入烘箱105℃烘烤2h，干燥皿中冷卻15分鐘后稱量記錄質(zhì)量，記為m1。然后，放入恒溫恒濕箱中，平衡濕度分別設(shè)置為20%、40%、60%、80%，平衡48h后，稱量各濕度下的爆珠壁材的質(zhì)量，記為m2。最后，計算爆珠壁材干基含水率H%=（m2-m1）×100%/m1。

2 結(jié)果與討論

2.1 單原料成膜狀態(tài)

成膜劑主要依據(jù)成膜性質(zhì)、膜表面狀態(tài)和顏色來篩選，其中以成膜性質(zhì)好、表面光滑、顏色透明的膠體最好。各單原料膜的成膜狀態(tài)如表2所示，可以看出，海藻酸鈉、卡拉膠、羧甲基纖維素、明膠、糊精顏色為透明，結(jié)冷膠、黃原膠、瓊脂顏色為半透明；海藻酸鈉、卡拉膠、羧甲基纖維素、明膠、果膠、瓊脂、速溶瓊脂、魔芋膠成模性好，刺槐豆膠、可溶性淀粉、羥丙基淀粉、瓜爾豆膠、結(jié)冷膠、黃原膠、殼聚糖、羅望子膠成膜性中等；卡拉膠、明膠、瓊脂、速溶瓊脂凝膠強度高，結(jié)冷膠凝膠強度中；阿拉伯樹膠、海藻酸鈉、卡拉膠、羧甲基纖維素、可溶性淀粉、羥丙基淀粉、明膠、果膠、糊精、結(jié)冷膠、瓊脂、速溶瓊脂、魔芋膠膜表面光滑，其余有磨砂感。

綜合來看，卡拉膠、明膠、瓊脂、速溶瓊脂可以作為主要凝膠劑，阿拉伯樹膠、瓜爾豆膠、結(jié)冷膠、黃原膠、魔芋膠、刺槐豆膠可以作為復(fù)配凝膠劑。其中瓊脂溶解性較差，需要沸水才能溶解，殼聚糖需在酸性條件下才能溶解，魔芋膠在高溫條件下也容易形成凝膠，這三類物質(zhì)不建議用于爆珠壁材配方體系。

2.2 單體膜的抗潮性

不同單體膜在22℃、一定相對濕度下的平衡含水率如圖1所示，可以看出，單體膜平衡含水率隨相對濕度的增大而增大，不同單體膜平衡含水率存在較大差異，殼聚糖、羥丙基淀粉各相對濕度下平衡含水率均最低，說明殼聚糖、羥丙基淀粉抗潮性最好。

速溶瓊脂作為主要凝膠劑抗潮性優(yōu)于卡拉膠。瓜爾豆膠、刺槐豆膠、羅望子膠作為復(fù)配凝膠劑，成膜劑，抗潮性適中。海藻酸鈉作為成膜劑，吸濕性較大，但海藻酸鈉透明度較高，成膜性較好，糊精成膜性和凝膠強度較差，但抗潮性較好，海藻酸鈉和糊精在抗潮性壁材配方中可以少量添加。

根據(jù)以上單體原料膠體性質(zhì)及成膜性質(zhì)以及單體膜的抗潮性研究，篩選出卡拉膠、速溶瓊脂、糊精、海藻酸鈉、刺槐豆膠、瓜爾豆膠、羅望子膠、羥丙基淀粉來進(jìn)行配伍性試驗。

圖1 不同單體膜在22℃、一定相對濕度下的平衡含水率

2.3 爆珠壁材配方膜抗潮性研究

根據(jù)前面所述，制備3個爆珠壁材配方，3種配方在20℃、一定相對濕度下的平衡含水率如圖2所示，可以看出，配方3，海藻酸鈉、刺槐豆膠、糊精、羥丙基淀粉共40g、速溶瓊脂120g、增塑劑30g、水5Kg，該配方抗潮性最好，在相對濕度40%時含水率3．1%。

卡拉膠配方體系抗潮性較弱，在同樣的濕度條件下，膠皮含水率都要高于速溶瓊脂或者速溶瓊脂和卡拉膠復(fù)配體系。當(dāng)濕度高于60%時候，卡拉膠的吸水率有增加趨勢，速溶瓊脂和卡拉膠復(fù)配體系吸水率基本不變，速溶瓊脂體系吸水率稍有減緩趨勢。

從膠皮的含水率變化可以看出，速溶瓊脂體系配方在膠皮抗潮性方面具有一定優(yōu)勢，并且在復(fù)配體系當(dāng)中，速溶瓊脂表現(xiàn)出的抗潮性也比較明顯。提高爆珠壁材的抗潮性可以在凝膠劑選擇中選用速溶瓊脂，并且成膜劑等輔助材料也可以選用一些抗潮性較好的一些膠體，例如糊精、刺槐豆膠、瓜爾豆膠、羅望子膠、羥丙基淀粉來進(jìn)行復(fù)配。

圖2 3種配方在20℃、一定相對濕度下的平衡含水率

3 結(jié)語

（1）卡拉膠、明膠、瓊脂、速溶瓊脂成膜性和凝膠強度較好，可以作為主要凝膠劑，阿拉伯樹膠、瓜爾豆膠、結(jié)冷膠、黃原膠、魔芋膠、刺槐豆膠凝膠強度中或低，可以作為復(fù)配凝膠劑。其中瓊脂溶解性較差，需要沸水才能溶解，殼聚糖需在酸性條件下才能溶解，魔芋膠在高溫條件下也容易形成凝膠，這三類物質(zhì)不建議用于爆珠壁材配方體系。

（2）主要凝膠劑中，速溶瓊脂抗潮性均優(yōu)于卡拉膠。瓜爾豆膠、刺槐豆膠作為復(fù)配凝膠劑，成膜劑，抗潮性適中。糊精、海藻酸鈉透明度較高，成膜性較好，糊精抗潮性較好，在抗潮性壁材配方中可以少量添加使用。

（3）優(yōu)選出一種爆珠壁材配方，海藻酸鈉、刺槐豆膠、糊精、羥丙基淀粉共40g、速溶瓊脂120g、增塑劑30g、水5Kg。該配方在相對濕度40%時含水率3．1%。