不同卷烟原料物理保润机理研究.docx

? ? 不同卷烟原料物理保润机理研究 ? ? 楼佳颖，张乾，王兵，沙云菲，吴达，刘百战 上海烟草集团有限责任公司，长阳路717号，上海 200082 不同卷烟原料物理保润机理研究 楼佳颖，张乾，王兵，沙云菲，吴达，刘百战 上海烟草集团有限责任公司，长阳路717号，上海 200082 为考察不同卷烟原料的物理保润性能，通过动态水分吸附系统、重量法吸附仪和扫描电子显微镜，分别从失水曲线、水吸附量、水吸附焓和微观物理结构进行分析，从机理上阐明了其保润性能的差异性。水分子吸附研究结果表明，在25.2 ℃，3.0 Kpa时，吸附量大小依次为叶丝＞膨胀叶丝＞膨胀梗丝＞薄片，采用Sips模型拟合后计算其初始吸附焓大小为膨胀梗丝＞膨胀叶丝＞叶丝＞薄片。结合卷烟原料动态水分评价及微观结构差异分析，得出如下结论：梗丝基于其超大孔结构及亲水性表面，随环境湿度的变化表现出吸湿快、解湿快的特点；叶丝基于其较丰富的油份及内含物的作用，保润性能最好；膨胀烟丝和薄片经过工艺处理后，对水分子的吸附量以及保持力都劣于叶丝。 烟草；保润性能；水吸附；吸附焓；物理结构 卷烟的物理保润性能包含两个方面，热力学方面的卷烟平衡含水率和动力学方面的卷烟失水速度。卷烟工艺实践表明，提高平衡水分较为容易，其中一个途径是施加甘油、丙二醇、糖浆等多羟基醇类物质，降低水分的化学势能；另一个途径是增加烟叶原料的多孔性，提高毛细管水的吸附量。但是，控制动力学失水速度难度较大，很多情况下，平衡水分越高，失水速度越快。 卷烟配方主要由叶丝与膨胀叶丝、膨胀梗丝和薄片等掺配品中的一种或几种组成，其物理保润性能直接决定了卷烟的物理保润性能。由于不同卷烟原料的物理结构和组成的差异，其在干燥环境中的失水情况不尽相同。根据文献报道[1-3]，烟草的多孔结构为水分凝聚提供了很大的物理空间，其含有的大量多糖、果胶和无机离子等亲水基质为水分吸收奠定了较好的物质基础；同时烟叶角质之间富含的油脂和蜡质等封闭性成分又为防止水分散失提供了有效屏障。 烟草作为一种多孔材料，其平衡含水率与孔径分布和比表面积密切相关，所以烟草保润机理探索离不开微孔结构分析。Nakanishi和Kobari（1988年）[4]用氮吸附法测定烤烟与白肋烟的微孔分布和比表面积，发现烤烟孔容积随含水率的增加而增大，表明烤烟组织结构因水分而改变。白肋烟孔容积几乎不随水份发生变化。该研究结果可很好地解释烤烟和白肋烟在低湿、高湿条件下的吸水特性差异。Samejima等[5]（1978年）以及Nakanishi和Kobari(1988年)的研究表明，在相对湿度17%～50%范围内，烟草的水吸附等温线是S-型，较为符合BET多分子层理论。Nakanish和Kobari(1988年)试图用GAB方程解释烤烟、白肋烟的吸附等温线。在平衡水分相应的覆盖范围内，利用克拉柏龙-克鲁休斯方程计算吸附热，结果说明烟草对水分的吸附是物理吸附。而GAB方程较适于第一层吸附热小于第二层冷凝热的情况。1995年Miyauchi等[6]全面研究了烟草和卷烟辅助材料的水吸附等温线。Miyauchi等认为，使用Dubinin-Astakhov(DA)方程，在相对湿度为5%～80%的范围内，可较好地描述以上各种材料的水等温吸附线。但是，DA方程解释不同类型烟叶的保润性能差异仍存在一定的局限性。 本文通过动态水分吸附系统、重量法吸附仪（结合Sips模型拟合[7]）和扫描电子显微镜，分别从低湿水分实时变化、水吸附量、水吸附焓和微观物理结构进行分析，从机理上深入阐释了不同卷烟原料的物理保润性能差异性。 1 材料与方法 1.1 材料与仪器 动态水分吸附系统DVS-100T Advantage（SMS公司，英国）；KNF240型恒温恒湿箱（BINDER公司，德国）。叶丝、膨胀烟丝、膨胀梗丝和薄片（上海烟草集团有限公司）； IGA-002 重量法吸附仪（HIDEN公司，英国）；XL-30 扫描电子显微镜（Philips公司，荷兰）。 1.2 实验方法 1.2.1 卷烟原料保润性能差异分析- DVS 将叶丝、膨胀叶丝、膨胀梗丝和薄片样品置于温度22 ℃，相对湿度（RH）60%恒温恒湿箱中放置48 h，取出后，置于动态水分吸附系统（Dynamic Vapor Sorption 简称DVS）。设定失水曲线的测定程序：T=22 ℃，RH=60%，120 min；T=22℃，RH=30%，880 min；T=100 ℃，RH=0，120 min。通过其实时重量和干基重量，计算每个时刻的干基含水率，得到干基含水率随时间的变化曲线。将每个时刻的干基含水率减去初始干基含水率，得到其失水量随时间的变化曲线，比较四种原料之间的差异。 1.2.2 卷烟原料吸湿性能差异分析-IGA 实验方法 吸附过程的环境温度