重组烟叶型雪茄烟纸持灰性能的研究

谢益民 瞿 方 王 磊，* 王凤兰 安 瑞 梅秦源

(1.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北武汉，430068;

2.湖北中烟技术中心重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉，430040)

造纸法重组烟叶又称烟草薄片，其理化特性与烟草相似，重组烟叶在改善卷烟各项质量指标方面具有明显优势，因此，在卷烟工业中得到越来越广泛的应用［1-6］。雪茄烟具有焦油和烟碱含量低，对人体危害较普通卷烟小的特点，逐渐为广大消费者所接受［7-13］。雪茄烟外包皮是雪茄烟的重要组成部分，目前工业上多采用优质晒烟或白肋烟作为雪茄烟外包皮，而我国雪茄烟外包皮存在诸多问题，如质量不高(颜色暗、光泽差、叶片厚和支脉粗大等)、燃烧性差和标准化程度低等缺点［14-20］，成为我国生产高档雪茄烟的直接限制因素。同时，在雪茄烟燃烧过程中，雪茄烟外包皮经过先炭化再灰化的过程［21］。抽吸品质较差的雪茄，烟丝和雪茄烟外包皮不能充分燃烧，炭化部分较多［22-23］，易造成雪茄抽吸时灰分较黑甚至熄火。在感官品质中，灰分发黑和燃烧线不整齐的卷烟可能档次不高，因此，雪茄烟外包皮与烟丝燃烧的匹配，以及持灰性能 (如灰分白度)直接影响到雪茄的抽吸品质。在重组烟叶中添加填料 (Ca-CO3等)，能改善重组烟叶的匀度，提高其透气度，同时能够调节燃烧速度，改善包灰紧密效果，最终达到提高重组烟叶的持灰性能和降低卷烟在燃烧过程中所产生的有害物质的双重目的。

因此，通过在重组烟叶中添加填料 (CaCO3、TiO2和MgO)，以改善其燃烧性能和持灰性能，制备重组烟叶型雪茄烟纸，以补充和替代雪茄烟外包皮，市场前景广阔。

1 实验

1.1 材料、试剂和仪器

烟梗原料、未漂针叶木浆、漂白鹦鹉阔叶木浆、漂白麻浆、991型涂布液，湖北中烟工业有限责任公司提供;CaCO3、TiO2和MgO，国药集团生产。

KRK2500-II高浓盘磨 (日本 KRK公司);RK-3A凯塞法抄片器 (奥地利PTI-Flank公司);CSR-Ⅱ卷烟纸阴燃速率测量仪 (中国科学院安徽光学精密机械研究所);TQY-Ⅲ透气度测定仪 (中科院安徽光学精密机械研究所)。

1.2 重组烟叶型雪茄烟纸的制备

称取一定量的烟梗原料，在料液比为1∶3.75、温度 (65±5)℃的条件下萃取40 min，固液分离。分离得到萃取后的烟梗，用盘磨磨浆，制备烟梗MP浆 (打浆度35°SR);未漂针叶木浆、漂白鹦鹉阔叶木浆和漂白麻浆分别打浆到80、40和70°SR。烟梗MP浆、未漂针叶木浆、漂白鹦鹉阔叶木浆和漂白麻浆按照绝干质量比为60∶32∶4∶4混合，同时添加一定量的CaCO3、TiO2或MgO填料，制备定量为 (30±1)g/m2的基片，再将991型涂布液浸涂到基片上(涂布量为10 g/m2)，制得重组烟叶型雪茄烟纸，定量为 (40±1)g/m2。

1.3 重组烟叶型雪茄烟纸的性能检测

按照YC/T 197—2005测定阴燃速率;按照GB/T 458—2002测定透气度。

1.4 持灰性能评价

目前，由于国内没有统一的评价体系，笔者根据重组烟叶的感官质量评价体系，设计了重组烟叶型雪茄烟纸持灰性能的评价体系，按照各因素对雪茄烟纸的持灰性能的贡献权重大小，将影响因素分为因素A(占40%)、因素B(占40%)和因素C(占20%)，各因素的权重不同，总分加权S=0.4A+0.4B+0.2C。

A为灰分颜色:白 (100分)、较白 (90分)、中等 (80分)、较黑 (70分)、黑 (60分);B为阴燃速率:70～100 s/150 mm(100分)、100～130 s/150 mm(90分)、130～160 s/150 mm(80分)、160～190 s/150 mm(70分)、大于190 s/150 mm(60分);C为透气度:＞200 cm3/(min·cm2)(100分)、150～200 cm3/(min·cm2)(90分)、100～150 cm3/(min·cm2)(80 分)、50 ～100 cm3/(min·cm2)(70分)、0～50 cm3/(min·cm2)(60分)。

2 结果与讨论

2.1 CaCO3粒径对重组烟叶型雪茄烟纸性能的影响

考虑到重组烟叶应用的填料CaCO3的粒径大小可能会影响到填料本身的留着率，从而影响到重组烟叶型雪茄烟纸的透气度、阴燃速率和持灰性能等指标。因此，研究了不同粒径CaCO3对重组烟叶型雪茄烟纸阴燃速率和透气度等指标和持灰性能的影响。

实验中，应用20%的CaCO3作为填料，CaCO3平均粒径分别为 6.50、5.00、3.40、2.70、1.60 和1.25 μm，制备的重组烟叶型雪茄烟纸的相关阴燃速率和透气度等指标的检测结果如图1和表1所示。

图1 CaCO3粒径对重组烟叶型雪茄烟纸阴燃速率和透气度的影响

表1 CaCO3粒径对重组烟叶型雪茄烟纸性能的影响

由图1和表1可知，重组烟叶型雪茄烟纸的透气度随CaCO3粒径的减小，呈现先上升后下降的趋势，在CaCO3粒径为1.60 μm时，其透气度最好，可达133.6 cm3/(min·cm2)。这是由于透气度主要由纤维网络中的孔隙结构决定的，CaCO3粒径小，留着率高，阻碍纤维间结合，有利于CaCO3微粒在纸的内部分布更为均匀，而且还促进了纸层的空隙构造，从而大大提高了雪茄烟纸的透气度;但CaCO3粒径过小时，由于这部分“比纤维材料的孔隙直径还小”的微粒填充并堵塞了纤维间的细小空隙，减少了重组烟叶型雪茄烟纸的总孔隙率，从而造成重组烟叶型雪茄烟纸的透气度大幅度的下降。由此可见，CaCO3粒径过大或过小都会对透气度产生不利影响;与此同时，重组烟叶型雪茄烟纸的阴燃速率与透气度的变化趋势是相反的，呈现先下降后略有上升的趋势，这是因为透气度的提高会降低阴燃速率。另外，重组烟叶型雪茄烟纸的持灰性能随着CaCO3粒径的减小，略有增加，但颜色还明显较黑，影响吸烟的感官质量，需进一步提高。因此，综合考虑，重组烟叶型雪茄烟纸的填料CaCO3粒径选择1.6 μm较适宜。

2.2 CaCO3与TiO2或MgO混合使用对重组烟叶型雪茄烟纸性能的影响

为进一步提高烟灰的白度，选择对烟灰具有更佳遮盖能力的填料 TiO2(粒径0.35 μm)和 MgO(粒径 1.59 μm)，协同 CaCO3(粒径 1.6 μm)共同来提高重组烟叶型雪茄烟纸燃烧性能和持灰性能。实验中向基片中添加总量为20%(以绝干浆计)的混合填料 (由CaCO3、TiO2或MgO组成)，制备的重组烟叶型雪茄烟纸进行相关阴燃速率和透气度等指标的检测，实验结果见表2和表3及图2和图3所示。

由表2、表3和图2可知，CaCO3/TiO2体系中，其透气度随着TiO2用量的增加而下降;CaCO3/MgO体系中，其透气度随着MgO用量的增加而略有升高，且CaCO3/TiO2体系与CaCO3/MgO体系相比，平均透气度要低，这是由于 TiO2(0.35 μm)比 MgO(1.59 μm)的粒径小，容易阻塞自然空隙，造成透气度下降。CaCO3/TiO2体系中，其阴燃速率随着TiO2用量的增加而有所提高;CaCO3/MgO体系中，其阴燃速率随着MgO用量的增加而略有下降。这是由于TiO2和MgO的粒径不同所引起的透气度变化，从而导致阴燃速率的变化。

表2 CaCO3和TiO2混合作为填料的实验结果

表3 CaCO3和MgO混合作为填料的实验结果

由表2、表3和图3可知，CaCO3与TiO2或MgO混合作为填料有助于改善重组烟叶型雪茄烟纸的灰分颜色，且TiO2用量为8%、CaCO3用量为12%时，灰分颜色较白，这是由于TiO2的覆盖能力和持灰性能较CaCO3、MgO要好，从而改善其持灰性能。Ca-CO3/TiO2体系中，其持灰评价得分随着TiO2用量的增加呈现先上升后下降的趋势，当TiO2用量为8%、CaCO3用量为12%时，得分最高为88分;CaCO3/MgO体系中，随着MgO用量的增加呈现先上升后不变的趋势，当MgO用量为8%、CaCO3用量为12%时，得分最高为84分。

综合考虑制备的重组烟叶型雪茄烟纸持灰性能的灰分颜色、阴燃速率和透气度3个影响因素可知，当TiO2和CaCO3的用量分别为8%和12%时，灰分颜色较白，阴燃速率为129.4 s/150 mm，透气度为107.7 cm3/(min·cm2)，持灰评价得分为88分。

3 结论

通过在重组烟叶型雪茄烟纸中添加具有改善重组烟叶燃烧性能和持灰性能的填料 (CaCO3、TiO2或MgO)，同时设计了以灰分颜色和阴燃速率为主要影响因素，透气度为次要影响因素的持灰性能评价标准，对制备的重组烟叶型雪茄烟纸进行持灰性能评价。结果表明，当TiO2和CaCO3的用量分别为8%和12%时，灰分颜色较白，阴燃速率为129.4 s/150 mm，透气度为107.66 cm3/(min·cm2)，持灰评价得分为88分，持灰性能得到明显提升。

［1］汪华文.造纸法薄片在卷烟中的应用效果分析［J］.烟草科技，2000(8):15.

［2］CHEN Zu-Gang，CAI Bing，WANG Jian-xin，et al.Comparison between Domestic and Foreign Paper-process Tobacco Sheets［J］.Tobacco Science＆ Technology，2002(2):4.

陈祖刚，蔡 冰，王建新，等.国内外造纸法薄片工艺与品质比较［J］.烟草科技，2002(2):4.

［3］XU Ri-peng，SU Wen-qiang，DUAN Ji-sheng.Development and Application of Tobacco Sheet［J］.Shanghai Paper Making，2008，39(5):46.

许日鹏，苏文强，段继生.烟草薄片的开发与应用［J］.上海造纸，2008，39(5):46.

［4］LIU Zhi-chang，WANG Xue-wen，TANG Xiang-bing，et al.Study on the Treatment of Tobacco Sheet by Fe-CA Biomimetic System［J］.China Pulp ＆ Paper，2011，30(5):26.

刘志昌，王学文，唐向兵，等.仿酶体系处理烟草薄片的研究［J］.中国造纸，2011，30(5):26.

［5］WANG Feng-lan，WANG Lei，LIU Yang，et al.Pulping，Bleaching and Paper Making of Tobacco Stem［J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(6):28.

王凤兰，王 磊，刘 洋，等.烟梗制浆漂白和配抄工艺的研究［J］.中国造纸，2012，31(6):28.

［6］AN Rui，XIE Yi-min，WANG Lei，et al.Cigarette Paper Based on Tobacco Sheet:Its Preparation and Properties［J］.China Pulp ＆ Paper，2012，31(1):45.

安 瑞，谢益民，王 磊，等.烟草薄片型卷烟纸的制备及性能研究［J］.中国造纸，2012，31(1):45.

［7］SUN Fu-shan，CHEN Jiang-hua，LIU Jian-li.The Present Situation of Leaf Quality of Purchased Flue-cured Tobacco in China and Techniques for Improving Leaf Grade Structure［J］.Acta Tabacaria Sinica，2002，8(2):29.

孙福山，陈江华，刘建利.烟叶收购质量现状与改善等级结构技术探讨［J］.中国烟草学报，2002，8(2):29.

［8］Jin Ao-xi.Production Technology of Cigar［M］.Beijing:China Light Industry Press，1982.

金敖熙.雪茄烟生产技术［M］.北京:轻工业出版社，1982.

［9］Tripathi S N，Bhattacharya B.Physical and chemical quality characteristics of cigar wrapper varieties(N.tabacum L)［J］.Indian Agriculturist，1986，30(3):205.

［10］Singh K D.Studies on soil-versus-foliar application of nitrogen in relation to yield and smoking scores in cigar wrapper tobacco［J］.Annals of Agricultural Research，1987，8(2):194.

［11］Coşkun Gülser，Nazlı Kutluk Yılmaz，Feride Candemir.Accumulation of Tobacco mosaic virus(TMV)at different depths clay and loamy sand textural soils due to tobacco waste application［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2008，146(1):235.

［12］LaMondia J A.The association of tobacco mosaic virus with green spot of cured wrapper tobacco leaves［J］.Plant Disease，2008(92):37.

［13］SHI Xiang-dong，WANG Wen-jie，WANG Wei-wu，et al.Response of photosynthetic characteristics in leaves of cigar wrapper tobacco to nitrogen application under shady condition［J］.Plant Nutrition and Fertilizer Science，2007，13(2):299.

时向东，汪文杰，王卫武，等.遮荫下氮肥用量对雪茄外包皮烟叶光合特性的调控效应［J］.植物营养与肥料学报，2007，13(2):299.

［14］SHI Xiang-dong，LIU Yan-fang，WEN Zhi-qiang.Effects of Nitrogen Levels on Growth and Content of Endogenous Hormones of Cigar Wrapper Leaves［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2007，27(8):1625.

时向东，刘艳芳，文志强，等.施N水平对雪茄外包皮烟叶片生长发育和内源激素含量的影响［J］.西北植物学报，2007，27(8):1625.

［15］WANG Wen-jie.Effect of the Nitrogen Fertilizer Application Rate on Growth and Development，Photosynthetic Characteristics and Qulity of Cigar Wrapper Tobacco［D］.Zhengzhou:Henan Agricultural U-niversity，2006.

汪文杰.氮肥用量对雪茄外包皮烟生长发育光合特性及品质的影响［D］.郑州:河南农业大学，2006.

［16］XU Jian-ying.Technology of Tobacco processing and flavoring［M］.Beijing:China Textile＆ Apparel Press，2007.

许建营.烟草工艺与调香技术［M］.北京:中国纺织出版社，2007.

［17］Davis D Layten，Nielsen Mark T.Tobacco-Production，Chemistry and Technology［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［18］GB/T 5606.1—2004 卷烟 抽样［S］.

［19］GB/T 16447—2004烟草及烟草制品调节和测试的大气环境［S］.

［20］GB 5606.4—2005卷烟 感官技术要求［S］.

［21］CHENG Zhan-gang，YE Ming-qiao，HU Su-xia，et al.Factors Affecting Ash Integration of Burning Cigarette［J］.Tobacco Science ＆Technology，2011(2):9.

程占刚，叶明樵，胡素霞，等.影响卷烟包灰能力的因素研究［J］.烟草科技，2011(2):9.

［22］HAN Qing-bin.Cigarette Paper Combustion-supporting Agent on Packets Ash［J］.Tobacco Science ＆ Technology，1992(4):22.

韩庆斌.卷烟纸中助燃剂对烟支包灰的影响［J］.烟草科技，1992(4):22.

［23］JIANG Wei，LI Bin，YU Chuan-Fang，et al.Effects of Cigarette Paper Permeability on Temperature Distribution in Cigarette Combustion Cone［J］.Tobacco Science ＆ Technology，2007(9):5.

江 威，李 斌，于川芳，等.卷烟纸透气度对卷烟燃烧锥温度分布的影响［J］.烟草科技，2007(9):5. CPP