烟草纤维化学性能分析

衣志民 肖维毅 尧珍玉 黄海群 孙 军【云南瑞升烟草技术（集团）有限公司, 云南 昆明 650106】



烟草纤维化学性能分析

衣志民 肖维毅 尧珍玉 黄海群 孙 军
【云南瑞升烟草技术（集团）有限公司, 云南 昆明 650106】

摘 要：烟草纤维具有烟草气息。其化学性能分析结果表明，烟草纤维纤维素含量偏低，为38.4%，木质素含量低，仅为8.41%，纤维长宽比较小；顶空分析结果表明，烟草纤维在常温状态下，能够挥发出酮类与呋喃类烟草致香成分，利于烟草纤维在特种纸，尤其是纸质滤嘴用纸领域的应用。

关键词：烟草纤维 化学成分 致香成分

0　前 言

烟草纤维包括从烟叶采收到卷烟卷制整个过程中产生的烟梗、碎烟叶、烟叶碎末等纤维，还包括烟叶采收后存留下的烟杆纤维。目前，烟梗、碎烟叶烟草纤维在再造烟叶领域已得到广泛的研究及应用。研究表明烟叶碎叶中基本不含纤维，烟梗中的纤维含量一般在5%左右[1]。烟杆纤维尚未在再造烟叶领域应用，但国内已有大量的相关研究，孙中培、刘清的研究[2]表明，烟杆纤维具有短细的特点，烟杆纤维应用于再造烟叶不能按照传统造纸行业的观点将其疏解为单根纤维，一定量纤维束的存在能够克服原料形态短细的缺陷，使再造烟叶在保持强度的同时，内部结构疏松，以改善再造烟叶的性能。方文彬[3]从烟杆的韧皮部、木质部、髓部进行分析，分析了烟杆纤维不同部位纤维的长度、组织比率等性能。崔懂礼等[4]就烟杆纤维的漂白性能进行了分析，结果表明烟杆浆漂白性能较差。烟草纤维作为一种特殊的制浆造纸原料，其糖类化合物含量较高，木素含量较低，一般不采用化学制浆，而是经过蒸煮后，直接采用磨浆处理。

烟草纤维作为一种制浆造纸原料除了薄片之外的其他纸张中研究相对较少。罗丽莉、杨伟祖等[5]将烟杆纤维、烟末纤维同植物纤维混合抄造形成烟草纤维卷烟纸，其能够在杂气、醇和度、香气浓度、飘逸感等方面对卷烟抽吸品质进行改善。安瑞、谢益民等[6]用未漂浆与烟杆纤维制备了烟草薄片型卷烟纸，其应用效果表明，烟草片基型卷烟纸较雪茄用纸具有较好的吸味及能够有效降低刺激。单婧等[7]将烟草纤维参与接装纸原纸的抄造形成烟草纤维接装纸，其不影响卷烟的感官评价。烟草纤维作为一种制浆造纸原料，在具有制浆造纸性能的同时，仍具有一定的烟草气息，烟草挥发性致香成分的存在利于烟草纤维在特种纸领域的应用。通过对烟草纤维的化学性能及挥发性成分分析，进一步开拓烟草纤维的应用领域，有利于烟草纤维在纸质滤嘴原纸材料中的应用。

1　试 验

1.1 试验材料及设备

回流冷凝管、真空吸滤装置、蒸馏瓶、控温电炉、控温多孔水浴锅、静态顶空仪（7694E,安捷伦，美国）、7890A/5975C气/质联用仪（Agilent，美国）、色谱柱：HP-5MS弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，Agilent，美国）、固相微萃取：萃取头的固定相为75μm Carboxen-PDMS (黑色，Supelco，美国)、顶空瓶（20 mL，Agilent，美国）。

针叶木浆板（月亮牌）、阔叶木浆板（加拿大进口）、烟梗浆料。

1.2 试验方法

（1）纤维素测量方法。纤维素测量方法采用的是直接法中的硝酸法。其测定原理为：在使用浓硝酸与乙醇处理浆料后，浆料中的木素被硝化并部分被氧化，生成硝化木素和氧化木素溶于乙醇溶液。与此同时，亦有大量的半纤维素被水解、氧化而溶出，所得到的残渣即为硝酸-乙醇纤维素。

（2）聚戊糖的测定。GB/T 745—1989纸浆聚戊糖含量的测定方法。

（3）木素含量的测定。酸不溶木素（克拉森木素）采用GB/T 2677.8—1994。酸溶木素采用GB/T 10337—1989。

（4）纤维聚合度的测定。聚合度测定采用化学浆黏度进行换算。

纤维原料的聚合度采用测量纸浆黏度的方法进行测量，然后根据式（1）进行计算测量。不同浆料的聚合度不同，一般情况，天然纤维素的平均聚合度以棉、麻、木材较高，约为10 000左右，草类纤维素平均聚合度稍低。

DP0.905 = 0.75η 式（1）

式中 DP——聚合度

η——黏度

化学浆的黏度测定采用GB/T 1548—1989。

（5）烟草纤维挥发性成分的测定。顶空挥发性成分检测样品处理：取样品0.5 g于20 mL顶空瓶中。将顶空瓶放置于30 ℃、50 ℃、80 ℃水浴中，用固相微萃取头置于顶空瓶中进行萃取，萃取时间为30 min。

固相微萃取条件。萃取温度：30 ℃、50 ℃，80 ℃；萃取时间：30 min之后将SPME进样针插入气相色谱进样口进样，时间为2 min，经气相色谱分离后用质谱鉴定。

（6）VOC检测。VOC检测采用面积法顶空分析：取一张样品，裁面积为22 cm×4 cm，将所裁试样印刷面朝里卷成筒状，立即放入顶空瓶中，加入1 mL三醋酸甘油酯，密封后待测。

2　结果与讨论

2.1 烟草纤维化学成分测定

植物纤维原料主要由纤维素、半纤维素及木质素构成。此外，还存在着果胶、单宁及灰分等物质。针叶木浆与阔叶木浆板经过化学漂白后，大量的木质素及部分半纤维素被去除，因此浆板呈现白色。烟梗浆料蒸煮温度为70 ℃，蒸煮时间为40 min，然后经过高浓磨浆机处理所得，浆料颜色为棕褐色。

表1为针叶木浆纤维、阔叶木浆纤维及烟草纤维的性能分析数据。由表1可以看出，烟草纤维的纤维素含量同禾本科植物纤维素含量（38%~55%）相当，略有偏低；木质素含量为8.41%，含量较低，禾本科植物木质素含量一般为18%~26%，木材类相对更高；纤维素聚合度大小关系为阔叶木 > 针叶木，由于烟草纤维未经过漂白，杂细胞含量较多，故在测量黏度时存在不溶物，造成黏度无法测量。但是，由于烟草浆料属于禾本科类，其纤维素聚合度在一定程度上要低于阔叶木和针叶木。

表1　浆料化学性能及纤维长度性能数据

此外，由表1烟草纤维的长宽比可以看出，烟草纤维长度与阔叶木纤维相当，但比阔叶木纤维宽，长宽比较小，因此烟草纤维在造纸上不利于纸张强度性能的提高。

2.2 挥发性成分分析

对针叶木纤维、阔叶木纤维及烟草纤维进行顶空分析，结果见表2、表3、表4与表5。结果表明，在30 ℃条件下，针叶木与阔叶木浆板只有1种挥发性成分，而烟草纤维浆片相对较多，且属于酮类、呋喃类，而酮类与呋喃类均为烟草燃烧的所产生致香成分。随着温度的升高，烟草纤维所挥发出来的物质逐渐增多，50 ℃达到11种，而80 ℃达到23种，针叶木纤维与阔叶木纤维在相应条件下要远远低于烟草纤维。尽管顶空分析所测量的物质成分为相对含量，痕量物质有可能被稀释，但仍可说明，烟草纤维应用于要求有嗅香的纸质品中具有一定的优势。

表2　针叶木纤维挥发性成分

表3　阔叶木纤维挥发性成分

表4　烟草纤维顶空分析

表5　不同温度下三种纤维挥发性成分种类

2.3 挥发性有机物（VOC）分析

由表6可知，尽管烟草纤维具有一定的烟草气息，但其挥发性成分中不含有VOC类成分，满足材料的安全使用要求。

表6　VOC挥发性成分检测结果

3　结束语

烟草纤维隶属于禾本科，其纤维素含量略低，含量约38.6%，木质素含量略低，含量约8.41%，纤维长宽比较小，烟草纤维常温下具有烟草类挥发性成分，能够满足具有表香要求的特殊纸类产品的需求，例如滤嘴用纸。烟草纤维的挥发性成分中不含有VOC类挥发性有机物，满足材料的安全使用要求。

参考文献：

[1]李桂珍,龚安达,刘润昌,等.非木材纤维在卷烟工业用纸中的应用[J].中国造纸,2011(5):30.

[2]孙中培,刘清,李世昌,等.烟杆纤维代替木浆纤维制烟草薄片技术探讨[J].烟草科技,1994,（109）:2-6.

[3]方文彬.烟草秆的构造和纤维形态分析[J].中南林学院学报，1991,5,1(11)：9-15.

[4]崔懂礼,文智美.烟草茎秆在制浆造纸工业中的应用[J].2014,33(3):20-25.

[5]罗丽莉,杨伟祖,沈靖轩,等.一种采用天然烟草纤维的卷烟纸.中国, 200710065684[P].2007-02-15.

[6]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(1):31.

[7]单婧,李基成,谢定海,等.烟草纤维在接装纸上的应用研究[J].中华纸业,2013,34(4):18-21.

The Chemical Analysis of Tobacco FibersYI Zhimin XIAO Weiyi YAO Zhenyu HUANG Haiqun SUN Jun

（Yunnan Reascend Tobacco Technology Co., Ltd., Kunming 650106,China ）

Abstract:Tobacco fiber has the smell of tobacco, the chemical properties of the analysis results show that tobacco fibers have the low content of cellulose, about 38.4%, the low content of lignin, only 8.41%. Fiber length and width of tobacco is relatively small. Headspace analysis results show that, the tobacco fibers in normal temperature can be volatile out ketones and furan tobacco aroma components. These factors will push the application of tobacco fibers in the areas of specialty paper, especially the application in the field of paper filter tip paper.

Keywords:tobacco fiber;chemical property;avoma component