烟末尺寸对造纸法再造烟叶性能的影响

武超伟 田晓辉 孙宇 樊新顺 张利涛 陈顺辉 罗冲

摘要：采用Wiley粉碎机对烟末进行粉碎，提取不同尺寸的烟末与烟梗、针叶木浆混合采用造纸法制备再造烟叶，研究了烟末尺寸对再造烟叶质量的影响。结果表明，与混合磨浆方式相比，当添加60～120目的烟末浆时，烟草基片的各项物理性能较好，在抗张强度几乎不变的前提下，松厚度与柔软性分别提升了6.28%、23.03%。随着烟末尺寸减少，烟草基片的抗张强度逐渐提高，透气性和浆料滤水速率先提高后降低，松厚度、柔软性、单程留着率均逐渐降低。

关键词：再造烟叶；烟末浆；松厚度

中图分类号：TS74

文献标识码：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

造纸法再造烟叶的生产工艺主要为两步，第一步是先将烟草原料使用一定温度的清水进行萃取，然后将溶解物与固相物质分离，固相部分与植物纤维混合后使用磨浆设备制成浆料，在造纸机上抄造成烟草基片；第二步是将分离后的萃取液经过浓缩、调配制成涂料，利用涂布装置回涂到烟草基片的表面，经过干燥、分切制成再造烟叶[1-3]。

传统的混合制浆工艺存在较多的弊端。烟末的组成决定了其不同的制浆特性，与烟梗、植物纤维相比，烟末更易磨浆，磨浆后原料得率低，随水流失严重、有效利用率低；烟末原料经磨浆形成的细小组分较多，造成留着率和滤水性能下降，对烟草基片的松厚度产生负面影响[4-5]。

本研究根据烟末原料的固有特性，研究了一种新型烟末的制浆工艺，并考察了烟末尺寸对再造烟叶性能的影响，改善烟草基片松厚度、柔软性和再造烟叶的卷煙吸味。

1实验

1.1原料

烟梗、烟末、漂白硫酸盐针叶木浆、轻质碳酸钙（PCC），均由河南卷烟工业再造烟叶有限公司提供；瓜尔胶（食品级），由浙江澳兴生物科技有限公司生产；膨润土，由浙江顺孚粘土化工有限公司生产。

1.2主要仪器与设备

SE051厚度仪、SE062抗张强度测定仪，瑞典Lorentzen & Wettre公司；K461弯曲挺度仪，美国TMI Group公司；JSM-35CF扫描电子显微镜（SEM），日本；MD-3000低浓盘磨机，德国；瓦利打浆机，陕西科技大学设备厂；95854型快速纸页成型器，德国RRANK；Wiley磨，美国Thomas公司；电热恒温水浴锅，北京永光明医疗器械厂；DSC7动态滤水仪（DDJ），美国PRM公司；DFR-05动态滤水罐（DDA），瑞典BTG公司。

1.3实验方法

1.3.1浆料制备

1.3.1.1烟末浆制备

新型烟末浆制备：将碎烟和烟末用Wiley磨干法粉碎，利用不同目数的圆网标准筛依次筛分，收集40～60目、60～80目、80～120目、120～200目等不同级分的烟粉；分别用水进行萃取，萃取条件为：液比1∶6，温度55℃，处理时间45 min；固液分离后的烟末不再进行磨浆处理。

传统烟末浆制备：碎烟和烟末在磨浆之前先在恒温水浴锅中用水进行萃取，萃取条件为：液比1∶6，温度55℃，处理时间45 min；固液分离后的碎烟和烟末利用低浓盘磨进行磨浆，磨浆浓度为4%，磨盘间隙为0.25 mm，打浆度为15°SR。

1.3.1.2烟梗浆制备

烟梗原料在磨浆之前先在恒温水浴锅中进行萃取，萃取条件为：液比1∶4，温度65℃，处理时间45 min，处理后的烟梗进行固液分离，固液分离后的烟梗利用低浓盘磨进行磨浆，磨浆浓度为4%，磨盘间隙为0.25 mm，打浆度为20°SR。

1.3.1.3针叶木浆制备

利用低浓盘磨对漂白硫酸盐针叶木浆进行磨浆，磨浆浓度为4%，磨盘间隙为0.25 mm，打浆度为30°SR。

1.3.2烟草基片的抄造

烟末、烟梗、针叶木浆和PCC填料按32.5∶32.5∶20∶15的配比，调整浆浓为（1.0±0.1）%，使用快速纸页成型器抄造成定量为60 g/m2的烟草基片。

1.3.3烟草基片物理性能的测定

厚度按GB/T451.3—1989测定；抗张强度按GB/T453—1989测定；粗糙度按GB/T2679.9—1993测定；透气度按GB/T458—2008测定；弯曲挺度的测量采用弯曲挺度仪测量，以此来间接表示烟草基片的柔软性能，测量条件为：测量距离5 mm，弯曲角度15°，单位为mN·m。

1.3.4烟草浆料单程留着率和滤水性能的测定

单程留着率的测定：混合浆料中烟末、烟梗、针叶木浆和PCC填料按32.5∶32.5∶20∶15配比，用自来水配成0.5%浓度的浆料，然后量取相当于2.5 g绝干浆的烟草浆料500 mL，搅匀后转移到动态滤水仪中，依次加入0.1%瓜尔胶、0.2%膨润土（均相对于绝干烟草浆料），在1000 r/min下搅拌70 s时打开排水阀，收集滤液，用已恒质量的滤纸过滤，烘干，称量。单程留着率R（%）按公式（1）计算。

R=S0-SS0×100%（1）

式中，S0为500 mL烟草浆料中固形物质量，g；S为滤液中固形物质量，g。

滤水性能的测定：将不同烟末浆分别与烟梗浆、针叶木浆、填料按32.5∶32.5∶20∶15的比例混合，用20℃的自来水准确配制浆浓为0.5%的烟草浆悬浮液1000 mL，加入DDA滤水罐中，以800 r/min的转速搅拌110 s，依次加入0.1%瓜尔胶、0.2%膨润土（均相对于绝干烟草浆料），搅拌停止后在260 mPa的真空抽吸下滤水60 s。计算机实时记录随着滤水时间变化真空度的变化，模拟纸机水线位置处真空度突变点，该突变点对应的时间即为DDA滤水时间。

1.3.5感官评吸

按照GB/T5606.1—2004抽取实验样品，制备试样，按照GB/T16447—2004调节水分，采用GB5606.4—2005中的方法进行卷烟感官评吸，采用暗评计分方法。

2结果与讨论

2.1不同级分的烟末对烟草基片物理性能的影响

2.1.1不同级分烟末对烟草基片松厚度的影响

松厚度是评价造纸法再造烟叶质量的重要技术指标之一，直接影响烟草基片浸渍涂布时的吸液量和卷烟的燃烧性能。再造烟叶较高的松厚度，能够改善卷烟时的填充性以及卷烟燃烧时的燃烧性能，因此有助于降低CO等有害物质的生成[6]。

由于烟末中非纤维物质、表皮细胞含量较高，添加烟末会阻碍纤维间的结合，使纸张疏松。图1为不同级分烟末对烟草基片松厚度的影响。从图1中可以看出，随着烟末级分的增加，烟草基片的松厚度明显降低。当烟末尺寸降低时，过多的烟末会填充在纤维交织的网络里，使松厚度降低。当烟末的级分为120～200目时，烟草基片的松厚度为1.96 cm3/g，相对于添加60～80、80～120目烟末（松厚度分别为2.11 cm3/g和2.06 cm3/g），烟草基片松厚度分别降低了0.15 cm3/g和0.10 cm3/g，松厚度的降低直接影响了再造烟叶卷烟时的填充性和卷烟的燃烧性能，使得焦油、CO等烟气成分的释放量增加，对再造烟叶的感官品质产生负面影响。

2.1.2不同级分的烟末对烟草基片抗张强度的影响

为了保证纸机运行稳定，烟草基片必须具有一定的强度，然而过高的强度会使再造烟叶的柔软性、口感等品质下降，同时影响后续加工。因此，在保证纸机稳定运行的前提下，要求其抗张强度≤1.00 kN/m[7]。

与木浆纤维相比，烟末浆中纤维物质含量非常少，其主要成分为水溶性糖、还原糖、烟碱、蛋白质、钾、氯等，烟末中几乎没有纤维[8]，其成分和结构与烟梗和木材等原料完全不同。一般来说，添加烟末浆后会阻碍纤维间的氢键结合，对纸张的抗张强度具有负面影响。随着烟末尺寸的变化，基片抗张强度也会发生相应的变化，结果如图2所示。由图2可知，随着烟末级分的增加，烟草基片的抗张指数增加。当添加60～80目的烟末时，烟草基片的抗张指数为8.72 N·m/g，而添加40～60目的烟末其抗张指数仅为7.39 N·m/g。随着烟末尺寸的减小，更多的烟末颗粒会填充于纤维网络之间，细小烟末增加了基片的紧密性，使基片紧度提高，虽然有较少氢键结合，但相对致密的填充也相应地提高了烟草基片的抗张强度。

2.1.3不同级分烟末对烟草基片柔软性能的影响

烟草基片较好的柔软性能有利于再造烟叶后续机械加工，对后续切片、搓丝等工艺具有较大影响。本实验通过测定烟草基片的弯曲挺度来表征烟草基片的柔软性能，其弯曲挺度越高柔软性能越差。不同级分的烟末对烟草基片弯曲挺度的影响，结果见图3。

如图3所示，随着烟末级分的提高，烟草基片的弯曲挺度逐渐上升。随着烟末尺寸的减小，越来越多的烟末填充于纤维网络之间，提高了基片的紧度，使纸基变得紧密，因此弯曲挺度相应地逐渐提高。当烟末级分超过120目之后，烟草基片的柔软性能降低较为明显。

2.1.4不同级分烟末对烟草基片粗糙度的影响

煙草基片表面适度的粗糙度有利于涂布过程中对涂布液的吸收，从而改善卷烟产品的吸味品质。图4所示为不同级分的烟末对烟草基片表面粗糙度的影响。从图4中可以看出，随着添加烟末级分的提高，烟草基片的表面粗糙度逐渐降低。当添加40～60目的烟末时，表面粗糙度为10.27μm，烟草基片表面比较粗糙。40～60目的烟末尺寸较大，在烟草基片抄造过程中会有较多的烟末分布于基片表面，掉粉现象严重。当烟末级分大于120目时，烟草基片表面粗糙度较低，烟末在烟草基片中分布致密均匀，外观光滑明亮，趋于纸张特性，同时其松厚度降低较为明显；当添加60～80目和80～120目烟末时，烟草基片具有合适的表面粗糙度，而且具有较好的外观和产品质量。

2.1.5不同级分的烟末对烟草基片透气度的影响

当烟草基片具有良好的透气度时，能够改善再造烟叶的透气性能，在卷烟燃烧过程中，能够增强与外界气体之间的交换，使卷烟燃烧更加充分，因而降低CO等有害气体的生成量。图5为不同级分的烟末对烟草基片透气度的影响。从图5中可以看出，随着烟末级分的增大，烟草基片的透气度先提高，然后逐渐降低。当烟末级分为40～60目时，烟末颗粒较大，烟末主要分布于基片表面，较大颗粒的烟末覆盖了烟草基片表面的空隙；当烟末级分为60～80目时，透气度最大；之后随着烟末级分的提高，越来越多的烟末填充在纤维网络之间，降低了烟草基片的透气度。图6为添加不同级分烟末浆的烟草基片扫描电镜图。从图6可以看出，60～80目的烟末在烟草基片中的孔隙最多。

2.2不同级分的烟末对烟草浆料抄造性能的影响

2.2.1不同级分的烟末对烟草浆料留着性能的影响

图7为烟末级分对烟草浆料单程留着率的影响。如图7中所示，随着烟末级分的增加，烟草浆料的单程留着率逐渐降低。随着烟末级分的逐渐增大，当烟末的尺寸减小到一定范围时，较多的烟末会随白水一起流失，使浆料的单程留着率大幅度降低，造成烟末的利用率降低，同时导致白水的浓度增高，使得后续白水处理的负荷加大。如图7所示，当烟末的级分为60～80目和80～120目时，浆料的单程留着率分别为86.39%和78%，当烟末的级分超过120～200目时，单程留着率显著下降。

2.2.2不同级分烟末对烟草浆料滤水性能的影响

本实验采用真空动态滤水仪对烟草浆料的滤水性能进行测定，滤水时间（s）表示从浆料滤水开始，到浆料形成滤饼，仪器的真空与外界气体相通，实验压力骤变时的时间，该时间越短，说明水完全滤出并形成滤饼的时间越快。图8为不同级分的烟末对烟草浆料滤水性能的影响。从图8可以看出，随着烟末级分的提高，滤水时间先降低，后提高。当添加60～80目的烟末时，烟草浆料的滤水速度最快；当添加40～60目的烟末时，浆料的滤水速度却低于添加60～80目烟末的。这是由于40～60目的烟末颗粒较大，覆盖了纤维交织表面的网络孔隙，使得烟草浆料的滤水时间变长。当所添加到烟草浆料中的烟末级分超过80目之后，随着烟末级分的增大，烟草浆料的滤水时间逐渐延长。这是由于烟末的级分超过80目之后，烟末的尺寸较小，且随着烟末级分的提高，烟末尺寸逐渐减小，小尺寸的烟末填充于纤维网络中，阻塞了水流的通道，导致浆料的滤水性能降低时间延长。

上述实验考察了不同级分的烟末对烟草基片物理性能和烟草浆料抄造性能的影响，从各方面综合考虑，选取60～120目的烟末较为理想。

2.3不同烟末制备工艺对烟草基片性能的对比

2.3.1不同烟末制备工艺对烟草基片物理性能的对比

表1为不同烟末制备工艺对烟草基片物理性能的对比。从表1中可以看出，与传统烟末制备工艺相比，新型烟末制备工艺的烟草基片可以得到很好的松厚度和柔软性能，松厚度与柔软性分别提升了6.28%、23.03%；抗张强度降低7.22%。新型的烟末制备工艺中烟末浆料具有较好的均匀性，相对于传统的烟末制备工艺，浆料所含细小組分较少，片基中有效含量高，有利于改善烟草基片的松厚度和柔软性能；传统烟末制备中，烟末产生较多的细小组分，同时水溶性组分随水流失严重，相对于新型烟末制备工艺，烟草基片中的烟末相对含量降低，使得烟草基片的强度得以提高。

2.3.2不同烟末制备工艺再造烟叶品吸对比

表2的感官评吸结果表明，与传统烟末制备相比，当添加60～120目的烟末时，能有效地增加烟草本香。这是由于相对于传统烟末制备工艺，新型烟末制备工艺减少了烟末在磨浆过程中的流失，提升了再造烟叶产品中烟末的实际比例，烟末实际比例的提升可以保留烟草的自然香味和燃烧时产生的醇厚丰满的香气。

3结论

3.1随着烟末级分的提高，烟草浆料的留着率逐渐降低，当烟末的级分为60～80目，浆料的单程留着率最高，为86.39%。烟草浆料的滤水性能随着烟末级分的提高先提高后降低，当添加60～80目的烟末时，浆料的滤水性能最好。

3.2当添加40～60目的烟末时，烟草基片比较粗糙，存在掉粉现象；当添加超过120目的烟末时，烟草基片表面光滑、挺硬。

3.3随着烟末级分的提高，烟草基片的松厚度、透气度逐渐降低，抗张强度逐渐提高，柔软性能逐渐降低明显。添加60～120目的烟末时，烟草基片的松厚度为2.03 cm3/g，抗张指数为9.00 N·m/g，弯曲挺度为0.0538 mN·m。在得到较好松厚度和柔软性前提下，仍具有一定的强度，可以保证纸机正常生产。

3.4综合考虑烟末的级分对烟草基片物理性能和烟草浆料抄造性能的影响，确定烟末合适级分为60～120目。与传统的烟末制备工艺相比，抗张强度下降7.22%，烟草基片松厚度与柔软性分别提升了6.28%、23.03%；涂布后的产品烟草本香突出，产品感官质量改善明显。

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（责任编辑：董凤霞）