微胶囊对卷烟纸阴燃速率和阴燃温度的影响

徐兰兰 王建民 刘朝富，3 刘 哲 沈 妍 罗海涛

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州，450000；2.瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明，650106；3.云南红塔蓝鹰纸业有限公司，云南建水，654300；4.江西中烟工业有限责任公司技术中心，江西南昌，330096）

卷烟纸受生产工艺影响，具有特征香的油溶性香料难以在卷烟纸生产中直接应用，且因挥发性的影响，贮存期间特征香成分会产生较大损失。通过微胶囊技术的应用，选择合适的壁材将油溶性香料进行包覆，一方面解决了特征性香料难以在卷烟纸上添加的问题，另一方面提高了囊芯的稳定性，减少了特征成分的挥发，控制在卷烟燃吸状态下缓慢释放出香气成分[1-2]，有助于增加卷烟的特征香，改善卷烟抽吸品质，对于提升卷烟纸功能有积极作用。

国内外对微胶囊在卷烟纸中的应用已开展一些研究。沈妍等人[3]通过考察不同处理条件对微胶囊卷烟纸的影响，表明了微胶囊在卷烟纸中的可用性。沈静轩等人[4]开展了苯乙醇微胶囊的稳定性及热释放行为的研究，结果表明苯乙醇微胶囊在卷烟纸上的贮存稳定性。秦艳等人[5]开展了沉香精油微胶囊的制备及其在卷烟纸中的应用研究；余振华等人[6]进行了一种具有保湿功能卷烟纸的研发；以上研究均通过应用实验表明应用于卷烟纸的微胶囊对卷烟品质具有改善作用。目前针对卷烟纸用微胶囊的制备工艺、应用效果等已有文献报道，但关于微胶囊对卷烟纸燃烧性方面的影响却鲜有报道。而卷烟纸作为唯一参与燃烧的卷烟辅料，其对卷烟的燃烧性能、烟气组分、抽吸品质等方面都具有重要影响作用[7-9]。因此考察微胶囊对卷烟纸燃烧性的影响是非常必要的，不仅为微胶囊卷烟纸的应用提供了数据支撑，也为卷烟设计中微胶囊的应用提供参考依据。

本实验分析了卷烟纸中微胶囊用量、囊芯香精对卷烟纸透气度、阴燃速率和阴燃最高温度的影响，为微胶囊在卷烟纸中的应用推广提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

空心微胶囊粉末（复凝聚法制备）、茉莉香精微胶囊粉末（复凝聚法制备）、酸梅香精微胶囊粉末（复凝聚法制备），云南瑞升烟草技术（集团）有限公司提供；卷烟纸（透气度70 CU，定量32 g/m2），牡丹江恒丰纸业集团有限责任公司提供；去离子水，中国科学院昆明植物研究所提供。

HJ-6A 数显恒温多头磁力搅拌器，河南爱博特科技发展有限公司；AB204-S 分析天平（感量0.1 mg），瑞士梅特勒-托利多公司；Borgwaldt-A10 透气度仪，德国博格瓦特凯希公司；FT-20 卷烟纸阴燃特性测试仪，北京澳普乐科技开发有限公司；FLIR-SC660 红外热像仪，FLIR Research IR 数据采集软件，美国菲力尔公司。

1.2 实验方法

1.2.1 微胶囊卷烟纸制备

选取空心微胶囊粉末、茉莉香精微胶囊粉末、酸梅香精微胶囊粉末作为实验原料，并将每种原料分别配制成质量分数0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的水溶液，取300 mm 长的空白卷烟纸浸入溶液中，10 s 后取出，并用玻璃棒刮去多余的溶液，自然阴干后待用。空白卷烟纸浸入清水后阴干作为对照样。

1.2.2 微胶囊卷烟纸透气度测定

卷烟纸透气度为在1 kPa 压差条件下，每分钟通过表面积为1cm2的纸样的空气流量（cm3），单位通常用CU 来表示。按照国家标准GB/T 23227—2018，采用透气度仪进行卷烟纸样品的透气度测定，每个样品测定5次，计算平均值。

1.2.3 微胶囊卷烟纸阴燃速率测定

卷烟纸的阴燃速率为；在常温常湿下，阴燃150 mm 长度、全宽的卷烟纸所需的时间，以s/150 mm表示。按照国家标准GB/T 12655—2017，采用卷烟纸阴燃特性测试仪测定卷烟纸阴燃速率，每个样品测定5次，计算平均阴燃速率。

1.2.4 微胶囊卷烟纸阴燃最高温度测定

将卷烟纸与红外热像仪平行固定，纵向垂直悬挂于热像仪视窗前。点燃卷烟纸后，当阴燃卷烟纸出现在红外热像仪视窗中，开启录像功能，电脑连续录制卷烟纸的阴燃过程，形成红外热图数据流，当阴燃卷烟纸超出红外热像仪视窗后停止录像。每个样品测定5次，计算卷烟纸平均阴燃最高温度。

2 结果与讨论

2.1 微胶囊对卷烟纸透气度的影响

图1 为不同微胶囊卷烟纸的透气度。从图1 可知，随微胶囊用量的增加，不同香精微胶囊对卷烟纸透气度影响程度不同。随空心微胶囊和酸梅香精微胶囊用量增加，卷烟纸透气度逐渐降低。茉莉香精微胶囊对卷烟纸的透气度基本没影响。分析认为，微胶囊的平均粒径是影响透气度的主要因素。3 种复凝聚法微胶囊的粒径大小和分布不同，茉莉香精微胶囊平均粒径约为29 μm，空心微胶囊平均粒径约为16 μm，酸梅香精微胶囊平均粒径约为12 μm。随着微胶囊用量的增加，粒径相对偏小的空心微胶囊和酸梅香精微胶囊相对粒径偏大的茉莉香精微胶囊，对纤维间空隙的填充率更大，减小了纸张的总空隙率，造成了卷烟纸透气度的降低。

2.2 微胶囊对卷烟纸阴燃速率的影响

图1 不同微胶囊卷烟纸的透气度

图2 为不同微胶囊卷烟纸的阴燃速率。由图2 可知，随微胶囊用量的增加，对卷烟纸阴燃速率影响不同。空心微胶囊用量0.5%时对卷烟纸阴燃速率没有影响，随其用量的增加，卷烟纸阴燃速率逐渐增大，但增幅不大，用量为2.0%时，阴燃速率相比对照样增加了9.4%；茉莉香精微胶囊随用量增加卷烟纸阴燃速率先减小后增大，用量超过1.0%后，阴燃速率基本无变化，并与对照样阴燃速率基本相同；酸梅香精微胶囊随用量增加卷烟纸阴燃速率先减小后增大，用量超过1.5%后，阴燃速率略降低，用量为2.0%时与对照样阴燃速率基本相同。微胶囊用量对卷烟纸阴燃速率的影响主要原因为:一是用量变化造成透气度的降低，阴燃速率会变大[10]，另一个主要因素是微胶囊的囊芯香精参与燃烧，对燃烧速率产生了影响。卷烟纸燃烧时，微胶囊壁材破裂包覆的囊芯香精参与燃烧，随着有助于燃烧的香精量的增加，卷烟纸燃烧速率加快。

2.3 微胶囊对卷烟纸阴燃最高温度的影响

图2 不同微胶囊卷烟纸的阴燃速率

图3 不同微胶囊卷烟纸的阴燃最高温度

3 结 论

本实验分析了卷烟纸中微胶囊用量、囊芯香精对卷烟纸透气度、阴燃速率和阴燃最高温度的影响。

3.1 随微胶囊用量的增加，不同香精微胶囊对卷烟纸透气度影响不同。分析认为，微胶囊的平均粒径是影响透气度的主要因素，粒径偏小的微胶囊相对粒径偏大的微胶囊，对纤维间空隙的填充率更大，降低了纸张总空隙率，造成卷烟纸透气度的降低。

3.2 随微胶囊用量的增加，不同香精微胶囊对卷烟纸阴燃速率的影响不同。分析认为，微胶囊用量变化对卷烟纸阴燃速率的影响，一是因为用量变化造成透气度变化影响了阴燃速率，二是微胶囊囊芯香精的燃烧性对阴燃速率的影响。

3.3 当微胶囊用量≤1.5%时，不同香精微胶囊对卷烟纸阴燃最高温度的影响变化非常小，当达到一定用量时，对燃烧温度有影响。分析认为，微胶囊用量低时，微胶囊壁材、囊芯的燃烧性对燃烧温度的影响不显著，当达到一定用量时，微胶囊壁材、囊芯的燃烧性对燃烧状态影响增大，影响到卷烟纸的阴燃最高温度。