造纸法烟草薄片生产中萃取液的浓缩方法

专利名称：：造纸法烟草薄片生产中萃取液的浓缩方法
技术领域：
：本发明属于烟草薄片的生产领域，尤其涉及造纸法烟草薄片生产中烟梗、烟叶碎片等烟草废弃料的水或乙醇溶液萃取液的浓縮方法。
背景技术：
：烟草薄片是以在巻烟加工过程中的烟草废弃料如烟末、烟梗、烟叶碎片及部分低次烟叶等为原料，经过重新组合加工而成的再造烟叶。一方面可以最大限度的利用烟叶原料，节约巻烟成本；另一方面烟草薄片在降低巻烟焦油的释放量，减低巻烟危害方面发挥了重要的作用。随着大众对吸烟与健康的关注，国家对巻烟产品焦油控制的日趋加强，造纸法烟草薄片在巻烟配方中占有越来越重要的地位。通常造纸法烟草薄片其制备方法有以下步骤先将烟草物料(烟梗，烟叶碎片)用热水浸泡萃取，经固液分离步骤将烟草水溶物与烟草纤维等不溶物分离，所得纤维磨浆后在纸机上成型成薄片片基，所得水溶物经蒸馏浓縮，得到烟草萃取液的浓縮液。所得浓縮液浸涂或喷涂到薄片片基上，最后经干燥成为烟草薄片。在上述通常采用的造纸法烟草薄片的萃取浓縮液生产过程中，有以下几个技术缺陷1、在造纸法生产烟草薄片过程中，采用了浸泡萃取浓縮再反添加的工艺，烟梗和烟叶碎片的萃取液都经过常压或减压蒸馏浓縮，通过浸涂全部返回到成型的薄片片基上。在烟梗萃取液中，对烟气有贡献的有用成分很少，绝大部分组分在燃吸的过程中会给巻烟带来杂气，返添加后，给烟草薄片带来较多的梗味杂气，降低了薄片烟气的口感特性。其次，由于烟梗萃取液含有较多的糖分，而糖分在燃烧的过程中产生的焦油量大，从而降低了薄片在巻烟配方中减少焦油释放量的功能。2、在烟叶碎片、烟灰或废弃烟叶的萃取过程中，由于萃取效率比较低，只可能萃取出水溶物或部分醇溶物，烟草碎片中残留的大量的有用烟草致香成分在后续长时间的加工过程中流失，从而使造纸法烟草薄片评吸内在质量较差，木质气重，烟香平淡至很少。因此如何保留住已被萃取出的成分显得尤为重要。通用的蒸馏浓縮方法在加热过程中不可避免地有低沸点香气物质的溢出。减压浓縮虽然能部分解决低沸点香气物质的溢出问题，但不能完全解决这一问题。3、常压或减压蒸馏浓縮时，都必须对萃取液加热，减压浓縮时温度稍低，但一般也在70°C以上，再降低温度，设备上及生产能力上很难做到。萃取液在加热的过程中会发生复杂的化学反应，导致涂布后吸味的失真，变得不像烟草。膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓縮的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同(或称为截留分子量)，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜。图1简单示意了四种不同的膜分离过程。对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1-1微米。超滤膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000-300000，故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离。纳滤膜的截留特性是以对标准NaCl、MgS(VCaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60%_90%，相应截留分子量范围在100-1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓縮的同时进行。反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子。膜分离的基本工艺原理是较为简单的，膜分离操作基本工艺流程，参见图2。在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液(浓縮液)出口，另一是透析液出口。影响膜通量的因素有温度、压力、固含量(TDS)、离子浓度、黏度等。膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到最好的膜通量和截留率，进而提高薄片生产收率、减少投资规模和运行成本。中国专利CN101422276、CN101422277提到在薄片生产中使用纳滤膜和超滤膜浓縮萃取液，对去除烟草部分有害成分有一定的作用，其取纳滤膜和超滤膜截留液浓縮后返加到薄片片基中。
发明内容本发明所涉及的技术问题是提供一种造纸法烟草薄片浓縮液的生产方法，解决造纸法烟草薄片评吸内在质量较差，烟香平淡的问题，解决在巻烟加工过程中如何最大效果地利用废弃烟草的问题，合理利用资源，提高巻烟内在质量。造纸法烟草薄片生产中萃取液的浓縮方法包括以下步骤a、将烟梗、烟叶碎片分别用水或乙醇溶液萃取后固液分离；离心转速^3700转/分，型号LW520A。b、得到烟叶碎片萃取液、烟梗萃取液或两者之一离心过滤，滤液再过反渗透膜浓縮；膜浓縮压力1.5-2.5MPa。c、再将浓縮液真空减压浓縮或者喷雾干燥浓縮。减压浓縮压力《0.02MPa。所述的烟梗萃取液离心过滤后，滤液可以再经过超滤膜或纳滤膜过滤，取透过液进行反渗透膜浓縮。萃取前，当烟梗投料质量比例超过40%时，梗液出液量较大，滤液须经过超滤膜或纳滤膜过滤，取透过液进行反渗透膜浓縮。当烟梗比例小于40%时，梗液可以不经过超滤膜或纳滤膜过滤。烟叶碎片萃取液离心过滤后，可以再经过陶瓷膜过滤，最后进行反渗透膜浓縮。萃取前，当烟叶碎片投料质量比例超过60%，碎片萃取液出液量较大，滤液须经过陶瓷膜过滤，取透过液进行反渗透膜浓縮。当碎片比例小于60%时，可以不经过超滤膜或纳滤膜过滤。超滤膜是指截留分子量范围在1000-300000的膜，纳滤膜是指截留分子量范围在100-1000的膜。所述离心所用离心机是卧螺离心机、碟片离心机或三足式离心机，或者是任意两种或三种的串联使用。当萃取液温度高于45t:时，反渗透膜浓縮设备主机前须装换热器，以将萃取液温降至45。C以下。固液分离后的萃取液离心、袋式过滤器、精密过滤器过滤后，再进入反渗透膜浓縮系统，浓縮液达到要求后进入下段浓縮工序。浓縮膜对进料的清洁度有较高的要求，因此必须对初始的水提液进行预处理，为降低投资成本，使用上述预处理工艺，其中卧螺离心机、碟片离心机可连续运行，三足离心机用于稳定滤液质量。卧螺离心机转速^3700转/分，三足离心机离心转速^4000转/分，碟片离心机离心机转速^6000转/分。袋式过滤器选用公称精度1微米的滤袋起到保安过滤的作用，精密过滤器选用公称精度0.45微米的滤芯，所述精密过滤器可以用陶瓷膜过滤设备。以保证反渗透膜对进料的清洁度要求，袋式过滤器和精密过滤器一用一备，以便对滤袋进行清洗或更换折叠滤芯；为便于生产负荷的调节，膜浓縮设备设计成2套性能完全相同的装置并联生产。整个膜系统可以包含循环罐、清洗罐、透过液罐、输料泵、加压泵、安全过滤器、巻式膜组件及管路等。萃取液离心过滤后进入到循环罐后，输料泵将物料输送到安全过滤器中，拦截大颗粒的异物，以保护膜元件。物料由加压泵增加至操作的压力，输送进入到巻式膜组件中进行分离。当达到处理要求后，批次操作结束，循环罐中存储了浓縮液。浓縮液进入下段工序。膜浓縮设备主要参数如下设计压力1.5-2.5MPa;设计温度45°C;单台设备装机功率62kw;设有超温、超压报警和连锁停机功能；设有膜元件堵塞及误操作报警和连锁停机功能；除膜和膜壳外，过流部件材质为304不锈钢，密封件材质为三元乙丙橡胶或聚四氟乙烯。单台膜系统设备配置24支反渗透膜元件，巻式，规格8040。在采用反渗透膜浓縮前，要求萃取液含渣率为O。浓縮前烟叶萃取液波美度为2-4Be。，经膜浓縮处理后，要求波美度可达8-9Be。。本发明采用膜浓縮设备(以下简称膜设备)在较低温度(《45°C)下对烟叶水提液进行脱水浓縮，低温膜浓縮工艺可最大程度的保留水提液中的有效成分，操作费用相对较低，现场清洁卫生。为了以上
发明内容需做以下补充说明，但不受补充说明的约束。所述烟梗，是巻烟加工过程中打叶工序产生的长度l-3cm的烟梗。所述烟叶碎片，是巻烟加工过程中打叶工序产生的直径l-6mm无法再在后续加工过程中使用的烟叶碎片或低次烟叶。所述将烟梗与烟叶碎片分别用热水浸泡萃取，其中烟叶碎片在30-6(TC的热水中浸泡0.5-1.5小时；烟梗在40-7(TC的热水中浸泡1-2.5小时。也可连续逆流萃取。所述萃取液经膜系统浓縮达到要求后，进入下段工序，下段工序可以为减压真空浓縮，也可以为喷雾浓縮。造纸法薄片生产中，烟叶碎片、烟灰等烟草废弃物的萃取液用膜浓縮的优点在于①可以实现室温浓縮，无须加热，节约能源。产品糖度从3度浓縮到12度以上；②由于是低温浓縮，保留了烟草原料的香气及有效成分，有益于薄片的内在质量。能有选择地去除不利于内在质量或不利于健康的烟草物质。这是其它浓縮方法无法做到的。③物料浓縮前平均浓度(起始浓度和最终浓度的平均值)越低，设备运行效率越高。这使得通过加大萃取用水量以提高萃取率成为可能。④操作费用相对较低。本发明独特之处在于，烟梗萃取液和烟叶碎片萃取液分别使用反渗透膜浓縮，且全部使用的是反渗透膜的截留液。碎片萃取液浓縮时不用到纳滤膜或超滤膜；烟梗比例大于40%、导致萃取液量大时可以使用纳滤或超滤膜。若使用纳滤或超滤膜，则取其透过液，而非截留液，且透过液须经反渗透膜进一步处理，并取反渗透膜的浓縮液。小分子的物质如水、盐份等在压力的作用下，穿透过膜表面，被分离开来形成了透析液；而料液中的大分子物质则被膜截留，无法穿透过纳滤或超滤膜表面，舍弃此大分子物质。透析液从纳滤或超滤膜组件出来后，进入反渗透膜组件中浓縮。反渗透膜所截留的物质为烟草致香的有效成分，给烟草薄片带来愉悦的香气和好的吃味。本发明根据烟草薄片原料的特性，从烟草薄片的吸食质量出发，尽量保留萃取液的烟香和吃味，不使萃取液变性。用该方法得到的浓縮液生产的造纸法烟草薄片，吸食质量显著提高，带有烟草的本香，提高了造纸法薄片在烟草配方中的使用价值。图1为四种不同的膜分离过程示意图2为膜分离操作基本工艺流程图3为实施例3的操作流程图。具体实施例方式以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是限制本发明。实施例1:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用4(TC热水及3(rC浸泡1.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液；烟梗萃取液舍弃不用，烟叶碎片萃取液经过离心过滤，反渗透膜浓縮，再经抽真空减压浓縮，最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例2:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。混合烟梗及烟叶碎片萃取液经过离心过滤，反渗透膜浓縮，再经抽真空减压浓縮，最终浓縮液浸涂到成型的薄片基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量较好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例3:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。烟叶碎片萃取液经过离心过滤，反渗透膜浓縮；烟梗萃取液则经离心过滤，再经超滤膜过滤，取透过液，透过液经反渗透膜浓縮。合并烟梗和碎片浓縮液再经抽真空减压浓縮；最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例4:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。烟叶碎片萃取液经过离心过滤，反渗透膜浓縮；烟梗萃取液则经离心过滤，再经纳滤膜过滤，取透过液，透过液经反渗透膜浓縮，合并烟梗和碎片浓縮液再经抽真空减压浓縮；最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例5:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。烟叶碎片萃取液经过离心过滤，得到滤液；烟梗萃取液则经离心过滤，再经超滤膜过滤，取透过液，将透过液与碎片萃取液离心过滤后的滤液合并，经反渗透膜浓縮，合并烟梗和碎片浓縮液再经抽真空减压浓縮；最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例6:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。烟叶碎片萃取液经过离心过滤，得到滤液；烟梗萃取液则经离心过滤，再经超滤膜过滤，取透过液，将透过液与碎片萃取液离心过滤后的滤液合并，经反渗透膜浓縮，合并烟梗和碎片浓縮液再经喷雾浓縮；最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例7:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。烟叶碎片萃取液经过离心过滤，再经陶瓷膜过滤，得到滤液；烟梗萃取液则经离心过滤，再经超滤膜过滤，取透过液，将透过液与碎片萃取液的滤液合并，经反渗透膜浓縮，合并烟梗和碎片浓縮液再经抽真空减压浓縮；最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>实施例8:700kg烟梗与700kg烟叶碎片分别用7(TC热水浸泡1小时及6(TC浸泡0.5小时，萃取，得到烟梗萃取液与烟叶碎片萃取液。烟叶碎片萃取液经过离心过滤，再经陶瓷膜过滤，得到滤液；烟梗萃取液则经离心过滤，再经超滤膜过滤，取透过液，将透过液与碎片萃取液的滤液合并，经反渗透膜浓縮，合并烟梗和碎片浓縮液再经喷雾浓縮；最终浓縮液浸涂到成型的基片上，干燥，打片，成型。该薄片较好的保持了烟草的本香，能感受明显的烟草气息，吸食质量好。内在质量比较见下表。试验样为新工艺样，对照为未使用膜浓縮工艺的样品。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求造纸法烟草薄片生产中萃取液的浓缩方法，其特征在于，包括以下步骤a、将烟梗、烟叶碎片分别用水或乙醇溶液萃取后固液分离；b、得到烟叶碎片萃取液、烟梗萃取液或两者之一离心过滤，滤液再过反渗透膜浓缩；c、再将浓缩液真空减压浓缩或者喷雾干燥浓缩。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当烟梗投料质量比不低于40%时，烟梗萃取液离心过滤后，滤液再经过超滤膜或纳滤膜过滤，取透过液进行反渗透膜浓縮。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当烟叶碎片投料质量比不低于60%时，烟叶碎片萃取液离心过滤后，再经过陶瓷膜过滤，最后进行反渗透浓縮。4.根据权利要求2所述方法，其特征在于超滤膜是指截留分子量范围在1000-300000的膜，纳滤膜是指截留分子量范围在100-1000的膜。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述离心过滤包括以下步骤a、用卧螺离心机、碟片离心机或三足式离心机，或者是任意两种或三种的串联使用离心；b、使用袋式过滤器、精密过滤器过滤，袋式过滤器选用公称精度1微米的滤袋；精密过滤器选用公称精度0.45微米的滤芯。6.根据权利要求1所述方法，其特征是反渗透膜浓縮压力1.5-2.5MPa。7.根据权利要求l所述方法，其特征是当萃取液温度不低于45t:时，反渗透膜浓縮设备主机前须装换热器，以将萃取液温降至45°C以下。全文摘要本发明公开了造纸法烟草薄片生产中烟草萃取液浓缩的方法。其包括以下步骤a、将烟梗、烟叶碎片分别用水或乙醇溶液萃取后固液分离；b、得到烟叶碎片萃取液、烟梗萃取液或两者之一离心过滤，滤液再过反渗透膜浓缩；c、再将浓缩液真空减压浓缩或者喷雾干燥浓缩。解决了造纸法烟草薄片评吸内在质量较差，烟香平淡和在卷烟加工过程中如何最大效果地利用废弃烟草的问题，合理的利用了资源，提高了卷烟内在质量。此法做出来的薄片吃味较好，烟香饱满自然。文档编号A24B3/14GK101708063SQ20091031210公开日2010年5月19日申请日期2009年12月23日优先权日2009年12月23日发明者傅见山,刘金云,尹大锋,尹新强,李亚白,王謇,谭新良,邓昌健申请人:湖南中烟工业有限责任公司