一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的制备及在烟滤嘴中的应用的制作方法

本发明属于卷烟过滤嘴保润材料领域，特别是涉及一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的制备及在烟滤嘴中的应用。

背景技术：

随着国民经济发展，消费者和市场对卷烟的质量尤其是抽吸品质要求越来越高。作为中式卷烟的核心竞争力，卷烟的保润技术的研究和开发已经受到卷烟行业的高度关注。但是传统的保润技术已经越来越难以满足提高卷烟抽吸品质的要求。提高卷烟保润性能，即抽吸过程中烟气中的水分含量可以有效地改善卷烟的抽吸口感和品质，从而提高中式卷烟产品的核心竞争力。

目前，中式卷烟产品普遍存在烟丝水分散失快、烟气干燥、辛辣、刺喉、甜润感不够等问题，近年来，越来越多的手段(如通过添加天然提取物、爆珠等)应用于烟草的保润研究中。虽然取得了一定的效果，但有些技术仍然难以满足越来越挑剔的消费需求。

壳聚糖是天然的活性高分子材料，不但价廉易得，而且来源广泛，自然界中含量十分丰富。壳聚糖中富含的氨基、羟基等功能基团，这些功能基团易于与水形成氢键，从而达到有效锁住水分的目的，这使其在卷烟保润等领域具有较好的应用前景。此外，壳聚糖还可以作为食品添加剂，安全无毒，因此适合作为卷烟过滤嘴中的添加材料。

琼脂糖是一种来源于红藻的多糖，因为具有特殊凝聚水的性质，其凝胶表现出显著的稳固性、滞度和滞后性。特别是琼脂糖易于吸收水分，具有特殊的稳定效应，可以进一步增强壳聚糖的凝聚时的含水性能。

水凝胶是一类介于固体和液体之间的新型软材料，具有稳定三维网络结构。天然产物水凝胶因其优异的凝聚水的性能以及容易进行加工的特点，在食品等诸多领域有着越来越广泛的应用。制备壳聚糖/琼脂糖水凝胶，经冷冻干燥得到含稳定水分子的壳聚糖/琼脂糖干凝胶。之后通过高速搅拌制粒的方法可制备制成含水凝胶颗粒样，将其添加到卷烟的过滤嘴当中，在抽吸过程中烟气中，由于烟气的热量，使得凝胶颗粒中的通过氢键锁住的水分释放，可以达到卷烟保润的目的。

复合型滤嘴的制备是近年来卷烟保润技术中的常用手段，经过多年研究已经发展成为卷烟保润的重要技术策略。而目前将天然材料添加到卷烟过滤嘴中制备复合型滤嘴达到保润目的的报道还比较少见。特别是将壳聚糖/琼脂糖水凝胶经冷冻干燥后，利用制粒的含水的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒作为保润材料添加到醋纤滤嘴中制备复合滤嘴具有较好的创新性。

技术实现要素：

本发明的目的在于利用壳聚糖/琼脂糖水凝胶具有三维网络结构以及较高的水含量，采用凝胶技术和高速搅拌制粒的方法将壳聚糖/琼脂糖水凝胶经冷冻干燥后的制备成具有一定粒径的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒。将该颗粒样品应用在卷烟滤嘴上，制备成二元复合滤嘴，在抽吸过程中烟气中，由于烟气的热量，不仅可以有效的增加烟气中的水含量，同时还可以提高卷烟的抽吸品质。

本发明的目标是通过如下方案实现。

一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的制备方法：将一定质量配比的壳聚糖和琼脂糖，按一定比例加入到一定浓度的柠檬酸溶液中，80℃-100℃加热搅拌得到澄清溶液，降到室温后得到均匀淡黄色透明水凝胶。经冷冻干燥后制备得到干凝胶，机械粉碎后筛选得到干凝胶粉末，均匀混合后通过高速搅拌制粒的方法得到壳聚糖干凝胶颗粒，60℃-80℃恒温烘干后过筛可得到20目-40目的目标颗粒样品。

一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的制备方法：所述壳聚糖与琼脂糖的质量比为0.2-5:1；优选为1-4:1，进一步优选为1-3:1；

一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的制备方法：所述壳聚糖和琼脂糖加入柠檬酸溶液比例为5-40％，优化为10-35％，进一步优化为：20-30％；

一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的制备方法：所述柠檬酸溶液的浓度为0.5-2％，优化为0.5-1％，进一步优化为1％。

本发明同时提供了一种壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒在卷烟滤嘴中的应用。具体如下：

(1)在滤棒成型过程中，向两截常规醋纤滤芯之间预留的空腔中添加80～110mg壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，制得醋纤-凝胶颗粒-醋纤三元复合滤棒；或者在滤棒成型过程中，向两截沟槽醋纤滤芯之间预留的空腔中添加80～110mg壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，制得沟槽滤棒-凝胶颗粒-沟槽滤棒三元复合滤棒。

(2)在滤棒成型过程中，将壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒散洒到卷烟滤棒的丝束上，制得加载能够壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的醋纤滤棒；再将加载壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的醋纤滤棒与常规醋纤滤棒或沟槽滤棒进行相接，制得二元或三元复合滤棒。将壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒散洒到卷烟滤棒丝束上，是指在醋纤滤棒成型过程中，将所述壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒按10～30mg/10mm丝束的添加量均匀地散洒在滤棒丝束上。

与现有技术相比，本发明专利具有以下优势：

本发明以天然的活性高分子材料壳聚糖和琼脂糖为原料，采用凝胶技术和高速搅拌制粒的方法制备壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，将其应用在卷烟滤嘴中制备成复合滤嘴。该颗粒材料完全无毒无害，在评吸过程中也不会产生任何有毒有害的成分。由于原料壳聚糖/琼脂糖水凝胶在冷冻干燥之后得到的干凝胶仍含有通过氢键锁住的水分，在抽吸过程中随着温度升高凝胶颗粒中的水分进入烟气中，达到了保润的效果，同时能增加烟气协调性，降低杂气与刺激性，提高了卷烟的抽吸品质。

附图说明

图1为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于普通醋纤二元复合滤棒的结构示意图

其中1.滤芯：1a.加载凝胶颗粒滤芯，1b.普通醋纤滤芯；2.内包裹层；3.外包裹层。

图2为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于沟槽醋纤二元复合滤棒的结构示意图

其中1.滤芯：1a.加载凝胶颗粒滤芯，1b.沟槽醋纤滤芯；2.内包裹层；3.外包裹层。

图3为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于醋纤-复合凝胶颗粒/醋纤-醋纤三元复合滤棒的结构示意图

其中1.滤芯：1a.、1b.普通醋纤滤芯，1c.凝胶颗粒/醋纤滤芯；2.内包裹层；3.外包裹层。

图4为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于沟槽-凝胶颗粒/醋纤-沟槽三元复合滤棒的结构示意图

其中1.滤芯：1a.、1b.沟槽醋纤滤芯，1c.凝胶颗粒/醋纤滤芯；2.内包裹层；3.外包裹层。

图5为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于醋纤-凝胶颗粒-醋纤三元复合滤棒的结构示意图

其中1.滤芯：1a.、1b.普通醋纤滤芯，1c.凝胶颗粒；2.内包裹层；3.外包裹层。

图6为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于沟槽醋纤-凝胶颗粒-沟槽醋纤三元复合滤棒的结构示意图

其中1.滤芯：1a.、1c.沟槽醋纤滤芯，1b.凝胶颗粒；2.内包裹层；3.外包裹层。

图7、8分别是壳聚糖/琼脂糖干凝胶的照片和扫描电镜(sem)图，从sem上可以看出壳聚糖/琼脂糖干凝胶具有多孔结构。

图9为实施例3所制备壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒热重曲线图。

具体实施方式

以下实施过程及实施例旨在进一步说明本发明而不应当看作是对本发明的限定。

实例1

按质量比例0.2:1称取壳聚糖与琼脂糖以40％比例置于2％的柠檬酸溶液中100℃加热后制备成均匀的壳聚糖/琼脂糖水凝胶，所得水凝胶经冷冻干燥后得到的干凝胶，具有多孔结构的干凝胶经机械粉碎后，过筛得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末。壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末通过高速搅拌制粒的方法制备成颗粒，60℃恒温干燥得到半小时左右得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，过筛筛选得到20-40目的标准样品颗粒1。

实例2

按质量比1:1称取壳聚糖与琼脂糖以30％比例置于1.5％的柠檬酸溶液中100℃加热后制备成均匀的壳聚糖/琼脂糖水凝胶，所得水凝胶经冷冻干燥后得到的干凝胶，具有多孔结构的干凝胶经机械粉碎后，过筛得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末。壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末通过高速搅拌制粒的方法制备成颗粒，60℃恒温干燥得到半小时左右得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，过筛筛选得到20-40目的标准样品颗粒2。

实例3

按质量比例2:1称取壳聚糖与琼脂糖以25％比例置于1％的柠檬酸溶液中100℃加热后制备成均匀的壳聚糖/琼脂糖水凝胶，所得水凝胶经冷冻干燥后得到的干凝胶，具有多孔结构的干凝胶经机械粉碎后，过筛得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末。壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末通过高速搅拌制粒的方法制备成颗粒，60℃恒温干燥得到半小时左右得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，过筛筛选得到20-40目的标准样品颗粒3。

实例4

按质量比例3:1称取壳聚糖与琼脂糖以20％比例置于1％的柠檬酸溶液中100℃加热后制备成均匀的壳聚糖/琼脂糖水凝胶，所得水凝胶经冷冻干燥后得到的干凝胶，具有多孔结构的干凝胶经机械粉碎后，过筛得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末。壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末通过高速搅拌制粒的方法制备成颗粒，60℃恒温干燥得到半小时左右得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，过筛筛选得到20-40目的标准样品颗粒4。

实例5

按质量比例5:1称取壳聚糖与琼脂糖10％比例置于0.5％的柠檬酸溶液中100℃加热后制备成均匀的壳聚糖/琼脂糖水凝胶，所得水凝胶经冷冻干燥后得到的干凝胶，具有多孔结构的干凝胶经机械粉碎后，过筛得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末。壳聚糖/琼脂糖干凝胶粉末通过高速搅拌制粒的方法制备成颗粒，60℃恒温干燥得到半小时左右得到壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，过筛筛选得到20-40目的标准样品颗粒5。

图7、8分别是壳聚糖/琼脂糖干凝胶的照片和扫描电镜(sem)图，从sem上可以看出壳聚糖/琼脂糖干凝胶具有多孔结构。

应用实施例1

将实施例3所制备壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，采用热重分析法(tga)分析热衷曲线，热重曲线图见图9。

从应用实施例1热重曲线图9可以看出在30-180℃失重约16％。这主要是凝胶颗粒样品损失其所含的水分所致，显示在卷烟燃吸时卷烟主流烟气通过滤嘴的大体温度范围内，颗粒中的水分可以进入烟气，起到保润作用。

应用实施例2

将实施例3所制备的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，利用滤棒成型过程中的颗粒喂料设备生产加载壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的醋纤滤棒(图1中1b部分)，然后通过滤棒复合设备将该滤棒与普通醋纤滤棒相接为二元复合滤棒，滤棒的结构如图1所示，每支卷烟的二元复合滤嘴中壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的添加量为27mg。对照滤棒为未添加颗粒的醋纤滤棒。利用两种滤棒放样生产卷烟，除滤棒外，卷烟过程中用到的卷烟材料和叶组配方相同。放样生产的卷烟样品的烟气含水量检测和评吸结果见表1。

表1.凝胶颗粒/醋纤-醋纤二元复合滤棒卷烟及对照卷烟评吸结果

应用实施例3

将实施例4所制备的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，利用滤棒成型过程中的颗粒喂料设备生产加载壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的醋纤滤棒(图4中1b部分)，然后通过滤棒复合设备将该滤棒与沟槽醋纤滤棒相接为沟槽-凝胶颗粒/醋纤-沟槽三元复合滤棒，滤棒的结构如图4所示，每支卷烟的三元复合滤嘴中壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒的添加量为16mg。对照滤棒为未添加颗粒的普通醋纤滤棒。利用上述三种滤棒放样生产卷烟，除滤棒外，卷烟过程中用到的卷烟材料和叶组配方三者均相同。放样生产的卷烟样品评吸结果见表2。

表2.沟槽-凝胶颗粒/醋纤-沟槽三元复合滤棒卷烟及对照卷烟评吸结果

应用实施例4

将实施例4所制备的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，通过滤棒成型设备和颗粒喂料设备，在每两截沟槽醋纤滤芯之间预留的8mm空腔中(图6中1b部分)添加100mg壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒，制备成沟槽-凝胶颗粒-沟槽三元复合滤棒，滤棒的结构如图6所示。对照滤棒为未添加颗粒的沟槽-醋纤-沟槽三元沟槽复合滤棒。利用上述三种滤棒放样生产卷烟，除滤棒外，试验卷烟的卷烟材料和叶组配方与对照样相同，放样生产的卷烟样品评吸结果见表3。

表3.沟槽-凝胶颗粒-沟槽三元复合滤棒卷烟及对照卷烟评吸结果

图1为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于普通醋纤二元复合滤棒的结构示意图

图2为本发明的壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒应用于沟槽醋纤二元复合滤棒的结构示意图。

分析应用实施例2-4实验结果可以看出，壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒添加到卷烟嘴棒中后，可以改善香气质和协调性，减少杂气与刺激性，整体提升卷烟的内在品质。卷烟烟气水分测定结果显示，使用壳聚糖/琼脂糖干凝胶颗粒沟槽滤棒的卷烟烟气含水量高于对照卷烟，显示具有较好的保润效果。