一种保润胶囊及其制备和在卷烟中的应用的制作方法

本发明涉及烟草行业领域，具体涉及一种包覆性卷烟添加材料。

背景技术：

烟气中的水分含量对卷烟的感官品质具有重要影响，增加卷烟烟气的水分可以提高卷烟的舒适度，降低干燥感和刺激感。保润剂是指在烟草制品加工过程中施加于烟草中能增强烟草制品保湿性能、增加柔软性、降低碎损的物质，施加保润剂有益于改善烟制品的内在质量，因为施加适宜保润剂的烟叶(丝)较为油润，可以降低刺激性，使吃味良好，另外保润剂也有一定的留香作用，使施加的香料香精减少挥发，使烟制品内在质量保持相对稳定，因此，保润剂是各类烟草必须的添加剂之一。我国烟草工业中主要采用丙三醇、丙二醇、山梨醇等多羟基物质作为保润剂。传统增加保润剂的方法是将其均匀喷涂到烟丝上，然后制成卷烟。例如，公开号为cn1759774的中国专利文献公开了一种改善吸味的丙纤加胶滤嘴棒，其特征在于：所述丙纤加胶滤嘴棒由高性能聚丙烯丝束100份，丙纤粘合剂20-25份，功能添加剂0.1-0.2份组成，高性能聚丙烯丝束总纤为3.6-3.9ktex，功能添加剂由甘油、羧甲基纤维素、聚乙二醇、壳聚糖按重量比10-40∶1-20∶10-30∶1-20混合加水至100份制成。

传统增湿方法在储存过程中存在流失的缺点，增效并不明显，对提升烟气水分含量并无明显作用，不能显著提升抽吸感官。胶囊作为一种卷烟新材料添加到卷烟过滤嘴中，消费者抽吸时适时挤碎胶囊，释放具有增湿效果的保润剂，达到建立互动性，改善主流烟气风格。

例如美国专利us4889144公布了一种添加于滤嘴中以海藻酸钙等天然多糖为壁材包埋风味物质的压力敏感型胶囊，但是这种以天然多糖为壁材的胶囊只能包埋油溶性风味物质，不能包埋水及水溶液，从而限制了其使用。

在制备以水或者水溶液为芯材的微胶囊，制备方法主要有多级乳化-溶剂脱除法、脂质体包埋法、锐孔-凝固浴法等。公开号为cn201410059720的中国专利文献公开了一种三层水胶囊。它用海藻酸钠络合物包裹水性香精，再用蜡质材料进行防水包裹。此技术虽能完成包裹，但工艺较复杂，同时外层的蜡强度不够。另外，公开号为cn201410059949.9的中国专利文献还公开了四层水胶囊及其制备方法。通过增加海藻酸钠为原料的保护膜来减少蜡质层的破裂，从而增加了生产成本。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种保润胶囊，旨在提供一种以聚乳酸为壁材，粒度均匀、粒径达到毫米级别的保润胶囊。

本发明的第二目的在于，提供所述的保润胶囊的制备方法。

本发明的第三目的在于，提供了所述的保润胶囊的在卷烟中的应用。

一种保润胶囊，包括壁材和芯材；所述的芯材为保润剂溶液；所述的壁材为聚乳酸；

所述的保润剂溶液为液体多羟基化合物，或者多羟基化合物、蜂蜜、氯化钠、氯化钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾中至少一种的水溶液。

本发明独创性地提供了一种以天然聚合物(聚乳酸)为壁材，通过所述的壁材包覆保润剂溶液，而形成的胶囊。采用聚乳酸作为壁材，无毒、对环境不会造成污染，同时聚乳酸具有一定机械强度，不需要进行二次包覆，降低生产成本。

作为优选，所述的多羟基化合物为丙三醇、丙二醇、山梨醇中的至少一种。

进一步优选，所述的多羟基化合物为丙三醇和/或丙二醇。

所述的保润剂溶液为丙三醇和/或丙二醇。

作为优选，聚乳酸的分子量为20000-100000。

壁材和芯材的质量比没有特别要求，应保证壁材完全包覆所述的芯材即可。

作为优选，所述的保润胶囊中，芯材的含量为50～75wt％。

作为优选，所述的保润胶囊的粒径为0.6～5mm；更进一步优选为2～4mm。本发明所述的保润胶囊达到毫米级别，更利于在卷烟领域应用。

本发明还提供了所述的保润胶囊的制备方法，以保润剂溶液作为芯材溶液；溶解有聚乳酸的有机溶剂作为壁材溶液；芯材溶液和壁材溶液互不相溶；

将芯材溶液经静电纺丝同轴针头(本发明也简称同轴针头)的内孔、壁材溶液经所述的同静电纺丝同轴针头的内外孔间隙一并滴加至凝固液中，搅拌后固液分离、洗涤、干燥即得。

本发明方法，采用物理方法实现了保润剂溶液的包覆。相对于化学方法，步骤简单，不需要使用过多的化学溶剂，装置简单，粒径可控。

本发明避免使用蜡质材料，且无需多层包裹，即可实现包覆效果。

本发明提供的一种以保润剂溶液为芯材，采用同轴双针制备胶囊的方法，该方法简单，可制备出粒径均一，大小可控的胶囊。

作为优选，所述凝固液为聚乙烯醇水溶液，浓度为1～8wt％(聚乙烯醇的浓度为1～8g/100ml)。聚乙烯醇为分散液及保护液。研究发现，凝固液的聚乙烯醇含量高于所述的上限，溶液粘度较大，容易导致未成形的胶囊破裂，导致成形率较低。浓度过小达不到分散的效果；浓度过大，随着滴入的液滴越来越多，造成溶液呈果冻状，胶囊破裂，达不到保护的效果。研究发现，在该优选的含量下，更利于所述的保润胶囊的形成。

作为优选，所述凝固液中，聚乙烯醇溶液的浓度为2.6～2.9wt％(聚乙烯醇的浓度为2.6～2.9g/100ml)。

作为优选，壁材溶液为聚乳酸溶解在有机溶剂中的溶液。

作为优选，所述的有机溶剂为低沸点溶剂；优选为可溶解聚乳酸且沸点不高于65℃的溶剂；进一步优选为二氯甲烷。

作为优选，壁材溶液中，所述聚乳酸的浓度为0.03～0.20g/ml(每1ml有机溶剂溶解有0.03～0.20g的聚乳酸)；进一步优选为0.1～0.18g/ml；最优选为0.12～0.15g/ml。

所述的保润剂溶液例如为液体性的所述的保润剂；或者将其溶解在水和/或醇中的溶液。

所述的醇例如为c1～c4的单元或者多元醇；进一步优选为乙醇。

所述的保润剂溶液中的保润剂的浓度没有特别要求，应保证所述的溶液为较均匀的溶液体系即可；优选为澄清的溶液体系。

壁材和芯材的质量比没有特别要求，应保证壁材完全包覆所述的芯材即可。本发明中，可通过物料的物料浓度和流量调控；调控胶囊的壁材/芯材质量，调控胶囊的粒径。

作为优选，保润剂溶液中，保润剂的含量不低于0.1wt％。但应控制在卷烟允许添加的最大限度范围内。

作为优选，壁材溶液、芯材溶液的流量比例为1.2～2.5:1。在所述的壁材溶液、芯材溶液的浓度下，控制壁材溶液、芯材溶液的流量比例，有助于制得所述的保润胶囊。

进一步优选，壁材溶液、芯材溶液的流量比例为1.2～2:1。

作为优选，壁材溶液的流速为5ml/h～100ml/h；进一步优选为6ml/h～50ml/h；更进一步优选为6～30ml/h。

作为优选，搅拌转速为200r/min～400r/min。搅拌方式可以为机械搅拌，且搅拌转速优先保持恒定。

进一步优选，搅拌转速为250r/min～300r/min。

在所述的壁材溶液、外凝液以及流量、转速下，优选的搅拌时间为5～7h。

本发明中，采用去离子水进行所述的洗涤，洗涤后再常温下风干，得所述的保润胶囊。

本发明中，所述的静电纺丝同轴针头可为现有常规设备。例如，所述的静电纺丝同轴双针头包括内孔输入端、外孔输入端和输出端，输出端包括同轴设置的内孔和外孔；所述的壁材溶液通过外孔输入端输入，所述的芯材溶液通过内孔输入端输入，并同时通过输出端滴加至凝固液中。

本发明一种最优选的制备方法，包含以下步骤：

步骤(1)：将聚乙烯醇粉末加入去离子水中，80℃下溶解，得到聚乙烯醇溶液(凝固液；浓度为2.6～2.9wt％)；

将聚乳酸颗粒常温下溶于二氯甲烷，制得聚乳酸溶液(壁材溶液)；聚乳酸的分子量为20000-100000，壁材溶液中，聚乳酸的浓度为0.12～0.15g/ml；

步骤(2)：将保润剂溶液(芯材溶液)及聚乳酸溶液分别装入注射器中，各注射器均配置注射泵，均连接静电纺丝同轴针头(装有芯材溶液的注射器的输出端和同轴双针头的内孔输入端连接；装有壁材溶液的注射器的输出端和同轴双针头的外孔输入端连接)，随后以不同流速(壁材溶液、芯材溶液的流量比例为1.2～1.5:1)滴入聚乙烯醇溶液中，250r/min～300r/min下机械搅拌5～7h后，过滤、去离子水洗涤、收集，干燥。

作为优选，所述的静电纺丝同轴双针的外针头外径为4～5mm；内针头外径为2～3mm。

上述所述的保润胶囊的制备方法，采用静电纺丝同轴双针(外针头外径为4.2mm,内针头外径为2.6mm)，制备聚乳酸为壳材，保润剂溶液为芯材的，粒径均一、大小可控的聚乳酸保润胶囊。

本发明还公开了一种所述的保润胶囊的应用，将所述的保润胶囊添加至卷烟滤棒中。所述的应用中，在卷烟抽吸前将滤棒中的胶囊捏碎，释放出胶囊芯材，达到保润效果。

作为优选，将所述的保润胶囊添加至卷烟滤嘴靠近烟丝端。

作为优选，每支卷烟的保润胶囊的添加量为20～40mg。本发明原理解释：

本发明根据乳化原理，改进了锐孔法实验装置，即采用同轴双针用于聚乳酸保润胶囊的制备。聚乳酸作为油相，保润剂溶液作为内相，无需添加表面活性剂，两相在针头处相遇，滴入固化液中，机械搅拌一定时间，待二氯甲烷完全挥发后即成型。

本发明的有益结果：

①传统包埋水相物质一般采用界面聚合法或原位聚合法，由于所选用的壁材大多为有机合成类高分子物质，存在较多有毒有害物质，本发明选取的壁材为聚乳酸，均为市场上极易获取的食品级原料，保证了所获得的微胶囊化产品的安全性；

②本发明利用同轴双针，即改进的锐孔-凝固浴法适合制备粒径均一的毫米级保润胶囊，非常适合制备添加于滤嘴中。本发明使用的高分子聚乳酸材料为壁材，制备以含有保润剂溶液的芯材的胶囊，该胶囊的壁材具有合适的硬度，将其添加于卷烟中，当受到适当的力挤压时，胶囊发生破裂，从而使内部的水、风味物质等得以释放出来；

③本发明不同于现有的爆爆珠胶囊，只能包覆油溶性风味物质，其能够包覆水以及水溶性物质；

④本发明胶囊一步成型，克服了以往保润胶囊的繁杂步骤，避免使用蜡质材料，避免多层包覆，即可达到包覆效果，原料易得，容易实现工业生产。

附图说明

图1为本发明所述的保润胶囊制备的装置示意图；a为壁材溶液；b为芯材溶液(保润剂溶液)；c为外凝液；1为静电纺丝同轴针头；

图2为实施本发明制备方法的静电纺丝同轴双针的外针头示意图；a为壁材溶液；b为芯材溶液。

图3所示为实施例2、3、4制备的包水胶囊的表观图；其中，分别对应图3中的3-a、3-b、3-c。

具体实施方式

以下实施例以及对比例采用的静电纺丝同轴双针的外针头外径为4.2mmmm,内针头外径为2.6mm。

聚乙烯醇采用1788型；

聚乳酸分子量为20000-100000，选用美国natureworks(4032d)。

实施例1

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取3g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与丙二醇分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(丙二醇的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量),滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸保润胶囊。测得胶囊的粒径为3.3mm。

实施例2

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取3.6g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)，滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。测得包水胶囊的粒径为3.5mm(见图3-a)。

实施例3

和实施例2相比，主要区别在于，壁材溶液的pla溶度为0.15g/ml；具体如下：

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量),滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。包水胶囊的粒径为4mm左右(见图3-b)，

实施例4

和实施例3相比，主要区别在于，壁材溶液的pla溶度为0.2g/ml，芯材溶液/壁材溶液的流量比为1:1.6；具体如下：

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取6g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、8ml/h(聚乳酸溶液的流量),滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。因聚乳酸浓度较高，导致胶囊在制备过程中聚乳酸容易缠绕在机械搅拌桨上，且制得的胶囊形貌不规程，呈扁平状(见图3-c)。

实施例5

和实施例3相比，主要区别在于，搅拌转速为300r/min；具体如下：

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速同分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)；滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为300r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。和实施例3相比，搅拌速度增大，粒径稍有减小。粒径为3.8mm，含水量为61％。

实施例6

和实施例3相比，主要区别在于，提升芯材溶液流量至10ml/h，芯材溶液和壁材溶液的流量比为1:1.6；具体如下：

称取12g聚乙烯醇，80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为10ml/h(水的流速)，16ml/h(聚乳酸的流速)滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗涤，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。相对于实施例3，胶囊的粒径稍有减小。该实施例制得的胶囊的粒径为3.2mm，含水量为60.7％。

实施例7

和实施例3相比，主要区别在于，提升芯材溶液流量至15ml/h，芯材溶液和壁材溶液的流量比提升至1/2；具体如下：

称取12g聚乙烯醇，80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为15ml/h(水的流速)，30ml/h(聚乳酸的流速)滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗涤，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。相对于实施例3，胶囊的粒径减小，粒径为2.5mm，含水量为57.2％。

实施例8

和实施例3相比，主要区别在于，搅拌时间为4h；具体如下：

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)；滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌4h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。相较于实施例3，机械搅拌时间较短，二氯甲烷未挥发完全，胶囊皮容易破裂。

实施例9

和实施例3相比，主要区别在于，搅拌转速为500r/min；具体如下：

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)；滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为500r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包水胶囊。相较于实施例3，过高的搅拌速度造成未成型的胶囊破碎。

实施例10

和实施例2相比，主要区别在于，凝结液的浓度为0.5％；具体如下：

称取2g聚乙烯醇，80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)；滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min。实验发现，在该较低浓度的聚乙烯醇溶液达不到保护液滴的作用，胶囊在搅拌过程中破裂。

实施例11

和实施例2相比，主要区别在于，凝结液的浓度为10％；具体如下：

称取40g聚乙烯醇，80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

将聚乳酸溶液与去离子水分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(水的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)；滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min。相对于实施例3，聚乙烯醇溶液浓度过高，粘度大，随滴入液滴的增多，溶液呈果冻状，胶囊破裂。

本发明中，1、在实施例2～11的去离子水中添加保润剂，用保润剂的水溶液作为芯材溶液，或者2、将实施例2～11的去离子水替换成具有液体形态的保润剂，例如多羟基化合物；可得到具有保润效果的胶囊。

所述的保润剂溶液为液体多羟基化合物，或者多羟基化合物、蜂蜜、氯化钠、氯化钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾中至少一种的水溶液；优选为丙三醇和/或丙二醇。

本发明中，将添加有保润剂的胶囊添加至卷烟中，在准备抽吸或者抽吸过程中，通过外力，将胶囊挤破，释放出保润材料，从而保润效果。

实施例12

和实施例1相比，区别在于，聚乙烯醇溶液的溶液浓度为2.6％。制得了和实施例1类似的保润胶囊，粒径为2.9mm。

实施例13

和实施例1相比，区别在于，聚乳酸溶液的浓度为0.15g/ml。制得了和实施例1类似的保润胶囊，粒径为4.0mm。

实施例14

和实施例1相比，区别在于，聚乳酸溶液的浓度为0.2g/ml。制得了较扁平的保润胶囊，壁较厚。

实施例15

和实施例1相比，区别在于，聚乳酸溶液的浓度为0.12g/ml。制得了和实施例1类似的保润胶囊，粒径为3.1mm。

实施例16

和实施例1相比，区别在于，丙二醇和聚乳酸溶液的流量比为1:2.5制得了和实施例1类似的保润胶囊，但粒径稍小，为1.9mm。

实施例17

和实施例1相比，区别在于，丙二醇和聚乳酸溶液的流量比为1:1.2。制得了和实施例1类似的保润胶囊，粒径为3.6mm。

实施例18

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

称取15g丙三醇，溶于30ml去离子水中，得到丙三醇水溶液。

将聚乳酸溶液与丙三醇水溶液分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(丙三醇水溶液的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量),滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包丙三醇水溶液胶囊。包水胶囊的粒径为4mm左右，将添加有丙三醇水溶液的胶囊添加至卷烟滤嘴中，在准备抽吸或者抽吸过程中，通过外力将胶囊挤破，释放出保润材料，评吸结果表明保润效果明显。

实施例19

称取12g聚乙烯醇,80℃下溶于400ml去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。

称取4.5g聚乳酸颗粒，溶于30ml二氯甲烷中，得到聚乳酸溶液。

称取10g柠檬酸钾，溶于30ml去离子水中，得到柠檬酸钾水溶液。

将聚乳酸溶液与柠檬酸钾水溶液分别装入注射器中，置于两台注射泵上，连接同轴双针反应器，两个注射泵的流速分别为5ml/h(柠檬酸钾水溶液的流量)、6ml/h(聚乳酸溶液的流量)；滴入聚乙烯醇溶液中，机械搅拌6h，搅拌速度为250r/min，将产物减压抽滤，用去离子水洗，然后收集，即得到聚乳酸包柠檬酸钾水溶液胶囊。包水胶囊的粒径为4mm左右，将添加有柠檬酸钾水溶液的胶囊添加至卷烟滤嘴中，在准备抽吸或者抽吸过程中，通过外力将胶囊挤破，释放出保润材料，评吸结果表明保润效果明显。