爆珠壁材成膜性及抗潮性研究

蔡持

四川三联新材料有限公司 四川成都 610000

爆珠加香技术是一种卷烟香味的原位补偿技术[1]，是利用高分子材料将一定量的香精香料包裹在密闭的胶囊中，再将胶囊植入滤嘴[2]，消费者抽吸过程中主观将其捏破而释放出里面的香精，实现卷烟抽吸过程中特色香味物质的人为可控释放，丰富了卷烟抽吸品质，达到一种增香、协调烟气的效果[3]。爆珠由壁材和芯材两部分构成，通过比例调控制得，其具有适宜的弹性和强度，兼具硬、脆、响等使用效果。目前，爆珠制造工艺主要采用滴制法[4-5]，壁材主体成分大多数为明胶、植物胶，卡拉胶，琼脂，结冷胶，刺槐豆胶，糊精，改性淀粉以及一些水溶性纤维素、色素等，增塑剂为丙三醇，山梨醇，聚乙二醇等[6-9]。由于胶液配方中选用的胶体都为亲水性胶体，所以在干燥成膜后，也同样具备吸湿回潮能力[10-11]，抗潮性较差，导致爆珠压力值偏高、韧性增加、脆性减小，易出现捏不破、捏不响的情况，爆珠的“脆、响”效果大打折扣，影响消费者感官享受。但由于滴制法包裹的香精在成分上近似的保留了原始香精成分，所以即使在抗潮性较差的情况下，更多的制造厂商选择滴制法来生产爆珠。所以如何提高爆珠壁材的抗潮性是企业亟待解决的关键问题之一，对提高爆珠产品质量、提升产品综合竞争力具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

刺槐豆胶、阿拉伯树胶、海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素、可溶性淀粉、羟丙基淀粉、明胶、果胶、瓜尔豆胶、糊精、结冷胶、黄原胶、壳聚糖、琼脂、速溶琼脂、魔芋胶、罗望子胶、壳聚糖、羟甲基纤维素钠、骨胶、皮胶。

1.2 仪器与设备

不锈钢制模板：自制；烘箱：DHG-9260A，上海姚氏仪器设备厂；电子天平：ME204E，梅特勒-托利多上海有限公司；磁力搅拌加热锅：ZNCL，河南爱博特仪器；电动搅拌器：德国IKA；电热恒温水浴锅：DHG-9070A，上海上海精宏实验仪器设备有限公司；恒温恒湿箱：TH-100上海勇冠）。

1.3 方法

（1）单原料膜的制备：用200ml烧杯称取99g水温为85℃的纯净水放入水浴锅中恒温加热称取1g胶粉倒入烧杯，缓慢搅拌直至完全溶解，形成浓度为1%的胶体溶液称取50g溶解后的胶液到不锈钢制膜板中，不定向倾斜玻璃皿使胶液均匀平铺于玻璃皿底部把盛有胶液的不锈钢制膜板放入90℃的烘箱中烘烤2h至成膜。

（2）单原料成膜特性研究：选取刺槐豆胶、阿拉伯树胶、海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素、可溶性淀粉、羟丙基淀粉、明胶、果胶、瓜尔豆胶、糊精、结冷胶、黄原胶、壳聚糖、琼脂、速溶琼脂、魔芋胶、罗望子胶18种爆珠壁材单体原料进行水溶解制模，定性记录每种原料的凝胶特性，以及溶液干燥后膜的颜色、成膜性、韧性、抗潮性、表面状态等指标。

（3）单原料抗潮性研究：采用不同湿度下单料膜的吸湿性来表征其抗潮性。首先，将制备好的单原料膜放入烘箱105℃烘烤2h，干燥皿中冷却15分钟后称量记录质量，记为m1。然后，放入恒温恒湿箱中，平衡湿度分别设置为20%、40%、60%、80%，48h后，称量各湿度下的单料膜质量，记为m2。最后，计算单料膜干基含水率H%=（m2-m1）×100%/m1。

（4）爆珠壁材配方体系抗潮性研究。爆珠壁材配方体系主要根据主体凝胶剂来划分，因为凝胶剂在配方中占有绝大部分比例。目前市场上的爆珠产品壁材配方主要分为明胶，卡拉胶，琼脂三个体系，三个体系各有优劣。由于明胶体系在国内市场逐渐被淘汰，应用程度较低，所以本次试验主要针对卡拉胶、速溶琼脂体系来进行抗潮性壁材研究。

为此前期进行大量的配方试验，最终确定每种原料的合适用量，形成以下三个配方，如表1所示，三种配方分别进行爆珠样品制备，所选滴制参数保持一致，以供试验检测。

表1 三种爆珠壁材配方成分

爆珠壁材抗潮性测试：将三种配方制成的爆珠成品取500粒手工挤碎，用吸油纸吸去芯液，将壁材皮膜在95%乙醇溶液中浸洗3遍，放入烘箱105℃烘烤2h，干燥皿中冷却15分钟后称量记录质量，记为m1。然后，放入恒温恒湿箱中，平衡湿度分别设置为20%、40%、60%、80%，平衡48h后，称量各湿度下的爆珠壁材的质量，记为m2。最后，计算爆珠壁材干基含水率H%=（m2-m1）×100%/m1。

2 结果与讨论

2.1 单原料成膜状态

成膜剂主要依据成膜性质、膜表面状态和颜色来筛选，其中以成膜性质好、表面光滑、颜色透明的胶体最好。各单原料膜的成膜状态如表2所示，可以看出，海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素、明胶、糊精颜色为透明，结冷胶、黄原胶、琼脂颜色为半透明；海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素、明胶、果胶、琼脂、速溶琼脂、魔芋胶成模性好，刺槐豆胶、可溶性淀粉、羟丙基淀粉、瓜尔豆胶、结冷胶、黄原胶、壳聚糖、罗望子胶成膜性中等；卡拉胶、明胶、琼脂、速溶琼脂凝胶强度高，结冷胶凝胶强度中；阿拉伯树胶、海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素、可溶性淀粉、羟丙基淀粉、明胶、果胶、糊精、结冷胶、琼脂、速溶琼脂、魔芋胶膜表面光滑，其余有磨砂感。

综合来看，卡拉胶、明胶、琼脂、速溶琼脂可以作为主要凝胶剂，阿拉伯树胶、瓜尔豆胶、结冷胶、黄原胶、魔芋胶、刺槐豆胶可以作为复配凝胶剂。其中琼脂溶解性较差，需要沸水才能溶解，壳聚糖需在酸性条件下才能溶解，魔芋胶在高温条件下也容易形成凝胶，这三类物质不建议用于爆珠壁材配方体系。

2.2 单体膜的抗潮性

不同单体膜在22℃、一定相对湿度下的平衡含水率如图1所示，可以看出，单体膜平衡含水率随相对湿度的增大而增大，不同单体膜平衡含水率存在较大差异，壳聚糖、羟丙基淀粉各相对湿度下平衡含水率均最低，说明壳聚糖、羟丙基淀粉抗潮性最好。

速溶琼脂作为主要凝胶剂抗潮性优于卡拉胶。瓜尔豆胶、刺槐豆胶、罗望子胶作为复配凝胶剂，成膜剂，抗潮性适中。海藻酸钠作为成膜剂，吸湿性较大，但海藻酸钠透明度较高，成膜性较好，糊精成膜性和凝胶强度较差，但抗潮性较好，海藻酸钠和糊精在抗潮性壁材配方中可以少量添加。

根据以上单体原料胶体性质及成膜性质以及单体膜的抗潮性研究，筛选出卡拉胶、速溶琼脂、糊精、海藻酸钠、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、罗望子胶、羟丙基淀粉来进行配伍性试验。

图1 不同单体膜在22℃、一定相对湿度下的平衡含水率

2.3 爆珠壁材配方膜抗潮性研究

根据前面所述，制备3个爆珠壁材配方，3种配方在20℃、一定相对湿度下的平衡含水率如图2所示，可以看出，配方3，海藻酸钠、刺槐豆胶、糊精、羟丙基淀粉共40g、速溶琼脂120g、增塑剂30g、水5Kg，该配方抗潮性最好，在相对湿度40%时含水率3．1%。

卡拉胶配方体系抗潮性较弱，在同样的湿度条件下，胶皮含水率都要高于速溶琼脂或者速溶琼脂和卡拉胶复配体系。当湿度高于60%时候，卡拉胶的吸水率有增加趋势，速溶琼脂和卡拉胶复配体系吸水率基本不变，速溶琼脂体系吸水率稍有减缓趋势。

从胶皮的含水率变化可以看出，速溶琼脂体系配方在胶皮抗潮性方面具有一定优势，并且在复配体系当中，速溶琼脂表现出的抗潮性也比较明显。提高爆珠壁材的抗潮性可以在凝胶剂选择中选用速溶琼脂，并且成膜剂等辅助材料也可以选用一些抗潮性较好的一些胶体，例如糊精、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、罗望子胶、羟丙基淀粉来进行复配。

图2 3种配方在20℃、一定相对湿度下的平衡含水率

3 结语

（1）卡拉胶、明胶、琼脂、速溶琼脂成膜性和凝胶强度较好，可以作为主要凝胶剂，阿拉伯树胶、瓜尔豆胶、结冷胶、黄原胶、魔芋胶、刺槐豆胶凝胶强度中或低，可以作为复配凝胶剂。其中琼脂溶解性较差，需要沸水才能溶解，壳聚糖需在酸性条件下才能溶解，魔芋胶在高温条件下也容易形成凝胶，这三类物质不建议用于爆珠壁材配方体系。

（2）主要凝胶剂中，速溶琼脂抗潮性均优于卡拉胶。瓜尔豆胶、刺槐豆胶作为复配凝胶剂，成膜剂，抗潮性适中。糊精、海藻酸钠透明度较高，成膜性较好，糊精抗潮性较好，在抗潮性壁材配方中可以少量添加使用。

（3）优选出一种爆珠壁材配方，海藻酸钠、刺槐豆胶、糊精、羟丙基淀粉共40g、速溶琼脂120g、增塑剂30g、水5Kg。该配方在相对湿度40%时含水率3．1%。