烟粉粒径对加热卷烟专用稠浆法再造烟叶品质的影响

田永峰，董高峰，缪明明，汤建国，朱东来，尚善斋，唐石云，何 沛，陈永宽，刘志华

云南中烟工业有限责任公司技术中心 云南省烟草化学重点实验室，昆明市五华区红锦路367号 650231

电加热卷烟（electrically heated tobacco products，eTHP）与传统卷烟相比，其烟气中有害或潜在有害成分显著降低［1］。随着全球控烟形势的日趋严峻，eTHP 卷烟已成为了解决吸烟导致的公众健康问题的有效解决方案之一，并成为各国烟草公司的研究热点［2-6］。稠浆法再造烟叶由于原料品质还原性好，且烟草成分远高于造纸法和滚压法，成为了eTHP 卷烟材料的最佳选择［7-10］。

针对eTHP 卷烟的烟气释放特征及其影响因素的研究近年来受到越来越多的关注。如霍现宽等［11］报道了加热状态下烟草烟气香味成分释放特征。李巧灵等［12］报道了烟草热解燃烧过程香味成分的释放变化规律。唐培培等［13］研究了甘油对烟叶热性能及加热状态下烟气释放的影响。但是上述这些研究仍停留在烟叶层面，对于eTHP 卷烟的核心材料稠浆法再造烟叶影响因素研究目前尚未见文献报道。稠浆法再造烟叶中烟粉颗粒度可以影响烟雾释放和再造烟叶形态，最终影响eTHP 卷烟的抽吸品质［14-17］。本研究中基于国内首条eTHP卷烟专用稠浆法再造烟叶实验平台（150 kg/h）开展了eTHP 卷烟专用稠浆法再造烟叶烟粉粒径影响研究，旨在为加热卷烟烟芯材料开发提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

材料：烟叶，烟梗［红塔烟草（集团）有限责任公司）］；针叶木浆板、阔叶木浆板（由云南中烟再造烟叶有限责任公司提供）；胶黏剂（云南中烟工业有限责任公司技术中心研制）。

试剂：甘油、丙二醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：稠浆法再造烟叶实验平台（云南中烟工业有限责任公司研制）；BT224S 电子天平（感量：0.000 1 g，德国Sartorius 公司）；PhenomTM台式扫描电子显微镜（荷兰FEI 公司）；FV-SK-02 电子烟烟雾测试机（东莞市北卡电子科技有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 稠浆法再造烟叶制备工艺

制粉工艺：依托云南中烟工业有限责任公司自行研制的稠浆法再造烟叶实验平台（以下简称实验平台），将片烟及烟梗分别进行预破碎，然后再分别进行精细粉碎，最终得到可用于生产稠浆法再造烟叶的烟粉。设计4 种粒径的烟粉，即每批使用180、280、350、380 目（80、52、42、39 μm）烟粉，分别制备150 kg 再造烟叶，按照标准方法测定再造烟叶的厚度［18］、外观、含水率、横向抗张强度，达到eTHP 卷烟上机卷制要求后，考察其粒径的影响。

制浆工艺：制浆工艺主要包含纸浆处理及稠浆制备两个环节。

纸浆处理即使用实验平台对原浆板进行解离和打浆；原浆板通常出厂打浆度为15～20 °SR，需要对原浆板进行解离及打浆处理［打浆度（50±5）°SR］，以备后续实验使用。

稠浆制备即将水、纸浆、胶黏剂、发烟剂和烟草粉末进行混合，制成分散均匀且具有一定黏度的稠浆，工艺流程见图1。

稠浆配制：按烟粉73%（质量分数）、胶黏剂5%、外加纤维5%、甘油15%、丙二醇2%进行配制，将上述组分加热至温度（70±3）℃，保持2 h。待蒸煮反应液冷却后，得到含水率80%的稠浆。

成型干燥工艺：将已经制备好的稠浆均匀布浆于成型设备的钢板上使稠浆定型，定型后的片材再经过干燥机进一步加热脱水，以达到特定含水率。

将上文中制备的细浆经流浆箱制成匹配设计定量厚度为（0.15 ± 0.03）mm 再造烟叶的浆膜，经干燥、剥离工序后得到再造烟叶（图2）。

1.2.2 样品制备

通过对再造烟叶的粒径分析发现，其颗粒分布于180～380 目（39～80 μm）之间［3］。因此选择180、280、350 和380 目（80、52、42、39 μm）的粒径进行4 个样品的制备。

为使制备的再造烟叶可以在卷烟机上卷制成eTHP 卷烟，再造烟叶需要满足以下条件。厚度：0.15 ± 0.03 mm；抗张强度（横向）：0.5 kN/m；成品含水率：（10±1）%；发烟剂含量（质量分数）：（17±3）%；外加纤维含量（质量分数）：5%；粘黏剂含量（质量分数）：5%。

1.2.3 烟雾量测定

采用烟密度单色光对比法［19］测定不同烟粉粒径稠浆法再造烟叶加热后的相对烟雾释放量。

2 结果与讨论

2.1 不同粒径稠浆法再造烟叶分布均匀性

稠浆法再造烟叶样品如图3 所示，不同粒径稠浆法再造烟叶的扫描电镜图见图4。由图4 可见，180 目粒径烟粉制备的稠浆法再造烟叶表面可见明显的烟草纤维结构（图4a），粒径超过280 目后再造烟叶样品（图4b）表面的烟草颗粒已实现均匀分布。

2.2 不同粒径稠浆法再造烟叶物理性能

不同粒径的eTHP 专用稠浆法再造烟叶厚度、抗张强度、松厚度和定量结果见表1。如表1 所示，随着烟粉粒径的增加，稠浆法再造烟叶厚度变化不显著，这是由于在样品制备过程中可以通过调整流浆箱对样品厚度进行控制。抗张强度随着烟粉粒径的增加呈现先增大后减小的趋势，当烟粉粒径到380 目时抗张强度降至0.5 kN/m 以下，这会导致稠浆法再造烟叶制备过程中出现断裂问题，增加制备成本。随着烟粉粒径的减小稠浆法再造烟叶松厚度呈逐渐下降趋势，这在一定程度上会影响产品的抽吸体验。

2.3 不同粒径稠浆法再造烟叶热失重特征

表1 不同粒径稠浆法再造烟叶物理指标Tab.1 Physical indexes of slurry processed reconstituted tobacco with different particle sizes

不同粒径条件下eTHP 专用稠浆法再造烟叶热失重曲线见图5，对于eTHP 卷烟的开发中主要是利用再造烟叶在低温（低于370 ℃）热裂解过程中释放的烟草中有效成分。因此，研究的重点主要集中在第Ⅰ～Ⅲ阶段再造烟叶的热失重特征。如图5 所示，eTHP 稠浆法再造烟叶在初期（第Ⅰ阶段）热失重特征差异不显著，而在热解的中期（第Ⅱ和第Ⅲ阶段）具有最大热失重，再造烟叶质量损失超过50%，而这也是eTHP 烟具控温程序的主要保持温度段，在此阶段可以释放稠浆法再造烟叶中烟草的大部分有效成分，因此该稠浆法再造烟叶适用于eTHP 卷烟产品。第4 阶段是370～500 ℃，主要发生焦炭的热解［20-21］，在此阶段稠浆法再造烟叶的焦炭热解造成的质量损失不到30%，说明此阶段释放的有效成分已经较少。由此可见，针对eTHP 卷烟烟具加热范围（0～370 ℃），本研究中的稠浆法再造烟叶已经可以满足产品设计要求。

对于不同粒径的再造烟叶热失重研究结果表明，随着粒径的变小，再造烟叶中有效成分释放呈加快趋势，其优点是在低温加热段粒径越小，再造烟叶中有效成分可以更快速地释放。因此在成本控制和抽吸体验可承受范围内应该使用颗粒度更小的再造烟叶开发eTHP 卷烟。

2.4 不同粒径稠浆法再造烟叶烟雾释放量

烟支结构见图6，为四元结构，从左至右分别是烟芯段、支撑段、降温段和过滤段。采用1.2 节中的电子烟烟雾测试机测定烟雾释放量，相对烟雾释放量如图7 所示。由图7 可以看出，不同烟粉粒径的再造烟叶烟雾释放量存在显著差异，烟雾释放量随着烟粉粒径的减小而增大，这与2.3 节中再造烟叶热失重分析的结果一致。可见，烟粉粒径是调节eTHP 卷烟烟雾释放量的关键影响因素，原因是随着烟粉粒径的减小，烟粉与加热片产生的热流的接触面积增加，进而使烟雾释放量增加。然而，磨粉过程中烟粉粒径越小，对于磨机所需要的功率就越大，磨机研磨过程中产生的热量会影响烟粉品质，另外，烟粉粒径越小，研磨过程中的烟粉损失也越大。因此，建议在成本和感官品质允许条件下使用烟粉粒径较小的烟粉制备再造烟叶，以增加烟雾释放量。

3 结论

①本研究中制备的稠浆法再造烟叶烟粉粒径超过280 目后烟草颗粒已实现均匀分布，并且具备结构致密的特点，可用于eTHP 卷烟的烟芯材料。②再造烟叶的热失重特征研究表明，在40～370 ℃eTHP 烟具加热的温度段具有最大的热失重特征，质量损失超过50%。③不同粒径的再造烟叶制备的eTHP 卷烟逐口烟气释放量整体呈现随烟粉粒径减小而增加的趋势。