适用于高速滴丸工艺的烟用爆珠的制备及其性质

钱宏炜 张 奎 陆天琦 万黎黎，2 朱冲冲

（1．江苏浩丰生物科技有限公司，江苏 南通 226100；2．上海畅略贸易有限公司，上海 202155）

爆珠又名烟用微胶囊、香精爆珠、香丸，由于具备香气稳定、载香量大、多样化、个性化、可增加润感等特点，因此在日化、食品、烟草行业均有广泛应用。2021年，爆珠烟作为创新品类卷烟的一种，占全国卷烟销量比重2.59%，同比增幅14.38%，增长态势良好。爆珠口罩、爆珠眼罩等新颖的爆珠产品也在市场上出现，其佩戴舒适、可修饰、可选择等特点受到消费者的广泛认同。香精爆珠化已经成为日化、食品、烟草行业的一个重要创新点。

随着爆珠产品种类的日益增加，爆珠的需求量也越来越大，爆珠提高生产效率的需求愈发紧迫，高速滴丸机等设备随之产生。现有的含海藻酸钠的壁材溶液往往黏度偏高，在高速滴丸的过程中易出现拖尾、小液滴等问题，不适配于高速滴丸工艺。而一些黏度合适的壁材溶液生产的湿胶囊在硬度方面不满足要求，引发爆珠变形、白眼、切边等一系列严重问题。为了在保证爆珠成品质量的基础上进一步改进爆珠制备工艺、提高生产效率，该文尝试以结冷胶、速溶琼脂、卡拉胶为主要材料，开发一款具有黏度低、强度高、凝胶性好、适用性强等特点的壁材溶液。此外，该文还提供了所述爆珠的检测指标与参数，希望可以为卷烟胶囊成型新技术的开发以及高速滴丸工艺的完善提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

卡拉胶，青岛海之林生物科技开发有限公司；速溶琼脂，武汉泰科生物科技有限公司；结冷胶，宁波恒程日化品有限公司；食品添加剂亮蓝，上海染料研究所有限公司；助剂（由填充剂、固化剂、改良剂构成）、辛癸酸甘油酯、去离子水、酒精（95.9%）、液体石蜡，江苏浩丰生物科技有限公司；芒果香精、薄荷香精，江苏浩丰生物科技有限公司

电子天平ME104/02，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；试验烘箱，苏州普瑞斯电热设备有限公司；CTS-I型烟用胶囊综合检测仪，成都瑞拓科技股份有限公司；NDJ-5S型号旋转黏度计，上海维菱科学仪器有限公司；上海保圣TA.XTC-18型质构仪，上海保圣实业发展有限公司；SHZ-95P型循环水式多用真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司；400L化胶罐、40L保温桶、干燥转笼、灯检台、单滴头高速滴丸机，江苏浩丰生物科技有限公司。

1.2 试验方法

使用密封化胶罐进行化胶，将化胶罐预热至50℃～60℃，加入适量去离子水，边搅拌边加入由卡拉胶、速溶琼脂、结冷胶、填充剂、固化剂、改良剂以及色素按一定配比组成的混合胶粉。其中去离子水与混合胶粉质量比为27∶1。完成上述操作后，密封化胶罐，搅拌20min。

每10min抽样检测一次，当壁材溶液温度为53℃、黏度达到880MPa·s～900 MPa·s时，停止搅拌。将壁材溶液转移至提前预热好的保温桶中，油浴温度为85℃～92℃。使用SHZ-95P型循环水式多用真空泵抽气，约20～30秒/次，抽气次数为1次～3次，保证壁材溶液没有气泡为止。保温，静置2h备用。

取用前壁材溶液要求：清澈透明，无结块、气泡，黏度为（160±30） MPa·s，温度为83℃。

使用单滴头高速滴丸机进行滴制，通过加压的方式提高芯液流速，用胶泵控制壁材溶液流速，液体石蜡为冷却液，冷却温度为10℃～12℃。壁材溶液包覆芯液形成水包油原液，最终通过表面张力作用形成球形，冷却凝固为湿胶囊。滴丸过程中须注意湿胶囊状态，要求其本身无拖尾、偏芯、黏连、液滴等现象，要求湿胶囊之间距离相等、间隔有序。对湿胶囊强度、规格进行抽检，抽检合格后经过去油、干燥、清洗、过筛、灯检、平衡等工艺流程后得到最终的爆珠成品。

采用NDJ-5S型号旋转黏度计进行壁材溶液的黏度测定定（根据GB/T 5561—2012，溶液温度（75±1）℃，2号转子60r/min）。

样品制备：称取150g壁材溶液至凝胶专用广口瓶内，在室温25℃条件下，静置24h，制得小样。

采用上海保圣TA.XTC-18型质构仪，搭配直径1.27cm的柱形探头（凝胶专用探头）进行下压试验，测试不同配比壁材溶液的凝胶强度。每组样品须进行3次平行测试，并采用仪器自带软件计算所得物性值的平均值和标准差。

采用上海保圣TA.XTC-18型质构仪，搭配探头TA/36R进行下压试验，力量感应元为5GF，测试湿胶囊的硬度与直径。每组湿胶囊须进行5次平行测试，并采用仪器自带软件计算所得物性值的平均值和标准差。

使用烧杯接取适量湿胶囊，在灯检台上观察胶囊的外观（偏芯、液滴、切边等）；取10颗粒为一组，使用电子天平称取每组湿胶囊的总质量、湿壁材质量、芯液质量并记录，每10min测试一组。

在确保滴丸状态、湿胶囊大小稳定的情况下，使用秒表计时60min，称取期间所生产湿胶囊滤油后的质量并记录。

平衡爆珠水分含量后，使用CTS- II型烟用胶囊综合测试仪测定成品爆珠的粒径、圆度、硬度，使用电子天平测定成品爆珠的单粒胶囊、壁材、芯材的质量。

将爆珠置于灯检台上，仔细观察爆珠表面是否光洁无异物、无油渍、无霉变，爆珠本身是否存在气泡、破碎、实心、空壳、连体、拖尾等问题。

将爆珠加入卷烟滤棒中，感受捏破的手感，并进行品吸试验。

保证湿度，将样品置于70℃、85℃、100℃的高温条件下，按时观察爆珠情况，了解爆珠成品的耐热性。

将爆珠包装入库，定期对爆珠外观及质量进行抽检，仓库环境温度为22℃，湿度为50%。

2 结果与讨论

2.1 配方设计

爆珠是微胶囊的一种，主要由壁材与芯材两者组成。

壁材主要由亲水性胶体原料组成，是影响胶囊成型的关键技术之一。该文以卡拉胶、速溶琼脂、结冷胶复配材料为胶材主要成分，胶材总质量约占壁材总质量的70%～75%。填充剂一般选用小分子多糖，约占壁材总质量的5%～10%。固化剂为可以增加湿胶囊硬度的无机盐，约占壁材总质量的0.5%～1%。改良剂一般选用丙三醇、乙二醇、山梨醇等醇类物质，可以提高爆珠的保湿、保润、抗氧化性，一般约占壁材总质量的0.5%～10%。

芯材成分的选择是影响爆珠产品香气指标的重要因素。设计的芯材由油溶性香精以及有机溶剂组成，油溶性香精为芒果香精、薄荷香精等，有机溶剂选用无色、无嗅、溶解性好的辛癸酸甘油酯（MCT），所用香精一般约占芯材总质量的15%。

2.2 配方优化

相较于正常爆珠的滴制过程，高速滴丸要求湿胶囊分切快、成型快、固化快，而这就要求壁材溶液须具有黏度低、凝胶性好、强度高的特点。低黏度必然会使壁材溶液中水分含量增多、溶质成分减少，在凝胶性、强度方面也将有所欠缺。速溶琼脂具有良好的凝胶性能，其浓度即便低至1%仍然能形成相当稳定的凝胶，在壁材配方中加入速溶琼脂能提高湿丸硬度与弹性，其黏度较低，大量加入也不会急剧增加胶液黏度。结冷胶作为一种非常有效的胶凝剂，在阳离子存在的前提下具有良好的凝胶性能，可以改善湿胶囊韧性。卡拉胶作为爆珠生产中常用的亲水性胶体原料之一，在该配方中起到补足壁材胶体整体强度与韧性的作用。表1为不同配方壁材溶液的物理指标，表2为不同配方壁材溶液的上机试验结果。

由表1、表2可知，卡拉胶、速溶琼脂、结冷胶最佳质量比为5∶5∶4。在该配比下，壁材溶液黏度较低为142MPa·s，凝胶强度较高为7876.218g·cm。较低的黏度、较高的凝胶强度可减少高速生产过程中拖尾、黏连、变形、切边等现象的出现。该配比壁材溶液所生产的爆珠成品情况良好，硬度、韧性、稳定性均符合要求，成品无阴阳面、变形、白眼、拖尾等问题。

表1 不同配方壁材溶液的物理指标

表2 不同配方壁材溶液的上机试验结果

2.3 湿胶囊情况

湿胶囊是一种水包油性胶囊，作为爆珠生产过程的中间体，其在确定爆珠规格、反馈生产问题上有重要作用。该文所述爆珠成品粒径为（2.80±0.15）mm，而湿胶囊的芯液质量要求为10.8mg～11.4mg，要求湿胶囊硬度须大于0.30N。

通过观察湿胶囊的外观可大致判断出爆珠成品的外观情况，如图1所示，配方1生产的湿胶囊的外观存在偏芯现象，这会导致爆珠成品出现阴阳面问题；而配方2、配方4生产的湿胶囊存在变形、切边、液滴的现象，这会导致爆珠成品出现变形、白眼、拖尾等问题。由表2可知，阴阳面、变形、白眼、拖尾等情况均会对爆珠成品质量造成影响。

图1 不同配方壁材溶液所生产湿胶囊外观对比图

2.4 生产速率

所述湿胶囊速率为每个滴头每小时所生产湿胶囊的质量，可根据湿胶囊质量计算出每小时生产爆珠的数量。由表3可知，高速滴丸的速率为现有正常生产的3.13倍，在生产爆珠质量得到保证的情况下，可极大地提高生产效率，节约人力成本。

2.5 成品爆珠的物理指标

由表3可知，配方3高速生产的爆珠在壁材强度方面要优于原配方，壁材质量仅为1.52mg就可以令爆珠成品的硬度达到15.87N。较薄的壁材赋予爆珠更优异的手感与清脆的捏破声，提高感官评价的同时也能节约原料成本。

表3 成品爆珠的生产情况与物理指标

2.6 爆珠成品耐热性

爆珠是卷烟添加剂的一种，在品吸香烟的过程中，爆珠所在滤嘴端的烟气温度最高可达到70℃～80℃，这就要求爆珠具有一定的耐热性。

由表4可知，配方3高速生产的爆珠与原配方低速生产的爆珠均具有良好的耐热性，且通过品吸试验确认，加热处理后的爆珠未出现杂味。

表4 爆珠成品的耐热性

2.7 爆珠成品的储存稳定性

将爆珠包装入库储存后定期进行外观及质量抽检，储存环境温度为22℃，湿度为50%。

由表5可知，配方3高速生产的爆珠储存稳定性较好，长期保存未出现气泡、漏油、空壳的现象，各项物理指标也较为稳定。

表5 爆珠成品的储存稳定性

3 结论

当配方3中卡拉胶、速溶琼脂、结冷胶三者以5∶5∶4的质量比复合时，所化壁材溶液黏度较低为142MPa·s，凝胶强度较高为7876.22g·cm，其成膜性、稳定性与凝胶性均较为优异。通过上机试验可知，当使用该配方进行高速生产时，其生产效率是低速生产的3.13倍，高速滴丸状态良好且稳定，所得湿胶囊与爆珠成品的各项物理指标与感官因素均达到预期要求。