一种烟用爆珠壁材及其制备方法
阅读说明：本技术 一种烟用爆珠壁材及其制备方法 (Bead blasting wall material for cigarettes and preparation method thereof ) 是由 邵佩 张雨迎 王盼 王俊 潘婷婷 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种烟用爆珠壁材及其制备方法。本发明以仙草胶、纳米壳聚糖和淀粉作为制备壁材的主要原料,基于淀粉与仙草胶的氢键作用主导复合凝胶网络结构的形成,带正电荷的壳聚糖与带负电荷的仙草胶之间产生静电引力作用形成静电复合物,三元复合体系加强了网络结构的交联度,仙草胶与淀粉相互作用形成凝胶网络结构束缚了自由水的移动,同时添加纳米壳聚糖后纳米壳聚糖在三元复合体系中形成具有高度取向的结晶域,使得水蒸气和氧气的传输路径延长,从而减少了每单位时间内氧气和水蒸气的渗透量,由此制备的壁材不但稳定性好,而且具有较好的耐水性。(The invention discloses a bead blasting wall material for cigarettes and a preparation method thereof. The invention takes the mesona blume gum, the nano chitosan and the starch as main raw materials for preparing the wall material, the formation of a composite gel network structure is guided based on the hydrogen bond action of the starch and the mesona blume gum, an electrostatic compound is formed by the electrostatic attraction action between the positively charged chitosan and the negatively charged mesona blume gum, the cross-linking degree of the network structure is enhanced by a ternary composite system, the gel network structure formed by the interaction of the mesona blume gum and the starch restrains the movement of free water, and simultaneously, after the nano chitosan is added, a highly oriented crystalline domain is formed in the ternary composite system, so that the transmission path of water vapor and oxygen is prolonged, thereby reducing the permeation amount of oxygen and water vapor in unit time, and the prepared wall material has good stability and better water resistance.)
技术领域
本发明属于卷烟生产技术领域，特别涉及一种烟用爆珠壁材及其制备方法。
背景技术
卷烟爆珠用以实现在卷烟吸食过程中人为可控的特色香味释放，减少外界环境对吸味的影响和造成的香精损失，起到丰富卷烟吸食口味，实现吸食过程的增香保润等作用。卷烟爆珠依据天然高分子材料或合成高分子材料，将各种烟用香精以固体、液体或气体的形态包裹在一个微小密闭的圆球形胶囊中，在过滤嘴的生产过程中植入一粒或者多粒易捏破的香味胶囊。
卷烟爆珠中起到核心作用的是胶囊中的致香成分，尽管致香成分种类繁多，可配合形成多种风味的香味物质，但由于构成胶囊外层的壁材对不同性质的香味物质的阻隔作用不同，可能导致壁材对某些成分的香味物质不适用，从而限制了某些爆珠口味的发展。例如常用的壁材有植物胶类、淀粉及其衍生物、蛋白质类、多种纤维素衍生物等，凝胶的形成主要是各类物质上的功能基团通过分子链间的相互作用形成三维网状结构，将香味物质包裹住并与外界阻隔。当形成的三维网状结构不稳定或空隙较多，可能会导致香味物质从三维网状结构中迁移出去，或外部环境中的空气或水迁移进入香味物质中影响香味物质的质量。
卷烟爆珠按芯材的性质可以分为酯溶性与醇溶性两种，对应的包裹体系即水相包裹油相、油相包裹水相。酯溶性香精香料，采用的包裹体系为水相包裹油相体系，此类爆珠不可以包裹水溶性或醇溶性的芯材，其壁材具有亲水性，易以 H 键结合的方式发生溶胀。而醇溶性的芯材优选的壁材材料最好有较为致密的内部微观结构，具有对水的低溶解系数和低扩散系数，材料微观结构上，其内部结构孔隙或空隙越少，水分子“逃逸”路径少，因此阻隔性能越好。
因此，开发稳定性好、可提高包覆性能和耐水性的爆珠壁材是目前亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种烟用爆珠壁材及其制备方法，该种爆珠壁材通过仙草胶与淀粉及纳米壳聚糖形成三元复合网状结构，结构致密，稳定性好，耐水性强。
仙草是一种药食两用的草本宿根植物，仙草胶则是以仙草的叶、茎、根为原料，采用热水或碱液浸提而成，其主要成分是仙草多糖，且含有多酚、类黄酮、萜类等功能性成分，具有较好的抗氧化作用、细菌和霉菌抑制作用以及特有的凝胶特性。
壳聚糖分子结构中的氨基基团比甲壳素分子中的乙酰氨基基团反应活性更强，使得该多糖具有优异的生物学功能。壳聚糖是线性碱性多糖，在乙酸溶液中经质子化带正电荷，仙草胶是一种含有糖醛酸结构的阴离子多糖，可与壳聚糖形成静电复合物。同时，仙草胶作为一种富含糖醛酸结构的新型阴离子多糖胶，能够与淀粉相互作用形成复合凝胶。
淀粉与仙草胶通过氢键相互作用形成网络结构，壳聚糖的加入使网络结构进一步交联，共同加固了复合凝胶的网络结构，不但仙草胶与淀粉和壳聚糖相互作用形成的凝胶网络结构具有更小的空隙尺寸，束缚了自由水的移动，而且分子中更多的羧基和羟基等亲水性基团与水分子形成氢键可束缚自由水的移动。
本发明以仙草胶、纳米壳聚糖和淀粉作为制备壁材的主要原料，基于淀粉与仙草胶的氢键作用主导复合凝胶网络结构的形成，带正电荷的壳聚糖与带负电荷的仙草胶之间产生静电引力作用形成静电复合物，三元复合体系加强了网络结构的交联度，仙草胶与淀粉相互作用形成凝胶网络结构束缚了自由水的移动，同时添加纳米壳聚糖后纳米壳聚糖在三元复合体系中形成具有高度取向的结晶域，使得水蒸气和氧气的传输路径延长，从而减少了每单位时间内氧气和水蒸气的渗透量，由此制备的壁材具有较好的耐水性。
为实现上述目的，本发明提供一种烟用爆珠壁材，以重量份计，其包括5-10份仙草胶、4-5份纳米壳聚糖、3-5份淀粉，0.5-1.5份增塑剂、70-80份溶剂。
纳米壳聚糖中有丰富的羟基与氨基，有利于反应体系中网络结构的交联。
本发明较优的技术方案：所述淀粉为直链淀粉。
直链淀粉具有好的透明度、柔韧性、抗张强度和水不溶性。直连淀粉糊化后，直连淀粉分子获得流动性，在水中形成直连淀粉溶液的连续相，相比支链淀粉糊化后仍以颗粒或团块形式存在，在水溶液中分散成两相体系，直连淀粉溶液更有利于凝胶体系的形成，并且直连淀粉溶液在水相中分散均匀，使得直连淀粉分子可与仙草胶分子充分接触，形成均匀的凝胶体系，有利于后续制得的壁材形成光滑平整的形貌。
本发明较优的技术方案：所述增塑剂为甘油、硬脂酸、硬酯酸盐、十二烷基硫酸盐中的一种或多种。
增塑剂的添加是为了使网络结构具有可塑性，使其柔韧性增强，容易加工。
本发明较优的技术方案：所述增塑剂为硬酯酸盐、十二烷基硫酸盐中的一种或混合。
带负电荷的硬酯酸盐、十二烷基硫酸盐与带正电荷的壳聚糖通过静电相互作用，其中硬酯酸盐、十二烷基硫酸盐上的疏水碳链进一步提高了爆珠壁材对亲水性物质的排斥作用，降低对水分的渗透性。硬酯酸盐中带负电的-COO-与纳米壳聚糖中带正电的-NH3+结合，与仙草胶中含糖醛酸结构的新型阴离子竞争纳米壳聚糖中带正电的-NH3+，使得硬酯酸盐插入由仙草胶、淀粉和纳米壳聚糖构成的三维网状结构中，降低仙草胶与纳米壳聚糖之间的静电相互作用，提高了三维网状结构的移动性，提高了壁材的可塑性，同时硬酯酸盐、十二烷基硫酸盐上的疏水碳链分布在三维网状结构中，构成疏水屏障，水分子难以进入三维网状结构中，提高由本方法制备的壁材的耐水稳定性。
本发明较优的技术方案：所述溶剂为去离子水或乙酸中的一种或混合；优选为乙酸。
一方面乙酸可有效的提高溶液的酸性，另一方面乙酸作为溶剂时，在形成三维网状结构时，网络结构中的自由水替换为乙酸，减少了网络结构中的含水量；此外纳米壳聚糖具有拟较差的分散性，乙酸的加入可以提高和加快纳米壳聚糖在反应体系中的分散性，有利于凝胶的形成。
本发明还提供一种烟用爆珠壁材的制备方法，具体步骤为：称取淀粉分散于去离子水中于60-80℃糊化30min，得到混合溶液A，然后再将仙草胶加入混合溶液A中，于80℃混合搅拌均匀，得到混合溶液B，最后将纳米壳聚糖和增塑剂加入混合溶液B中，搅拌均匀，超声除气泡后得到熔融态的爆珠壁材。
本发明较优的技术方案：混合溶液B呈酸性。
本发明较优的技术方案：混合溶液B的pH为5.5-6。在酸性条件下纳米壳聚糖可有效的质子化，使得- NH2形成带正电的-NH3 +，有利于纳米壳聚糖与仙草胶糖醛酸结构的新型阴离子通过静电相互作用结合，其中pH为5.5-6时，纳米壳聚糖可完全的质子化，使静电结合能力达到最高。
本发明以仙草胶、纳米壳聚糖和淀粉作为制备凝胶的主要原料，基于淀粉与仙草胶的氢键作用主导形成具有网络结构的复合凝胶，带正电荷的纳米壳聚糖与带负电荷的仙草胶之间产生静电引力作用形成静电复合物，三元复合体系加强了网络结构的交联度，使得网络结构致密，有利于阻隔物质的迁移。亲水性的仙草胶与淀粉相互作用形成凝胶网络结构束缚了自由水的移动，同时添加纳米壳聚糖后纳米壳聚糖在三元复合体系中形成具有高度取向的结晶域，使得水蒸气和氧气的传输路径延长，从而减少了每单位时间内氧气和水蒸气的渗透量，由此制备的壁材具有较好的耐水性。
本发明的有益效果：
1.本发明提供的一种烟用爆珠壁材，以仙草胶为原料，仙草胶中含有丰富的多酚、类黄酮、萜类等功能性成分，具有较好的抗氧化作用、细菌和霉菌抑制作用，相比传统的爆珠壁材制备过程中需要添加各类防腐剂与抗氧化剂，本方案降低了添加剂的成本，同时仙草胶自带的草本清香也进一步提高了烟用爆珠的风味。
2.本发明以纳米壳聚糖作为原料，带正电荷的纳米壳聚糖与带负电的仙草胶形成静电复合物，有利于提高交联度，提高网络的致密结构，增强复合材料的机械强度、流变性能及阻隔性能。
3.本发明添加脂肪酸盐，如硬酯酸盐和十二烷基硫酸盐作为增塑剂，一方面提高了壁材的可塑性，另一方面硬酯酸盐、十二烷基硫酸盐上的疏水碳链分布在三维网状结构中，构成疏水屏障，水分子难以进入三维网状结构中，进一步提高由本方法制备的壁材的耐水稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但实施例并不是对本发明技术方案的限定。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可借鉴本发明内容，适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。
为了更好地解释本发明，以下结合具体实验室实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
下面结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
一种烟用爆珠壁材的制备方法。
称取5份直连淀粉分散于80份乙酸中于70℃糊化40min，得到混合溶液A，然后再将5份仙草胶加入混合溶液A中，于80℃混合搅拌均匀，得到混合溶液B，以盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液B的pH6，最后将5份纳米壳聚糖和1份硬酯酸钠加入混合溶液B中，搅拌均匀，超声除气泡后得到熔融态的爆珠壁材。
实施例2
一种烟用爆珠壁材的制备方法。
称取5份直连淀粉分散于40份去离子水与40份乙酸混合溶液中于70℃糊化40min，得到混合溶液A，然后再将5份仙草胶加入混合溶液A中，于80℃混合搅拌均匀，得到混合溶液B，以盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液B的pH6，最后将5份纳米壳聚糖和1份硬酯酸钠加入混合溶液B中，搅拌均匀，超声除气泡后得到熔融态的爆珠壁材。
实施例3
一种烟用爆珠壁材的制备方法。
称取5份直连淀粉分散于80份去离子水中于70℃糊化40min，得到混合溶液A，然后再将5份仙草胶加入混合溶液A中，于80℃混合搅拌均匀，得到混合溶液B，以盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液B的pH6，最后将5份纳米壳聚糖和1份硬酯酸钠加入混合溶液B中，搅拌均匀，超声除气泡后得到熔融态的爆珠壁材。
实施例4
一种烟用爆珠壁材的制备方法。
称取4份直连淀粉分散于45份去离子水和25份乙酸的混合溶液中，于70℃糊化40min，得到混合溶液A，然后再将5份仙草胶加入混合溶液A中，于80℃混合搅拌均匀，得到混合溶液B，以盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液B的pH5.7，最后将4.5份纳米壳聚糖和1份硬脂酸钠加入混合溶液B中，搅拌均匀，超声除气泡后得到熔融态的爆珠壁材。
对比例1
一种烟用爆珠壁材的制备方法。
称取5份直连淀粉分散于80份乙酸中于70℃糊化40min，得到混合溶液A，然后再将5份仙草胶加入混合溶液A中，于80℃混合搅拌均匀，得到混合溶液B，以盐酸和氢氧化钠溶液调节混合溶液B的pH6，最后将0份纳米壳聚糖和1份硬酯酸钠加入混合溶液B中，搅拌均匀，超声除气泡后得到熔融态的爆珠壁材。
评价
（1）溶剂对烟用爆珠的影响
选用香菊精油作为香精芯液，采用滴丸法将实施例1与实施例2和实施例3获得的爆珠壁材制备成爆珠产品，通过滴制设备使得热熔状态的壁材通过液体表面张力将香精芯液包裹在壁材中，制得烟用爆珠。并在冷却液中冷凝，制成球形爆珠，然后经脱油、转筒干燥、筛丸、挑选、平衡后包装得最终产品，应用到卷烟滤嘴中。
如表1所示，评价制得的烟用爆珠的含水率与感官性状。
从表1中可以看出，改变溶剂的配比可有效控制烟用爆珠的含水率，同时影响捏破爆珠的手感。
（2）添加纳米壳聚糖对烟用爆珠的影响
选用香菊精油作为香精芯液，采用滴丸法将实施例1与对比例1获得的爆珠壁材制备成爆珠产品，通过滴制设备使得热熔状态的壁材通过液体表面张力将香精芯液包裹在壁材中，制得烟用爆珠。并在冷却液中冷凝，制成球形爆珠，然后经脱油、转筒干燥、筛丸、挑选、平衡后包装得最终产品，将上述两类壁材制得的产品置于湿度为80%的开放环境中3天，然后测试整个爆珠产品的水分含量，以此来评价壁材对水的阻隔性能。
爆珠产品的水分含量检测方法，利用GC-TCD（气相色谱-热导检测器）检测爆珠产品中的水含量。
步骤1：标准溶液的配置，以体积比1：333配制无水乙醇(内标)/异丙醇萃取液；称取超纯水，用萃取液配制成浓度为20mg/mL的标准储备液，将标准储备液稀释成一定浓度梯度的标准工作液。
萃取液的配制：1000mL异丙醇溶液中加入3mL无水乙醇内标，混匀待用。
储液的配制：精确称取1.0g(约1mL)超纯水，用上述萃取液定容至50mL。
一级储液的配制：准确移取10mL标准储备液，用萃取液定容至100mL。
标准工作液的配制：分别移取2.5、5、7.5、10、12.5、15mL一级储备液，用萃取液定容至50mL。
以上液体均现用现配。
步骤2：爆珠产品的预处理，取40～60颗爆珠置于150mL三角瓶内，用玻璃棒捣碎，加入10～30mL异丙醇萃取液，反复冲洗玻璃棒；具塞，180r/min震荡20～40min；静置2min，取2mL上清液过0.22μm有机相滤膜后待测。
步骤3：仪器检测，色谱柱：Porapak Q 80/100(PE公司)；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：H2，30mL/min；进样量：1μL。
步骤4：定量方法，每个样品平行测定两次，每次实验均需做空白样品。通过标准系列溶液和内标物质的浓度比值和峰面积比值的对应关系，绘制标准曲线。再将待测样品峰面积和内标峰面积的比值带入标曲，计算样品中水分的浓度。
从表2可以看出，实施例1相对于对比例1的壁材，含水量更少，表明添加有纳米壳聚糖的壁材对水分的阻隔效果更好。
以上对本发明的实施例进行了示例性说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依据本发明申请范围的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。
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