造纸法再造烟叶浸取工艺研究-

1、造纸法再造烟叶浸取工艺研究杨彦明，唐自文，付宇，黄海群(云南瑞升科技有限公司再造烟叶研发中心，云南昆明高新区科医路41号，650106) 关键词: 造纸法再造烟叶；浸取；烟梗；烟叶碎片摘要: 造纸法再造烟叶生产中，原料的浸取是整个工艺的一个主要部分，为了确定生产的最佳条件和工艺方法，达到生产的最佳产出消耗比值，对原料的浸取温度，浸取时间和浸取物料的溶剂量、浸取次数等条件和情况进行了实验和分析，结果表明梗最佳浸取工艺条件为温度60，时间40min，水量为原料质量的8倍；叶碎片浸取温度60，时间20min，浸取用水量为原料质量的10倍；原料一次浸取即可；同时，也提出了浸取的一个优化方案，即用浸取液

2、重复浸取新原料，对此进行的模拟实验表明应用该方案能有效的降低水用量和能量消耗。中图分类号：TQ028.9+6 文献标识码：BExtraction Process Research of Paper-making Reconstituted TobaccoYANG YAN-MING TANG ZI-WEN FUYU HUANG HAI-QUN Paper-Making Reconstituted Tobacco Research and Develop Center of Yunnan Reascend Science & Technology CO.,LTD, YunnanKunmin

3、g 650106,ChinaKeywords: Paper-Making Reconstituted Tobacco; Extraction; Tobacco stem; Tobacco scrapAbstract: Extraction of the raw materials is a major part of the whole process in the production of paper-making reconstituted tobacco. The extraction temperature, time, the amount of solvent , extract

4、ion times, and the optimal processing conditions were confirmed. The optimum extraction condition is about 40 min at 60, and the ratio of tobacco stems and solvent is 1:8. For tobacco scrap, the optimum extraction condition is about 20 min at 60, and the ration is 1:10. onE extraction was enough. In

5、 addition, an optimal processing is performed, which used the extracted solution to extract the fresh materials. The processes reduced the extracted solution and energy of heating effectively.作者简介：杨彦明（1973-2），男（汉），籍贯（云南昆明），工程师，大专，毕业于云南农业大学，从事过香精香料提取、造纸法再造烟叶的开发研究工作，现主要从事卷烟新材料的开发工作。电话：8328115， E-mail:

6、sealand地址 ：云南昆明高新区科医路41号。邮编： 650106， 传真：8325986 造纸法再造烟叶国外研究和产业化较早，时至今日如摩迪、雷诺等公司都有较为成熟的技术和大规模的生产1。近几年来国内对造纸法再造烟叶的研究运用不断提升，相继有杭州、汕头和昆明等地的工厂建成投产。同时国内各烟厂也认识到造纸法再造烟叶的优越特性，欲用其做为一种新的卷烟添加料使用，有取代稠浆法和辊压法再造烟叶的意向。造纸法再造烟叶在卷烟中运用，一方面能大幅度的节省烟叶原料，有效的降低卷烟成本；另一方面能使卷烟的物理、化学性能按人们的意愿和要求得到改善和调整2，能降低卷烟整体焦油、烟碱量，降低烟支密度和提高填充率

7、。造纸法再造烟叶的生产过程中，原料的浸取分离是确保产品产率、品质和成本的一个重要工艺步骤，因此有必要对浸取工艺进行详细的研究。对原料浸取的主要影响因素有浸取时间、浸取温度、浸取次数、浸取溶剂和浸取溶剂用量等几个方面3，考虑到实际生产的使用性和成本因素，一般以水作为浸取溶剂。同时，还研究了溶液重复浸取对原料浸取率的影响情况，以寻找生产的最佳工艺。1 实验设备和材料主要试验仪器: DZKW-S-6型水浴锅（北京产）；LXD-28A型电动离心机（长春市纸张试验厂）；HG53型卤素水分测定仪（瑞士mettler Toledo公司）；HF6000G天平（日本A&D公司）溶剂：生活用自来水实验原料

8、: 烟叶碎片、烟梗(云南某卷烟厂提供) 2 实验方法21 浸取和浸取率测定方法将烟梗、烟叶碎片分别取样，置于恒温恒湿箱中（温度20，相对湿度60%）平衡水分24h；分别称取平衡好的烟梗（60g）、烟叶碎片（50g），按水平实验设计条件于水浴锅中浸取，趁热将浸取混合物倒入离心机中离心分离1min，离心机转速为2000r/min。将分离得到的浸取液准确称重；采用卤素水分测定仪测定浸取液中的水分含量，计算出原料水溶物（绝干）浸取率，计算公式如下： T（）（1w）×a/b×100%T : 水溶物浸取率w：浸取液水分含量a：浸取液重量（g）b：原料重量（g）22 确定最优浸取条件的水

9、平实验设计由于烟梗和烟叶碎片在成分和物理性质上差别较大，需分别进行试验。根据水平设计要求，我们选用单因素四水平的试验条件，其它因素相对固定，使每个水平段能涵盖有效的因素范围。2.2.1 烟梗浸取条件水平设计表1 烟梗浸取条件实验水平设计n=4Table 1 parallel designation of factor for tobacco stem extraction experiment(n=4)水平项目温度时间min溶剂量（原料/溶剂）温度50401 ：8607080时间70201 ：84060120原料/溶剂70401 ：61 ：81 ：101 ：122.2.2 烟叶碎片浸取条件水平

10、设计表2 烟叶碎片浸取条件实验水平设计n=4Table 2 parallel designation of factor for tobacco leaf fragment extraction experiment(n=4)水平项目温度时间min溶剂量（原料/溶剂）温度20301：10406080时间60101：10203040原料/溶剂60301 ：61 ：81 ：101 ：1223 烟梗、烟叶碎片浸取次数实验 原料的浸取次数既对浸取率有影响，同时也决定了溶剂用量的多少。浸取次数越多，浸取率会越高，而溶剂用量也会相应增加，因此需要寻找一个较优浸取次数，达到节约成本，提高效率的目的。试验方法

11、：选用上述浸取实验的最优条件对原料浸取三次，测定每次浸取原料的得率，对比浸取率。24 烟梗、烟叶浸取液重复浸取实验 在造纸法再造烟叶的生产过程中，浸取浓缩工艺是生产中耗能较大的工艺段之一。浸取水的加热，水浸取液的浓缩以及水自身的比热较大等因素都消耗大量的热能。如果应用浸取液重复浸取新原料,必然能有效的提高浸取液浓度,减少水用量,减少浓缩时间和能耗。实验方法：取100g烟梗（或烟叶碎片）按上述实验最佳工艺条件浸取，离心分离出浸取液称重，测定浸取液水分含量。浸取液补加热水至第一次浸取时溶剂重量，加入100g新原料水浴浸取，得到二次重复浸取液，分离出浸取液，称重测定水分，重新加入新原料重复这一过程得

12、到三次、四次重复浸取液，分别称量浸取液重量和测定水分，计算浸取率。浸取率计算式如下：Tn（）（1Wn）×An/100（1Wn1）×An1/100）×100%Tn: 第n次水溶物浸取率Wn：第n次浸取液水分含量An：第n次浸取液重量（g）n：浸取次数3 结果与分析3.1 烟梗浸取实验结果 3.1.1温度对浸取率的影响 从下表3可以看出，温度在5080范围里浸取率的提高在2.9以内，但在5060范围内的增加较大为2.1%。从R/t值看，在60后值明显变小，既出现浸取率提高程度的变化拐点（从图1中可看出），表明提高浸取温度后对浸取率提高影响减小，60为最佳浸取温度。表3

13、 温度对烟梗可溶性成分浸取的影响Table 3 Effect of temperature for tobacco stem extraction温度（）浸取液质量g含水率%浸取液浓度%固形物重量g浸取率%R/T50397.8095.704.3117.1428.6060392.2095.304.7018.4330.700.21370365.2094.905.1018.6231.000.0380362.7094.805.2119.9531.500.049总平均变化率 0.097Fig.1 Relationship of temperature and extraction rate3.1.2 浸

14、取时间对浸取率的影响从图2可以看出，随着浸取时间的延长，浸取率在增大。表4看在40min前增加量为7.8%，40-80min后增加趋势不太明显，增加总量仅为2.5%,且浸取率在40-60min内几乎无变化。在40min浸取时间后R/t值明显变小,也即浸取时间在40min后对浸取率的影响明显减小，40min为最佳浸取时间。表4 时间对烟梗中可溶性成分浸取的影响Table 4 Effect of time for tobacco stem extraction浸取时间（min）浸取液量g含水率%浸取液浓度%固形物重量g浸取率%R/t20430.096.813.1913.7222.940392.29

15、5.34.7018.4330.70.3960380.095.134.8718.5030.80.00580366.794.565.4419.9533.20.04总平均变化率 0.145备注：R系指浸取率的变化值，即本次实验水平的浸取率值减去上次实验水平的浸取率值；T系本次实验条件水平值减去上次实验条件水平值。Fig.2 Relationship of time and extraction rate3.1.3 溶剂物料比例对浸取率的影响从图3可以看出，随着溶剂用量的增大，浸取率在增大，但随着溶剂物料比增大至一定程度，浸取率的增大趋于缓和。从表5可看到8倍溶剂量前浸取率增加3.4，而其后增加总量为

16、1.6。溶剂物料比为1：8时，向后的R/t为0.6、0.2较前面的R/t值1.7明显降低，浸取率提高如图3成弧形减小，这也说溶剂物料比对浸取率的影响降低。1 ：8为最佳溶剂物料料质量比例。表5 溶剂物料比例对烟梗中可溶性成分浸取的影响Table 5 Effect of proportion between material and solvent for tobacco stem extraction物料溶剂比浸取液质量g含水率%浸取液浓度%固形物质量g浸取率%R/t%1 ：6287.694.305.7016.3927.31 ：8392.095.304.7018.4230.71.71 ：105

17、07.796.233.7719.1431.90.61 ：12629.596.923.0819.3932.30.2总平均变化率 0.833Fig.3 Relationship of extraction rate and proportion between material and solvent 3.2烟叶碎片浸取实验结果3.2.1 温度对浸取率的影响 从图4可以看到烟叶碎片浸取率随温度的增加而提高，在60后斜率明显变小。从表6的R/t值看60后的值0.035明显小于其前的值0.160，可以认为在60以后继续提高浸取温度对浸提取率的提高影响变小，60为浸取的最佳温度。表6 温度对烟叶碎片可溶

18、性成分浸取的影响Table 6 Effect of temperature for tobacco leaf extraction温度（）浸取液质量g含水率%浸取液浓度%固形物质量g浸取率%R/t%20331.595.614.3914.5536.384033895.414.5915.5138.790.12160343.495.114.8916.7941.980.16080331.594.855.1517.0742.680.035总平均变化率 0.105Fig.4 Relationship of temperature and tobacco leaf fragment extraction r

19、ate 3.2.2 时间对浸取率的影响从图5可以看到烟碎片浸取率随时间的增加而提高，在20min后斜率明显变小。从表7中R/t值看20min后的值0.019明显小于其前的值0.314，可以认为在20min以后继续增加浸取时间对浸提取率的提高影响变小，20min为浸取的最佳时间。表7 时间对烟叶碎片浸取率、提液浓度的影响Table 7 Effect of time for tobacco leaf fragment extraction rate and extract concentration浸取时间（min）浸取液质量g含水率%浸取液浓度%固形物质量g浸取率%R/t%10344.695.6

20、64.3414.9537.392034295.264.7416.2140.530.31430343.695.264.7416.2940.720.01940343.495.114.8916.7941.980.126总平均变化率 0.153Fig.5 Relationship of time and tobacco leaf fragment extraction rate 3.2.3 溶剂物料比例对浸取率的影响 从图6可以看到烟碎片浸取率随溶剂量的增加而提高，在10倍量时斜率明显变小。从表8的R/t值看10倍溶剂量后的值0.315明显小于其前的值1.930，可以认为在使用大于10倍的溶剂量对浸取

21、率的提高影响变小，10倍溶剂量为浸取的最佳用量。表8 溶剂物料比例对烟叶碎片浸取率、浸取液浓度的影响Table 8 Effect of proportion between material and solvent for tobacco leaf fragment extraction rate and extract concentration水平项目浸取液质量g含水率%浸取液浓度%固形物质量g浸取率%R/t%1:6178.192.597.4113.2032.991:826094.135.8715.2638.122.5651:10343.495.114.8916.7941.981.931:

22、12414.795.894.1117.0442.610.315总平均变化率 1.603Fig.6 Relationship of proportion between material and solvent and tobacco leaf fragment extraction rate 比较烟梗和烟叶碎片浸取实验结果可以看到，烟叶碎片的浸取率明显高于烟梗，这与烟梗、烟叶碎片的化学成分和组织结构有关，烟梗含有较多纤维素、木质素等非水溶性成分且组织结构较为紧密，而烟叶则淀粉、糖类、蛋白质等水溶性成分更多，其组织结构较烟梗酥松，从而表现出浸取率和浸取条件的差别。在实验中有一特别现象，烟梗在40

23、60min，烟叶在2030min的浸取时段内浸取率几乎没有提高，我们猜测是由于成分的溶解性不同造成的：易溶物先较快溶出，而稍难溶的物质须经一定时间的浸泡后才缓慢溶出，造成浸取率提高上的一段真空；也存在这样一种可能，组织结构在经过一定时间的浸泡后通透性提高，使溶出成分增加，易溶成分先溶出后，在两者间行成一段浸出真空。 3.3 浸取次数对浸取率的影响结果3.3.1 烟梗的多次浸取实验结果确定烟梗浸取条件为温度60，原料/溶剂比例为1：8，浸取时间40min，重复三次浸取。每次浸取后离心脱水，测定浸取率。实验结果如下表9表9 烟梗浸取次数实验结果Table 9 Effect of extractio

24、n times for tobacco stem extraction rate浸取次数浸取率（%）每次浸取所占比例%昆明烟梗第一次30.066.37第二次9.521.02第三次5.712.61从以上试验结果可以看出烟梗浸取率随浸取次数的增加而增大，第一次浸取大量的可溶物被浸取出来，占到了三次浸取总量的70略差的水平，第二、三次的浸取浸取率已变得比较小，占30略多。一次浸取可达到生产和消耗的最佳值。3.3.2 烟叶碎片的多次浸取选用前述实验确定的最佳浸取条件进行三次浸取，条件为温度60，时间20min，溶剂量10倍。每次浸取后离心脱水，测定浸取率。试验结果如下表10。从实验结果可以看出，烟叶碎

25、片中在第一次浸取中溶解了大部可溶性成分，占到了三次浸取重量的80.66%,第二、三次浸取得率下降比较大，占总量的19.35，一次浸取为生产的最佳浸取次数。表10：烟叶碎片浸取次数实验结果Table 10 Effect of extraction times for tobacco leaf fragment extraction rate原料浸取次数浸取率（%）每次浸取所占比例(%)第一次39.280.66昆烟烟叶碎片第二次7.8016.05第三次1.603.293.4 同一溶剂多次浸取原料实验 从前述试验数据可以看到，一次浸取液的浓度并不高，烟梗、烟叶碎片都在45之间，原料中可溶物在水中的溶

26、解度距离饱和点还较远，若能采用浸取液多次浸取原料的的工艺，且这一方式对浸取率的无影响或变化较小，则必然大幅降低生产成本，提高生产率。以下就这一情况进行了实验。3.4.1烟梗浸取液的重复浸取实验结果 选用水平试验确定的提取条件温度60，原料/溶剂比例为1：8，浸取时间40min进行试验，提取第一批原料后的溶液依次提取新原料，共进行4批新原料的提取。从下表11的实验结果可以看出，采用浸取液多次浸取烟梗，大部分可溶物能浸取出来，但随着浸取次数的增加浸取率不断下降。第二、三次浸取降幅较大，有2.2和3的浸取率损失，第四次浸取降幅变小仅有0.48的浸取率损失，重复四次的损失率共为5.68占一次浸取总量的

27、19.31。表11 烟梗浸取液重复浸取实验结果Table 11 Effect of repeated extract with tobacco stem extract for tobacco stem extraction rate浸取次数烟梗质量（g）浸取液质量（g）水分含量（）水溶物浓度（）浸取率（）减少量（）110074296.043.9429.42210083993.506.5027.222.20310086091.558.4524.223.0410085288.8511.2523.740.483.4.2、烟叶浸取液的重复浸取 选用水平试验确定的提取条件温度60，原料/溶剂比例为1：

28、10，浸取时间20min进行试验，提取第一批原料后的溶液依次提取新原料，共进行4批新原料的提取。从下表12实验结果可以看出，采用浸取液多次浸取烟叶碎片，大部分可溶物能浸取出来，但随着浸取次数的增加，浸取率不断下降。其中，在第三次浸取时浸取率的降幅较大，有6的浸取率损失。表12 烟叶碎片浸取液四次浸取实验数结果Table 12 Effect of repeated extract with tobacco leaf fragment extract for tobacco leaf fragment extraction rate浸取次数烟碎片质量(g)浸取液重量（g）浸取液水分含量（）浸取物含量(%)浸取率(%)减少量（）15043695.274.