烟草薄包装工艺技术的研究进展

烟草薄包装工艺技术的研究进展

烟草薄膜是利用烟末、烟根、飞兆等在卷烟过程中产生的杂草物质作为原料，制成片剂和丝状的再生产品，作为香烟的填充材料。在卷烟中填加适量的烟草薄片,一方面可以最大限度地节省烟叶原料,有效降低卷烟成本;另一方面可以在一定程度上使卷烟的物理性能和化学成分按人们的意愿或要求得到调整和改善,从而有助于卷烟内在品质的提高,是减少和改善烟草有害成分的一项重要技术措施。烟草薄片起源于20世纪50年代,其发展经历了辊压法-稠浆法-造纸法3个过程,20世纪70年代末,随着人们对吸烟安全性的重视,国外烟草商开始系统研究造纸法薄片工艺技术,并在20世纪80年代进行了大范围的推广应用,将其作为降低卷烟产品焦油量的一个有效手段。1烟酒片的提取法造纸法烟草薄片是利用卷烟生产过程中废弃的烟梗、烟末等原料,经过浸取浓缩、打浆抄造、干燥加香三个步骤,制成性状接近甚至优于天然烟叶的薄片,回用于卷烟生产,从而使烟叶原料得到最大限度的利用。烟草原料先用水萃取,添加天然纤维制成浆后进入造纸机,初步形成纸网,水溶性萃取物经浓缩后和添加剂一并加入纸网中,干燥后即为成品。加工制造时,可从水溶性物质中提取或除去某些烟草成分,均质烟叶调制多用此法。该法所生产的薄片,物理强度高,湿强度好,不易破碎,单位体积重量轻,燃烧速度快,生成焦油量低。由于工艺复杂,能耗较多,设备投资大,适于较大规模生产。1.1两步法工艺特点目前,造纸法烟草薄片生产工艺主要有一步法和两步法两种,一步法工艺是将烟草薄片原料经浸泡、打浆后获得的高浓度浆料直接送到特殊设计的抄纸机上,经脱水、烘干、分切后制得烟草薄片。因其生产环节难以控制,目前很少有厂家采用一步法工艺。两步法工艺是原料用水浸泡后,将可溶物与不溶物萃取分离,不溶物一般会与木浆纤维混合打浆,采用抄纸机制得片基,而可溶物萃取液经过浓缩加料制得涂料,利用特殊的涂布方式将其涂于片基之上,经过干燥、分切制成烟草薄片。由于生产环节难以控制,目前已很少有厂家采用一步法工艺。而两步法加工工艺是世界上使用最广泛的造纸法薄片生产技术,法国摩迪再造烟叶工业有限公司就是采用的两步法工艺。国内新兴的造纸法薄片厂家的生产工艺基本以两步法为主,也有部分造纸法薄片生产线是在典型的两步法工艺上略作改进,烟末和烟梗分别用不同的工艺萃取(烟末用有机溶剂萃取,烟梗用水萃取);萃取后的烟末、烟梗经打浆处理后,将浆料送到抄纸机上抄造成形,两种萃取液合并后经过浓缩等手段处理后分两次涂布到薄片片基上。1.2卷烟质量方面的优点造纸法烟草薄片的制造是目前烟草行业中的重要技术,也是实现废烟料综合利用的重要途径。由于该技术吸收了制浆造纸工艺及纸加工工艺过程的特点,使制得的烟草薄片在结构强度、燃烧性能、焦油释放量、卷烟填充度以及外观色泽等方面具有辊压法和稠浆法薄片无法比拟的优点。与辊压法和稠浆法薄片相比,造纸法薄片具有如下优势:(1)密度小,填充值高;(2)耐机械加工性能好,成丝率高;(3)燃烧速度快,焦油释放量仅为烟叶的50%左右,是降低卷烟焦油量的有效手段之一;(4)产品具有可塑性,可根据实际需要对薄片物理性能和内在化学指标进行人工调控。这些优点更是进一步得到实验的证明。汪华文研究发现,在卷烟中加入造纸法烟草薄片,可改善烟支的整体燃烧性能,加快静燃速度,减少抽吸口数,降低焦油。可用造纸法烟草薄片来调节卷烟烟气中的烟碱含量。当造纸法烟草薄片的添加比例小于10%时,对原有卷烟风格、香气质量、香气谐调性和刺激性的影响较小。邱承宇等人也发现在混合烟丝中掺入适当比例的烟叶碎片,既可提高其填充值、降低烟支单重、减少卷烟焦油量的产生,且对感官质量无太大影响,又可充分利用烟叶原料,为卷烟降耗、降焦工艺提供了一种新的参考方法。有研究表明,完全用造纸法烟草薄片生产的卷烟,其焦油释放量仅为10mg/支,比普通烟丝制成的卷烟低60%左右。如在配方中掺用20%比例的烟草薄片,可使卷烟焦油含量减少10%左右,目前美国的卷烟配方中烟草薄片使用比例已达到30~35%。1.3影响造纸法薄膜质量的因素1.3.1溶解胶的制备胶粘剂不仅对烟草及其它组分起粘结作用,还赋予薄片一定的机械性能,对烟草薄片的物理化学性质亦有很大的影响。当前,国内外开发应用的薄片粘合剂种类很多,其组分各不相同,外观、性能各异。按其来源可分为天然胶和合成胶,天然胶中包括植物胶、动物胶、海藻胶和细菌胶;按其溶解性可分为水溶性胶和水不溶性胶、按其化学结构可分为纤维素衍生物类、淀粉及其衍生物类、多糖类、蛋白质类、醚类、酯类、聚胺类等。国内一般多采用羧甲基纤维素钠(CMC),它具有较好的稠化性、悬浮性、粘合性及成膜性等性能,作为粘合剂制成的薄片抗张强度和耐撕裂度也较好,但用它生产的烟草薄片加工时易破碎,薄片的有效利用率也较低。此外,还存在色泽深、木质气重、耐水性和弹性差等缺陷,不适用于高速卷烟机和高档次卷烟的生产。有报道,聚合淀粉胶成型的薄片丝柔软、松散、弹性、耐水性、填充性均较好。Mitan等报道,用磷酸淀粉成型的薄片外观、香气、燃烧性、抗张强度等都较好。国外还有利用烟草本身的果胶等胶粘物质,而不再使用其它胶粘剂达到粘连效果。菲利普莫里斯公司的专利是在高强剪切条件下将干烟草颗粒与含有试剂的溶液相接触,以破坏烟草中果胶的碱土金属交联,用脱释的烟草内的果胶作为粘合剂。1.3.2萃取工艺的控制造纸法烟草薄片的生产过程主要包括萃取浓缩、制浆抄造、涂布干燥3大部分。萃取工序是整个生产过程的第一道工序,生产过程中工艺参数的控制将直接影响到后续的生产过程,包括能耗、水耗、产品得率、生产成本和产品质量,因此,一套行之有效的萃取工艺是至关重要的。常纪恒等人对萃取时间、萃取温度、萃取物料与水的比率、萃取次数、脱水等影响萃取效果的因素进行了实验室模拟试验,分别提出了单罐间隙式萃取和3步逆向萃取烟梗(末)的适宜条件,研究结果表明可溶物萃取率可达86%左右。2逻辑型焦油法辊压法最早出现在日本,其原理是利用物理方法,将烟末、烟梗、纤维素、粘合剂以干态混合后,加入少量水,附加剂等用压辊压制成薄片并烘干,脱膜后卷起来或切成要求形状。用辊压法制得的薄片的强度较差,单位体积重量大,填充性能低,生成焦油含量较高。但该法设备紧凑、规模小,工艺和设备较简单,耗能较少,生产成本低,适于中小规模烟厂使用。为了提高薄片内在质量与解决薄片与烟叶在生产中同步切丝的要求,日本采用加木浆纤维的生产方法,加纤量超过10%,且实现了薄片切片后与烟叶同步切丝,由于辊压法存在纤维掺兑(加纤)量低及纤维与盐分混合掺兑匀性较差两个问题,使得生产出的薄片各项物理性能指标偏低,烟厂不得不采用切丝(不切片)及烘后掺兑的工艺方法,但这不仅无助于薄片丝有效利用率的提高,同时又带来烟丝与薄片丝掺兑不均的新问题。因此,合理加纤就成了提高薄片质量的重要手段,目前主要有干法加纤、湿法加纤和加纤起皱三种加纤方法。2.1解纤机结构特点传统的干式加纤方法是利用锤击式解纤机将木浆纤维板离解成单根纤维。由于所用木浆纤维板密度较大以及锤击式解纤机自身结构存在问题,纤维的解散率较低,有相当一部分纤维呈蓬松状的纤维块,且纤维断损较多,解后纤维长度大多在1mm以下。用这种解后纤维与烟粉混合制成的薄片产品不仅白色斑点很多,而且对提高薄片抗张强度等指标效果较差。2.2纤维与不均匀湿加法是将木浆水解再脱水后与粉碎后的烟粉混合,再加入料液混合压片。湿加法的缺点一是工艺复杂,投入较大,成本较高;二是加纤不均匀,纤维的利用不充分,制成的薄片中易出现白点,且纤维消耗量大。贾玉鑫等人在《辊压法烟草薄片掺兑加潮纤维的方法及设备》这一专利中设计了一种辊压烟草薄片掺兑加潮纤维的方法,其混合比为薄片料90%,纤维丝10%。张彩云等人在对原解纤方法、加纤方法分析研究的基础上,确定了新的解纤方法、干混时间、湿混时间、搅拌速度和加水量等工艺条件,使加纤量达到15%以上。2.3辊压法烟草起褶皱的因素辊压法皱纹烟草薄片是在加纤薄片的基础上发展起来的。由于辊压法技术本身的原因,薄片的结构致密,燃烧性差,薄片丝的填充值低,这对于降低卷烟焦油量和降低消耗都是不利的,而起皱工艺能很好的弥补这些不足。影响起皱的因素主要有加纤量、浆料含水率及均匀度、胶粘剂、刀具等因素。日本烟草公司从20世纪80年代中期开始生产辊压法皱纹烟草薄片,其薄片丝的填充值可达4.5cm3/g以上,且由于加纤量较高(15%~20%左右),薄片结构疏松,燃烧性好,有利于降低卷烟焦油量,在卷烟中的掺兑量接近造纸法薄片,达到20%左右。目前,辊压法烟草薄片起皱的方法有2种,一种是利用特殊的胶粘剂,在不改变其它机械设备的情况下,利用胶粘剂对薄片基自身的粘接力和片基表面与压辊的粘附力之差实现起皱;第二种方法是利用特殊的刀具,在片基从压辊上铲剥下来的过程中,基片产生塑性变形来完成起皱过程。3在封闭剂中的应用世界上部分国家采用稠浆法生产雪茄烟内外包皮,这种方法的原理是将碎烟叶和烟梗干燥后磨成烟末,然后将粉末加到含有粘合剂、助燃剂、矿物质灰分、保湿剂和增强纤维的溶液中形成绸浆,把稠浆涂在不锈钢带上形成一层膜,经过干燥、回潮和脱膜后卷起来或切成方形。也有的稠浆法是利用烟草本身所含果胶作胶粘剂,可在调浆阶段加入氨水和磷酸氢二铵使果胶酸钙溶解,加热除氨使其再成为不溶性的果胶酸钙而起粘结作用。稠浆法薄片的强度、单位体积的重量、填充性和生成焦油量以及生产成本介于造纸法和辊压法之间。由于该法可按不同需要加入香料、保润剂和添加剂,故可以改变烟草薄片的性能。另外,该法生产的薄片外观较好,质地均匀,拉力强度与改良造纸法的薄片接近,生产设备投资不大,耗能及薄片质量中等,但不锈钢带造价较高。目前,国外的再造烟叶质量较好,而且在卷烟配方中所占的比例也较大,但再造烟叶配方同卷烟配方一样,属厂方技术机密,因此少有报道。由于中国绝大部分烟厂沿用辊压法,因此,对再造烟叶的研究也只限于辊压法再造烟叶,稠浆法再造烟叶研究未见报道。4氧生物法生产工艺由于造纸薄片法具有辊压法、稠浆法所无法比拟的优点,目前世界卷烟工业对造纸法烟草薄片的使用越来越普遍,我国对造纸法薄