前言：本站為你精心整理了香煙保潤劑制備研究范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

本文作者：伍錦鳴卓浩廉作者單位：廣東中煙工業(yè)有限責任公司技術中心

在卷煙生產、運輸、貯存、銷售和吸食過程中，保潤劑具有保持煙葉水分，增加柔韌性，減少造碎、降低刺激性和改善吃味的作用[1]。因此，很早之前，各國的煙草工作者就開始對各種物質的保潤作用及其對卷煙吃味和煙氣化學組成的影響進行研究，其中研究最多的是多元醇類[2]。如今，丙二醇、甘油和山梨醇是最常見的傳統(tǒng)煙草保潤劑[3]。

淀粉是一類多糖類物質，是右旋葡萄糖聚合物。一般來講，通過將強親水性基團引入到淀粉分子結構中，可以大幅度提高其吸水和保水能力，通常向淀粉大分子中引入的強親水性基團包括：-OH、-COOH、-COONa-CH2COONa、-CH2CH2OH等。羧甲基淀粉和氧化淀粉就是兩類分子結構中含有-COOH、-COONa基團的變性淀粉。羧甲基淀粉（CMS）是淀粉在堿性條件下與一氯乙酸或者其鈉鹽通過醚化反應生成的一種陰離子淀粉。其基本的反應機理是利用淀粉分子葡萄糖殘基上C2、C3和C6上的羥基所具有的醚化反應能力，與CH2ClCOOH在NaOH存在的堿性環(huán)境中發(fā)生了雙分子親核取代反應。氧化淀粉是指淀粉在酸、堿、中性介質中與氧化劑作用所得的一種變性淀粉。制備氧化淀粉常用的氧化劑有次氯酸鈉、過氧化氫、高錳酸鉀及過硫酸鹽等。

1材料與設備

淀粉：馬鈴薯淀粉優(yōu)級品，天津市文星淀粉有限公司；鹽酸：分析純，萊陽市雙雙化工有限公司；氫氧化鈉：分析純，天津市凱通化學試劑有限公司；H2O2：30%，試劑級；氯乙酸：分析純，濮陽市普天化工有限公司；硫代硫酸鈉：分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；乙醇：分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；純凈水：市售；燒杯：50mL、100mL；天平：METTLERTOLEDOPR503(千分之一)；酸度計：雷磁，PHSJ-4A；水浴鍋；三口燒瓶；玻璃棒；攪拌器；電爐。

2實驗方法

2.1改性淀粉保潤劑制備

2.1.1羧甲基化改性淀粉制備改性淀粉保潤劑

絕干淀粉300g，加鹽酸溶液，混合攪拌10min，在120℃下反應3h得到白色固體，中和過量的酸，過篩，糊精。將無水乙醇和蒸餾水按體積比1:1混合，邊攪拌邊加入一定量糊精，使糊精濃度達到0.35g/mL，調勻后加入到帶攪拌器和冷凝收集裝置的密閉三口燒瓶中，并將反應器放置在恒溫水浴鍋中，加入一定量的無水乙醇和NaOH溶液，攪勻后升溫至40℃，持續(xù)攪拌1h，再將配制好的氯乙酸溶液加入燒瓶中，升溫到55℃反應4h，反應完成后加入冰醋酸，中和至pH值6.5~7.0，過濾，用乙醇(體積分數(shù)95%)洗滌，在(40±1)℃下干燥，得到粉末狀的羧甲基淀粉。

2.1.2氧化改性淀粉制備改性淀粉保潤劑

絕干淀粉300g，加鹽酸溶液，混合攪拌10min，在120℃下反應3h得到白色固體，中和過量的酸，過篩，糊精。在配備電動攪拌器和恒溫水浴裝置的三口燒瓶中按計量加入糊精和去離子水，調配成40%乳液，用質量濃度為30%NaOH溶液調節(jié)pH至l0.0~11.0。升至指定溫度，在15min內滴加H2O2，用質量濃度為3%的NaOH溶液維持pH值在指定的范圍，保溫反應1h。氧化結束后，加入1%硫代硫酸鈉，還原沒反應的H2O2，反應10min，再用質量濃度為20%HCl溶液中和。將中和后的產物抽濾，用乙醇／水洗滌，去除雜質，干燥后粉碎過篩。

2.2改性淀粉吸水性能實驗

稱取0.200g改性淀粉置于燒杯中，加人100mL水，室溫下浸泡1h后，用自制尼龍網過濾并靜置5min然后稱其質量，按公式計算吸水率AW[公式為AW=(吸水后凝膠質量/0.200)-1]。

2.3羧基含量測定

改性淀粉保潤劑羧基含量的測定按標準方法[4]進行測定。

2.4改性淀粉保潤劑溶解性能實驗

將改性淀粉保潤劑逐漸加入到水中，同時不斷攪拌，可適當加熱，考察改性淀粉保潤劑在水中的溶解性能。用不同濃度的酒精水溶液作為溶劑，改性淀粉保潤劑作為溶質，配成20%的改性淀粉保潤劑酒精水溶液，可適當加熱，考察改性淀粉保潤劑在不同濃度的酒精水溶液中的溶解性能。

2.5保潤性能評價方法研究

文獻的調研結果表明[5]，煙絲在恒溫恒濕的條件下，放置48h后，其含水率會保持在一個相對恒定的數(shù)值上，即平衡含水率。因此，通過測定煙絲的平衡含水率，即可以比較不同保潤劑的保潤性能。

2.5.1培養(yǎng)皿恒重

將編寫有號碼的潔凈的培養(yǎng)皿放入烘箱中，在100℃烘干2h，取出培養(yǎng)皿，放入硅膠干燥器中冷卻到室溫（約35min），立即稱重m0，重復以上操作，直至培養(yǎng)皿質量恒定。

2.5.2平衡煙絲

將煙絲樣品均勻平攤在表面皿中，在溫度22℃，濕度40%條件下平衡48h，迅速將煙絲取入培養(yǎng)皿（2.5.1）中，加蓋立即稱重mi。

2.5.3烘干煙絲

將培養(yǎng)皿蓋子打開，一同放入烘箱中，在100℃烘干2h，加蓋取出培養(yǎng)皿，立即放入硅膠干燥器中冷卻到室溫（約35min），立即稱重m''''。2.5.4結果計算試樣的平衡含水率按以下過程進行計算。烘干前煙絲重量：m前=mi-m0烘干后煙絲重量：m后=m''''-m0水分含量W%=100%×(m前-m后)/m前考察培養(yǎng)皿大小、煙絲樣品取樣量和每次試驗樣品數(shù)目對平衡含水率測定結果的影響。

2.6改性淀粉的煙絲保潤性能及與傳統(tǒng)保潤劑比較研究

2.6.1培養(yǎng)皿恒重

將編寫有號碼的潔凈的培養(yǎng)皿放入烘箱中，在100℃烘干2h，取出培養(yǎng)皿，放入硅膠干燥器中冷卻到室溫（約35min），立即稱重，重復以上操作，直至培養(yǎng)皿質量恒定，記錄質量m0t。

2.6.2制備添加不同保潤劑的煙絲樣品

用喉頭噴霧器將保潤劑（改性淀粉保潤劑、丙二醇、甘油、山梨醇）水溶液均勻添加到煙絲中，保潤劑的添加量分別為0.5%、1.0%，以未添加任何保潤劑的煙絲樣品為對照，將煙絲放置在溫度22℃，相對濕度60%的條件下平衡48h，備用。

2.6.3平衡煙絲

將煙絲樣品均勻平攤在表面皿中，在恒溫恒濕的條件下平衡48h，迅速將煙絲取入培養(yǎng)皿（2.6.1）中，加蓋立即稱重mit。實驗溫濕度條件分別為：溫度22℃，相對濕度40%、80%；

2.6.4烘干煙絲

將培養(yǎng)皿蓋子打開，一同放入烘箱中，在100℃烘干2h，加蓋取出培養(yǎng)皿，立即放入硅膠干燥器中冷卻到室溫（約35min），立即稱重m''''t。

2.6.5結果計算

試樣的平衡含水率按以下過程進行計算。烘干前煙絲重量：m前t=mit-m0t烘干后煙絲重量：m后t=m''''t-m0t水分含量W%=100%×(m前t-m后t)/m前t

3結果與討論

3.1羧甲基化與氧化改性淀粉吸水性能比較

按2.2中描述的方法測定羧甲基化與氧化改性淀粉吸水性能，結果見表1。由表1的結果可知，雙氧水氧化改性淀粉吸水性能略高于羧甲基化改性淀粉。且羧甲基淀粉的成本偏高、系列化品種少，同時在生產過程中存在著反應流程長、后處理困難（雜質氯化鈉、氯乙酸鈉等，難以去除）、廢水污染等問題。而采用雙氧水氧化淀粉，過量的雙氧水最終分解為水，不影響產品的純度，是一個較為理想的綠色工藝。最終確定采用雙氧水氧化法制備改性淀粉保潤劑。

3.2氧化法改性淀粉保潤劑制備條件優(yōu)化

以往的研究結果表明，隨著羧基含量的增加，淀粉的平衡吸水率逐漸增加，這也就意味著其保潤能力逐漸增加。本實驗采用過氧化氫作為氧化劑來制備氧化淀粉保潤劑?？疾爝^氧化氫用量、反應溫度、反應時間等條件對淀粉中羧基生成量的影響，優(yōu)化改性淀粉保潤劑的制備反應條件，羧基含量的測定按標準方法[6]進行測定。由圖1可以看出，在一定條件下，隨著體系中過氧化氫用量的增加，產物中的羧基含量也隨著增加。這主要是由于隨著過氧化氫用量的增加，淀粉分子中羥基被氧化的數(shù)目也增加，氧化程度增大，所以-COOH含量增加。由圖2可以看出，在一定的反應條件下，隨著反應溫度的升高，產物中的羧基含量也隨著增加。這可能是由于在當前的溫度范圍內，溫度的升高有利于淀粉顆粒的膨脹，并且提高了反應試劑的流動性，使得氧化劑容易滲透到淀粉顆粒中，從而提高了反應速度，結果使得-COOH含量增加。因此，本實驗中反應溫度確定60℃為宜。由圖3可以看出：在一定的反應條件下，隨著反應時間的延長，產物中的-COOH含量逐漸增加。而反應4h后的產物的羧基含量同3h的相差不大，因此，本實驗的反應時間選取為3h。綜上所述，優(yōu)化后雙氧水氧化制備改性淀粉保潤劑制備反應條件為：過氧化氫用量10%、反應溫度確定60℃、反應時間3h。

3.3改性淀粉保潤劑溶解性能實驗

由表2的結果可知，改性淀粉保潤劑具有良好的親水性，因此它幾乎可以與水以任何比例混溶，常溫下實際在水中的溶解度可以高達60%。由于在高濃度下表現(xiàn)出一定的粘度，因此一般情況下推薦使用濃度不高于60%。由表3的結果可知，改性淀粉保潤劑在酒精水溶液中有一定的溶解性。

3.4保潤性能評價方法研究

文獻的調研結果表明[3]，煙絲在恒溫恒濕的條件下，放置48h后，其含水率會保持在一個相對恒定的數(shù)值上，即平衡含水率。因此，通過測定煙絲的平衡含水率，即可以比較不同保潤劑的保潤性能。檢測方法見2.6。

3.4.1培養(yǎng)皿規(guī)格對平衡水分測定結果的影響

按2.5保潤性能評價方法研究中描述的方法，分別用直徑為120mm和55mm的培養(yǎng)皿，測定煙絲樣品在溫度22℃，相對濕度40%條件下的平衡含水率，實驗中煙絲的取樣量為2.5g左右。平行測定五次。由表4的測定結果可知，用尺寸大的培養(yǎng)皿測定煙絲樣品的平衡含水率，五次測定結果之間的標準差小，結果更穩(wěn)定可靠。

3.4.2煙絲取樣量對平衡水分測定結果的影響

按2.5保潤性能評價方法研究中描述的方法，用直徑為120mm的培養(yǎng)皿，測定煙絲樣品在溫度22℃，相對濕度40%條件下的平衡含水率，實驗中煙絲的取樣量分別為2.5、5.0、7.5g左右，平行測定五次。由表5的測定結果可知，隨著煙絲取樣量的增加，煙絲平衡含水率測定結果之間的標準差依次降低，說明煙絲取樣量越大平衡含水率的測定結果越穩(wěn)定可靠。由于增加試驗煙絲的取樣量，例如煙絲取樣量達到20g或者更多，相應盛放煙絲的培養(yǎng)皿尺寸規(guī)格也要求變大，培養(yǎng)皿尺寸太大，在恒溫恒濕箱中對氣流的流動的阻礙也相應變大，影響溫濕度的均勻性。而且培養(yǎng)皿尺寸太大，煙絲烘干過程中也容易造成溫度差異。本實驗中煙絲取樣量7.5g時，煙絲平衡含水率測定結果之間的標準差為0.066%，已經可以滿足保潤性能對比分析。因此結合上述因素的分析，推薦煙絲取樣量為7~8g。

3.4.3試驗樣品數(shù)目對平衡水分測定結果的影響

按2.5保潤性能評價方法研究中描述的方法，用直徑為120mm的培養(yǎng)皿，煙絲的取樣量為7.5g左右，測定煙絲樣品在溫度22℃，相對濕度40%條件下的平衡含水率。分別平行測定5次和9次。由于煙絲平衡含水率是煙絲與外界環(huán)境達到的一個動態(tài)平衡的狀態(tài)下的水分含量，實驗過程中取樣、稱量、冷卻等操作都會破壞這個動態(tài)平衡，每次試驗的樣品數(shù)目越多，所用的時間越長，對動態(tài)平衡狀態(tài)的影響也越大，因此，有必要考察試驗樣品數(shù)目對平衡水分測定結果的影響。由表6的測定結果可知，每次實驗的樣品數(shù)目越多，煙絲平衡含水率測定結果之間的標準差變大，說明對試驗樣品數(shù)目應加以控制，以期得到相對比較穩(wěn)定可靠的測定結果。但是試驗樣品數(shù)太少又勢必會增加實驗的次數(shù)，這樣很容易出現(xiàn)實驗批次之間的差異，因此推薦每次實驗的樣品數(shù)目盡量不超過8個。

3.5改性淀粉的煙絲保潤性能及與傳統(tǒng)保潤劑的比較研究

按照2.6改性淀粉的煙絲保潤性能及與傳統(tǒng)保潤劑比較研究中描述的方法制備添加不同種類與含量保潤劑的煙絲樣品，測定在不同溫濕度條件下的平衡含水率，對改性淀粉保潤劑與傳統(tǒng)保潤劑的保潤性能進行比較。由表7的測定結果可知：

（1）添加保潤劑的煙絲平衡含水率高于未添加保潤劑的對照煙絲，說明使用保潤劑能夠增加煙絲的水分含量，提高煙絲的平衡含水率；

（2）添加量為0.5%時，在22℃、相對濕度40%的環(huán)境條件下，使用改性淀粉保潤劑煙絲的平衡含水率為7.54%，使用丙二醇、山梨醇和甘油的煙絲平衡含水率分別為7.59%、7.35%和7.34%，改性淀粉保潤劑的保潤性能與丙二醇相當，高于山梨醇和甘油；在22℃、相對濕度80%的環(huán)境條件下，使用改性淀粉保潤劑煙絲的平衡含水率為24.26%，使用丙二醇、山梨醇和甘油的煙絲平衡含水率分別為23.60%、23.42%和23.18%，改性淀粉保潤劑的保潤性能高于丙二醇、山梨醇和甘油；

（3）添加量為1.0%時，在22℃、相對濕度40%的環(huán)境條件下，使用改性淀粉保潤劑煙絲的平衡含水率為7.83%，使用丙二醇、山梨醇和甘油的煙絲平衡含水率分別為7.78%、7.97%和7.88%，改性淀粉保潤劑的保潤性能與丙二醇、甘油相當，稍微低于山梨醇；在22℃、相對濕度80%的環(huán)境條件下，使用改性淀粉保潤劑煙絲的平衡含水率為24.62%，使用丙二醇、山梨醇和甘油的煙絲平衡含水率分別為24.46%、24.67%和24.46%，改性淀粉保潤劑的保潤性能高于丙二醇、山梨醇和甘油；綜上所述，在22℃、相對濕度40%的環(huán)境條件下，改性淀粉保潤劑與丙二醇、山梨醇和甘油的保潤性能基本相當；在22℃、相對濕度80%的環(huán)境條件下，改性淀粉保潤劑的保潤性能高于丙二醇、山梨醇和甘油。由于在22℃、相對濕度40%的環(huán)境條件下，煙絲平衡含水率低，測量的絕對數(shù)值小，測量誤差相對測量的絕對數(shù)值大，測定結果的穩(wěn)定性相對較差，保潤劑之間的差異不易測定；在22℃、相對濕度80%的環(huán)境條件下，煙絲平衡含水率高，測量的絕對數(shù)值大，測量誤差也相對較小，測定結果的穩(wěn)定可靠，表明改性淀粉保潤劑的保潤性能高于丙二醇、山梨醇和甘油，上述實驗是在實驗室中小樣得出的結果，因此需要對改性淀粉保潤劑進行卷煙應用試驗，驗證改性淀粉保潤的應用效果。

4結論

4.1通過羧甲基化與氧化反應制備了兩種改性淀粉，并對它們的吸水性能進行了測定，結果表明雙氧水氧化改性淀粉吸水能力略好，且反應產物純度高，最終確定采用雙氧水氧化法制備改性淀粉保潤劑。

4.2優(yōu)化了改性淀粉保潤劑制備反應條件，增加改性淀粉保潤劑中羧基的含量，提高了其吸水性能。制備反應條件為：過氧化氫用量10%、反應溫度確定60℃、反應時間3h。

4.3溶解性試驗結果表明，改性淀粉保潤劑在水中有較好的溶解性，在酒精水溶液中也有一定的溶解性能，可在卷煙加料的過程中與料液一起添加到卷煙中，不改變卷煙生產現(xiàn)有的工藝條件。

4.4分析了培養(yǎng)皿規(guī)格、煙絲取樣量和試驗樣品數(shù)目對恒溫恒濕箱測定煙絲平衡含水率測定結果的影響；

4.5采用平衡含水率評價保潤劑的保潤性能，結果表明，該改性淀粉保潤劑的保潤性能高于丙二醇、山梨醇和甘油。