造纸法再造烟叶基片干燥过程中的热分析

为解决造纸法再造烟叶基片湿片在干燥过程中强度较低的问题,采用热重分析仪和动态热机械分析仪对木浆、烟梗、碎叶、碎末4种单一原料湿片及再造烟叶基片湿片进行了分析.结果表明:①5种原料湿片干燥脱水速度的快慢顺序依次为烟梗湿片＞木浆湿片＞碎末湿片＞碎叶湿片＞再造烟叶基片湿片;②在5℃/min的升温速率下,木浆湿片的储存模量及损耗模量的峰值远高于再造烟叶原料湿片.木浆的添加有助于提高再造烟叶基片湿片的内结合力,并提高再造烟草基片的力学性能.     

烟叶原料种类对烟草颗粒热解和释烟特性的影响

为揭示颗粒型加热卷烟烟芯材料热解与烟气释放规律,采用湿法造粒技术,利用热重-红外联用装置（TG-FTIR）与锥型量热仪（CONE）,探究了烟叶原料种类对其热解与释烟特性的影响规律。结果表明:①不同种类烟叶原料制备的烟草颗粒失重过程基本一致,相较于烤烟颗粒而言,梗丝、再造烟叶、白肋烟、雪茄烟和香料烟制备的烟草颗粒最大失重速率温度向低温区偏移,且梗丝颗粒和再造烟叶颗粒易挥发性物质释放阶段的失重速率较大,该阶段烤烟颗粒具有最大失重比例,且热解完成后固体残余量最小。②红外光谱结果显示,不同烟叶原料制备的烟草颗粒气相产物释放过程基本一致,因化学成分的差异使得释放温区范围略有差异。其中碳水化合物、酚类和醇类等含羟基化合物的释放温区主要集中在150~300 ℃之间;含C=O的羰基、酯类等化合物以及CO释放过程分为两个阶段,分别为250~400 ℃和500 ℃左右;当温度超过500 ℃时,烟草颗粒热解释放出NH₃和CH₄。③梗丝、再造烟叶以及雪茄烟制备的烟草颗粒的堆积密度约在0.54~0.56 g/cm3之间,相较其他原料而言较小,但烟气释放速率较大,累积释烟总量较高,其中,梗丝颗粒起始释烟速率最大;CO与CO₂释放的整体变化趋势与释烟速率曲线变化规律一致,即释烟速率越大,CO与CO₂的释放速率越大。      

β-环糊精四元阻燃体系对再造烟叶燃烧热解性能的影响

为明确β-环糊精(β-CD)膨胀阻燃体系对再造烟叶感官评吸和燃烧热解性能的影响,以β-CD为碳源,磷酸氢二铵(DAP)为酸源和气源,柠檬酸钾(PC)和柠檬酸钠(SC)为增效剂,采用造纸法制备了β-CD复合再造烟叶样品,结合光谱分析和热分析,研究了β-CD基阻燃体系对再造烟叶的结构、感官评吸质量和燃烧热解性能的影响。结果显示:(1)配方为mβ-CD∶mDAP∶mPC∶mSC=1∶1∶1∶0.5的四元阻燃体系不改变产品原有风格,甜润感增加,刺激性减轻,总体品质和舒适性提升。(2)β-环糊精复合再造烟叶中试样及20%复合再造烟叶掺配烟丝样的总热释放量和最大热释放速率均出现不同程度的下降,复合阻燃体系促使其热解温度向高温区移动,延缓了焦炭阶段的热解,最终850℃焦炭量增加约30%。(3)复合再造烟叶中试样和20%复合再造烟叶掺配烟丝样不仅燃烧速率下降,卷烟燃烧锥最高温度也分别下降了69.2和20.6℃。     

不同类型的加热卷烟原料性能比较

  目的  为开发适用于加热卷烟烟支用原料,掌握不同制造工艺原料的物理化学特性的区别。  方法  通过收集不同的加热卷烟原料样品,采用光学显微镜法、差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）、热重红外联用（TG-IR）和裂解气相色谱质谱联用（Py/GC-MS）分析了加热卷烟原料叶丝结构及热性能。  结果  ① 光学显微镜照片显示加热卷烟用原料烟叶叶丝表面湿润,辊压法和稠浆法再造烟叶丝结构紧密,干法造纸法造纸法叶丝结构呈多孔疏松,湿法造纸法再造烟叶丝纤维结构明显,结构略疏松;②热性能分析表明叶丝、辊压法和稠浆法再造烟叶丝在50℃~400℃温度区间吸热量为（1023±150）J/g、（1280±200）J/g和（1190±180）J/g,较其它再造烟叶丝样品低,吸热量小反映了样品需要较少的外源能量即可达到目标温度;③热重红外联用和裂解气相色谱质谱联用结果表明不同工艺下的加热卷烟原料逸出气体的主要成分差别不大,主要为甘油、二氧化碳和烟碱等,稠浆法样品相较其它样品而言,在200℃~400℃下物质释放更稳定。  结论  烟丝、辊压法和稠浆法再造烟叶丝较干法和湿法再造烟叶丝结构更为致密,单位质量升高相同温度时吸热量更低,在烟支制造过程中提高发烟段原料填充量及节约加热烟具能量等方面具有优势。      

打叶复烤过程中烟草逸出香味成分的捕集与分析

为考察复烤温度与烟草逸出物乃至烟叶品质的关系,设计了一套打叶复烤过程中烟草逸出物捕集装置,对河南、云南和贵州3个产区的上、中部烟叶在打叶复烤过程中的烟草逸出物进行捕集,并结合热脱附-气相色谱/质谱联用技术对致香成分进行定性、定量分析。结果表明:1在复烤线烘烤段,随温度下降,烟草逸出物量逐渐下降,两者呈明显的相关性;2复烤温度对不同产地烟叶的影响程度差异较大。实验结果可为制定不同产地烟叶"个性化"复烤工艺提供参考。     

再造烟叶、膨胀烟丝和膨胀梗丝中挥发性成分的HS-GC/MS分析

以再造烟叶、膨胀烟丝和膨胀梗丝为研究对象,采用顶空-气相色谱-质谱法(HS-GC/MS),对顶空条件(顶空平衡温度、顶空平衡时间)和GC-MS升温条件进行优化,利用质谱库检索进行再造烟叶、膨胀烟丝和膨胀梗丝中挥发性成分的分析,旨在为再造烟叶、膨胀烟丝和膨胀梗丝提供参考数据。     

加工工艺对再造烟叶感官品质的影响

为了提高国产再造烟叶内在抽吸品质,以烟梗烟末为原料,在不同磨浆工艺下对烟梗烟末纤维形态及再造烟叶基片结构的影响,涂布液为反应温度90℃~95℃,反应时间1 h美拉德反应参数下的梗末混合浓缩液,通过气质联用仪(GC-MS)分析不同结构下再造烟叶释放的致香成分差异。结果表明,再造烟叶结构对致香成分释放影响比较显著,综合考虑能耗、纤维形态、物理结构特征及致香成分中含量较大糠醛、5-甲基糠醛、2-乙酰基-5-甲基呋喃、糠醇等醛,醇类化合物的影响因素,烟末、烟梗磨浆工艺在低于40°SR时所制备的基片结构具有较好的感官品质。     

加热非燃烧状态下再造烟叶颗粒香味成分的释放行为

为考察加热非燃烧(Heat-not-burn, HNB)卷烟烟气粒相物中香味成分的释放规律,以不同甘油质量分数的再造烟叶颗粒(RTPs)为原料,利用自主设计的HNB模拟装置在150～350℃加热,通过中心切割二维气相色谱-质谱对受热释放的粒相物香味成分进行分析。结果表明:①在350℃下,共鉴定出74种香味成分;②提高加热温度和向原料中添加甘油均可提高香味成分的释放总量,超过300℃时温度是主要影响因素,300℃以下甘油是主要影响因素;③不同类别香味成分释放量的变化趋势随温度和甘油比例的变化而有所不同,整体趋势为升温和添加甘油均会不同程度地提高香味成分的释放量,呋喃类和烯类物质的释放量随加热温度的升高先增加后降低;④再造烟叶颗粒样品的加热温度低于180℃时,烟草生物碱是构成烟气香味成分的最主要成分;温度逐渐升高后,烟草生物碱、有机酸、呋喃类为其中主要成分;300℃以上,烟草生物碱、酚类、有机酸、醛酮类物质是主要成分;氮杂环类、烯类、酯类、醇类物质的所占比例始终较少,酯类物质最少。     

造纸法再造烟叶涂布率对烟气中羰基化合物含量的影响

造纸法再造烟叶涂布物占产品干重的40%左右,对其烟气羰基化合物量有重要影响,本文采用管式炉热裂解不同品牌再造烟叶、纸基以及烟丝,用2,4-二硝基苯肼(DNPH)溶液吸收捕集烟气中的挥发性羰基化合物,通过超高效液相色谱分析其含量;测定了再造烟叶的涂布率和透气度;采用扫描电镜对样品内部的微观物理结构进行观察,分析涂布率和涂布物沉积状态对羰基化合物释放量的影响。结果表明,再造烟叶释放的羰基化合物量远高于优质烟丝,不同再造烟叶产品的释放量差异达到2倍以上,涂布物是羰基化合物尤其是乙醛的重要来源。涂布率高的再造烟叶微观孔隙少,透气度低,羰基化合物释放量大幅度提高,对再造烟叶质量产生不利影响。     

加热非燃烧型烟草制品剖析

为了解加热非燃烧型烟草制品的特点,从烟支结构、烟草材料、烟气释放等方面剖析了2种加热非燃烧型烟草制品。结果表明:①产品A和B均主要由热源、烟气产生和烟气冷凝3部分构成。②2种产品中产生烟气的烟草材料均为再造烟叶,其中甘油的质量分数均较高,烟碱总质量分数均明显低于传统卷烟烟叶原料,且主要为游离烟碱。产品A冷凝腔的再造烟叶进行了明显的加香处理,产品B的再造烟叶中明显添加了多种呈烟熏香韵的酚类化合物。③产品A的热源温度最高可超过500℃,部分再造烟叶发生了燃烧;产品B的热源温度为300℃左右,不会引起再造烟叶燃烧。④2种产品的烟气焦油释放量均显著低于传统卷烟,产品A的烟气中检出大量甘油酯,产品B的烟气中糖类裂解成分及水分的释放量较高。     

烟草热失重质量损失与苯酚释放量的关系

为预测各单等级烟草热解时苯酚的释放量变化,选用15 种代表性的烟草样品(13 种国内外不同产地的单等级烟丝、1 种再造烟叶丝和1 种梗丝),采用热失重与烟草热解实验相结合的方法,建立了烟草热失重质量损失与苯酚释放量的数学关系,并用5 种单料烟进行了验证。结果表明:烟草在200~400 ℃温度段热解时,半纤维素、纤维素和木质素是苯酚的主要来源,其中木质素的贡献最大;除再造烟叶丝外,其他烟草样品苯酚释放量随3 种物质质量损失的增大呈线性增加趋势。在标准抽吸模式下,5 种单料烟烟气中苯酚的释放量检测结果与通过数学关系预测的结果基本一致。该方法简单、快速、准确,适用于预测各单等级烟草苯酚的释放量。      

不同工艺电加热卷烟再造烟叶主要成分的释放性能

为研究电加热卷烟专用再造烟叶主要成分的释放性能,对干法、造纸法、稠浆法和辊压法再造烟叶进行了微观形貌分析,并利用管式炉加热装置对气溶胶捕集物（ACM）、烟碱、甘油和水分等主要组分进行分析,考察再造烟叶含水率、甘油质量分数和加热温度对释放量、释放率、捕集率和逐口释放稳定性等释放性能指标的影响。结果表明：(1)不同再造烟叶的微观结构和释放率差异较大。相比于其他再造烟叶,辊压法再造烟叶结构更为均匀、致密,主要组分的逐口释放稳定性更好。(2)再造烟叶含水率增大使烟碱和甘油最大释放量对应的抽吸口数序号后移,但对释放量的影响因原料类型不同而有所差异。(3)再造烟叶甘油质量分数升高能不同程度地促进气溶胶捕集物、甘油和水分的释放,对烟碱的影响因原料类型不同而有所差异。(4)在160～250℃范围内,加热温度越高,主要组分的释放率越高,但逐口稳定性越差。存在兼顾主要组分释放量、释放率和逐口释放稳定性的加热卷烟再造烟叶最佳加热温度范围。     

加热状态下烟草烟气香味成分释放特征

为考察烟叶原料在加热状态下的烟气香味成分释放特征,利用实验室加热装置在200℃~500℃下对烤烟(B2F、C3F、X2F)、香料烟(B1、B2)及白肋烟(B2F、C3F)等7种不同类型及部位的烟丝样品进行加热,并对烟气粒相物中的香味成分进行了GC/MS分析。结果表明:(1)随着加热温度的升高,香味成分释放总量及醛酮类、含氮类和脂肪烃类物质释放量显著增大,但加热温度≥400℃时变化不明显。(2)有机酸及呋喃和吡喃类物质释放量先升高后降低,其中有机酸在400℃时释放量最大,呋喃和吡喃类物质在350℃时释放量最大。(3)酚类和芳烃类物质释放量呈增大趋势,加热温度≤300℃时其释放量很小,随后急剧增大,加热温度≥400℃时变化趋缓。(4)加热温度≤350℃时,醛酮类、呋喃和吡喃类物质的单位焦油释放量明显较高,而酚类和芳烃类物质的单位焦油释放量很小;加热温度350℃时,酚类和芳烃类物质的单位焦油释放量显著增大。(5)不同烟叶类型对加热状态下烟气香味成分释放特征的影响较大,但烟叶部位的影响不明显。     

再造烟叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝的燃烧特性

为了解再造烟叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝的燃烧特性,利用锥形量热仪研究了三者在燃烧过程中热释放、烟气释放、质量损失、CO和CO2释放等关键燃烧特征参数的变化。结果表明:①膨胀梗丝的易燃性差于再造烟叶丝和膨胀烟丝;②在有焰燃烧阶段,膨胀烟丝较再造烟叶丝和膨胀梗丝具有更快速的烟气释放速率,而在阴燃阶段,膨胀烟丝的烟气释放速率明显低于再造烟叶丝;③在整个燃烧过程中,膨胀梗丝的发烟量均小于膨胀烟丝和再造烟叶丝。在阴燃阶段,再造烟叶丝的发烟量高于膨胀烟丝;④在阴燃状态下再造烟叶丝、膨胀烟丝和膨胀梗丝的CO释放速率都明显高于有焰燃烧阶段,CO2释放速率则相反;在整个燃烧过程中,膨胀梗丝较膨胀烟丝和再造烟叶丝生成了更多的CO和更少的CO2。     

“三丝”掺兑量对卷烟主流烟气有害成分释放量的影响

为考察膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶(简称“三丝”)掺兑量对主流烟气有害成分释放量的影响规律,在控制烟支硬度一致的条件下,制备了15种不同“三丝”掺兑量的卷烟,对其烟丝重量、吸阻、抽吸口数及主流烟气中焦油、烟碱、CO、氢氰酸、NNK、氨、BaP、苯酚、巴豆醛的释放量进行了测定,并建立了“三丝”掺兑量与上述有害成分释放量的回归方程.结果表明:①膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量增加10％,烟丝重量分别减少约1.8％,31％和1.3％,卷烟抽吸口数均减少约0.4口;膨胀梗丝或膨胀烟丝掺兑量增加10％,卷烟吸阻均增加约3.0％;②随着膨胀梗丝掺兑量增加,CO和巴豆醛释放量增加,其它7项有害成分释放量降低;随着膨胀烟丝掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、CO、BaP、氨和苯酚释放量降低;随着再造烟叶掺兑量增加,巴豆醛释放量增加,焦油、烟碱、氢氰酸、BaP、氨和苯酚释放量降低;③通过增加膨胀梗丝、膨胀烟丝或再造烟叶掺兑量,可以选择性降低卷烟主流烟气中的BaP、氨和苯酚.     

部分国产烟草样品的热重分析

为了解国产烟草样品的热失重情况,对部分国产烟草样品进行了热重分析.结果表明:①在室温～500℃,烟草的非等温失重过程由失去吸附水和结晶水、小分子化合物挥发和分解、大分子化合物的裂解和结焦过程4个阶段组成,其热解的主要阶段在220～410℃;②可以根据热失重DTG曲线将烤烟、白肋烟和香料烟烟叶区分开;③膨胀烟丝和再造烟叶与膨胀梗丝的热失重性质有明显差异,膨胀烟丝和再造烟叶的热失重性质比较接近;④2007年云南、湖南、湖北、河南和福建生产的K326的C3F烟叶样品的热失重TG曲线变化不大,但其热失重DTG曲线具有一定的差异,主要反映在不同阶段热失重量的差异.     

再造烟叶烟气中29种有机酸的定量测定

为考察不同种类再造烟叶烟气中有机酸质量分数的差异,搭建了管式烟气捕集装置,建立了再造烟叶烟气中29种有机酸的定量分析方法,并采用硅烷化衍生联合GC-MS/MS技术测定不同条件下烟气中有机酸的释放量,对不同类型初烤烟叶及由其制成的再造烟叶中有机酸的质量分数进行了比较研究。结果表明：(1)29种有机酸的检出限为0.83～17.57 ng/g,不同添加水平的加标回收率在85.68%～108.32%范围内,RSD值在1.19%～7.66%之间,该方法适用于烟草中有机酸的定量检测。(2)利用该方法在不同温度和环境氛围下对初烤烟叶和再造烟叶进行检测,发现再造烟叶中的有机酸总质量分数均大于初烤烟叶;有氧氛围有利于有机酸的释放,且加热温度为250～300℃时有机酸的释放量最大。     

不同温度条件下烟丝—发烟剂体系热物性研究

采用瞬态平面热源法对加热非燃烧烟草制品的烟丝-发烟剂(丙三醇与丙二醇质量比51)体系的热物性进行研究,分析含水率和发烟剂含量对再造烟叶丝和烤烟丝热物性的影响。结果表明,随温度(22~75℃)的升高,烟草物料导热系数增大[再造烟叶丝0.06~0.12 W/(m·K)、烤烟丝0.06~0.16 W/(m·K)],热扩散系数减小(再造烟叶丝0.33~0.05mm2/s、烤烟丝0.40~0.09mm2/s),体积热容增大[再造烟叶丝0.17~2.70 MJ/(m3·K)、烤烟丝0.15~1.45 MJ/(m3·K)];随含水率(湿基含水率0%~13%)的增大,烟草物料导热系数增大、热扩散系数减小、体积热容增大;随发烟剂含量(0%~25%)的增大,烟草物料导热系数呈增大趋势,但变化很小[再造烟叶丝增大0.005 W/(m·K),烤烟丝增大0.006 W/(m·K)],热扩散系数减小(再造烟叶丝减小0.069mm~2/s,烤烟丝减小0.069 mm2/s),体积热容增大[再造烟叶丝增大0.106 MJ/(m3·K),烤烟丝增大0.138 MJ/(m3·K)]。     

应用裂解-同步辐射光电离质谱法研究烟草样品的热裂解

为了在线和实时检测烟草样品的热裂解产物,采用裂解-同步辐射光电离质谱技术在不同的光子能量下研究了两种不同类型卷烟烟丝样品的热分解,探讨了温度对产物的影响,并重点考察、对比了两种卷烟样品的甲烷、水、氢氰酸、甲醇、丙酮和烟碱6种裂解产物释放量随温度的变化.结果表明:①在不同的光子能量下,可以利用同步辐射光电离质谱对不同电离能的烟草裂解产物进行实时分析;②在不同温度下,裂解产物的形成大体上表现出3种类型的变化规律,甲烷、氢氰酸、水和丙酮的释放量随温度升高而升高;甲醇先升高后下降;烟碱则随温度升高而逐步下降;③烟叶原料的组成对裂解产物的释放也有明显影响.     

不同原料稠浆法再造烟叶加热卷烟的气溶胶释放特性

  目的  研究稠浆法再造烟叶原料类型对加热卷烟气溶胶释放特性的影响。  方法  选取代表性类型烟叶为原料, 制成稠浆法再造烟叶并卷制成加热卷烟, 比较加热条件下释放的气溶胶粒数浓度、粒数中值直径(CMD)、烟雾量和香气成分。  结果  (1) 不同类型的上部烟叶, 粒数浓度为烤烟和晒黄烟高, CMD为晒黄烟、烤烟和香料烟大, 烟雾量为晒黄烟和烤烟大。(2)不同类型烟叶原料再造烟叶热解释放的香气成分差异明显, 白肋烟为原料的样品产生的茄尼酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、生物碱代谢物麦斯明和可替宁、吡嗪和吡啶类氮杂环物质多; 晒黄烟为原料的样品产生的5-羟甲基糠醛和糠醛等醛类、4-羟基-2, 5-二甲基-3(2H)-呋喃酮等酮类、糠醇、愈创木酚、麦斯明、可替宁多; 晒红烟为原料的样品产生的吡嗪类、生物碱代谢物多; 香料烟为原料的样品产生的苯乙醛多; 烤烟为原料的样品产生的香气成分大多处于居中水平, 且受烤烟香型和烟叶部位的影响。  结论  通过稠浆法再造烟叶原料的选用, 可改变产生的气溶胶粒径、浓度及香气成分释放量。