本發(fā)明涉及一種卷煙濾嘴添加劑及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

卷煙煙氣中的氨不僅影響卷煙的吸味，還會(huì)刺激人體的視覺(jué)和呼吸系統(tǒng)，影響人體健康，是公認(rèn)的卷煙煙氣有害成分之一，所以降低卷煙主流煙氣中的氨釋放量能減少煙氣對(duì)人體的危害。目前降低卷煙煙氣中氨釋放量的添加劑有較多研究，如有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化介孔膦酸鈦材料、鈦酸鹽納米管、羧基聚苯乙烯磁性微球復(fù)合材料等。但是這些添加劑的合成工藝復(fù)雜，投入成本高，在一定程度上限制了他們商業(yè)化和生產(chǎn)化的推廣應(yīng)用。

磷酸酯淀粉是原淀粉與磷酸鹽發(fā)生酯化反應(yīng)而生成的一種淀粉衍生物，磷酸酯淀粉帶有電荷，是陰離子高分子電解質(zhì)，在和水分接觸碰撞后，磷酸基團(tuán)的陰離子特性得以發(fā)揮作用，從而吸附煙氣中的部分帶有正電荷的銨態(tài)成分，可以達(dá)到選擇性降低煙氣中氨釋放量的效果。

磷酸酯玉米淀粉的取代度越大，其表面的磷酸基團(tuán)越多，陰離子作用越明顯，對(duì)卷煙煙氣中氨的吸附效果越好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種卷煙濾嘴添加劑及其應(yīng)用，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是遴選并制備合適的卷煙濾嘴添加劑，使其添加到卷煙濾嘴中可以達(dá)到選擇性吸附卷煙煙氣中氨的效果，而又不改變卷煙原有品質(zhì)的性質(zhì)。

本發(fā)明卷煙濾嘴添加劑，為磷酸酯玉米淀粉。

所述磷酸酯玉米淀粉的取代度為0.0843-0.0924。

所述磷酸酯玉米淀粉是通過(guò)如下方法制備得到的：

1、用水分測(cè)定儀測(cè)定玉米淀粉的水分含量；

2、計(jì)算需要添加的水量以使玉米淀粉的水分含量達(dá)到21-24％；

3、將三聚磷酸鈉溶解于步驟2計(jì)算的所需添加的水中，混合均勻，用磷酸調(diào)節(jié)pH值至6.0；三聚磷酸鈉的質(zhì)量為玉米淀粉干基質(zhì)量的8-10％；

4、將步驟3配制的三聚磷酸鈉溶液噴灑至玉米淀粉中，并混合均勻；

5、測(cè)定步驟4獲得的混合物的水分含量，并調(diào)整其水分含量至21-24％；

6、將步驟5獲得的混合物加入擠壓膨化機(jī)中，110-120℃、110-120r/min的條件下反應(yīng)，粉碎并過(guò)60-80目篩后獲得成品。

擠壓技術(shù)是通過(guò)水分、熱能、機(jī)械剪切和壓力等綜合作用對(duì)物料進(jìn)行膨化的一種技術(shù)。在擠壓過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行的高溫、高壓、高剪切作用，具有高溫短時(shí)擠壓蒸煮的特點(diǎn)，能節(jié)省能源，擠壓機(jī)反應(yīng)過(guò)程中無(wú)廢水、廢氣問(wèn)題。利用擠壓機(jī)作為酯化反應(yīng)的反應(yīng)器，制備磷酸酯玉米淀粉，擠壓處理使淀粉分子間氫鍵斷裂，破壞了淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)物分子進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，反應(yīng)比較徹底，磷酸酯玉米淀粉的取代度較高，而且可以形成蓬松多孔的結(jié)構(gòu)，大大增加了比表面積，增加了磷酸酯淀粉的用途，可以作為新型卷煙濾嘴添加劑。

本發(fā)明卷煙濾嘴添加劑所用原料是玉米淀粉，它是一種天然產(chǎn)物，香氣柔和，并且資源豐富、成本低廉。本發(fā)明卷煙濾嘴添加劑的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，并且制備的磷酸酯玉米淀粉的取代度高，具有蓬松多孔的結(jié)構(gòu)，大大增加了比表面積，添加到卷煙濾嘴中可以達(dá)到選擇性吸附煙氣中氨的效果，而不改變卷煙原有品質(zhì)的性質(zhì)。

所述磷酸酯玉米淀粉作為卷煙濾嘴添加劑應(yīng)用，置于卷煙濾嘴的兩截濾棒之間，用量為15mg/支。

實(shí)驗(yàn)表明，每支卷煙使用本吸附劑15mg的情況下吸阻值適中，卷煙煙氣細(xì)膩度有所提升，煙氣豐滿度幾乎無(wú)變化。而添加25mg以上的吸附劑對(duì)卷煙的吸阻影響較大。

本發(fā)明利用擠壓膨化機(jī)作為酯化反應(yīng)的反應(yīng)器，制備的磷酸酯玉米淀粉取代度高，可以形成蓬松多孔的結(jié)構(gòu)，大大增加了比表面積，作為新型卷煙濾嘴添加劑，具有選擇性吸附煙氣中氨的效果。

附圖說(shuō)明

圖1是原玉米淀粉與擠壓膨化磷酸酯玉米淀粉的掃描電鏡圖(×5000)。從圖1可以看出，玉米原淀粉顆粒呈多角形，表面光滑；經(jīng)過(guò)擠壓后的磷酸酯玉米淀粉顆粒形貌發(fā)生了很大的變化，淀粉顆粒被破壞，變得蓬松，形成了許多孔狀結(jié)構(gòu)，是因?yàn)榈矸垲w粒在擠壓膨化過(guò)程中由于高溫高壓高剪切作用，分子間氫鍵斷裂，發(fā)生糊化作用，呈分散狀態(tài)，壓力突然釋放，水分迅速脫去，淀粉分子來(lái)不及重排，淀粉被瞬時(shí)膨脹、干燥，因此形成了蓬松多孔的結(jié)構(gòu)。

圖2是玉米淀粉與擠壓后的磷酸酯玉米淀粉的紅外光譜圖。根據(jù)圖2，與玉米原淀粉的紅外光譜對(duì)比，擠壓后的玉米淀粉與玉米原淀粉的圖譜基本一致，沒(méi)有新的吸收峰出現(xiàn)，說(shuō)明擠壓處理不會(huì)改變玉米淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)。從擠壓后的磷酸酯玉米淀粉圖譜可以看出在2341cm^-1處出現(xiàn)了一個(gè)新的峰，此峰為P＝O的伸縮振動(dòng)峰，表明淀粉經(jīng)磷酸酯化改性后，在淀粉脫水葡萄糖單元羥基上成功引入了磷酸基團(tuán)，淀粉被磷酸酯化。根據(jù)原玉米淀粉的紅外光譜吸收特征，P-O-C的伸縮振動(dòng)峰對(duì)應(yīng)著原淀粉分子吡喃環(huán)中C₆-O，在1000cm^-1附近，從紅外圖譜中可以看到該峰在1019cm^-1出現(xiàn)。而每個(gè)葡萄糖單元只有一個(gè)C₆-OH，且它的化學(xué)反應(yīng)活性在脫水葡萄糖單元所連的羥基中最高，最易參與化學(xué)反應(yīng)而消失，因此在與磷酸鹽的酯化反應(yīng)過(guò)程中只會(huì)因參與取代反應(yīng)而減少，就是說(shuō)，在紅外光譜圖中，它所對(duì)應(yīng)的峰強(qiáng)度應(yīng)該會(huì)減弱，但是擠壓后的磷酸酯玉米淀粉的紅外光譜圖顯示，該峰的強(qiáng)度沒(méi)有明顯的削弱，這可能是因?yàn)橐氲腜-O-C彌補(bǔ)了C₆-OH因參與反應(yīng)而造成峰強(qiáng)度的削弱，進(jìn)一步說(shuō)明玉米淀粉被磷酸酯化。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明卷煙濾嘴添加劑，為磷酸酯玉米淀粉，所述磷酸酯玉米淀粉是通過(guò)如下方法制備得到的：

1、用水分測(cè)定儀測(cè)定玉米淀粉的水分含量，為12％；

2、稱(chēng)取1kg淀粉，計(jì)算得出所要加的水量為115.2g；

3、將90.0g三聚磷酸鈉溶解于115.2g水中，混合均勻，用磷酸調(diào)節(jié)pH值至6.0；三聚磷酸鈉的質(zhì)量為玉米淀粉干基質(zhì)量的9％；

4、將步驟3配制的三聚磷酸鈉溶液噴灑至玉米淀粉中，并混合均勻；

5、測(cè)定步驟4獲得的混合物的水分含量，并調(diào)整其水分含量至24％；

6、將步驟5獲得的混合物加入擠壓膨化機(jī)中，120℃、120r/min的條件下反應(yīng)，粉碎并過(guò)60-80目篩后獲得成品。

7、測(cè)定取代度。

8、將制備的磷酸酯玉米淀粉置于卷煙兩截濾棒之間，用量15mg/支。

9、將卷煙樣品放在溫度(22±1)℃、相對(duì)濕度(60±2)％的恒溫恒濕箱中，平衡48h以上，按GB22838-2009的標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)了試驗(yàn)煙支的硬度、圓周、質(zhì)量和吸阻物理指標(biāo)。選取平均煙支重量±0.02g，平均吸阻±50Pa范圍以?xún)?nèi)的煙支為合格煙支，參照GB/T19609-2004的方法測(cè)定卷煙主流煙氣中總粒相物(TPM)、焦油、水分、煙堿釋放量，參照YC/T377—2010的方法測(cè)定卷煙煙氣中氨釋放量。

表1是不同取代度的磷酸酯玉米淀粉對(duì)卷煙煙氣成分含量的影響。

表1

從表1中可以看出，樣品卷煙與對(duì)照卷煙相比，TPM、水分、煙堿、焦油和氨釋放量均有不同程度的降低。樣品卷煙1的TPM、水分、煙堿、焦油和氨釋放量分別降低了6.64％、7.17％、3.48％、6.85％和14.80％。樣品卷煙2～4的TPM、水分、煙堿、焦油和氨釋放量降低率分別達(dá)到8.75～12.96％、14.34～21.91％、5.22～11.30％、7.89～11.27％和21.82～34.23％，上述煙氣成分釋放量均呈現(xiàn)出隨著DS的增加而減少的變化趨勢(shì)，各成分降低率都比樣品卷煙1高，且氨釋放量的降低幅度高于TPM、水分、煙堿和焦油降低幅度。這一方面是因?yàn)閿D壓膨化磷酸酯淀粉的比表面積隨著DS的增加而增大，且擠壓膨化磷酸酯淀粉的比表面積比擠壓膨化淀粉大；另一方面可能由于擠壓膨化磷酸酯淀粉帶有親水性的磷酸基團(tuán)，在和水分接觸碰撞后，磷酸基團(tuán)的陰離子特性得以發(fā)揮作用，從而吸附煙氣中的部分帶有正電荷的銨態(tài)成分，進(jìn)一步加強(qiáng)了擠壓膨化磷酸酯淀粉降低氨釋放量的作用，且DS越大，擠壓膨化磷酸酯淀粉表面的磷酸基團(tuán)越多，陰離子作用越明顯。DS最高的樣品卷煙相比對(duì)照卷煙，氨釋放量降低率達(dá)到34.23％，選擇性降低率和單位焦油氨釋放量降低率分別為25.88％和22.96％，具有較強(qiáng)的選擇性降低能力。