本發明屬于卷煙過濾嘴保潤材料領域，特別是涉及一種殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的制備及在煙濾嘴中的應用。

背景技術：

隨著國民經濟發展，消費者和市場對卷煙的質量尤其是抽吸品質要求越來越高。作為中式卷煙的核心競爭力，卷煙的保潤技術的研究和開發已經受到卷煙行業的高度關注。但是傳統的保潤技術已經越來越難以滿足提高卷煙抽吸品質的要求。提高卷煙保潤性能，即抽吸過程中煙氣中的水分含量可以有效地改善卷煙的抽吸口感和品質，從而提高中式卷煙產品的核心競爭力。

目前，中式卷煙產品普遍存在煙絲水分散失快、煙氣干燥、辛辣、刺喉、甜潤感不夠等問題，近年來，越來越多的手段(如通過添加天然提取物、爆珠等)應用于煙草的保潤研究中。雖然取得了一定的效果，但有些技術仍然難以滿足越來越挑剔的消費需求。

殼聚糖是天然的活性高分子材料，不但價廉易得，而且來源廣泛，自然界中含量十分豐富。殼聚糖中富含的氨基、羥基等功能基團，這些功能基團易于與水形成氫鍵，從而達到有效鎖住水分的目的，這使其在卷煙保潤等領域具有較好的應用前景。此外，殼聚糖還可以作為食品添加劑，安全無毒，因此適合作為卷煙過濾嘴中的添加材料。

瓊脂糖是一種來源于紅藻的多糖，因為具有特殊凝聚水的性質，其凝膠表現出顯著的穩固性、滯度和滯后性。特別是瓊脂糖易于吸收水分，具有特殊的穩定效應，可以進一步增強殼聚糖的凝聚時的含水性能。

水凝膠是一類介于固體和液體之間的新型軟材料，具有穩定三維網絡結構。天然產物水凝膠因其優異的凝聚水的性能以及容易進行加工的特點，在食品等諸多領域有著越來越廣泛的應用。制備殼聚糖/瓊脂糖水凝膠，經冷凍干燥得到含穩定水分子的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠。之后通過高速攪拌制粒的方法可制備制成含水凝膠顆粒樣，將其添加到卷煙的過濾嘴當中，在抽吸過程中煙氣中，由于煙氣的熱量，使得凝膠顆粒中的通過氫鍵鎖住的水分釋放，可以達到卷煙保潤的目的。

復合型濾嘴的制備是近年來卷煙保潤技術中的常用手段，經過多年研究已經發展成為卷煙保潤的重要技術策略。而目前將天然材料添加到卷煙過濾嘴中制備復合型濾嘴達到保潤目的的報道還比較少見。特別是將殼聚糖/瓊脂糖水凝膠經冷凍干燥后，利用制粒的含水的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒作為保潤材料添加到醋纖濾嘴中制備復合濾嘴具有較好的創新性。

技術實現要素：

本發明的目的在于利用殼聚糖/瓊脂糖水凝膠具有三維網絡結構以及較高的水含量，采用凝膠技術和高速攪拌制粒的方法將殼聚糖/瓊脂糖水凝膠經冷凍干燥后的制備成具有一定粒徑的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒。將該顆粒樣品應用在卷煙濾嘴上，制備成二元復合濾嘴，在抽吸過程中煙氣中，由于煙氣的熱量，不僅可以有效的增加煙氣中的水含量，同時還可以提高卷煙的抽吸品質。

本發明的目標是通過如下方案實現。

一種殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的制備方法：將一定質量配比的殼聚糖和瓊脂糖，按一定比例加入到一定濃度的檸檬酸溶液中，80℃-100℃加熱攪拌得到澄清溶液，降到室溫后得到均勻淡黃色透明水凝膠。經冷凍干燥后制備得到干凝膠，機械粉碎后篩選得到干凝膠粉末，均勻混合后通過高速攪拌制粒的方法得到殼聚糖干凝膠顆粒，60℃-80℃恒溫烘干后過篩可得到20目-40目的目標顆粒樣品。

一種殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的制備方法：所述殼聚糖與瓊脂糖的質量比為0.2-5:1；優選為1-4:1，進一步優選為1-3:1；

一種殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的制備方法：所述殼聚糖和瓊脂糖加入檸檬酸溶液比例為5-40％，優化為10-35％，進一步優化為：20-30％；

一種殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的制備方法：所述檸檬酸溶液的濃度為0.5-2％，優化為0.5-1％，進一步優化為1％。

本發明同時提供了一種殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒在卷煙濾嘴中的應用。具體如下：

(1)在濾棒成型過程中，向兩截常規醋纖濾芯之間預留的空腔中添加80～110mg殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，制得醋纖-凝膠顆粒-醋纖三元復合濾棒；或者在濾棒成型過程中，向兩截溝槽醋纖濾芯之間預留的空腔中添加80～110mg殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，制得溝槽濾棒-凝膠顆粒-溝槽濾棒三元復合濾棒。

(2)在濾棒成型過程中，將殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒散灑到卷煙濾棒的絲束上，制得加載能夠殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的醋纖濾棒；再將加載殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的醋纖濾棒與常規醋纖濾棒或溝槽濾棒進行相接，制得二元或三元復合濾棒。將殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒散灑到卷煙濾棒絲束上，是指在醋纖濾棒成型過程中，將所述殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒按10～30mg/10mm絲束的添加量均勻地散灑在濾棒絲束上。

與現有技術相比，本發明專利具有以下優勢：

本發明以天然的活性高分子材料殼聚糖和瓊脂糖為原料，采用凝膠技術和高速攪拌制粒的方法制備殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，將其應用在卷煙濾嘴中制備成復合濾嘴。該顆粒材料完全無毒無害，在評吸過程中也不會產生任何有毒有害的成分。由于原料殼聚糖/瓊脂糖水凝膠在冷凍干燥之后得到的干凝膠仍含有通過氫鍵鎖住的水分，在抽吸過程中隨著溫度升高凝膠顆粒中的水分進入煙氣中，達到了保潤的效果，同時能增加煙氣協調性，降低雜氣與刺激性，提高了卷煙的抽吸品質。

附圖說明

圖1為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于普通醋纖二元復合濾棒的結構示意圖

其中1.濾芯：1a.加載凝膠顆粒濾芯，1b.普通醋纖濾芯；2.內包裹層；3.外包裹層。

圖2為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于溝槽醋纖二元復合濾棒的結構示意圖

其中1.濾芯：1a.加載凝膠顆粒濾芯，1b.溝槽醋纖濾芯；2.內包裹層；3.外包裹層。

圖3為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于醋纖-復合凝膠顆粒/醋纖-醋纖三元復合濾棒的結構示意圖

其中1.濾芯：1a.、1b.普通醋纖濾芯，1c.凝膠顆粒/醋纖濾芯；2.內包裹層；3.外包裹層。

圖4為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于溝槽-凝膠顆粒/醋纖-溝槽三元復合濾棒的結構示意圖

其中1.濾芯：1a.、1b.溝槽醋纖濾芯，1c.凝膠顆粒/醋纖濾芯；2.內包裹層；3.外包裹層。

圖5為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于醋纖-凝膠顆粒-醋纖三元復合濾棒的結構示意圖

其中1.濾芯：1a.、1b.普通醋纖濾芯，1c.凝膠顆粒；2.內包裹層；3.外包裹層。

圖6為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于溝槽醋纖-凝膠顆粒-溝槽醋纖三元復合濾棒的結構示意圖

其中1.濾芯：1a.、1c.溝槽醋纖濾芯，1b.凝膠顆粒；2.內包裹層；3.外包裹層。

圖7、8分別是殼聚糖/瓊脂糖干凝膠的照片和掃描電鏡(sem)圖，從sem上可以看出殼聚糖/瓊脂糖干凝膠具有多孔結構。

圖9為實施例3所制備殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒熱重曲線圖。

具體實施方式

以下實施過程及實施例旨在進一步說明本發明而不應當看作是對本發明的限定。

實例1

按質量比例0.2:1稱取殼聚糖與瓊脂糖以40％比例置于2％的檸檬酸溶液中100℃加熱后制備成均勻的殼聚糖/瓊脂糖水凝膠，所得水凝膠經冷凍干燥后得到的干凝膠，具有多孔結構的干凝膠經機械粉碎后，過篩得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末。殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末通過高速攪拌制粒的方法制備成顆粒，60℃恒溫干燥得到半小時左右得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，過篩篩選得到20-40目的標準樣品顆粒1。

實例2

按質量比1:1稱取殼聚糖與瓊脂糖以30％比例置于1.5％的檸檬酸溶液中100℃加熱后制備成均勻的殼聚糖/瓊脂糖水凝膠，所得水凝膠經冷凍干燥后得到的干凝膠，具有多孔結構的干凝膠經機械粉碎后，過篩得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末。殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末通過高速攪拌制粒的方法制備成顆粒，60℃恒溫干燥得到半小時左右得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，過篩篩選得到20-40目的標準樣品顆粒2。

實例3

按質量比例2:1稱取殼聚糖與瓊脂糖以25％比例置于1％的檸檬酸溶液中100℃加熱后制備成均勻的殼聚糖/瓊脂糖水凝膠，所得水凝膠經冷凍干燥后得到的干凝膠，具有多孔結構的干凝膠經機械粉碎后，過篩得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末。殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末通過高速攪拌制粒的方法制備成顆粒，60℃恒溫干燥得到半小時左右得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，過篩篩選得到20-40目的標準樣品顆粒3。

實例4

按質量比例3:1稱取殼聚糖與瓊脂糖以20％比例置于1％的檸檬酸溶液中100℃加熱后制備成均勻的殼聚糖/瓊脂糖水凝膠，所得水凝膠經冷凍干燥后得到的干凝膠，具有多孔結構的干凝膠經機械粉碎后，過篩得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末。殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末通過高速攪拌制粒的方法制備成顆粒，60℃恒溫干燥得到半小時左右得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，過篩篩選得到20-40目的標準樣品顆粒4。

實例5

按質量比例5:1稱取殼聚糖與瓊脂糖10％比例置于0.5％的檸檬酸溶液中100℃加熱后制備成均勻的殼聚糖/瓊脂糖水凝膠，所得水凝膠經冷凍干燥后得到的干凝膠，具有多孔結構的干凝膠經機械粉碎后，過篩得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末。殼聚糖/瓊脂糖干凝膠粉末通過高速攪拌制粒的方法制備成顆粒，60℃恒溫干燥得到半小時左右得到殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，過篩篩選得到20-40目的標準樣品顆粒5。

圖7、8分別是殼聚糖/瓊脂糖干凝膠的照片和掃描電鏡(sem)圖，從sem上可以看出殼聚糖/瓊脂糖干凝膠具有多孔結構。

應用實施例1

將實施例3所制備殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，采用熱重分析法(tga)分析熱衷曲線，熱重曲線圖見圖9。

從應用實施例1熱重曲線圖9可以看出在30-180℃失重約16％。這主要是凝膠顆粒樣品損失其所含的水分所致，顯示在卷煙燃吸時卷煙主流煙氣通過濾嘴的大體溫度范圍內，顆粒中的水分可以進入煙氣，起到保潤作用。

應用實施例2

將實施例3所制備的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，利用濾棒成型過程中的顆粒喂料設備生產加載殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的醋纖濾棒(圖1中1b部分)，然后通過濾棒復合設備將該濾棒與普通醋纖濾棒相接為二元復合濾棒，濾棒的結構如圖1所示，每支卷煙的二元復合濾嘴中殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的添加量為27mg。對照濾棒為未添加顆粒的醋纖濾棒。利用兩種濾棒放樣生產卷煙，除濾棒外，卷煙過程中用到的卷煙材料和葉組配方相同。放樣生產的卷煙樣品的煙氣含水量檢測和評吸結果見表1。

表1.凝膠顆粒/醋纖-醋纖二元復合濾棒卷煙及對照卷煙評吸結果

應用實施例3

將實施例4所制備的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，利用濾棒成型過程中的顆粒喂料設備生產加載殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的醋纖濾棒(圖4中1b部分)，然后通過濾棒復合設備將該濾棒與溝槽醋纖濾棒相接為溝槽-凝膠顆粒/醋纖-溝槽三元復合濾棒，濾棒的結構如圖4所示，每支卷煙的三元復合濾嘴中殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒的添加量為16mg。對照濾棒為未添加顆粒的普通醋纖濾棒。利用上述三種濾棒放樣生產卷煙，除濾棒外，卷煙過程中用到的卷煙材料和葉組配方三者均相同。放樣生產的卷煙樣品評吸結果見表2。

表2.溝槽-凝膠顆粒/醋纖-溝槽三元復合濾棒卷煙及對照卷煙評吸結果

應用實施例4

將實施例4所制備的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，通過濾棒成型設備和顆粒喂料設備，在每兩截溝槽醋纖濾芯之間預留的8mm空腔中(圖6中1b部分)添加100mg殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒，制備成溝槽-凝膠顆粒-溝槽三元復合濾棒，濾棒的結構如圖6所示。對照濾棒為未添加顆粒的溝槽-醋纖-溝槽三元溝槽復合濾棒。利用上述三種濾棒放樣生產卷煙，除濾棒外，試驗卷煙的卷煙材料和葉組配方與對照樣相同，放樣生產的卷煙樣品評吸結果見表3。

表3.溝槽-凝膠顆粒-溝槽三元復合濾棒卷煙及對照卷煙評吸結果

圖1為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于普通醋纖二元復合濾棒的結構示意圖

圖2為本發明的殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒應用于溝槽醋纖二元復合濾棒的結構示意圖。

分析應用實施例2-4實驗結果可以看出，殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒添加到卷煙嘴棒中后，可以改善香氣質和協調性，減少雜氣與刺激性，整體提升卷煙的內在品質。卷煙煙氣水分測定結果顯示，使用殼聚糖/瓊脂糖干凝膠顆粒溝槽濾棒的卷煙煙氣含水量高于對照卷煙，顯示具有較好的保潤效果。