CN102217785B - 提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于卷烟烟草薄片技术领域，具体涉及一种提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法。它是在造纸法烟草薄片生产过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质干质量的1.5％～7％的质量百分比加入Fe 3+-血红素仿生物催化剂，其中所述Fe 3+-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O20％～30％、血红素2％～18％、有机酸4％～30％、水25％～60％。将Fe3+-血红素仿生物催化剂处理烟梗应用于造纸法烟草薄片的生产，通过植物原料中主要细胞壁成分的纤维素微晶结构S1层表面的苯丙烷结构化合物和聚木糖类多糖的脱除，使其暴露出更多次生壁的中层S2和次生壁的内层S3，从而加快纤维的润胀，有效提高了烟草薄片抗张强度和柔软度。
Description
技术领域
本发明属于卷烟烟草薄片技术领域，具体涉及烟草薄片生产中使用仿生物催化剂体系处理烟梗浆料，通过对植物原料细胞壁主要成分纤维素微晶结构次生壁的外层S1表面的苯丙烷结构化合物和聚木糖类多糖的脱除，使其暴露出更多次生壁的中层S2和次生壁的内层S3，加快植物纤维的润胀，从而提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法。
背景技术
烟草薄片是利用卷烟过程中废弃的烟梗、烟末和烟碎等作为原料制成接近烟叶的薄片再用于卷烟生产。烟草薄片能最大限度地利用了烟草原料，减少烟草行业的原料消耗，降低成本，而质量稳定、焦油含量低且填充值高的烟草薄片能提高卷烟燃烧度，改善卷烟产品的内在质量，减少烟中的有害成分，降低烟焦油和尼古丁的含量有利于吸食者的健康，而造纸法薄片由于有密度小(0.5g/cm3左右，一般烟叶为0.98g/cm3)，填充值大于烟叶10％左右；成丝率高、造碎率低；机械加工性能好，优于天然烟叶；焦油含量仅为天然烟叶含量的50％左右，可最大限度地改善自身乃至卷烟的内在品质和质量，并可有效提高低档次烟叶的使用价值；运输和储存都比较方便的优势是其他薄片制造方法所无法比拟的，使得造纸法烟草薄片生产迅速发展。
目前，国内造纸法薄片在产品质量方面与国外产品存在一定差距。在物理性质方面，国内薄片较厚，厚薄不均，均不如进口薄片，柔软性较差；色泽不均匀，部分薄片颜色较深；其韧性不如进口薄片。
中国专利公开的CN1049275A《烟草处理方法》，中国专利CN1403036公开的《一种烟草薄片的制备方法》，中国专利公开的CN1438843A《烟草的处理》，中国专利公开的CN101637298A《一种烟草薄片的制备方法及其应用》都是采用萃取后涂布抄造的造纸法制备烟草薄片，只是萃取工艺及条件不同。这些制备技术与工艺存在共同的不足之处，就是没有对萃取后的烟草纤维进行处理。整个生产过程基本不涉及任何化学变化，烟草薄片中影响烟草品质的大分子化合物的含量与原料相比变化不大。
仿生物催化剂，就是从天然酶中挑选出起主导作用的一些因素，如：活性中心结构、疏水微环境、与底物的多种非共价键相互作用及其协同效应等，用以设计合成既能表现酶的优异功能又比酶简单稳定很多的非蛋白质分子或分子集合体。
卟啉(porphyrin)是由四个吡咯通过亚甲基相连而形成的共轭大环化合物。卟啉及其衍生物如血红素(铁卟啉)、血蓝素(铜卟啉)、维生素B12(钴卟啉)、叶绿素(镁卟啉)等广泛存在于生物体内与催化、氧的输运和能量转移等相关的重要细胞器中。运用卟啉单体、二聚体或多聚体砌块(building block)单元，通过分子间非共价键作用自组装而成的卟啉超分子具有优异的光、电、仿生等性能，在光学材料、化学催化、电致发光材料、分子靶向药物等不同领域均有潜在的应用前景。
仿生物催化剂的高效率、高选择性和高速度等生理功能与其对底物分子有特殊的识别能力有密切的关系。其中在仿生物催化剂系统中，卟啉配合物是许多酶的活性中心，它同肽链靠共价键和非共价键作用产生的三维结构是卟啉类酶实现其特殊分子识别的结构基础，卟啉具有特殊的结构：(1)π-电子共轭的平面结构，很适合作为设计立体结构分子的框架；(2)卟啉化合物具有较大的平面，对轴向配体周围的空间容积和相互作用方向的控制余地较大；在光谱上感应卟啉与环绕分子间相互作用的微小变化。基于以上优点，以卟啉类配合物为主体的仿生物催化剂体系研究，正引起人们日益浓厚的兴趣。其中，我们在研究中发现，铁卟啉体系(Fe(III)-血红素仿生物催化剂体系)对天然植物纤维(如烟草原料)纤维素微晶结构S1层表面的苯丙烷结构化合物和聚木糖类多糖有明显的选择性脱除作用，使其暴露出更多的S2/S3层，加快纤维的润胀，以提高植物纤维的强度和柔软度的方法。因此，我们采用仿生物催化剂处理烟梗来提高烟草薄片的物理力学性能的效果。该仿生物催化剂通过对烟梗原料中纤维素微晶结构S1层表面的苯丙烷结构化合物和聚木糖类多糖的脱除，可以暴露出更多的S2/S3层，从而加快纤维的润胀，以提高烟草薄片抗张强度和柔软度的方法。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法。将Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理烟梗应用于造纸法烟草薄片的生产，通过植物原料中主要细胞壁成分的纤维素微晶结构S1层表面的苯丙烷结构化合物和聚木糖类多糖的脱除，使其暴露出更多次生壁的中层S2和次生壁的内层S3，从而加快纤维的润胀，以有效提高烟草薄片抗张强度和柔软度。
本发明的技术方案是这样实现的：它是在造纸法烟草薄片生产过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质干质量的1.5％～7％的质量百分比加入Fe 3+-血红素仿生物催化剂，其中所述Fe 3+-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O20％～30％、血红素2％～18％、有机酸4％～30％、水25％～60％。
本发明较好的技术方案是：Fe 3+-血红素仿生物催化剂的加入量为3％；催化剂加入时烟梗浆料的温度为25℃～45℃，加入后保持上述温度的时间为25min～45min；；所述的有机酸为酒石酸、苹果酸、柠檬酸或枸橼酸。
本发明较好的技术方案是：所述Fe 3+-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O22％、血红素16％、有机酸20％、水42％。
本发明更好的技术方案是：提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，其中其中所述Fe 3+-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O22％、血红素16％、酒石酸20％、水42％。
本发明具体方法是：(1)、在温度为25～40℃的水中，加入FeCl3·6H2O，搅拌5min；(2)、再在步骤(1)的溶液中加入血红素，搅拌至混合均匀；(3)、再在步骤(2)的溶液中加入有机酸，搅拌至混合均匀，所得的混合均匀的溶液即为所述的Fe 3+-血红素仿生物催化剂。(4)、然后在造纸法烟草薄片生产过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质干质量的1.5％～7％的质量百分比加入Fe 3+-血红素仿生物催化剂，其中所述Fe 3+-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O20％～30％、血红素2％～18％、有机酸4％～30％、水25％～60％。
本申请人进行了大量的试验，对Fe 3+-血红素体系进行了改进，制备成功了Fe 3+-血红素仿生物催化剂。Fe 3+-血红素仿生物催化剂，是依据烟梗原料中纤维素和木质素的过氧化物酶的活性中心结构、与底物的反应特性等因素，结合血红素、酒石酸由多重的分子间弱相互作用力如范德华力、π-π堆积、CH/π等协同作用形成的形成超分子的机理，根据桥联基团改变，得到比单一配位化合物砌块更多形态的双核三维构型超分子。该催化剂具有独特的反应活性中心，该体系的关键是采用独特的双重配位化合物体系(血红素、有机酸)来模仿天然生物酶体系，以实现对底物细胞壁微细纤维表面的苯丙烷结构高分子化合物和聚木糖类高分子化合物的识别与催化氧化作用。
本发明的方法合理，操作简单，效果显著，能提高烟草薄片的抗张强度和柔软度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式及有关技术问题作进一步详细的描述。
实施例1：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 20％，血红素5％，酒石酸15％，水60％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在25℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入酒石酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的1.5％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为30℃，处理时间控制在35min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了5.19％、11.43％。
实施例2：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 25％，血红素8％，酒石酸10％，水57％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在30℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入酒石酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的5％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为40℃，处理时间控制在25min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了8.25％、10.49％。
实施例3：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 30％，血红素2％，酒石酸12％，水56％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在45℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入酒石酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的2.5％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为25℃，处理时间控制在45min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了6.78％、9.97％。
实施例4：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 22％，血红素16％，酒石酸20％，水42％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在35℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入酒石酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的3％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为45℃，处理时间控制在25min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了8.99％、12.31％。
实施例5：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 20％，血红素10％，柠檬酸20％，水50％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在35℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入柠檬酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的7％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为45℃，处理时间控制在25min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了6.51％、10.11％。
实施例6：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 30％，血红素10％，枸橼酸30％，水30％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在35℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入枸橼酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的1.5％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为28℃，处理时间控制在25min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了7.21％、10.2％。
实施例7：
(1)Fe 3+-血红素仿生物催化剂的制备：FeCl3·6H2O 25％，血红素10％，苹果酸20％，水45％，均为质量百分比。按以上比例进行螯合复配，水的温度控制在40℃，先加入FeCl3·6H2O，搅拌5分钟；再加入血红素，搅拌至混合均匀；随后加入苹果酸，搅拌至混合均匀，制成Fe 3+-血红素仿生物催化剂备用。
(2)在烟草薄片制备过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质绝干质量的1.5％比例加入(1)中制备好的Fe 3+-血红素仿生物催化剂，烟梗浆料的温度为45℃，处理时间控制在30min。
(3)经检测，Fe 3+-血红素仿生物催化剂处理后，烟草薄片的抗张指数和柔软度与空白样品相比，分别提高了7.67％、10.89％。
Claims (6)
1.一种提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，它是在造纸法烟草薄片生产过程的烟梗原料制浆阶段，按照烟梗浆料物质干质量的1.5%~7%的质量百分比加入-血红素仿生物催化剂，其中所述
-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O20%～30%、血红素2%～18%、有机酸4%～30%、水25%～60%。
2.根据权利要求１所述的提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，其中-血红素仿生物催化剂的加入量为3%。
3.根据权利要求１所述的提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，其中催化剂加入时烟梗浆料的温度为25℃～45℃，加入后保持上述温度的时间为25min～45min。
4.根据权利要求１所述的提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，其中所述的有机酸为酒石酸、苹果酸、柠檬酸或枸橼酸。
5.根据权利要求１所述的提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，其中所述
-血红素仿生物催化剂由下述原料按重量百分比混合而成：FeCl3·6H2O22%、血红素16%、有机酸20%、水42%。
6.根据权利要求5所述的提高造纸法烟草薄片抗张强度和柔软度的方法，其中所述有机酸为酒石酸。
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