CN102605018B - 加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法及在卷烟滤嘴中的应用 - Google Patents
加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法及在卷烟滤嘴中的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法及在卷烟滤嘴中的应用。将玉米淀粉加入到柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，然后加入糖化酶-α-淀粉酶复合酶进行酶解反应，反应结束后，经离心沉淀、洗涤、干燥得到纳米级孔径多孔淀粉。然后将上述纳米多孔淀粉经加香、润湿、造粒、微波定型、微波干燥、过筛，得到所需加香纳米多孔淀粉颗粒。将其加载于卷烟滤棒中，制成二元或三元复合滤棒，在降低烟气焦油含量的同时，降低烟气刺激性，提升烟气香气量，改善卷烟抽吸品质。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟材料制备技术领域，具体涉及一种加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法及其在卷烟中的应用。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，卷烟消费者对吸烟与健康问题日益关注，对卷烟的安全性要求也日益增高。在此背景下，目前用于降低卷烟烟气有害物质的醋酸纤维滤嘴已不能满足消费者对优质、低害卷烟的需求。为降低卷烟烟气对人体的危害性，更好地保护消费者的健康，提供更加优质的卷烟，科研工作者已在降焦减害技术领域展开了广泛的研究。其中，在醋纤滤嘴中添加无毒无害、又具有降焦减害功能的物质是重要的研究方向。在这方面，活性炭和植物颗粒是研究和应用比较广泛的功能性物质，但存在给卷烟引入杂气或降焦减害效果不好的缺陷，不能同时满足降焦减害和改善卷烟抽吸品质的要求。
多孔淀粉是一种新型、安全的吸附材料，它可以由原淀粉通过酶水解途径大规模、快捷地生产，因此在国际上，特别是在日本和美国，多孔淀粉已作为一种新型的吸附材料广泛应用于医药、食品、化工等领域。但如果将其直接添加到卷烟醋纤滤嘴，存在粒度太细，难以工业化应用等问题。CN101531779A、CN101314645A、CN101314646A公开了多孔淀粉颗粒的制备方法及其在卷烟中的应用方法。但这些方法存在多孔淀粉颗粒收率低、颜色不均匀以及所用化学粘合剂存在安全隐患等缺陷，严重制约了在卷烟中的应用。另外，多孔淀粉的吸附性能与其比表面以及孔径分布密切相关。目前报道的多孔淀粉，孔径一般均为微米级，比表面较低。制备纳米级孔径的多孔淀粉，可以提高多孔淀粉的比表面，在卷烟中应用时，与烟气接触更加充分，更加有利于于有害物质的脱除。同时，由于烟气中焦油颗粒粒径为10-300nm，相对于传统的微米级孔径多孔淀粉，纳米级孔径多孔淀粉的孔径与焦油粒径更加相近，有助于进一步提高多孔淀粉对烟气中焦油等有害成分的吸附性能。
本发明的目的旨在针对目前多孔淀粉结构及多孔淀粉颗粒制备技术存在的不足，提供一种纳米级孔径的加香多孔淀粉颗粒的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述加香纳米多孔淀粉颗粒在卷烟中的应用。
本发明通过以下实施方式实现。
除非另有说明，本发明所采用的百分数均为重量百分数。
本发明通过如下技术方案加以实现：
一种加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法，其特征在于：将玉米淀粉加入到柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，搅拌均匀后加入糖化酶-α-淀粉酶复合酶进行酶解反应，反应结束后将淀粉乳液进行离心沉淀、洗涤、干燥得到纳米级孔径多孔淀粉，再经加香、润湿、造粒、微波定型、微波干燥和过筛后，得到所需纳米多孔淀粉颗粒。
具体步骤：
(1)取10～50份玉米淀粉，加入到100份、pH值4.0～6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，在40～50℃下搅拌均匀；
(2)加入0.1～0.5份糖化酶-α-淀粉酶复合酶，在pH值4.0～6.0、40～50℃条件下进行酶解反应14～40小时；
(3)停止酶解反应，将所得淀粉乳液离心沉淀、去离子水洗涤、干燥，得到纳米级孔径多孔淀粉；
(4)将所述纳米级多孔淀粉经加香、润湿，造粒、微波定型、微波干燥和过筛后，得到所需纳米多孔淀粉颗粒。
其中步骤(2)所述的糖化酶-α-淀粉酶复合酶中，α-淀粉酶与糖化酶的比例为10～1∶1。
在所述纳米多孔淀粉中加香是在多孔淀粉中喷洒火麻籽油；所述火麻籽油占纳米多孔淀粉的重量为0.01％～0.1％。
所述纳米多孔淀粉造粒方法是通过挤压湿多孔淀粉的方式使其穿过20、30或者40目数的筛网而造粒。
所述纳米多孔淀粉造粒后微波定型方法是在不抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度微波处理纳米多孔淀粉颗粒3分钟。
所述纳米多孔淀粉颗粒定型后微波干燥是在抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度微波处理纳米多孔淀粉颗粒4～6分钟。
将所述加香纳米多孔淀粉颗粒散洒到卷烟滤棒丝束上，制得加载纳米多孔淀粉颗粒醋纤滤棒；再将加载纳米多孔淀粉颗粒醋纤滤棒与常规醋纤滤棒进行相接，制得二元复合滤棒。
所述加香纳米多孔淀粉颗粒散洒到卷烟滤棒丝束上；是指在醋纤滤棒成型过程中，将所述纳米多孔淀粉颗粒按10～25mg/10mm丝束的添加量均匀地散洒在滤棒丝束上。
在滤棒成型过程中，向两截常规醋纤滤芯之间预留的空腔中添加80～120mg的纳米多孔淀粉颗粒，制得醋纤滤棒、淀粉颗粒、醋纤滤棒三元复合滤棒。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的纳米多孔淀粉的孔径集中在50～300nm，相对于传统的多孔淀粉具有较高的比表面积；
2、本发明提升了卷烟烟气的香气量；
3、本发明显著提高了多孔淀粉颗粒的收率；
4、本发明能保证最终产品的颜色均一性；
5、本发明能实现最终产品纳米多孔淀粉颗粒的高强度；
6、本发明以二元、三元复合嘴棒为载体，能有效降低烟气中的焦油含量，并能有效降低烟气刺激性，提升卷烟烟气香气量，使烟气更加清柔醇美。
本发明的技术方案是基于微波处理过程中淀粉凝胶化作用的认识和纳米技术在提高材料比表面和吸附性能中作用的认识。
湿多孔淀粉经过微波处理，从疏松的状态转变为高强度、晶体状物质的过程事实上是凝胶形成、凝胶失水干缩的过程。在凝胶形成过程中，高温和水介质二者缺一不可。淀粉凝胶的形成是高温作用下、水分子参与的淀粉分子链物理重排过程。基于此原理的认识，本发明首先将润湿后的多孔淀粉通过造粒工艺形成颗粒，然后将微波处理淀粉颗粒分为两个阶段：首先是不排湿微波处理，使疏松、易碎的多孔淀粉颗粒经过充分凝胶化形成高弹性、不溶于水的凝胶颗粒；然后是排湿微波处理，使凝胶颗粒充分脱水干缩，成为高强度、晶体状颗粒。
纳米技术在提高材料比表面和吸附性能中的作用已成为材料研究领域的共识。对于生物酶解法制备多孔玉米淀粉，糖化酶的酶活较高，α-淀粉酶可以调节糖化酶的酶解速度，可以使糖化酶反应的初期速度增大，后期速度变小。本发明通过糖化酶与α-淀粉酶一定比例的复配，选择合适的反应条件，制备出具有纳米级孔道的多孔淀粉颗粒，提高了多孔淀粉的比表面积和吸附性能。
附图说明
图1为常规多孔淀粉的概貌扫描电镜图像；
图2为常规多孔淀粉孔道的高倍数扫描电镜图像；
图3为本发明纳米多孔淀粉的概貌扫描电镜图像；
图4为本发明纳米多孔淀粉孔道的高倍数扫描电镜图像；
图5为本发明纳米多孔淀粉颗粒的制备工艺流程图；
图6为将本发明的纳米多孔淀粉颗粒应用于二元复合滤嘴时的结构示意图；
图中1.滤芯：1a.加载颗粒滤芯，1b.普通醋纤滤芯；2.内包裹层；3.外包裹层；
图7为将本发明的纳米多孔淀粉颗粒应用于醋纤滤棒/淀粉颗粒/醋纤滤棒三元复合滤棒的结构示意图。
图中1.滤芯：1a.、1c.普通醋纤滤芯，1b.纳米多孔淀粉颗粒；2.内包裹层；3.外包裹层。
具体实施方式
以下实施过程及实施例旨在进一步说明本发明而不应当看作是对本发明的限定。
实施例1
取128g玉米淀粉，加入640ml、pH值为6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，并搅拌均匀，加热至50℃预处理10分钟，加入1.28g糖化酶和α-淀粉酶复合酶(糖化酶与α-淀粉酶的比例为1∶10)，然后在50℃下酶解反应36小时，停止反应，离心沉淀分离，用去离子水洗涤沉淀、于60℃下在烘箱中干燥8小时，得到纳米多孔淀粉。该纳米多孔淀粉的微结构参数见表一。
表一 纳米多孔淀粉微结构参数
| 样品 | 比表面(m2/g) | 孔容(ml/g) | 孔径(nm) |
| 纳米多孔淀粉 | 2.930 | 0.9397 | 50-300nm |
| 常规多孔淀粉 | 1.220 | 0.7513 | 1-2μm |
将纳米多孔淀粉粉碎至200目以上，按常规方法喷入0.05％的火麻籽油，并喷洒100％的去离子水润湿纳米多孔淀粉，然后通过挤压造粒方式使其通过40目筛网制得小于40目的颗粒。将上述颗粒放入微波炉中，在不抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理3分钟用于凝胶化定型；然后在抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理6分钟用于干燥纳米多孔淀粉颗粒，最后分别过40目和60目标准筛，得到40目-60目纳米多孔淀粉颗粒。
实施例2
将实施例1所述水润湿后的纳米多孔淀粉通过挤压造粒方式使其通过20目筛网制得小于20目的颗粒。将上述颗粒放入微波炉中，在不抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理3分钟用于凝胶化定型；然后在抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理6分钟用于干燥纳米多孔淀粉颗粒，最后分别过20目和40目标准筛，得到20目-40目纳米多孔淀粉颗粒。
实施例3
取256g玉米淀粉，加入640ml、pH值为6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，并搅拌均匀，加热至50℃预处理10分钟，加入0.256g糖化酶和α-淀粉酶复合酶(糖化酶与α-淀粉酶的比例为1∶5)，然后在50℃搅拌酶解24小时后停止反应，离心分离沉淀，用去离子水洗涤沉淀、并于60℃下在烘箱中干燥8小时，得到纳米多孔淀粉。将纳米多孔淀粉粉碎至200目以上，按常规方法喷入0.05％的火麻籽油，并喷洒100％的去离子水润湿纳米多孔淀粉，然后通过挤压造粒方式制备小于40目的颗粒。将上述颗粒置入微波炉中，在不抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理纳米多孔淀粉颗粒3分钟用于凝胶化定型；然后在抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理6分钟用于干燥纳米多孔淀粉颗粒，最后分别过40目和60目标准筛，得到40目-60目纳米多孔淀粉颗粒。
实施例4
将实施例3所述水润湿后的纳米多孔淀粉通过挤压造粒方式使其通过20目筛网制得小于20目的颗粒。将上述颗粒放入微波炉中，在不抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理3分钟用于凝胶化定型；然后在抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度处理6分钟用于干燥纳米多孔淀粉颗粒，最后分别过20目和40目标准筛，得到20目-40目纳米多孔淀粉颗粒。
应用实施例1
应用本发明的加香纳米多孔淀粉颗粒，通过滤棒成型过程中的颗粒喂料设备生产加载纳米多孔淀粉颗粒的醋纤滤棒，然后通过滤棒复合设备将其与普通醋纤滤棒相接为二元复合滤棒，每支卷烟的二元复合滤嘴中加香纳米多孔淀粉颗粒的添加量为20mg。对照嘴棒1#为单一醋纤嘴棒；对照嘴棒2#为添加常规多孔淀粉颗粒的二元复合滤棒，添加量及添加工艺与纳米多孔淀粉颗粒二元复合滤棒相同。利用上述三种滤棒放样生产卷烟，除嘴棒外，卷烟过程中用到的卷烟材料和叶组配方三者均相同。三种卷烟嘴棒的物理指标见表2，放样生产的卷烟样品评吸和烟气分析结果分别见表3和表4。
表2 纳米多孔淀粉颗粒二元复合嘴棒及对照嘴棒物理指标
备注：20支嘴棒测定结果
表3 二元复合嘴棒卷烟及对照样评吸结果
| 卷烟样品 | 光泽 | 香气 | 协调 | 杂气 | 刺激性 | 余味 | 合计 |
| 试验卷烟 | 4.5 | 28.5 | 5.0 | 10.5 | 18.0 | 22.0 | 88.5 |
| 对照烟1# | 4.5 | 28.0 | 5.0 | 10.5 | 17.5 | 22.0 | 87.5 |
| 对照烟2# | 4.5 | 28.0 | 5.0 | 10.5 | 18.0 | 22.0 | 88.0 |
表4 二元复合嘴棒卷烟及对照样烟气分析结果
注：试验卷烟为利用添加纳米多孔淀粉颗粒的二元复合嘴棒加工的卷烟，对照烟1#为利用对照嘴棒1#(单一醋纤嘴棒)放样生产的卷烟，对照烟2#为利用对照嘴棒2#(添加普通多孔淀粉颗粒的二元复合嘴棒)放样生产的卷烟。
应用实施例2
应用本发明的加香纳米多孔淀粉颗粒，通过滤棒成型设备和颗粒喂料设备加工三元复合滤棒，每支卷烟的三元复合滤嘴中加香纳米多孔淀粉颗粒的添加量为100mg，对照样为单一醋纤嘴棒；利用上述两种嘴棒放样生产卷烟，除嘴棒外，试验卷烟的卷烟材料和叶组配方与对照样相同。样品卷烟嘴棒的物理指标见表5，放样生产的卷烟样品评吸和烟气分析结果分别见表6和表7。
表5 三元复合嘴棒及对照嘴棒物理指标
备注：20支嘴棒测定结果
表6 三元复合嘴棒卷烟及对照样评吸结果
| 卷烟样品 | 光泽 | 香气 | 协调 | 杂气 | 刺激性 | 余味 | 合计 |
| 试验卷烟 | 4.5 | 28.5 | 5.0 | 10.5 | 18.0 | 21.5 | 88.0 |
| 对照烟 | 4.5 | 28.0 | 5.0 | 10.5 | 17.5 | 22.0 | 87.5 |
表7 三元复合嘴棒卷烟及对照样烟气分析结果
Claims (8)
1.一种加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法，其特征在于：该方法包括下述顺序的步骤：
（1）取10～50份玉米淀粉，加入到100份、pH值4.0～6.0的柠檬酸—柠檬酸钠缓冲溶液中，在40～50℃下搅拌均匀；
（2）加入0.1～0.5份糖化酶—α-淀粉酶复合酶，在pH值4.0～6.0、40～50℃条件下进行酶解反应14～40小时；
（3）停止酶解反应，将所得淀粉乳液离心沉淀、去离子水洗涤、干燥，得到纳米级孔径多孔淀粉；
（4）将所述纳米级孔径多孔淀粉经加香、润湿，造粒、微波定型、微波干燥和过筛后，得到所需纳米多孔淀粉颗粒；其中所述加香是在多孔淀粉中喷洒火麻籽油；所述微波定型是在不抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度微波处理纳米多孔淀粉颗粒3分钟。
2.根据权利要求1所述加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的糖化酶—α-淀粉酶复合酶中，α-淀粉酶与糖化酶的比例为10～1:1。
3.根据权利要求1所述加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法，其特征在于：所述火麻籽油占纳米多孔淀粉的重量为0.01%～0.1%。
4.根据权利要求1所述加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述造粒方法是通过挤压湿多孔淀粉的方式使其穿过20、30或者40目数的筛网而造粒。
5.根据权利要求1所述加香纳米多孔淀粉颗粒的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述定型后微波干燥是在抽湿状态下，以20千瓦/m2的微波功率密度微波处理纳米多孔淀粉颗粒4～6分钟。
6.权利要求1所述的纳米多孔淀粉颗粒在卷烟滤嘴中的应用，其特征在于：将所述加香纳米多孔淀粉颗粒散洒到卷烟滤棒的丝束上，制得加载纳米多孔淀粉颗粒醋纤滤棒；再将加载纳米多孔淀粉颗粒醋纤滤棒与常规醋纤滤棒进行相接，制得二元复合滤棒。
7.根据权利要求6所述的纳米多孔淀粉颗粒在卷烟滤嘴中的应用，其特征在于：将所述加香纳米多孔淀粉颗粒散洒到卷烟滤棒丝束上，是指在醋纤滤棒成型过程中，将所述纳米多孔淀粉颗粒按10～25mg/10mm丝束的添加量均匀地散洒在滤棒丝束上。
8.根据权利要求1所述的纳米多孔淀粉颗粒在卷烟滤嘴中的应用，其特征还在于：在滤棒成型过程中，向两截常规醋纤滤芯之间预留的空腔中添加80～120mg的纳米多孔淀粉颗粒，制得醋纤滤棒、淀粉颗粒、醋纤滤棒三元复合滤棒。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |