CN102885395B - 一种造纸法烟草薄片减害提质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种针对造纸法烟草薄片减害提质的方法。在一个密封的容器中加入PBS颗粒、活性污泥和硝酸盐原水，通入氮气保持缺氧环境对反硝化微生物进行驯化富集，待反硝化效果稳定后，挂膜结束。然后将成功挂膜后的PBS颗粒填充到反应器中，再将烟草薄片原料萃取液通过计量泵泵送到反应器中，待反应完成后，在萃取液中加入5-20μg/g苹果酸，最后对萃取液进行浓缩，回涂到片基上。本发明利用可生物降解材料PBS颗粒同时降低烟草薄片原料萃取液中的硝酸盐、亚硝酸盐、果胶含量的方法。并通过硝酸盐和亚硝酸盐的去除从根本上抑制了亚硝胺、氮氧化物等有害物质的产生，同时，使烟草薄片感官品质得到了提升。

Description

一种造纸法烟草薄片减害提质的方法
技术领域
本发明涉及一种减少造纸法烟草薄片中亚硝胺、氮氧化物等有害物质，同时提升薄片感官品质的方法，属于烟草工业烟草薄片的减害技术领域。
背景技术
硝酸盐、亚硝酸盐会给烟草薄片带来很多有害物质和负面影响，具有致癌作用的烟草特有亚硝胺(TSNAs)就是由硝酸盐、亚硝酸盐和烟草生物碱作为前体物质而形成的。另外硝酸盐也是氮氧化物形成的重要来源，氮氧化物不仅会在人体内促进亚硝胺的形成，同时也会给烟气带来不愉快的刺激性气味。因此减少硝酸盐、亚硝酸盐的含量是减少烟气中亚硝胺和氮氧化物的有效方法。
果胶是一种亲水性植物胶，是以半乳糖醛酸为主的复合多糖类物质，存在于高等植物的叶、根、茎的细胞壁内，与细胞彼此粘合在一起。果胶约占烟草质量的6-12％，由于它的亲水性，导致在烟草薄片的生产过程中原料萃取液中果胶的含量较高，而果胶热解产生的甲醇，会给卷烟的吸味带来很多负面影响。另外，果胶发酵后还会产生1.0-1.5％的乙酸，乙酸带来的辛辣感和刺激性也会严重影响烟气的吸味。
在造纸法烟草薄片的生产中，一般通过分相沉淀、化学吸附等工艺方法从薄片原料萃取液中除去硝酸盐，但成本较高，烟草原有的一些致香成分也容易受到破坏，同时还存在化学药剂的残留问题。
利用可生物降解材料(BDPs)进行饮用水反硝化是一种新型的异养生物反硝化工艺路线，该技术是利用几种特定的非水溶性可生物降解高分子聚合物作为反硝化菌的载体和电子供体，除去地下水中的硝酸盐，将其还原成氮气。PBS颗粒（市售）作为改性后的BDPs材料，价格适中，且在所给定的条件下不会向浸泡液浸出有毒有害物质，不产生对人体有害的代谢副产物，安全性可以得到保障。目前在PBS颗粒对地下水的修复作用方面的研究和应用已经较为广泛，但尚未见将其应用到烟草薄片领域的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对造纸法烟草薄片减害提质的方法。
本发明是这样实现的：可生物降解聚合物可以作为微生物生物膜的载体，同时又可以在微生物膜的作用下进行生物降解，生物膜中的反硝化微生物利用可降解聚合物的降解产物作为碳源和电子供体，将硝酸盐、亚硝酸盐还原成氮气，从而实现薄片原料萃取液中硝酸盐、亚硝酸盐的去除，从根源上减少了氮氧化物的产生。其次，在反硝化反应进行时，薄片原料萃取液中的果胶也会作为碳源的一部分被降解，从而实现果胶含量的降低。再次，在反硝化脱氮的同时，附着有生物膜的聚合物颗粒可以吸附薄片原料萃取液中的其他有害成分，起到一种富集浓缩的作用，促进微生物对其进行生物降解。最后，反应完成后加入的苹果酸不仅回补了作为部分碳源反应掉的有机酸，同时也会中和掉一定量的烟碱，加上亚硝酸盐的减少，就能有效抑制亚硝胺的生成。
本发明的造纸法烟草薄片减害提质的方法按以下步骤进行：
1、反硝化微生物的驯化和PBS颗粒的挂膜：在一个密封的容器中加入PBS颗粒、活性污泥和硝酸盐原水，加入的PBS颗粒和硝酸盐原水的体积比为1:6-1:8，所有物料混合后，物料中污泥的浓度为1200-1500mg/L，所加硝酸盐原水中硝态氮的浓度为40-55mg/L，通入氮气保持缺氧环境对反硝化微生物进行驯化富集，待反硝化效果稳定后，挂膜结束；
2、反应器的启动：反应器为填充床模式，将挂膜后的PBS颗粒填充于反应器中，填充高度为反应器高度的四分之三，然后将烟草薄片原料萃取液从料液箱通过蠕动泵送到反应器中，温度为15-30℃，上流式进液，流速控制在12-15L/h，水力停留2.0-3.5h；
3、反应结束后，向烟草原料萃取液中添加5-20μg/g苹果酸，然后将萃取液进行浓缩至波美度25，回涂到片基上。
本发明的优点是：克服了利用分相沉淀、化学吸附等普通工艺在去除烟草萃取物硝酸盐时，成本较高，烟草原有的一些致香成分容易受到破坏，且存在化学药剂的残留等缺点。另外还在降低硝酸盐、亚硝酸盐含量的同时，降低了作为部分碳源的果胶的含量，并在此基础上抑制了氮氧化物、亚硝胺的产生，实现了烟草薄片的减害提质。并通过果胶和氮氧化物的减少提高了薄片的感官品质。
附图说明
图1为本发明的造纸法烟草薄片减害提质的方法工艺流程简图。
如图1所示，进料罐1通过导管与蠕动泵2连接，然后从蠕动泵的料液出口处进入反应器3底部，然后通过填料PBS颗粒从反应器的上部流出，进入出料罐4。
具体实施方式
实施例1：
1、反硝化微生物的驯化和PBS颗粒的挂膜：在一个密封的容器中加入PBS颗粒、活性污泥和硝酸盐原水，所加的硝酸盐原水中硝态氮的浓度为50mg/L，加入PBS颗粒和硝酸盐原水的体积比为1:6，物料混合后，物料中污泥的浓度为1300mg/L，通入氮气保持缺氧环境对反硝化微生物进行驯化富集，待反硝化效果稳定后，挂膜结束；
2、反应器的启动：反应器为填充床模式，将挂膜后的PBS颗粒填充于反应器中，填充高度为反应器高度的四分之三，然后将烟草薄片原料萃取液从料液箱通过蠕动泵送到反应器中，上流式进液，流速控制在12L/h，水力停留2.5h；温度为25℃；pH7-8；
3、反应结束后，向烟草原料萃取液中添加15μg/g苹果酸，然后将萃取液和未处理的萃取液对照样分别浓缩至波美度25，再把它们回涂到片基上，涂布率为38%，制得不同的两种薄片。
所述的PBS颗粒(市售)为改性后的BDPs材料，是淀粉与聚烯烃材料相溶后形成的共聚物，其中可生物降解物质含量大于98%，密度为1100-1150kg/m3。
所述的反应器规格为35cm×160cm。
根据不同物质测定方法的要求，对处理前后的萃取液和由它们分别制得的薄片进行相关物质的测定。
1.烟末萃取液中硝酸盐、亚硝酸盐含量的测定。分别取处理过和未处理过的萃取液采用紫外分光光度法测定其中的硝酸根离子（NO3 -）、亚硝酸根离子（NO2 -）的含量，测定结果见表1。
2.烟末萃取液中总氮和果胶的测定。采用凯式定氮法和高效液相色谱法分别测定反硝化处理前后萃取液中的总氮和果胶物质含量，测定结果见表1。
3.烟草薄片中TSNAs的测定。分别取两种薄片样品在冷冻干燥机干燥至恒重，粉碎后过40目网筛。称样后加二氯甲烷提取TSNAs，经过滤和浓缩后采用气相色谱(GC)和热能分析仪(TEA)联用方法测定4种TSNAs含量，测定结果见表2。
4．烟草薄片主流烟气中氮氧化物的测定。分别将两种不同涂布液制得的薄片卷制成烟支，采用YC／T287—2009《卷烟主流烟气中氮氧化物的测定化学发光法》规定的方法测定烟草薄片主流烟气中的NO、NOX的含量，测定结果见表2。
表1烟末萃取液经反硝化处理前后其中相关物质含量的变化
处理样 对照样 降低率
NO3 -（μg/ml） 51.5 1032 95.0%
NO2 -（μg/ml） 0.106 0.87 87.8%
总氮（%） 0.08 0.28 71.4%
果胶（%） 0.05 0.12 58.3%
样品的对比评吸。分别把不同萃取液制得的薄片卷制成纯薄片的卷烟，另外将两种薄片再按8%的比例分别参配到某一品牌卷烟的叶组配方中，分制成不同的卷烟。请7位专家对不同的样品进行对比评吸，比较不同薄片本身的感官品质及其与卷烟叶组的配伍性。
评吸结果表明经处理过的萃取液制得的薄片香气量较足，杂气较轻，口腔干净、干燥感不明显，鼻腔、口腔的刺激较小；且与卷烟叶组的配伍性好，添加到卷烟中后能与其香气相互协调，基本不降低卷烟本身的香气量，杂气不显露，能增加烟香的饱满感，口腔回味自然。未处理的萃取液制得的薄片香气量少，杂气明显，鼻腔的刺激较大，灼烧感强，口腔干涩，且与卷烟叶组的配伍性较差，添加到卷烟中后，虽然香气能与卷烟叶组基本协调，但会降低卷烟本身的香气量，杂气也较明显，回味较重。
实施例2
1、反硝化微生物的驯化和PBS颗粒的挂膜：首先在一个密封的容器中加入PBS颗粒、活性污泥和硝酸盐原水，所加的硝酸盐原水中硝态氮的浓度为55mg/L，加入PBS颗粒和硝酸盐原水的体积比为1:7，物料混合后，物料中污泥的浓度为1500mg/L，通入氮气保持缺氧环境对反硝化微生物进行驯化富集，待反硝化效果稳定后，挂膜结束；
2、反应器的启动：反应器为填充床模式，将挂膜后的PBS颗粒填充于反应器中，填充高度为反应器高度的四分之三，然后将将烟末和烟梗的混合萃取液通过蠕动泵送到反应器中，流经PBS颗粒，流速控制在15L/h，水力停留3h；温度为25℃；pH7-8；
3、反应结束后，向烟草原料萃取液中添加8μg/g苹果酸，然后将萃取液和未处理的萃取液对照样分别浓缩至波美度25，再把它们回涂到片基上，涂布率为38%，制得不同的两种薄片。
根据不同测定方法的要求，对处理前后萃取液和由它们分别制得的薄片进行相关物质的测定。各物质含量的测定方法同实例，各物质含量的测定结果见表3和表4。
表3烟末和烟梗的混合萃取液经反硝化处理前后其中相关物质含量的变化
处理样 对照样 降低率
NO3 -（μg/ml） 57.6 951 93.9%
NO2 -（μg/ml） 0.093 0.79 88.2%
总氮（%） 0.08 0.31 74.2%
果胶（%） 0.06 0.16 62.5%
表4不同萃取液制得的薄片中相关物质含量的变化
样品的对比评吸。将不同萃取液制得的薄片卷制成纯薄片的卷烟，另外将两种薄片再按8%的比例分别参配到某一品牌卷烟的叶组配方中，分制成不同的卷烟。请7位专家对不同的样品进行对比评吸，比较不同薄片本身的感官品质及其与卷烟叶组的配伍性。评析结果表明经处理过萃取液制得的薄片，香气量较足，杂气较轻，灼烧感和刺激都不明显，与卷烟叶组的配伍性较好，能与卷烟本身的烟香较好的协调，但会轻微降低叶组的香气量，杂气和刺激不明显。未经处理的萃取液制得的薄片香气量少，杂气较重，特别是灼烧感和刺激明显高于处理样，且添加到卷烟叶组后，对卷烟的烟香有一定干扰，杂气较显，口腔干涩感较为明显。

Claims (3)

1.一种造纸法烟草薄片减害提质的方法，其特征在于按以下步骤进行：
1）反硝化微生物的驯化和PBS颗粒的挂膜：在一个密封的容器中加入PBS颗粒、活性污泥和硝酸盐原水，加入的PBS颗粒和硝酸盐原水的体积比为1:6-1:8，所有物料混合后，物料中污泥的浓度为1200-1500mg/L，所加硝酸盐原水中硝态氮的浓度为40-55mg/L，通入氮气保持缺氧环境对反硝化微生物进行驯化富集，待反硝化效果稳定后，挂膜结束；
2）反应器的启动：反应器为填充床模式，将挂膜后的PBS颗粒填充于反应器中，填充高度为反应器高度的四分之三，然后将烟草薄片原料萃取液从料液箱通过蠕动泵送到反应器中，温度为15-30℃，上流式进液，流速控制在12－15L/h，水力停留2.0-3.5h；
3）反应结束后，向烟草原料萃取液中添加5-20μg/g苹果酸，然后将萃取液进行浓缩至波美度25，回涂到片基上。
2.按权利要求1所述的造纸法烟草薄片减害提质的方法，其特征在于所述的活性污泥来自污水处理厂、印刷厂、造纸厂。
3.按权利要求1所述的造纸法烟草薄片减害提质的方法，其特征在于所述的PBS为改性后的BDPs材料，是淀粉与聚烯烃材料相溶后形成的共聚物，其中可生物降解物质含量大于98%，密度为1100-1150kg/m3。
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