CN104497455B - 一种用于卷烟的聚乙烯醇‑氨基酸多孔水凝胶复合材料 - Google Patents
一种用于卷烟的聚乙烯醇‑氨基酸多孔水凝胶复合材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于卷烟减害技术领域，具体涉及一种用于降低卷烟中有害物质的聚乙烯醇‑氨基酸多孔水凝胶复合材料。该材料通过聚乙烯醇加水溶胀溶解、加入氨基材料物理交联制得。本发明利用聚乙烯醇多孔水凝胶复合材料具有生物相容性好、安全可靠、具有独特的吸水、保水和可调节水分微环境的特点，将其与氨基材料复合制备成聚乙烯醇‑氨基酸多孔水凝胶复合材料，所制备的复合材料与醋纤滤棒或纤维素纸滤棒制成二元或多元复合滤棒用于卷烟，可使卷烟主流烟气中的巴豆醛量降低28%以上，使氢氰酸的释放量降低50%以上，且卷烟感官质量无显著变化，因而具有较好的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于卷烟减害技术领域，具体涉及一种用于降低卷烟中有害物质的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料。
背景技术
卷烟燃烧时主流烟气中释放的危害性组分如巴豆醛、HCN等可能给吸食者造成健康隐患。烟草科技工作者开发了多种复合材料，如金属纳米材料、功能性高分子材料、植物提取物等用于降低卷烟有害成分的释放量。但是，近年来随着食品安全卫生标准要求的日益严苛，烟用材料的安全性要求也越来越高，极大的限制了各种材料在卷烟中的应用。
氨基材料由于自身的碱性和易与醛酮类化合物形成亚胺的特性，在降低卷烟主流烟气中的巴豆醛、HCN等有害成分方面具有突出作用。然而大多数人工合成的氨基碱性材料，生物毒性高，应用大大受到限制。天然氨基酸是具有氨基和羧基结构的天然氨基材料化合物，是人体必需的基本营养物质，具有良好的生物相容性，安全可靠。采用天然氨基酸材料也可有效降低卷烟主流烟气中的有害成分。日本大赛璐公司公布了碱性氨基酸具有降低巴豆醛的效果。湖南中烟工业有限责任公司公布了采用氨基酸或氨基酸盐负载或涂布纤维素纸可降低卷烟有害成分的释放量。红塔集团报道了大豆丝蛋白由于富含色氨酸、赖氨酸等氨基酸侧链，也具有降低巴豆醛等有害成分的效果。然而，目前氨基酸材料的应用都缺乏对于水分微环境的考虑，而水分对于卷烟的吸味口感和有害成分的释放量往往具有重要的影响作用。因而在卷烟中对于氨基材料的添加尚有进一步的改进空间。
发明内容
本发明主要目的是提供一种聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，该材料相较于现有的单独添加氨基材料，着重考虑了水分对于卷烟吸味口感的影响，且降低卷烟中有害物质效果更好，因而具有较好的技术进步。
本发明所采取的技术方案如下所示。
一种用于卷烟的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，通过以下步骤制备：
（1）聚乙烯醇材料加水溶胀并加热溶解形成聚乙烯醇水溶液；
所述聚乙烯醇为不同聚合度和醇解度的不同型号产品的任意比例的混合物；优选自PVA10-88、PVA15-88、PVA 17-97或PVA17-88；
聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%～10%；
（2）在步骤（1）的溶液中加入氨基材料，强烈搅拌溶解；
所述氨基材料为20种天然氨基酸中的一种或几种任意比例的混合物和/或20种天然氨基酸的钠盐和/或钾盐的任意比例的混合物；
所述20种天然氨基酸中优选甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、组氨酸、天冬酰胺、脯氨酸；
所述天然氨基酸钾盐优选酪氨酸钾、赖氨酸钾；
所述天然氨基酸钠盐优选组氨酸钠、赖氨酸钠；
所述氨基材料的用量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的0.8倍～2.0倍；
（3）将步骤（2）中溶液倒入模具，-50℃~-25℃条件下冷冻，然后室温解冻，反复5～6次，物理交联制得聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料；
将步骤（3）制得的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料制成薄膜、薄片或20～50目颗粒即可用于卷烟滤棒的制备。
步骤（1）聚乙烯醇水溶液的质量浓度优选7%。
步骤（2）氨基材料的用量优选为步骤（1）中聚乙烯醇质量的0.8～1.0倍。
步骤（4）所制备的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料在卷烟中的应用，与醋纤滤棒或纤维素纸滤棒制成二元或多元复合滤棒用于卷烟，聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的用量控制在30～50mg/支，其中以50mg/支为宜。
本发明利用聚乙烯醇多孔水凝胶复合材料具有生物相容性好、安全可靠、具有独特的吸水、保水和可调节水分微环境的特点，将其与氨基材料复合制备成聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，所制备的复合材料与醋纤滤棒或纤维素纸滤棒制成二元或多元复合滤棒用于卷烟，可使卷烟主流烟气中的巴豆醛量最高降低近1/3，使氢氰酸的释放量降低1/2，且卷烟感官质量无显著变化，因而具有较好的推广应用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
本实施例用于卷烟的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，通过以下步骤制备：
（1）聚乙烯醇材料加水溶胀并加热溶解；
所述聚乙烯醇为PVA17-88型聚乙烯醇；
聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8%；
（2）在步骤（1）的溶液中加入氨基材料天然氨基酸，强烈搅拌溶解；
所述氨基酸为甘氨酸；
所述氨基酸为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1倍，即等同量；
（3）将步骤（2）溶液迅速倒入模具，-50℃~-25℃条件下冷冻，然后室温解冻，反复6次，物理交联制得聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料；
（4）将步骤（3）制得的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料制成20～50目颗粒。
将步骤（4）所制备的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料与15mm醋纤滤棒制成25mm长二元复合滤棒用于卷烟，聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料用量为50mg/支。
以未添加聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，即仅由醋纤制成的25mm滤棒作为空白对照。
参照烟草行业标准YC/T 253-2008《卷烟 主流烟气中氰化氢的测定 连续流动法》和YC/T 254-2008《卷烟 主流烟气中主要羰基化合物的测定 高效液相色谱法》进行测定，卷烟中HCN和巴豆醛有害成分的释放量测定采用直线式吸烟机，卷烟感官评价参照YC/T138《烟草及烟草制品 感官评价方法》实施。
测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低18.5%，巴豆醛释放量降低8.1%，卷烟感官质量无显著差异。具体结果参见说明书最后附表。
实施例2
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-97型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天然氨基酸中的赖氨酸，所加入氨基酸质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.1倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为50mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低41.2%，巴豆醛释放量降低21.5%，卷烟感官质量发生显著变化。具体结果参见说明书最后附表。
实施例3
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 10-88型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为10%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天然氨基酸中的天冬酰氨，所加入氨基酸质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.5倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为40mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低21.7%，巴豆醛释放量降低14.8%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例4
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 15-88型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天然氨基酸中的精氨酸，所加入氨基酸质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的0.8倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为50mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低22.1%，巴豆醛释放量降低12.6%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例5
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-88型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天然氨基酸中的蛋氨酸，所加入氨基酸质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的2.0倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为40mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低18.7%，巴豆醛释放量降低9.4%，卷烟感官质量变差。具体结果参见说明书最后附表。
实施例6
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-97型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天然氨基酸中的组氨酸，所加入氨基酸质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.0倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为30mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低18.9%，巴豆醛释放量降低9.4%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例7
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-97型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天然氨基酸中的天冬酰胺和丝氨酸（其中以质量比计，天冬酰胺：丝氨酸=9：5），所加入氨基酸质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.4倍，步骤（3）反复5次。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为50mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低30.5%，巴豆醛释放量降低19.7%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例8
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-97型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%；调整步骤（2）中所用氨基材料为酪氨酸钾盐和的赖氨酸钾盐（其中以质量比计，酪氨酸钾盐：赖氨酸钾盐=1：2），所加入氨基酸盐总质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.8倍，步骤（3）反复5次。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为40mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低36.6%，巴豆醛释放量降低19.7%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例9
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-88型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为8%；调整步骤（2）中所用氨基材料为半胱氨酸和赖氨酸钠（其中以质量比计，半胱氨酸：赖氨酸钠=3：8），所加入氨基酸及氨基酸盐总质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.1倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为40mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低31.6%，巴豆醛释放量降低15.7%，卷烟感官质量降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例10
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-97型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%；调整步骤（2）中所用氨基材料为组氨酸钠盐和赖氨酸钠盐（其中以质量比计，组氨酸钠盐：赖氨酸钠盐=6：4），所加入氨基酸盐总质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.0倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为50mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低43.4%，巴豆醛释放量降低24.7%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例11
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-88型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为10%；调整步骤（2）中所用氨基材料为脯氨酸和赖氨酸钾盐，（其中以质量比计，脯氨酸：赖氨酸钾盐=4：6，所加入氨基材料总质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的1.0倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为50mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低45.4%，巴豆醛释放量降低27.4%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
实施例12
本实施例中关于聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的制备步骤同实施例1，仅调整步骤（1）中聚乙烯醇采用PVA 17-97型聚乙烯醇，所制备的聚乙烯醇水溶液的质量浓度为7%；调整步骤（2）中所用氨基材料为天冬酰胺和赖氨酸钾盐（其中以质量比计，天冬酰胺：赖氨酸钾盐=3：8），所加入氨基酸和氨基酸盐总质量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的0.9倍。
空白设置及检测标准同实施例1。
控制复合材料用量为50mg/支，测定结果表明，采用本实施例所提供的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料后，卷烟主流烟气中，HCN释放量降低53.5%，巴豆醛释放量降低28.7%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
对比例
本对比例采用氨基酸复合颗粒，参照实施例1的方法制备二元复合滤棒，所述氨基酸为天冬酰胺和赖氨酸钾（质量比为3:8），颗粒控制在50～80目左右，用量控制为25mg/支。空白试验参照实施例1。
检测结果表明，对比实施例卷烟主流烟气中，HCN释放量降低35.4%，巴豆醛释放量降低16.1%，卷烟感官质量无显著降低。具体结果参见说明书最后附表。
附表：各实施例及对比例的具体减害效果。
从上表数据可以看出，本发明所提供的聚乙烯醇—氨基酸多孔水凝胶复合材料可使卷烟主流烟气中的巴豆醛和氢氰酸出现不同程度的降低，通过优化组合选择相应的氨基酸材料，可使巴豆醛的释放量降低28%以上，使氢氰酸的释放量降低50%以上，而且卷烟感官质量无显著变化，因而具有较好的推广应用价值。
Claims (4)
1.一种用于卷烟的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，其特征在于，该材料通过以下步骤制备：
（1）聚乙烯醇材料加水溶胀并加热溶解形成聚乙烯醇水溶液；
所述聚乙烯醇为不同聚合度和醇解度的不同型号产品的任意比例的混合物；
聚乙烯醇水溶液的质量浓度为5%～10%；
（2）在步骤（1）的聚乙烯醇水溶液中加入氨基材料，搅拌溶解；
所述氨基材料为20种天然氨基酸中的一种或几种任意比例的混合物和/或20种天然氨基酸的钠盐和/或钾盐的任意比例的混合物；
所述氨基材料的用量为步骤（1）中聚乙烯醇质量的0.8倍～2.0倍；
（3）将步骤（2）溶液倒入模具，-50℃~-25℃条件下冷冻，然后室温解冻，反复5～6次，物理交联制得聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料。
2.如权利要求1所述聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，其特征在于，步骤（1）中所述聚乙烯醇选自：PVA10-88、PVA15-88、PVA 17-97、PVA17-88。
3.如权利要求1所述聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料，其特征在于，步骤（2）中氨基材料的氨基酸选自：甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、组氨酸、天冬酰胺、脯氨酸；氨基酸钾盐选自酪氨酸钾、赖氨酸钾；氨基酸钠盐选自组氨酸钠、赖氨酸钠。
4.权利要求1所制备的聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料在卷烟中的应用，其特征在于，与醋纤滤棒或纤维素纸滤棒制成二元或多元复合滤棒用于卷烟，聚乙烯醇-氨基酸多孔水凝胶复合材料的用量控制在30～50mg/支。
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