CN105124742A - 一种造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法，其特征是：将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，进行电渗析处理降低Cr含量，在降低Cr含量过程中通过淡化室内电导率的变化或者Cr的实际含量来控制脱Cr程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量以考察脱除铬离子的选择性。本发明不仅能有效降低Cr含量，同时可避免烟碱和烟草主要有机酸的流失，最大程度地保证了再造烟叶的吸食品质。

Description

一种造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法
技术领域
本发明涉及一种造纸法再造烟叶Cr含量的选择性降低方法，属于造纸法再造烟叶生产技术领域。
背景技术
重金属元素是卷烟烟气中的一类成分，其中烟气中的铬(Cr)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)等重金属元素被列为霍夫曼烟气有害成分名单。卷烟烟气中的重金属主要来源于烟草，但这些重金属不是烟草的主要内源性化学成分，而是由于农用化学品的大量施用以及工业“三废”的排放所导致的环境污染，进而在烟草生长过程中进入烟草植物体内的外源性污染物质。石杰等对85个等级烟叶的7种重金属含量检测结果显示铬含量分布于0.335～5.728μg/g(ICP-MS法同时测定烟草中的铬、镍、砷、硒、镉、汞、铅，烟草科技，2006，12:29-34)，Cr含量差异高达17倍。因此降低烟草中的Cr含量有助于提升卷烟吸食的安全性。
造纸法再造烟叶是一种重组的均值烟草，其具有燃烧速率快、焦油释放量低、填充值高以及耐加工性能好等特点，其化学组分与物理参数的可调控性是其最为重要的特点，然而当前尚缺乏有效降低再造烟叶自身及其烟气中的重金属元素的方法。目前降低卷烟中的Cr含量主要有农业措施、工艺方法。中国专利CN101961138A公布了利用微波松散、烘丝温度以及松散回潮等卷烟加工工艺参数的优化来降低Cr含量，Cr含量降低幅度为13.06～66.56％，但这些方法降低Cr含量的效果有待进一步提高。重金属有效脱除方法还包括絮凝法、离子交换法、电渗析法等，其中电渗析法具有能量消耗低、操作维修方便、环境污染小等优点。中国专利CN101108306A公布了利用电渗析方法去除植物提取液中铅、铬等重金属，去除效率达56～74％。电渗析技术作为一种高效的脱盐手段，其对烟草水提物中的离子化合物的脱除效率也较高，如CN103082394A、CN103330277A以及US4302308A、US4253929利用电渗析方法去除烟草提取液或再造烟叶萃取液中的氯离子、硝酸根离子。中国专利CN102406230A公布了使用电渗析结合离子交换柱层析的方法去除烟草萃取液中As、Pb以及Cd，去除效率达75～90％，降低效果显著。烟草萃取液中含有非离子型有效组分(如：果糖、葡萄糖、果胶等)和离子型有效组分(如烟碱)，其中烟碱是烟草最为重要的功效成分。虽然普通的电渗析技术可实现氯离子、硝酸根离子等离子化合物相对于非离子型化合物的选择性去除，但通常也导致烟草离子型有效组分(烟碱和有机酸)的大量流失，这必将导致卷烟吸食品质下降。向海英等使用IONSEPTM离子交换膜去除氯离子离子的同时，发现烟碱也降低50％以上(烟梗提取液中氯离子离子的电渗析法脱除，烟草科技，2015，1:72-75)。因此，在提高烟草萃取液中离子脱除效率的同时，如何有效保留烟草的有效成分(烟碱和有机酸)是电渗析处理烟草萃取液亟待解决的关键问题，也是电渗析技术在造纸法再造烟叶生产中应用的技术关键。
发明内容
本发明是针对上述现有电渗析技术所存在的烟碱大量流失问题而研制的一种生产工艺简单、可控性强的Cr选择性调控方法，可广泛应用于造纸法再造烟叶萃取液中，使Cr含量选择性降低，并有效避免烟碱和有机酸的流失，在降低Cr含量的同时，显著提高造纸法再造烟叶吸食品质。
本发明通过一价阴离子选择性透过膜的使用高效降低烟草萃取液中Cr含量，并有效避免了烟碱和有机酸的流失，实现了Cr含量降低的选择性。
本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法，其特点是：
a、将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，并在浓缩室中加入水或电解质；所述烟草萃取液的固形物含量为7-10％。
所述电渗析装置的阴离子交换膜为一价阴离子选择性透过膜，阳离子交换膜优选为均相阳离子交换膜。
按照造纸法再造烟叶生产工艺制备烟草萃取液的步骤为：将造纸法再造烟叶原料(烟梗、烟叶和/或烟末)加入搅拌罐中，加入4-10倍重量的水，搅拌提取1小时，使用双螺旋挤浆机进行固液分离，所得到的烟草水溶液经过80-120目的振筛粗过滤，再在2500-3500rmb转速条件下离心分离，清液即为电渗析处理所需的烟草萃取液。
b、在恒定电流密度条件下对烟草萃取液进行电渗析处理脱除Cr离子，即进行脱铬处理；电渗析处理的流量为6-8L/min；恒定电流密度为10-20mA/cm2。
c、在脱铬处理过程中通过淡化室内电导率的变化或者Cr的实际含量来控制脱铬程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量(包括柠檬酸、草酸和苹果酸)以考察脱铬处理的选择性；
d、将脱铬后的烟草萃取液按照造纸法再造烟叶生产工艺继续进行处理，用于再造烟叶的加工。
通常状况下，烟草提取液呈酸性，其pH范围约为4.5-6.5，其中的烟碱主要以一价盐的形态存在。从理论上来说，烟碱可通过一价选择性离子交换膜，但实验发现：电渗析过程中烟碱并不通过一价阴离子选择性透过膜，这主要可能是由于烟碱阴离子的离子水合半径大，一价阴离子选择性透过膜对其有物理选择性。从而，本发明可以通过一价阴离子选择性透过膜的使用，高效降低烟草萃取液中Cr含量，并有效避免了烟碱和有机酸的流失，实现了Cr含量的选择性降低。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明不仅能有效降低Cr含量，同时可避免烟碱和烟草主要有机酸的流失，提升造纸法再造烟叶萃取液的品质，最大程度地保证了再造烟叶的吸食品质。
2、本发明生产工艺简单、可控性强、质量稳定，可广泛应用于造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明
实施例1：
以烟叶为原料制备烟草萃取液，将500mL固形物含量为7％的烟草萃取液装入安装有10对离子交换膜(其中阴膜为SelemionTM一价阴离子选择性透过膜，阳膜为SelemionTM一价阳离子选择性透过膜，有效面积为1平方米)的电渗析装置的淡化室中，并在浓缩室中加入500mL的自来水；在15mA/cm2的恒定电流密度条件下、5L/min的流量下进行电渗析处理40min，经测试，处理后淡化室中烟草萃的电导率由初始的16.50mS/cm降低至8.2mS/cm。
在安装有10对普通离子交换膜(阴离子交换膜为均相阴离子交换膜CJA-2，阳离子交换膜为均相阳离子交换膜CJC-2，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造)的电渗析装置中进行相同烟草萃取液的电渗析处理对比试验，试验参数除所用离子交换膜不同外，其它参数均相同。
经两种膜堆处理后，淡化室内烟草萃取液的化学分析结果见表1，结果表明：与普通的均相离子交换膜相比，一价离子选择性透过膜在实现Cr含量显著减少的前提下，可大幅提高Cr含量相对于烟碱的选择性，避免了烟碱的大量流失，同时有机酸(主要包括柠檬酸、草酸和苹果酸)也得到了较好的保留。
由使用两种电渗析膜堆处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶的感官评价结果表明：与使用普通均相离子交换膜的非选择性去除对照相比，经一价离子选择性透过膜选择性去除后的造纸法再造烟叶的吸食劲头和燃烧速率都显著提升，且感官品质整体得到改善。
表1
实施例2：
以烟梗为原料制备烟草萃取液，将500mL固形物含量为8％的烟草萃取液装入安装有10对离子交换膜(其中阴膜为SelemionTM一价阴离子选择性透过膜；阳离子交换膜为均相阳离子交换膜CJC-2，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造)的电渗析器淡化室中；浓缩室中加入500mL的1.0mol/L的硫酸钠作为起始电解质；在18mA/cm2的恒定电流密度条件下进行电渗析处理55min。经测试，处理后淡化室中烟草萃取液的电导率由初始的17.30mS/cm降低至5.2mS/cm。
在安装有10对均相离子交换膜(均相阴离子交换膜为CJA-2，均相阳离子交换膜为CJC-2，合肥科佳高分子材料科技有限公司制造)的电渗析装置中进行相同烟草萃取液的电渗析处理对比试验，试验参数除阴离子交换膜不同外，其它参数均相同。
经两种膜堆处理后，淡化室内烟草萃取液的化学分析结果见表2，结果表明：与普通的均相阴离子交换膜相比，一价阴离子选择性透过膜在实现Cr含量显著减少的前提下，可大幅提高Cr含量相对于烟碱的选择性，避免了烟碱的大量流失，同时有机酸也得到了较好的保留。
由使用两种电渗析膜堆处理后的烟草萃取液制备的造纸法再造烟叶的评价结果表明：与使用普通均相阴离子交换膜的Cr离子非选择性去除对照相比，经一价阴离子选择性透过膜选择性去除后的造纸法再造烟叶的吸食劲头显著提升，且余味和刺激性等感官指标得到提高。
对比实施例1和实施例2还可知，在电渗析装置的阴离子交换膜选用一价阴离子选择性透过膜的情况下，阳离子交换膜选用均相阳离子交换膜比选用一价阳离子选择性透过膜的效果更好些，较一价阳离子选择性透过膜，均相阳离子交换膜的使用可提高Cr的脱除率及其选择性。
表2

Claims (4)

1.一种造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法，其特征是：
a、将按照造纸法再造烟叶生产工艺所制备的烟草萃取液引入电渗析装置的淡化室，并在浓缩室中加入水或电解质；所述电渗析装置的阴离子交换膜为一价阴离子选择性透过膜；
b、在恒定电流密度条件下对烟草萃取液进行电渗析处理脱除Cr离子，即进行脱铬处理；
c、在脱铬处理过程中通过淡化室内电导率的变化或者Cr的实际含量来控制脱铬程度；同时检测淡化室内烟碱含量及有机酸总量以考察脱铬处理的选择性；
d、将脱铬后的烟草萃取液按照造纸法再造烟叶生产工艺继续进行处理，用于再造烟叶的加工。
2.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法，其特征是：所述烟草萃取液的固形物含量为7-10％。
3.根据权利要求1或2所述的造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法，其特征是：所述电渗析装置的阳离子交换膜为均相阳离子交换膜。
4.根据权利要求1或2所述的造纸法再造烟叶萃取液中Cr含量的选择性降低方法，其特征是：步骤b中所述电渗析处理的流量为6-8L/min；恒定电流密度为10-20mA/cm2。
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