CN108142993B - 一种相变滤棒添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相变滤棒添加剂及其制备方法和应用，属于滤嘴中的过滤插入物制造技术领域。解决如何在确保滤棒留香能力的前提下保证香气释放的均匀性，消除香烟吸味的差异性，提高稳定性，以及扩大香味物质的使用范围。该添加剂包括赋香物质、包裹赋香物质的包埋材料以及相变物质；制备方法包括以下步骤：赋香物质的制备、赋香物质包埋、混合乳化等，本发明所述的相变滤棒添加剂能够在常温下保持固相，提高留香能力；抽吸时在烟气温度下转变为液相，配合β‑环糊精分子的作用，提高香精释放的连续性，保证烟气香味的持续性和均匀性；还可避免滤棒出现塌陷软化，从而扩大了滤棒用香精的范围。

Description

一种相变滤棒添加剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及卷烟滤嘴制造技术领域，具体涉及一种卷烟滤棒的相变添加剂。

背景技术

当前卷烟的增香技术多种多样，主要包括以下几种：

①直接将香味物质制成颗粒或通过涂覆、喷洒添加到滤棒中或烟丝中；

②将香味物质与活性炭等吸附材料结合后添加到滤棒中；

③将浸泡香味物质的香线或香片与丝束一同成型；

但上述三种增香方式存在一个共同的不足之处，由于卷烟烟气在进入滤棒后，其温度下降至100℃以下，为了保证添加的香味物质能够在较低的烟气温度下挥发扩散，因此滤棒增香技术中所选用的香味物质通常都是易挥发材料，这就造成了香味物质在存放过程中香气易损失，留香效果差。

爆珠香烟是将香味物质使用壁材进行密封后置入滤棒，使用时将其捏破已达到香味释放挥发的目的，其能够解决存放过程中香味物质易损失的不足，但其制造成本较高，并且对于香味物质的选择存在局限性。

为综合解决上述问题，近年来出现了一种新型的滤棒添加材料，即凝胶材料，通过将香味物质与凝胶材料混合后再添加到滤棒中，凝胶材料凝固后将香味物质固封在凝胶材料之中，防止在存放过程中香味物质的损失,提高其留香效果,相关的现有技术包括“201710156063.X香气缓释材料组合物与缓释香料胶体及其用途”、“201610764049.3 一种复合凝胶香味缓释颗粒及其制备方法与它的用途”、“201610823103.7 一种释香凝胶纤维滤棒的制备方法”、“201610064101.4 一种线状复合凝胶香味缓释滤棒及其制备方法与它的用途”、“201610485552.5 可通过相变释放功能物质的滤棒添加剂及制备方法和应用”等，但上述方案存在一些不足。

首先，香味物质混合在凝胶材料中，在存放过程中的确能够防止香味扩散挥发，提高添加该材料滤棒的留香能力，但添加到滤嘴棒后凝胶比表面积增大，一些挥发性较强香味物质依旧会通过凝胶表面与空气接触形成挥发通道逐渐挥发损失，导致卷烟在销售周期内抽吸口味发生变化，影响产品品质的一致性；同时在抽吸时，烟气流通后，凝胶预热超过其相变点就会融化，混合在其中的香味物质直接暴露在烟气中会迅速挥发，并且挥发的时间段较短，集中在抽吸的前期，导致香烟抽吸的实际体验就是前段由于香味物质集中挥发，香气较为浓郁，而后期香味物质挥发殆尽，香气较淡，前后段香气释放不均匀，吸味差异较大，影响香烟的整体口感。

因此，如何在确保滤棒留香能力的前提下保证香气释放的均匀性，消除香烟吸味的差异性，提高稳定性，以及扩大香味物质的使用范围，是目前卷烟技术领域亟需解决的问题。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种相变滤棒添加剂，一种相变滤棒添加剂的制备方法，以及一种相变滤棒添加剂的应用。

本发明的原理如下：

β-环糊精由多个葡萄糖分子连接而成，主体结构是一个中间有空洞，两端不封闭的圆筒，其能以范德华力、疏水和氢键等作用力，与一些极性、大小、形状及性质相匹配的分子或某些分子的疏水性基团作用，在其空间结构中全部或部分包入另一种分子形成稳定的超分子包合化合物，称β-环糊精包合物或β-环糊精分子微囊，处于包合物外层的β-环糊精称为主分子，被包合在主分子之内的小分子物质称为客分子或心材，由于β-环糊精有一个相对疏水的中心和一个相对亲水的表面，客分子物质镶嵌在中间，在使用过程中既能均匀分散，又对客分子物质起到一定的保护作用，本发明通过包埋技术将香精装载到β-环糊精分子的圆筒状空间内，对香精起到初步保护作用，防止香精扩散损失；之后利用相变物质将β-环糊精的两端开口密封，进一步保护香精，制得相变滤棒添加剂，能有效提升留香能力。

另外，相变滤棒添加剂与滤棒结合后，在抽吸过程中，烟气的温度促使添加剂发生固液相转变，包含在其中的香精和β-环糊精相结合的赋香物质显露出来，并在烟气温度的加热下逐步随烟气挥发，由于β-环糊精分子在相变物质中的排列方向是随机的，因此在初期烟气温度较低的条件下，开口与烟气流动方向平行的β-环糊精中的香精先被洗脱出来随烟气挥发，随着烟气温度逐渐升高，开口与烟气流动方向呈夹角的β-环糊精中的香精也被洗脱出来随烟气挥发，并且洗脱的顺序按照夹角大小从小到大进行，该原理对应到具体的抽吸体验上，就是香精的挥发是持续性的，从最初到终了，始终都有包埋在β-环糊精分子中的香精被洗脱并挥发出来，能够保证烟气香味的持续性和均匀性。

还有，本发明利用β-环糊精分子对香精的包裹作用，可以避免在添加剂加入滤棒后在加工及存放过程中香精与滤棒丝束的直接接触；即使在抽吸时相变物质转变为液相，由于β-环糊精分子的圆筒结构，香精在烟气温度的作用下直接转化为超细颗粒的气相随烟气挥发，减弱了其与增塑剂的接触时间和接触程度，以上两个特征共同作用，基本消除了部分香精中醇类物质对滤棒增塑剂，即三醋酸甘油酯的溶解破坏作用，避免滤棒出现塌陷软化，从而扩大了滤棒用香精的范围。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种相变滤棒添加剂，其特征在于，该添加剂包括赋香物质、包裹赋香物质的包埋材料以及相变物质；各成分按重量份数计算，赋香物质 15-50 份，包埋材料 5-20 份，相变物质 30-80份。

所述赋香物质为能够在20-100℃挥发被烟气携带的单质材料、合成香料或天然植物提取物中的任意一种或两种以上的混合物，为固态或液态。

所述包埋材料为分子具有中空圆筒立体环状结构的β-环糊精。

所述相变物质为在 45℃以下保持固态、固液相变点为 53 - 70 ℃、并且在 55℃- 100 ℃的范围保持液相、不发生气相挥发的材料，包括但不仅限于聚乙二醇、食品级蜂蜡、食品级石蜡、动植物凝胶、硬脂酸......中的任意一种。

本发明的另一个目的，一种上述相变滤棒添加剂的制备方法，包括以下步骤：

①赋香物质的制备，以本领域常用的制取和提纯工艺制得能够在20-100℃挥发、被烟气携带的、固态或液态赋香物质；

②赋香物质包埋，将β-环糊精制成饱和水溶液, 之后加入赋香物质，二者的比例按重量份数计算为1:0.5～ 1:5，二者混合后置于均质乳化器中，反应时间为0.2- 0.5 h，反应后的产物依次经冷藏、沉淀、过滤、洗涤、干燥后得到包埋的赋香物质；乳化的过程，就是通过乳化机转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，将赋香物质和β-环糊精制成饱和水溶液剪切成及微小液滴，让赋香物质更加均匀的分散在β-环糊精制成饱和水溶液中，经过高频的循环反复，促使赋香物质稳定和均匀的填充在β-环糊精分子的中空圆筒结构中。

③将步骤②得到的经包埋的赋香物质按照重量比1:0.5～ 1:10 的比例与加热至55℃ -100℃转变为并保持液相的相变物质进行混合，然后置于均质乳化器中，保持温度为60℃-100℃，经 0.2-0.5 h的反应，之后冷却至固相，得到相变滤棒添加剂。

为提高赋香物质与β-环糊精的包埋作用,在所述步骤②的均质乳化器中加入 1-20 份丙二醇、 10-25 份乙醇，使形成的包埋物更加稳定。

所述步骤②均质乳化器中的反应要达到赋香物质在β-环糊精分子的中空圆筒结构中填充率达到95%以上。

如果所述步骤②中选用非水溶性的赋香物质，则采用对应的溶剂将其溶解后再加入β-环糊精饱和水溶液中进行包埋。

本发明的另一个目的：

一种相变滤棒添加剂的应用，将制备好的相变滤棒添加剂直接破碎至粒度为10-100目，然后将其均匀分散在滤棒丝束上，得到具有相变添加剂的滤棒。

将制备好的相变滤棒添加剂加热至55-100℃，使其转变为液相，并保温维持添加剂为液相，然后通过蠕动泵添加到滤棒丝束上并成型，得到具有相变添加剂的滤棒。

将制备好的相变滤棒添加剂加热至55-100℃，使其转变为液相，并保温维持添加剂为液相，将普通芯线浸入液态添加剂中，之后将浸润后的芯线与滤棒丝束一起成型,得到具有相变添加剂的滤棒。

有益效果：

本发明所述的相变滤棒添加剂能够在常温下保持固相，提高留香能力；抽吸时在烟气温度下转变为液相，配合β-环糊精分子的作用，提高香精释放的连续性，保证烟气香味的持续性和均匀性；还可避免滤棒出现塌陷软化，从而扩大了滤棒用香精的范围；下面以一组实验数据对本发明的有益效果进行直观的说明。

利用液态赋香物质、不均质乳化的相变滤棒添加剂，以及均质乳化过的相变滤棒添加剂三者制作样品后对烟气中赋香物质的减少量进行比较，以证明本发明的留香效果和缓释效果。

a.液态赋香物质直接添加：把液态赋香物质溶于丙二醇后制得以重量计算40%的溶液，用微量注射器加入添加量为每个滤棒30mg，制作两组，每组60支，第一组放在温度为20℃，湿度为50%的恒温恒湿实验室的器皿中，敞开口，放置一个月；第二组与一个月后同样制作，完成后马上检测主流烟气赋香物质的含量。

b.不均质乳化的相变滤棒添加剂：在制作过程中不对β-环糊精制成饱和水溶液加入赋香物质的混合溶液进行均质乳化，不对进过包埋的赋香物质和液相的相变物质混合溶液进行均质乳化，二者整个过程只是进行搅拌混合，最后制得不均质乳化的相变滤棒添加剂，然后加热到80℃，转变为液相后，并保温维持添加剂为液相，然后通过蠕动泵添加到滤棒丝束上成型，添加量为每个滤棒30mg，制作两组，每组60支，第一组放在温度为20℃，湿度为50%的恒温恒湿实验室的器皿中，敞开口，放置一个月。第二组与一个月后同样制作，完成后马上检测主流烟气赋香物质的含量。

c.均质乳化过的相变滤棒添加剂，然后加热到80℃转变为液相后，并保温维持添加剂为液相，然后通过蠕动泵添加到滤棒丝束上成型，添加量为每个滤棒30mg，制作两组，每组60支，第一组放在温度为20℃，湿度为50%的恒温恒湿实验室的器皿中，敞开口，放置一个月。第二组与一个月后同样制作，完成后马上检测主流烟气赋香物质的含量。

检验方法：利用RM20H吸烟机和GC-MC检测主流烟气中赋香物质的含量，20支烟为一组通过RM20H吸烟机进行溶剂捕集，然后通过液相微萃取技术进行GC-MC分析得出检测结果。

实验结果：本发明中没有进行均质乳化的样品中，赋香物质添加量减少了约23%，而进行过均质乳化的，赋香物质添加量减少了5.1%，而直接添加赋香赋香物质溶液的，直赋香物质添加量减少了80.1%，直接体现了相变添加剂的非常强的缓释效果以及本发明中均质乳化对相变添加剂缓释效果的加强作用。

具体实施方式

实施例1

实施步骤：

1.制取赋香物质

通过提纯或者蒸馏工艺制得能够在20-100℃挥发、被烟气携带的、固态或液态赋香物质；

2.制取β-环糊精饱和水溶液

将β-环糊精加入到水溶液中，直到水溶液饱和，不再能溶解β-环糊精，把多余的β-环糊精进行过滤，得到饱和的β-环糊精水溶液

3.赋香物质包埋

将β-环糊精制成饱和水溶液, 之后加入赋香物质，二者的比例按重量份数计算为二者的比例按重量份数计算为1:0.5，二者混合后置于均质乳化器中，反应时间0.2h，依次经冷藏、沉淀、过滤、洗涤、干燥后得到包埋的赋香物质；冷藏温度为3-5℃，用饱和水溶液法制备包合物。

4、相变滤棒添加剂

得到的经包埋的赋香物质按照重量比1:1的比例与加热至 80 ℃转变为并保持液相的相变物质进行混合，然后置于均质乳化器中，保持温度为75 ℃，经 0.2 h的反应，之后冷却至固相，得到相变滤棒添加剂。

对加入相变滤棒添加剂滤棒的赋香物质含量和传统滤棒直接加入赋香物质的含量进行检测对比，其结果如下表1：

序号	样品编号	加香情况	赋香物质含量（ug/支）
				1	样品1号	直接加香	421.1
2	样品2号	直接加香，恒温恒湿放置三周	83.8
				3	样品3号	加入相变滤棒添加剂	417.5
4	样品4号	加入相变滤棒添加剂，恒温恒湿放置三周	396.21

表1

由表1可以看出，相变滤棒添加剂的技术，让卷烟留香性大幅度提升，明显高于传统滤棒的留香性，大概是传统留香性的4.7倍，直接体现了本次发明的相变滤棒添加剂对留香有着非常重要的作用，对保证烟气的均匀性和持续性有着很好的效果。

实施例2

实施步骤：

1.制取赋香物质

通过提纯或者蒸馏工艺制得能够在20-100℃挥发、被烟气携带的、固态或液态赋香物质；

2. 制取β-环糊精饱和水溶液

将β-环糊精加入到水溶液中，直到水溶液饱和，不再能溶解β-环糊精，把多余的β-环糊精进行过滤，得到饱和的β-环糊精水溶液；

3.赋香物质包埋

将β-环糊精制成饱和水溶液, 之后加入不溶于水的赋香物质，二者的比例按重量份数计算为1:4，由于赋香物质在水中不溶, 可用适当溶剂溶解后加入, 或直接加入中药的挥发油，二者混合后均匀搅拌一下，反应时间为0.5 h，依次经冷藏、沉淀、过滤、洗涤、干燥后得到包埋的赋香物质；冷藏温度为3-5℃，用饱和水溶液法制备包合物, 应注意控制被包埋物和β-CD的浓度, 否则易造成被包埋物和β-CD 单独析出。在溶液中加入少量的第3种组分, 对包埋过程有重要的影响, 如聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 、聚乙二醇( PEG)常能增加被包埋物与β-CD的包埋作用, 使形成的包埋物更加稳定。

4.相变滤棒添加剂

得到的经包埋的赋香物质按照重量比1:1 的比例与加热至 80 ℃转变为并保持液相的相变物质进行混合，然后均匀搅拌，保持温度为75 ℃，经0.2 h的反应，之后冷却至固相，得到相变滤棒添加剂。

对加入均质乳化过后的相变滤棒添加剂滤棒的赋香物质含量和没有均质乳化的相变滤棒添加剂滤棒的赋香物质含量进行测定对比，其结果如下表2：

序号	样品编号	加香情况	赋香物质含量（ug/支）
				1	样品3号	加入均质乳化的相变滤棒添加剂	417.5
2	样品4号	加入均质乳化的相变滤棒添加剂，恒温恒湿放置三周	396.21
				3	样品5号	加入没有均质乳化相变滤棒添加剂	426.1
4	样品6号	加入没有均质乳化的相变滤棒添加剂，恒温恒湿放置三周	328.097

表2

从表2可以看出，本发明的相变滤棒添加剂有着很好的保香效果，但是在实施过程中，均质乳化是必须的过程，这让赋香物质在β-环糊精分子的中空圆筒结构中填充率达到95%以上，让赋香物质很好的得以保存，所以均质乳化是让相变滤棒添加剂增加保香作用的重要手段。

Claims (3)

1.一种相变滤棒添加剂的制备方法，该添加剂包括赋香物质、包裹赋香物质的包埋材料以及相变物质；各成分按重量份数计算，赋香物质 15-50 份，包埋材料 5-20 份，相变物质30-80份，其特征在于，包括以下步骤：

①赋香物质的制备，以本领域常用的制取和提纯工艺制得能够在20-100℃挥发被烟气携带的、固态或液态赋香物质；

②赋香物质包埋，将β-环糊精制成饱和水溶液, 之后加入赋香物质，二者的比例按重量份数计算为1:0.5～ 1:5，二者混合后置于均质乳化器中，反应时间为 0.2- 0.5 h，乳化时通过乳化机转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，将赋香物质和β-环糊精制成饱和水溶液剪切成极 微小液滴，让赋香物质更加均匀的分散在β-环糊精制成饱和水溶液中，经过高频的循环反复，促使赋香物质稳定和均匀的填充在β-环糊精分子的中空圆筒结构中；反应后的产物依次经冷藏、沉淀、过滤、洗涤、干燥后得到包埋的赋香物质；

③将步骤②得到的经包埋的赋香物质按照重量比1:0.5～ 1:10 的比例与加热至 55℃ -100℃转变为并保持液相的相变物质进行混合，然后置于均质乳化器中，保持温度为60℃-100℃，经0.2-0.5 h的反应，之后冷却至固相，得到相变滤棒添加剂；

所述相变物质为在 45℃以下保持固态、固液相变点为 53 - 70 ℃、并且在 55 ℃-100 ℃的范围保持液相、不发生气相挥发的材料，包括聚乙二醇、食品级蜂蜡、食品级石蜡、动植物凝胶、硬脂酸中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的相变滤棒添加剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤②的均质乳化器中加入1-20份丙二醇、10-25 份乙醇，反应至赋香物质在β-环糊精分子的中空圆筒结构中填充率达到95%以上。

3.根据权利要求1所述的相变滤棒添加剂的制备方法，其特征在于，所述步骤②中选用非水溶性的赋香物质,采用对应溶剂溶解后再加入β-环糊精饱和水溶液中进行包埋。