CN110680019B - 一种加热不燃烧卷烟的烟弹 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟草制品领域，具体涉及一种加热不燃烧卷烟的烟弹，从烟丝至滤嘴的方向上依次包含：近烟丝滤嘴段、降温段及滤嘴段，及包裹从烟丝至滤嘴方向上全部结构的烟纸，在近烟丝滤嘴段与降温段间增设预降温段；预降温段包含具有气体流通性的基体，及基体支撑固定的糖苷类化合物；近烟丝滤嘴段包含近烟丝滤嘴基体，及附着于近烟丝滤嘴基体上的糖苷类化合物；降温段包含降温段基体，及附着于降温段基体上的糖苷类化合物。本发明该技术方案协同物理降温与化学降温，积极增强降温效果，同时还能弥补香氛的不足。
Description
技术领域
本发明属于烟草制品领域，具体涉及一种加热不燃烧卷烟的烟弹。
背景技术
加热不燃烧烟草制品是一种利用特殊热源对烟草物料进行加热的烟草制品，它的加热温度最高不超过500℃，因而减少了烟草化学成分热裂解与不完全燃烧反应，烟气中的有害化学成分和生物毒性大幅降低，从而显著减少了对人体和环境的危害。此外，传统烟草中烟丝的利用率较低，一支烟真正被吸食的烟丝并不多，绝大多数烟丝是在口与口之间的间隙时间内阴燃掉了，不仅浪费，还产生二手烟。而加热不燃烧烟草制品可以控制加热，充分利用烟草和减少二手烟污染。不燃烧烟草制品根据加热方式的不同分为电加热型、理化反应加热型、燃料加热型等，烟碱和多数香味成分在相对较低温度(250-500℃)下就可以从烟草中释放出来并转移到烟气中。因为加热不燃烧卷烟是将烟草基体(又被称为烟弹)和电加热部分分开的。尤于受到电加热棒充分加热范围及受热方面的影响，加热不燃烧卷烟(即烟草基体，或称为烟弹)的烟支长度普遍较短，因此烟气降温时间和距离有限，这导致了烟气温度高，热刺感强，因此如何解决加热不燃烧烟的降温问题是加热不燃烧卷烟的重点研究方面。
菲莫国际推出的加热不燃烧卷烟iQOS的配套烟支Marlboro HeatSticks，其在通过嘴棒中使用了压纹聚拢PLA薄膜降温材料对烟支气流进行降温；而英美烟草的glo产品为周向加热，所用超细支Kent烟支中使用纸质空心嘴棒来降低烟气温度；韩国株式会社KT&G公司推出的lil为中心针式加热，其配套的Fiit烟支含有纤维编织束进行烟气气流的降温。四川中烟“宽窄”采用压纹聚拢铝箔复合纸进行降温，降温段长18mm；湖北中烟“MOK”烟支使用20mm长的压纹聚拢PLA降温段；云南中烟“MC”使用10mm的压纹聚拢PLA薄膜；
综上所知，现有技术方案中加热不燃烧卷烟的烟气主要降温方式以增加烟支降温段的气流接触面及传热系数以及利用PLA材料遇热软化(玻璃化相变)时产生的吸热，产生了部分物理降温效果，但并未有完全解决烟气烫嘴的问题。过高的烟气温度不仅影响吸食者的体验，同时过高的烟气温度本身是一个诱发食道癌和呼吸道癌症重要因素。
发明内容
本发明旨在就现有加热不燃烧卷烟降温材料降温效果不强的缺陷和不足，提供一种新的降温方案，该方案使现有的通过扩大气流接触面及热传导系数或者相变吸热等物理降温效果与本发明方案化学降温(化学键断裂重排)效果协同作用，对降温产生积极增强效果，同时还能缓慢释放香气分子，弥补加热不燃烧烟香气不足的缺陷。
本领域所熟知的是，糖分子和非糖分子通过糖苷键键合形成的糖苷类化合物，是重要的烟草香气前体。烟叶中的苯甲醇、苯乙醇、己醇和挥发酚等以糖苷化的衍生物形式得以在烟草植物体内保留。现有技术也揭示了各种烟用香料分子的糖苷化衍生物在烟草加香中的巨大作用(李英波,宛晓春,张正竹.烟草糖苷类香气前体研究进展[J].烟草科技,2006(3):000041-43.)。这是由于糖苷类化合物不易挥发，热稳定性较好，可以添加至烟丝或者烟草原料段内。其在烟丝未燃烧时或者未加热时稳定存在，而在加热或者燃烧时，糖苷键热解断裂释放出香气分子，以达到缓释加香的功能。
糖苷类衍生物在受热时发生糖苷键断裂将大量吸热，本发明研究也证实，糖苷类衍生物的化学键断裂能远远高于PLA膜的玻璃化相变时的热量。糖苷类化合物的糖苷键通常的热裂解温度介于150℃至300℃，恰好是加热不燃烧卷烟烟弹气流的温度区间。因此，糖苷类衍生物可被用于加热不燃烧卷烟烟弹降温段的烟气降温或辅助降温，本领域技术人员尚未意识到糖苷类化合物运用于烟气降温的巨大作用。
相比于其他降温手段，糖苷化合物热解后能够带走大量的热量，其次选择烟用香料分子的糖苷化衍生物做为降温段的降温材料，在热解降温的同时还可以作为香气前体弥补加热不燃烧烟本身较弱的香气。
本发明的技术方案为，一种用于加热不燃烧烟弹的预降温段，包含具有气体流通性的基体，及基体支撑固定的糖苷类化合物。
具体地，当基体呈中空结构时，糖苷类化合物附着于基体的壁面上或者填充于基体的中空结构内；当糖苷类化合物填充于基体的中空结构内时，基体的两端均固定覆盖气体滤过材料，中空结构内填充的糖苷类化合物不超过中空体积的1/2，中空结构内填充的糖苷类化合物最好占据中空体积的1/3-1/2，所述气体滤过材料包括二醋酸纤维素丝团、棉花团、黏胶纤维素丝团，优选为二醋酸纤维素片。
作为本发明的优选实施例，基体为纸质空心筒，在纸质空心筒的两端均固定覆盖二醋酸纤维素片，糖苷类化合物填充于纸质空心筒内，占纸质空心筒空心体积的1/2-1/3。
当基体呈中心辐射状散开或者呈相互间隔的叠加状时，糖苷类化合物附着于基体的壁面上或者填充于中心辐射状散开的间隙内或者相互间隔的叠加状的间隙内。
所述糖苷类化合物为单糖糖苷化衍生物和/或多糖糖苷化衍生物，优选多糖糖苷化衍生物。单糖糖苷化衍生物为薄荷醇-β-葡萄糖苷、薄荷醇-ɑ-葡萄糖苷、叶醇-β-葡萄糖苷、橙花醇-β-葡萄糖苷或香樟醇-β-葡萄糖苷中任意一种或组合，多糖糖苷化衍生物为薄荷醇低聚麦芽糖糖苷，具体为薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷。
本发明还提供一种用于加热不燃烧烟弹的预降温段组件，包含具有气体流通性的基体，及基体支撑固定的糖苷类化合物，和/或该预降温段组件的使用说明书。使用者在有或没有使用说明书的情况下，均可自行将具有流通性的基体及糖苷类化合物组装成能够实现预降温功能的预降温段。
本发明还提供一种用于加热不燃烧烟弹的近烟丝滤嘴段，包含近烟丝滤嘴基体，及附着于近烟丝滤嘴基体上的糖苷类化合物。
所述近烟丝滤嘴基体可以为中空结构、呈中心辐射状散开结构或者呈相互间隔的叠加状结构，糖苷类化合物可附着于中空结构、呈中心辐射状散开结构或者呈相互间隔的叠加状结构的壁面上或者填充于间隙内。
所述近烟丝滤嘴基体使用具有三维通孔的近烟丝滤嘴材料，糖苷类化合物附着于三维通孔的孔壁上。
所述糖苷类化合物为单糖糖苷化衍生物和/或多糖糖苷化衍生物，优选多糖糖苷化衍生物。单糖糖苷化衍生物为薄荷醇-β-葡萄糖苷、薄荷醇-ɑ-葡萄糖苷、叶醇-β-葡萄糖苷、橙花醇-β-葡萄糖苷或香樟醇-β-葡萄糖苷中任意一种或组合，多糖糖苷化衍生物为薄荷醇低聚麦芽糖糖苷，具体为薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷。
本发明还提供一种用于加热不燃烧烟弹的降温段，包含降温段基体，及附着于降温段基体上的糖苷类化合物。
所述降温段基体可以为中空结构、呈中心辐射状散开结构或者呈相互间隔的叠加状结构，糖苷类化合物附着于中空结构、呈中心辐射状散开结构或者呈相互间隔的叠加状结构的壁面上或者填充于间隙内。
所述降温段基体使用具有三维通孔的近烟丝滤嘴材料，糖苷类化合物附着于三维通孔的孔壁上。
降温段基体的长度与糖苷类化合物的质量的比值为5mm：(1-20)g，优选为5mm：(3-10)g，更有选为5mm：5g。
所述糖苷类化合物为单糖糖苷化衍生物和/或多糖糖苷化衍生物，优选多糖糖苷化衍生物。单糖糖苷化衍生物为薄荷醇-β-葡萄糖苷、薄荷醇-ɑ-葡萄糖苷、叶醇-β-葡萄糖苷、橙花醇-β-葡萄糖苷或香樟醇-β-葡萄糖苷中任意一种或组合，多糖糖苷化衍生物为薄荷醇低聚麦芽糖糖苷，具体为薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷。
使用上述提及的用于加热不燃烧烟弹的近烟丝滤嘴段、预降温段及降温段组装的加热不燃烧烟弹，从烟丝至滤嘴的方向上依次包含：近烟丝滤嘴段、降温段及滤嘴段，及包裹从烟丝至滤嘴方向上全部结构的烟纸；且具有选自以下的特征：
(1)进烟丝滤嘴段选用上述提及的近烟丝滤嘴段，和/或降温段选用上述提及的降温段；和/或
(2)在近烟丝滤嘴段与降温段间增设上述提及的预降温段，和/或在降温段与滤嘴段间增设上述提及的预降温段。
(1)中，优选在降温段选用上述提及的降温段。
(1)中，在降温段选用上述提及的降温段时，降温段基体的长度与糖苷类化合物的质量的比值为5mm：(1-20)g，优选为5mm：(3-10)g，更有选为5mm：5g。
所述糖苷类化合物为单糖糖苷化衍生物和/或多糖糖苷化衍生物，优选多糖糖苷化衍生物。单糖糖苷化衍生物为薄荷醇-β-葡萄糖苷、薄荷醇-ɑ-葡萄糖苷、叶醇-β-葡萄糖苷、橙花醇-β-葡萄糖苷或香樟醇-β-葡萄糖苷中任意一种或组合，多糖糖苷化衍生物为薄荷醇低聚麦芽糖糖苷，具体为薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷。
(2)中，优选在近烟丝滤嘴段与降温段间增设上述提及的预降温段。
(2)中，配合使用的近烟丝滤嘴段可以是常规近烟丝滤嘴段或者上述提及的近烟丝滤嘴段，优选上述提及的近烟丝滤嘴段。
(2)中，配合使用的降温段可以是常规降温段或者上述提及的降温段，优选上述提及的降温段。
(2)中，在近烟丝滤嘴段与降温段间和/或在降温段与滤嘴段间增设上述提及的预降温段时，降温段长度与预降温段内的糖苷类化合物质量的比值为5mm：(1-40)g，优选为5mm：(1-30)g，更优选为5mm：(1-20)g，作为优选方案为5mm：(5-10)g。
所述糖苷类化合物为单糖糖苷化衍生物和/或多糖糖苷化衍生物，优选多糖糖苷化衍生物。单糖糖苷化衍生物为薄荷醇-β-葡萄糖苷、薄荷醇-ɑ-葡萄糖苷、叶醇-β-葡萄糖苷、橙花醇-β-葡萄糖苷或香樟醇-β-葡萄糖苷中任意一种或组合，多糖糖苷化衍生物为薄荷醇低聚麦芽糖糖苷，具体为薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷。
具体地优选方案为，在近烟丝滤嘴段与降温段之间增设上述提及的预降温段，或者在降温段与滤嘴段间增设上述提及的预降温段，或者同时在近烟丝滤嘴段与降温段之间增设上述提及预降温段，及在降温段与滤嘴段间增设上述提及的预降温段；作为优选实施例，选择在近烟丝滤嘴段与降温段之间增设上述提及预降温段。如上所述增设预降温段的同时，还可选择对近烟丝滤嘴段和/或降温段进行改进，近烟丝滤嘴段选用上述提及的近烟丝滤嘴段，和/或降温段选用上述提及的降温段，优选在降温段选用上述提及的降温段。
本发明还提供加热不燃烧烟弹的组件，包含烟丝、滤嘴及从烟丝至滤嘴的方向上依次设置的近烟丝滤嘴段、降温段及滤嘴段，包裹从烟丝至滤嘴方向上全部结构的烟纸，和/或在近烟丝滤嘴段与降温段之间增设的上述提及预降温段，和/或在降温段与滤嘴段间增设的上述提及预降温段，和/或组装使用说明书。在有或没有使用说明书的情况下，使用者均可自行组装加热不燃烧烟弹。
所述近烟丝滤嘴段可以是常规近烟丝滤嘴段或者上述提及的近烟丝滤嘴段，优选上述提及的近烟丝滤嘴段。
所述降温段可以是常规降温段或者上述提及的降温段，优选上述提及的降温段。
附图说明
图1为加热不燃烧烟弹及烟具结构示意图。
图2为常规加热不燃烧烟弹内部结构拆解示意图。
图3为实施例1加热不燃烧烟弹内部结构拆解示意图。
图4为实施例1薄荷醇-β-葡萄糖苷和薄荷醇-α-葡萄糖苷的分子式图。
图5为实施例1薄荷醇-α-葡萄糖苷的DSC曲线图。
图6为实施例1薄荷醇-β-葡萄糖苷的DSC曲线图。
图7为实施例2薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷的薄层层析图及分子结构图，其中泳道1为薄荷醇-α-葡萄糖苷和薄荷醇混合标样，泳道2和泳道3分别为酶反应24h和6h的薄荷醇-α-低聚麦芽糖糖苷的反应液。
具体实施方式
如图1所示，加热不燃烧卷烟通常分为烟具和烟弹两个部分，其中烟具主要提供电源和加热，烟弹是含有烟草薄片，使用时将烟弹插入烟具内加热吸食。图2为加热不燃烧卷烟烟弹的结构示意图，剥开表面的烟纸(1)后，烟弹从加热端向近唇端分别为烟草原料段(2)、空心滤嘴段(3)、降温段(4)、滤嘴段(5)四个部分。菲莫国际的配套烟弹MarlboroHeatSticks中降温段(4)采取的折叠的压纹聚拢PLA薄膜。加热不燃烧卷烟由于其本身香气较淡，需要滤嘴要尽量短，才能保证入口的烟气浓度。然而短的滤嘴和300度以上的加热温度之间势必冲突出“烫嘴”的矛盾，因此引入了这一段折叠的压纹聚拢PLA薄膜，其本身并无过滤效果，只靠遇热软化形变来吸收烟气里的热量，使之可以舒适入口。PLA薄膜玻璃化相变过程能够带走的热量依旧比较少。为解决现有缺陷和不足，本发明提供如下解决方案：
实施例1薄荷醇葡萄糖在烟弹中的应用
本实施利用薄荷醇葡萄糖作为烟弹内的辅助降温材料。其添加位置及添加方式如图3所示，薄荷醇葡萄糖苷作为预降温段(6)被添加在降温段(4)更靠近加热端的一侧，以在烟气热气流进入降温段(4)物理降温之前，通过薄荷醇葡萄糖苷热裂解预先进行降温。如图3所示，薄荷醇葡萄糖苷晶体粉末(6.4)被添加于一段纸质空心筒(6.2)中，纸质空心筒(6.2)两端分别被两个二醋酸纤维素纤维片(6.1和6.3)塞住。纸质空心筒(6.2)内的薄荷醇葡萄糖苷晶体粉末装填量为纸质空心筒(6.2)的1/2-1/3体积。
本实施例中分别选择薄荷醇-β-葡萄糖苷和薄荷醇-α-葡萄糖苷(分子式见图4)进行装填。薄荷醇-α-葡萄糖苷的差示扫描量热(DSC)分析结果如图5所示，该数据由METTLERTOLEDO公司的DSC 3型差示扫描量热仪测得，由图5可知薄荷醇-α-葡萄糖苷的最低热解温度为158℃，热解过程薄荷醇-α-葡萄糖苷可吸热达8.72kJ/moL(27.30J/g)。图6为薄荷醇-β-葡萄糖苷的差示扫描量热(DSC)分析结果，该数据来自于公开现有资料(W.-c.Xie etal./J.Anal.Appl.Pyrolysis 78(2007)180–184)，薄荷醇-β-葡萄糖苷的最低热解温度为270℃，热解过程吸热焓达43.98kJ/moL(137.68J/g)。相比之下，目前烟弹降温使用的PLA(聚乳酸)薄膜，其在熔融相变过程的吸热焓仅5.22J/g(International Journal ofChemical Engineering and Applications,Vol.7,No.2,April 2016)。同时由于PLA薄膜本身密度较低，因此在有限体积内的转载量远不如薄荷糖苷，因此其吸热能力远不如薄荷糖苷。
评吸测试采取按照图3所述结构自制的烟弹进行评吸，不同实验组烟弹的烟纸(1)、烟草原料段(2)、空心滤嘴段(3)、滤嘴段(5)材质完全相同，并均以莫菲国际生产的IQOS为加热烟具。实验组烟弹的区别是降温段(4)根据实验需要采取不同方式。评吸测试的参数及实验结果如表1所示。
表1不同降温手段对烟弹入口温度的影响
由表1可知，在降温段添加了薄荷糖苷的烟弹其具有更好的降温效果，原理是，当烟弹加热后的温度为300℃-500℃，当该温度的气流经过含有大量糖苷粉末的表面时，由于气流温度高于糖苷的热解温度(糖苷键的断裂温度通常是150-300℃，对于薄荷醇-α-葡萄糖苷为158℃，对于薄荷醇-β-葡萄糖苷为270℃)，糖苷键热解断裂吸收大量的热量使得烟气温度大幅下降至其裂解温度以下或附近，同时释放出香气分子(对于本实施例为薄荷醇)，之后已经被大量降温的烟气气流经过降温段PLA时，仅需要少量吸热即可达到理想的降温效果。另外，薄荷醇-α-葡萄糖苷的热解温度更低其烟气降温的下限温度(即热解温度)更低，在有足量薄荷醇-α-葡萄糖苷时更有利于降温，但是薄荷醇-β-葡萄糖苷的热解吸热焓更高，吸收相同的热量仅需更少的薄荷糖苷，混合使用时可以减少糖苷的添加量，以减少吸阻。
实施例2薄荷醇低聚麦芽糖糖苷在烟弹中的降温应用
多糖糖苷相比与单糖糖苷相比，多糖糖苷还含有多个多糖糖链糖环间的糖苷键，因此单位重量下糖苷键数量比单糖糖苷更多。且多糖糖苷不同位置的糖苷键键能不同，热解温度不同，因此可以形成梯度降温效果。本实施实例使用的薄荷醇低聚麦芽糖糖苷(薄层层析图及分子结构见图7)是以薄荷醇-α-葡萄糖苷为原料，依据公开文献(JOURNALO FBIOSCIENCEANDBIOENGINEERING,Vol.94,No.2,119-123.2002,DOI:10.1016/S1389-1723(02)80130-X)中所报道的合成方法合成，其化学结构及TLC薄层层析图见附图7。
评吸测试采取按照附图3所述结构自制的烟弹进行评吸，不同实验组烟弹的烟纸(1)、烟草原料段(2)、空心滤嘴段(3)、滤嘴段(5)材质完全相同，并均以莫菲国际生产的IQOS为加热烟具。实验组烟弹的区别是降温段(4)根据实验需要采取不同方式。评吸测试的参数及实验结果如表2所示。表明薄荷醇低聚麦芽糖糖苷的降温效果优于相应的单糖苷。
表2不同降温手段对烟弹入口温度的影响
实施例3其他烟用香料分子的糖苷化衍生物的吸热焓及降温下限
利用DSC手段对其他烟用香料分子的糖苷化衍生物的吸热降温限进行测试其结果如表3所示。
表3其他烟用香料分子的糖苷化衍生物的吸热焓及降温下限
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种用于加热不燃烧烟弹的预降温段，其特征在于，包含具有气体流通性的基体，及基体支撑固定的糖苷类化合物；
当基体呈中空结构时，糖苷类化合物附着于基体的壁面上或者填充于基体的中空结构内；当基体呈中心辐射状散开或者呈相互间隔的叠加状时，糖苷类化合物附着于基体的壁面上或者填充于中心辐射状散开的间隙内或者相互间隔的叠加状的间隙内；
烟弹加热后的温度为300℃-500℃，当该温度的气流经过含有大量糖苷粉末的表面时，所述气流温度高于糖苷的热解温度，糖苷键热解断裂吸收大量的热量使得烟气温度大量下降至其裂解温度以下或附近。
2.一种用于加热不燃烧烟弹的降温段，其特征在于，包含降温段基体，及附着于降温段基体上的糖苷类化合物；所述降温段基体的长度与所述糖苷类化合物的质量的比值为5mm：(1-20)g；
所述降温段基体为中空结构、呈中心辐射状散开结构或者呈相互间隔的叠加状结构，糖苷类化合物附着于中空结构、呈中心辐射状散开结构或者呈相互间隔的叠加状结构的壁面上或者填充于间隙内；
烟弹加热后的温度为300℃-500℃，当该温度的气流经过含有大量糖苷粉末的表面时，所述气流温度高于糖苷的热解温度，糖苷键热解断裂吸收大量的热量使得烟气温度大量下降至其裂解温度以下或附近。
3.根据权利要求2所述的降温段，其特征在于，所述降温段基体的长度为5mm，所述糖苷类化合物的质量为1-20g。
4.一种加热不燃烧烟弹，其特征在于，从烟丝至滤嘴的方向上依次包含：近烟丝滤嘴段、降温段及滤嘴段，及包裹从烟丝至滤嘴方向上全部结构的烟纸；且具有选自以下的特征：
(1)降温段选用权利要求2或3所述的降温段；和/或
(2)在近烟丝滤嘴段与降温段间增设权利要求1所述的预降温段。
5.根据权利要求4所述的一种加热不燃烧烟弹，其特征在于，(2)中，配合使用的近烟丝滤嘴段为常规近烟丝滤嘴段；
并且(2)中，配合使用的降温段为常规降温段或者权利要求2或3所述的降温段；
并且(2)中，在近烟丝滤嘴段与降温段间增设权利要求1所述的预降温段时，降温段长度与预降温段内的糖苷类化合物质量的比值为5mm：(1-40)g。
6.根据权利要求1所述的预降温段、或者权利要求2或3所述的降温段，其特征在于，所述糖苷类化合物为单糖糖苷化衍生物和/或多糖糖苷化衍生物，单糖糖苷化衍生物为薄荷醇-β-葡萄糖苷、薄荷醇-ɑ-葡萄糖苷、叶醇-β-葡萄糖苷、橙花醇-β-葡萄糖苷或香樟醇-β-葡萄糖苷中任意一种或组合，多糖糖苷化衍生物为薄荷醇低聚麦芽糖糖苷。
7.一种加热不燃烧烟弹的组件，其特征在于，包含可组装使用的烟丝、滤嘴及从烟丝至滤嘴的方向上依次设置的近烟丝滤嘴段、降温段及滤嘴段，包裹从烟丝至滤嘴方向上全部结构的烟纸，以及在近烟丝滤嘴段与降温段之间增设的如权利要求1所述的预降温段；
所述降温段为常规降温段或者权利要求2或3所述的降温段。
8.根据权利要求7所述的加热不燃烧烟弹的组件，其特征在于，还包括组装使用说明书。
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