CN113662245A - 一种可包裹水溶性芯材爆珠、制备方法、设备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于爆珠制备技术领域，涉及一种可包裹水溶性芯材爆珠、制备方法、设备和应用。本发明所述可包裹水溶性芯材的爆珠以水溶性溶液为内芯液，以外壁为蜡质材料；所述水溶性溶液由增粘剂、水溶性添加剂和水按重量比(2～4):(0.1～3):(93～97.9)组成，蜡质材料由石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂按重量比(25～83):(73～15):2组成。本发明还提供了所述爆珠在制备香烟中的应用以及包含所述爆珠的香烟。本发明通过内芯液和壁材成分的配比实现一步法制备可包裹水溶性芯材的烟用爆珠，能够简化爆珠制备过程；通过滴丸设备实现制备爆珠尺寸的可控，爆珠成品率较高，均匀性良好；爆珠的壁材由天然蜡组成，可有效防止爆珠在未使用状态时水分的溢出，保障爆珠的存储、使用周期和寿命。

Description

一种可包裹水溶性芯材爆珠、制备方法、设备和应用

技术领域

本发明涉及烟用水爆珠，属于烟用爆珠制备技术领域，具体涉及一种可包裹水溶性芯材爆珠、制备方法、设备和应用，其中本发明的制备方法涉及一步滴丸法制备可包裹水溶性芯材爆珠。

背景技术

爆珠的内芯液主要分为脂溶性和水溶性两种，目前爆珠的制备技术大多以脂溶性内芯液为主。中国发明专利文献CN102108136A、CN102485777A分别公开了一种烟用添加剂滴丸包裹材料及用其包裹的滴丸及滴丸的应用，涉及以油溶性香精为滴丸内层材料，辅以脂质溶剂作为香精稀释剂。由于现有许多香精香料和添加剂多为水溶性物质，不能溶于脂质溶剂，这大大限制了此类技术的应用。

中国实用新型专利文献CN202427428U公开了一种用于卷烟的新型包水型胶囊，涉及一种用于卷烟的新型包水型胶囊，其内核是由胶体材料和水及水溶性物质组成的水凝胶颗粒，在水凝胶颗粒之外包裹防水阻水材料层。中国发明专利文献CN103815541A公开了一种三层烟用水胶囊及其制备方法，涉及一种三层烟用水胶囊及其制备方法，胶囊内以水溶性香精为内层，以水作为溶剂稀释香精，中间层为海藻酸钠络合物，以包裹住水及香精，第三层为蜡质材料，以防止水在胶囊中渗透。然而，这些公开的包水软胶囊均采用双滴头法滴制而成，滴制过程引起包水软胶囊的破损率较高，且胶囊壁厚度的均匀性较差，并且大多采用两步法制备，先制备水溶性物质的软胶囊，而后再外层附上蜡质材料锁住水分，这使得水爆珠制备周期长，无法短时间内大批量生产制备。迄今，一步滴丸法制备可包裹水溶性芯材的爆珠制备方法尚未有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提出了一种可包裹水溶性芯材的爆珠及一步滴丸法制备该可包裹水溶性芯材的爆珠的方法。

本发明的目的是通过如下方案来达到的：

一种可包裹水溶性芯材的爆珠，包括内芯液和外壁壁材，其中，以水溶性溶液为内芯液；以蜡质材料为外壁壁材，以防止水渗透出爆珠。所述的水溶性溶液由增粘剂、水溶性添加剂和水按重量比(2～4):(0.1～3):(93～97.9)组成，所述的蜡质材料由石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂按重量比(25～83):(73～15):2组成。

在上述技术方案中，对于水溶性溶液(内芯液)，所述增粘剂的粘度为20-100CP。

在上述技术方案中，对于水溶性溶液(内芯液)，所述增粘剂为可增加水溶液粘度的化合物，包括海藻酸钠、瓜尔胶、明胶、阿拉伯胶、酪蛋白酸钠、卡拉胶、黄原胶等中的一种或几种；优选地，为海藻酸钠。

在上述技术方案中，对于水溶性溶液(内芯液)，所述水溶性添加剂为水溶性物质或水分散性物质；包括水溶性香精、乙酸乙酯、苯甲醇、麦芽糖、蔗糖、氨基酸、葡萄糖、维生素C、茶多酚、花青素、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等中的一种或几种。

其中，所述水溶性香精是指能溶于水的天然香料和合成香料。

在上述技术方案中，对于水溶性溶液(内芯液)，优选地，所述水溶性溶液由增粘剂、水溶性添加剂和水按重量比4:2.005:93.995组成。当增粘剂为海藻酸钠，水溶性添加剂为吐温80和维生素C时，所述水溶性溶液由海藻酸钠、吐温80、维生素C和水按重量比4:2:0.005:93.995组成。

在上述技术方案中，对于蜡质材料(外壁壁材)，所述油溶性表面活性剂包括司班80、司班20、司班40、司班60等中的一种或几种；优选地，为司班80。

在上述技术方案中，对于蜡质材料(外壁壁材)，优选地，所述蜡质材料由石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂按重量比(25～53):(45～73):2组成；进一步优选地，由石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂按重量比53:45:2或25:73:2组成。

本发明还提出了一种一步滴丸法制备如上所述的可包裹水溶性芯材的爆珠的方法，包括如下步骤：

(1)配置水溶性溶液：按上文所述重量比配制增粘剂、水溶性添加剂和水的混合液，搅拌混合，溶解，静置，即得水溶性溶液；

(2)配置蜡质材料：按上文所述重量比配制石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂的混合液，混合均匀，即得蜡质材料；

(3)制备可包裹水溶性芯材的爆珠：使步骤(2)制备的蜡质材料呈熔融态，然后将步骤(1)中制备的水溶性溶液滴入熔融的蜡质材料中，将水溶性溶液与熔融的蜡质材料的混合物滴入冷却液中沉降冷却成型，使所述水溶性溶液包裹上所述蜡质材料后，形成以水溶性溶液为内芯液，以蜡质材料为外壁壁材的爆珠，即为所述可包裹水溶性芯材的爆珠。

在上述技术方案步骤(1)中，对于水溶性溶液(内芯液)，对各成分的说明见上文。

在上述技术方案步骤(1)中，对于搅拌混合：没有特别的条件限制，本发明优选壁材于60～75℃混合；对于静置：本发明优选将配置好的壁材熔融液静置24小时以上(优选24小时)，以排除溶液中的气泡。

在上述技术方案步骤(2)中，对于蜡质材料(外壁壁材)，对各成分的说明见上文。

在上述技术方案步骤(2)中，所述混合可以采用搅拌的方式进行，所述搅拌混合的温度优选为60～75℃；进一步优选为60℃、70℃。该过程温度不能过高，过高会影响表面张力。

在上述技术方案步骤(3)中，对于冷却液，所述冷却液为低密度溶剂、水和水溶性表面活性剂的混合液，其中低密度溶剂和水的体积比为1:1～7:3，水溶性表面活性剂的含量为低密度溶剂和水的混合溶液的质量的2％～4％，优选可以是2～3％；在一具体实施方式中，可以是1％、2％、3％、4％。

其中，所述低密度溶剂是指密度小于1并且能溶于水的溶剂，包括甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯等中的一种或几种。

其中，所述水溶性表面活性剂包括吐温80、吐温60、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇类、烷基糖苷、椰油酸二乙醇酰胺等中的一种或几种。

优选地，当所述低密度溶剂为乙醇，所述水溶性表面活性剂为吐温80时，所述冷却液为乙醇、水和吐温80的混合液，其中乙醇和水的体积比为1:1，吐温80的含量为乙醇水溶液质量的2％。

上述技术方案步骤(3)中，具体地包括步骤：

在一具体实施方式中，步骤(3)包括：向自制滴丸设备(图1)中加入步骤(2)制备的外壁壁材，使其呈熔融态(成型液)，然后将步骤(1)中制备的内芯液滴到装有熔融外壁壁材和冷却液的自制滴丸设备中。使所述内芯液包裹上外壁壁材后，直接在设备中沉降冷却成型，取出，洗涤，干燥，即得可包裹水溶性芯材的爆珠。

其中，所述洗涤可以通过任何合适的方法进行；本发明优选采用去离子水洗涤。

其中，所述干燥可以通过采用任何合适的方法进行；本发明优选在30-40℃烘箱干燥。

本发明中，由上述技术方案制备爆珠，得到的爆珠的直径通过内芯液的浓度和滴制的针头尺寸调节，即爆珠直径与内芯液的表面张力成正比，与内芯液的浓度(密度)成反比，与针头直径成正比，公式为

其中R表示爆珠直径，r表示针头半径，ρ_p表示内芯液的密度，σ表示内芯液的表面张力，g表示重力加速度。例如，在内芯液浓度4wt％相同情况下，调整r尺寸，针头尺寸r直径在0.4mm～0.8mm之间，可以调整得到的爆珠的直径。

本发明中，在内芯液浓度一定的条件下，制备得到的所述可包裹水溶性芯材的爆珠的重量为20-30mg，爆珠直径为2mm～6mm，粘度适中，圆度较好，尺寸均一性良好，压碎强度为2.08kPa以上，柔韧性较好，硬度较高，成品率较高，超过90％以上。

本发明提供了一种制备可包裹水溶性芯材的爆珠的设备，所述设备沿物流输入方向依次设有注射部分、包裹部分、冷却部分；所述注射部分包括注射针筒，所述包裹部分包括混合腔，所述混合腔的腔壁设有加热部件，所述冷却部分包括冷却腔，所述冷却腔内设有冷却液和搅拌元件。

本发明通过所述设备制备爆珠，包括：将水溶性溶液装入注射部分，将蜡质材料装入包裹部分的混合腔并通过加热部件维持熔融状态，通过注射部分使水溶性溶液在表面张力作用下形成圆形液体，滴入混合腔中呈熔融的外壁壁材，在重力作用下，水溶性溶液液滴包裹上外壁壁材，而后继续在重力作用下进入冷却液，液滴表面的外壁壁材由于低温凝固成型，在搅拌元件的作用下形成爆珠，分散在冷却液中。

在一具体实施方式中，本发明提供的制备可包裹水溶性芯材的爆珠的设备，其包括恒流注射泵、注射针筒及针头、混合腔、加热部件、玻璃烧瓶、磁力搅拌子。

本发明中，所述注射针筒的针头连通所述恒流注射泵的入口；所述恒流注射泵的作用为：使水溶性溶液以恒定流速滴入熔融的外壁壁材(成型液)。所述注射针筒及针头的作用为：针头尺寸可以决定爆珠液滴的尺寸。

本发明中，所述混合腔可以采用合适形式的腔体；例如，可以是直行管状结构。混合腔的作用为：内壁盛有蜡质材料(外壁壁材)，向其中滴入水溶性溶液，以包裹所述水溶性溶液。

本发明中，所述加热部件可以采用任何合适形式的加热部件，例如加热套、加热管等。当采用加热套时，所述加热套套接在混合腔的外壁，以对混合腔进行加热维持一定温度。所述加热部件的作用为：加热维持外壁壁材为熔融状态。在一优选实施方式中，所述加热部件连接有循环水，所述循环水的水温为60-75℃。

本发明中，所述冷却腔可以采用任何合适形式的能够实现冷却功能的腔体形式，例如可以是烧瓶，烧瓶可以进一步是圆底烧瓶、平底烧瓶、锥形瓶、蒸馏烧瓶等。所述冷却腔(例如玻璃烧瓶)的作用为：冷却液将包裹内芯液的外壁壁材液冷却成型。

本发明中，所述搅拌元件可以是任何能够实现搅拌功能的元件，例如是磁力搅拌子。所述搅拌元件(例如磁力搅拌子)的作用为：分散冷却液中的爆珠，不使其团聚。

本发明中，所述设备的工作原理、运行原理为：水溶性溶液在恒流注射泵的作用下通过注射针筒及针头，并在表面张力作用下形成圆形液体，以恒定流速滴入混合腔中熔融的外壁壁材，外壁壁材在混合腔中加热维持熔融状态，液滴在重力作用下下沉，下沉过程中液滴包裹上外壁壁材，而后继续在重力作用下进入冷却液，液滴表面的外壁壁材由于低温凝固成型，在磁力搅拌子作用下形成爆珠，分散在冷却液中。

本发明中，所述可包裹水溶性芯材的爆珠可作为烟用爆珠。

本发明还提供了所述可包裹水溶性芯材的爆珠、制备所述爆珠的设备在制备香烟中的应用。

本发明还提供了一种香烟，其含有所述可包裹水溶性芯材的爆珠。

本发明的优点包括：

(1)通过水溶性溶液(内芯液)和蜡质材料(外壁壁材)成分的配比实现一步法制备可包裹水溶性芯材的烟用爆珠，能够简化爆珠的制备过程；爆珠重量为20-30mg，直径为2mm～6mm，粘度适中，圆度较好，尺寸均一性良好，压碎强度较高，柔韧性较好，硬度较高，成品率较高。

(2)通过自制的滴丸设备实现制备爆珠尺寸的可控，爆珠成品率较高，均匀性良好；通过调整针头尺寸和水溶性溶液(内芯液)浓度。

(3)爆珠的蜡质材料(外壁壁材)由天然蜡组成，可有效防止爆珠在未使用状态时水分的溢出，保障爆珠的存储、使用周期和寿命。

附图说明

图1为本发明自制的滴丸设备示意图。

1-恒流注射泵；2-注射针筒及针头；3-混合腔；4-加热部件；5-60℃～75℃循环水；6-冷却部分；7-玻璃烧瓶；8-磁力搅拌子。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

实施例1

可包裹水溶性芯材的烟用爆珠，其制备方法包括如下步骤(见表1)：

(1)配置内芯液：将海藻酸钠、吐温80、维生素C和水按重量比4:2:0.005:93.995比例配置内芯液50ml搅拌混合，溶解，静置，即得内芯液；

(2)配置壁材：将石蜡、蜂蜡和司班80按重量比53:45:2于60℃混合均匀，即得外壁材料。

(3)制备可包裹水溶性芯材的爆珠：将步骤(1)中所得到的内芯液滴到装有熔融壁材和冷却液的自制滴丸设备中，包裹上壁材后直接在设备中沉降冷却成型，取出，洗涤，干燥，即得可包裹水溶性芯材的烟用爆珠。

配置的内芯液粘度适中，滴制出的爆珠圆度、尺寸均一性较好，制得的爆珠重量为23mg，爆珠直径为5mm，爆珠压碎强度为2.08kPa。爆珠柔韧性较好，硬度较高，成品率较高。

实施例2

可包裹水溶性芯材的烟用爆珠，其制备方法包括如下步骤(见表1)：

(1)配置内芯液：将海藻酸钠、吐温80、维生素C和水按4:2:0.005:93.995比例配置内芯液50ml搅拌混合，溶解，静置，即得内芯液；

(2)配置壁材：将石蜡、蜂蜡和司班80按重量比25:73:2 70℃混合均匀，即得外壁材料。

(3)制备可包裹水溶性芯材的爆珠：将步骤(1)中所得到的内芯液滴到装有熔融壁材和冷却液的自制滴丸设备中，包裹上壁材后直接在设备中沉降冷却成型，取出，洗涤，干燥，即得可包裹水溶性芯材的烟用爆珠。

配置的内芯液粘度适中，滴制出的爆珠圆度、尺寸均一性较好，制得的爆珠重量为25mg，爆珠直径为6mm，爆珠压碎强度为3.27kPa。爆珠柔韧性一般，硬度较高，成品率较高。

对比例1

可包裹水溶性芯材的烟用爆珠，其制备方法包括如下步骤(见表1)：

(1)配置内芯液：将海藻酸钠、吐温80、维生素C和水按4:2:0.005:93.995比例配置内芯液50ml搅拌混合，溶解，静置，即得内芯液；

(2)配置壁材：将石蜡、蜂蜡和司班80按重量比83:15:2于60℃混合均匀，即得外壁材料。

(3)制备可包裹水溶性芯材的爆珠：将步骤(1)中所得到的内芯液滴到装有熔融壁材和冷却液的自制滴丸设备中，包裹上壁材后直接在设备中沉降冷却成型，取出，洗涤，干燥，即得可包裹水溶性芯材的烟用爆珠。

配置的内芯液粘度适中，滴制出的爆珠圆度、尺寸均一性较好，制得的爆珠重量为23mg，爆珠直径为5mm，爆珠压碎强度为1.55kPa。爆珠柔韧性较差，硬度较低，成品率不高。

表1

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；在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (13)

1.一种可包裹水溶性芯材的爆珠，其特征在于，所述爆珠包括内芯液和外壁壁材，其中，以水溶性溶液为内芯液，以蜡质材料为外壁壁材；所述水溶性溶液由增粘剂、水溶性添加剂和水按重量比(2～4):(0.1～3):(93～97.9)组成，所述蜡质材料由石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂按重量比(25～83):(73～15):2组成。

2.根据权利要求1所述的可包裹水溶性芯材的爆珠，其特征在于，所述增粘剂的粘度为20-100CP；或，所述增粘剂选自海藻酸钠、瓜尔胶、明胶、阿拉伯胶、酪蛋白酸钠、卡拉胶、黄原胶中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的可包裹水溶性芯材的爆珠，其特征在于，所述水溶性添加剂为水溶性物质或水分散性物质，选自水溶性香精、乙酸乙酯、苯甲醇、麦芽糖、蔗糖、氨基酸、葡萄糖、维生素C、茶多酚、花青素、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的可包裹水溶性芯材的爆珠，其特征在于，所述水溶性溶液由增粘剂、水溶性添加剂和水按重量比4:2.005:93.995组成；或，

当增粘剂为海藻酸钠，水溶性添加剂为吐温80和维生素C时，所述水溶性溶液由海藻酸钠、吐温80、维生素C和水按重量比4:2:0.005:93.995组成。

5.根据权利要求1所述的可包裹水溶性芯材的爆珠，其特征在于，所述油溶性表面活性剂选自司班80、司班20、司班40、司班60中的一种或几种。

6.根据权利要求1～5之任一项所述的可包裹水溶性芯材的爆珠的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配置水溶性溶液：按配比配制增粘剂、水溶性添加剂和水的混合液，搅拌混合，溶解，静置，即得所述水溶性溶液；

(2)配置蜡质材料：按配比将石蜡、蜂蜡和油溶性表面活性剂混合均匀，即得所述蜡质材料；

(3)爆珠制备：使步骤(2)制备的蜡质材料呈熔融态，然后将步骤(1)中制备的水溶性溶液滴入熔融的蜡质材料中，将水溶性溶液与熔融的蜡质材料的混合物滴入冷却液中沉降冷却成型，使所述水溶性溶液包裹上所述蜡质材料后，形成以水溶性溶液为内芯液，以蜡质材料为外壁壁材的爆珠，即为所述可包裹水溶性芯材的爆珠。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，于60～75℃配制蜡质材料，静置24小时以上；或步骤(3)中，制备得到的所述可包裹水溶性芯材的爆珠的重量为20-30mg，直径为2mm～6mm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷却液为低密度溶剂、水和水溶性表面活性剂的混合液，其中所述低密度溶剂和水的体积比为1:1～7:3，水溶性表面活性剂的含量为低密度溶剂和水的混合溶液的质量的2％～4％；或，

所述步骤(3)在冷却成型后，还包括洗涤、干燥的步骤，所述洗涤是指采用去离子水洗涤；所述干燥是指30-40℃烘箱干燥。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述低密度溶剂是指密度小于1并且能溶于水的溶剂，选自甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯中的一种或几种；或，

所述水溶性表面活性剂选自吐温80、吐温60、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇类、烷基糖苷、椰油酸二乙醇酰胺中的一种或几种。

10.一种制备可包裹水溶性芯材的爆珠的设备，其特征在于，所述设备沿物流输入方向依次设有注射部分、包裹部分、冷却部分；所述注射部分包括注射针筒，所述包裹部分包括混合腔，所述混合腔的腔壁设有加热部件，所述冷却部分包括冷却腔，所述冷却腔内设有冷却液和搅拌元件。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述注射针筒外接有恒流注射泵；其中，

所述恒流注射泵被设置为使所述内芯液以恒定流速滴入熔融的外壁壁材；

所述注射针筒的针头连通所述恒流注射泵的入口；

所述混合腔为直形管，所述加热部件为连接有循环水的外管。

12.根据权利要求1～5之任一项所述的可包裹水溶性芯材的爆珠在作为烟用爆珠或在制备香烟中的应用。

13.一种香烟，其特征在于，其含有根据权利要求1～5之任一项所述的可包裹水溶性芯材的爆珠。

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