一种烟草废弃物高质化利用制备低害卷烟的方法与流程

本发明属于烟草加工，具体涉及一种利用酶解烟梗制备烟草纤维纸并结合微波分段膨化技术加工的烟草烟支及加工方法。

背景技术：

1、目前，传统烟支多采用麻浆或木浆制成的卷烟纸，对于追求极致烟草本香的产品而言，仍存在非烟草纤维的引入。为减少非烟草纤维的使用，已有技术尝试将烟梗加工后用于卷烟纸制造，以提高烟支中烟草的比例。专利cn2007100537914公开了一种利用复合酶处理烟梗后制备烟草薄片的方法，该方法将烟梗酶解后固液分离，固体部分用于造纸法生产薄片，液体部分浓缩后涂布回用；该技术虽然实现了烟梗的资源化利用，但其产物为烟草薄片（即作为烟丝填充物使用），而非用于卷制包裹层的卷烟纸。专利cn2011102010589公开了将烟梗经热水萃取或蒸汽爆破制浆后与外加纤维配抄制备卷烟纸的方法，但这些方法中烟梗纤维的添加比例有限，且所得卷烟纸的透气度、定量等参数与烟丝的燃烧性能之间缺乏协同设计，烟支的阴燃性能仍有待改善。

2、另一方面，为改善烟丝的填充性能和燃烧性能，现有技术中已发展了多种烟丝膨化处理方法。专利cn2014104943743公开了一种结合生物酶处理和微波膨胀技术改善烟梗品质的方法，该方法采用复合酶处理烟梗后进行微波膨胀处理；但处理对象为烟梗而非烟叶（烟丝），且其微波处理为单段式常压处理，未针对烟丝的特性进行专门的膨化工艺设计。专利cn2011102203721公开了一种真空微波烟丝膨胀方法；本方法采用单段微波处理，烟丝在微波场中易出现局部过热，导致焦枯气产生和香味成分损失。研究表明，烟梗与烟丝在化学组成和物理结构上存在本质差异：烟梗富含纤维素和木质素，结构致密刚硬；而烟丝中糖类、果胶等易焦化物质含量高，薄壁细胞组织柔软，在微波场中升温更快、汽化更剧烈，对微波功率和温度更为敏感，更易出现焦枯现象。因此，将烟梗的微波处理工艺直接转用于烟丝时，需克服烟丝易焦枯、膨化均匀性差、热敏性致香成分易损失等特有的技术难题。

3、进一步地，卷烟制造是一个系统工程，烟支的燃烧性能由卷烟纸和烟丝共同决定。卷烟纸的透气度、定量、助燃剂含量等因素对卷烟纸的阴燃速率有显著影响，而烟丝的膨化程度及填充密度则决定了烟支内部孔隙结构和氧气供应通道；当卷烟纸的阴燃速率与烟丝的燃烧速率基本一致时，才能获得理想的燃烧效果；否则，容易出现燃烧过快、阴燃线不平整甚至熄火等问题。现有技术中，卷烟纸的制备和烟丝的处理通常作为独立工序分别进行优化，尚未见到将卷烟纸与烟丝进行协同匹配设计，从而实现“阴燃线平整、不易熄火”技术效果的整体技术方案。

4、为此提出本发明。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种烟草烟支加工方法：一方面，实现烟梗的高值化利用，制备高比例烟草纤维的卷烟纸；另一方面，针对烟丝的特性设计专门的微波膨化工艺，避免焦枯气产生；同时，使卷烟纸参数与烟丝参数形成协同匹配，实现优异的燃烧性能和感官质量。

2、本发明的烟草烟支方法通过将烟梗酶解制浆抄造成烟草纤维纸，并结合微波分段膨化与常规烟丝复配的技术手段，既保留了烟草纤维的天然特性，又优化了燃烧性能和感官质量。

3、本发明的烟草烟支方法将酶解烟梗制备成具有特定的定量和透气度参数含烟草纤维卷烟纸，再与特定比例膨化/常规烟丝复配的烟丝进行协同匹配设计，从而实现“阴燃线平整、不易熄火”技术效果的整体技术方案。

4、本发明的技术方案如下：

5、本发明第一方面公开了一种烟草烟支的加工方法，包括以下步骤：

6、（1）将烟梗使用复合酶液进行酶解，然后将酶解后的烟梗高浓打浆至一定的叩解度，再与木浆复配抄造，得到含烟草纤维卷烟纸；

7、（2）将烟丝加温增湿后，进行微波处理，然后经风冷定型，得到膨化烟丝；

8、（3）将膨化烟丝与常规烟丝掺配后，均匀填充到含烟草纤维卷烟纸中，卷制成型后接装滤嘴；即得到所述的烟草烟支；不具有壳核分层结构及湿烟粉挤压壳层。

9、优选地，步骤（1）中复合酶液为酶活比为（2-5）∶（1-2）∶1的半纤维素酶、漆酶和果胶酶的复合酶液；酶解处理的温度为45-55 ℃，ph值为4.5-5.5，时间为40-80 min；高浓打浆的浓度为3.5-5.5wt%，叩解度为28-38 °sr；木浆使用针叶木浆。

10、优选地，含烟草纤维卷烟纸中，烟草纤维占绝干浆料质量的60-85wt%，添加有烟草提取物0.5-2wt%、碳酸钙8-15wt%以及柠檬酸钾0.2-1wt%；所述含烟草纤维卷烟纸的定量为18-26 g/m2、透气度3000-6000 cu。

11、优选地，步骤（2）中，烟丝加温增湿后的含水率为20-24wt%，温度为65-75 ℃；微波处理依次进行两段处理：先以12-20 kw下处理2-3 s，再以35-55 kw下处理4-8 s；微波处理过程中维持-0.01 ～ -0.03mpa的负压；微波频率为915 mhz或2450 mhz。

12、优选地，步骤（3）中，掺配烟丝为膨化烟丝与常规烟丝按质量比（15-30）∶（70-85）掺配得到。

13、优选地，步骤（3）烟支卷制成型后，还包括干燥调湿工序，步骤为：在温度15-25℃、相对湿度50-65%的条件下干燥2-10 h，调节烟支使最终含水率为11-13wt%。

14、本发明第二方面公开了所述的加工方法得到的烟草烟支，其包括卷制包裹层和其中填充的烟丝；所述卷制包裹层为含烟草纤维卷烟纸，含烟草纤维卷烟纸中烟草纤维占绝干浆料质量的60-85wt%，纸张定量为18-26 g/m2、透气度3000-6000 cu；填充的烟丝为膨化烟丝与常规烟丝按照（15-30）∶（70-85）掺配得到。

15、本发明的加工方法通过在烟草纤维浆料中添加特定助剂来优化纸张性能。添加烟草提取物以改善纸张燃烧时的感官协调性，避免木质气；添加碳酸钙作为填料调节纸张透气度、不透明度及阴燃灰分形态；添加柠檬酸钾作为燃烧调节剂，利用其钾离子催化作用促进含烟草纤维纸的阴燃稳定性，防止因烟草纤维含量高而导致的燃烧缓慢或自熄。

16、本发明加工方法的膨化烟丝，采用两段式微波处理，配合维持微负压环境。三者之间并非简单叠加，而是形成了低功率预热/高功率闪蒸/微负压环境的完整闭环。（1）低功率预热使烟丝内部水分在温和条件下均匀升温，实现水分从细胞内部向表面的缓慢迁移和均匀分布，避免了高功率直接辐照导致的“外层过热、内层不足”的温度梯度问题；在微负压环境下，水的沸点降低，低功率加热即可使水分达到汽化临界状态，为后续高功率闪蒸创造条件。（2）高功率闪蒸阶段在烟丝内部水分已均匀分布的基础上，利用高功率微波的体加热特性，使水分在烟丝内部同时汽化，实现由内向外的体积膨胀；高功率短时处理避免了长时间加热导致的香气成分热裂解；闪蒸过程形成的蒸汽压力使烟丝细胞壁迅速破裂、体积膨胀，形成疏松多孔结构。（3）微负压环境的协同作用。微波处理过程中维持微负压环境，与两段微波功率形成三重协同；微负压环境下水的沸点降低，使烟丝内部水分在较低温度下即可汽化膨胀，避免了高温导致的焦枯气和香气损失；微负压环境可及时将汽化产生的水蒸气抽出腔体，避免腔内湿度过高导致烟丝回潮或二次吸收水分；微负压环境降低了腔体内的氧气分压，减少了热敏性香味成分的氧化降解。低功率预热为高功率闪蒸创造了均匀的水分分布条件，微负压环境则同时服务于预热阶段的低温汽化和闪蒸阶段的快速排湿；三者协同作用的综合效果远优于任一两两组合或单一措施的简单叠加，共同实现了避免局部过热导致焦枯气的不利效果。膨化均匀度最优时微负压范围有要求，微负压过高或过低膨化均匀度有影响。

17、本发明的有益效果：

18、本发明烟草烟支加工方法得到的烟草烟支，具有以下效果：1、燃烧性能优异：烟草纤维卷烟纸的特定参数（定量18-26 g/m²、透气度3000-6000 cu）与膨化烟丝之间存在协同匹配关系。卷烟纸的透气度、定量、助燃剂含量等因素对卷烟纸的阴燃速率均有显著影响；烟支点燃后的阴燃状况由烟丝和卷烟纸的阴燃性能共同决定，卷烟纸的阴燃速率是控制烟支燃烧速率的关键，卷烟纸的阴燃速率与烟丝的阴燃速率基本一致时才能获得理想的燃烧效果。当卷烟纸透气度低于3000 cu时，即使柠檬酸钾含量处于上限，烟支在阴燃过程中仍易出现因供氧不足导致的自熄现象；当透气度高于6000cu时，烟支燃烧速度过快，阴燃线不平整，灰柱完整性差。同样，当膨化烟丝比例低于15%时，烟支填充过密，阴燃速度缓慢甚至熄火；当膨化烟丝比例高于30%时，烟支过于疏松，燃烧速度过快，烟气满足感下降。只有当卷烟纸参数与烟丝参数同时处于本发明所限定的范围内时，才能实现“阴燃线平整、不易熄火”的综合效果。2、降低有害成分：分段微波膨化避免了局部过热导致的焦枯气，结合烟草纸的吸附作用，主流烟气中焦油及co释放量显著降低，改善了木质杂气。烟丝微波真空干燥可在较低温度下进行，避免了热敏性致香成分的分解和损失，保持了烟丝香气。3、工艺环保简洁：摒弃了传统蒸汽膨化所需的高压设备及化学交联剂，采用物理微波膨化，能耗低，安全性高，工艺简洁高效。4、品质提升：相比单一膨化烟丝，复配烟丝的填充值提高10%以上，造碎率降低，且保留了部分未膨化烟丝的致密度，保证了烟气的满足感。5、本发明的烟草烟支可认为是全烟草型烟支，烟草物料可以占总质量的95.0-99.5wt%。6、本发明将烟草废弃物烟梗进行高质化利用制备得到低害卷烟。本发明通过“降焦减害”与“废物高质利用”的巧妙结合，在适配消费者健康诉求的同时，还有助于解决资源稀缺与环境压力之间的矛盾。