一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠及其制备方法与流程

1.本发明涉及卷烟技术领域，具体涉及一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，卷烟市场迎来了一波“爆珠”热，爆珠即为嵌在烟草过滤嘴内一颗带有不同香料的小液珠，爆珠在吸烟前捏爆，内部的香料可以使得香烟的口感更丰富，让顾客感觉更加舒服，深受广大烟民追捧，越来越多的烟草公司也相继推出了各种类型的爆珠香烟品牌。目前爆珠香烟的特点在于香料种类繁多，每种香料都能不同程度的改善香烟的理化特性，给予烟民不同的感受，增加香烟的可接受性。
3.现有的爆珠在制备过程中由于原材料较难溶解，因此制备时需要较长时间的搅拌，或者通过添加酸或加热等方式使原材料的溶解，制备时间较长，且耗能较高。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的第一目的在于提供一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠。
5.本发明的第二目的在于提供一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠的制备方法，其制备工艺简单，能耗低，无毒易降解。
6.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：
7.一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠，其包括反应原液和固化溶液，所述反应原液包括如下重量份的组分：含钙离子盐类4
‑
10份、去离子水50
‑
65份、丙烯酰胺改性壳聚糖2
‑
4份、香精1
‑
2份；
8.所述固化溶液包括如下重量份的组分：氧化海藻酸钠2
‑
5份、去离子水10
‑
20份、增塑剂10
‑
20份。
9.本发明通过采用上述原料制备烟用爆珠，利用带氨基的丙烯酰胺改性壳聚糖和带醛基的氧化海藻酸钠发生席夫碱反应以及氧化海藻酸钠与含钙离子盐类之间的离子络合作用来制备烟用爆珠，由于丙烯酰胺改性壳聚糖和氧化海藻酸钠具有良好的水溶性，使该烟用爆珠制备过程中不需要长时间搅拌，制备效率高，耗能低。
10.其中，所述增塑剂为食品级的乙二醇或者丙三醇。
11.上述增塑剂的作用之一在于可以有效的调节体系粘度，作用之二在于可以调节爆珠壳体的柔韧性，作用之三在于具有一定的保水性，能够避免爆珠壳体在长时间暴露在空气中引起的水分损失，提高爆珠的耐储存性能。
12.其中，所述含钙离子盐类为乳酸钙、硫酸钙、碳酸钙、葡萄糖酸钙中的至少一种。
13.含钙离子盐类作为固化剂使用，含钙离子盐类能够与海藻酸盐反应形成凝胶，本发明中首先将含海藻酸盐的反应原液与固化溶液初步反应成膜，利用爆珠的二次浸润，在控制爆珠壳体厚度的同时，使得海藻酸盐与含钙离子盐类进一步结合，提高爆珠壳体的强
度。
14.其中，所述丙烯酰胺改性壳聚糖的制备方法如下：
15.步骤一、取氢氧化锂、氢氧化钾、尿素和水进行混合并搅拌均匀配制成碱溶液；
16.步骤二、向所述碱溶液中加入壳聚糖并搅拌均匀；
17.步骤三、将步骤二配制的溶液进行一次冷冻至溶液中出现冰晶时，对溶液进行一次搅拌，接着再次对溶液进行二次冷冻，二次冷冻结束后对溶液进行二次搅拌，待二次搅拌结束后对溶液进行三次冷冻，三次冷冻结束后将溶液放置于12
‑
18℃的恒温槽内，并再次对溶液进行搅拌；
18.步骤四、向步骤三的溶液中加入丙烯酰胺并密封，待溶液反应23
‑
25h后用盐酸调节ph至7.0，然后过滤掉未溶的壳聚糖；
19.步骤五、将步骤四的过滤后得到的溶液使用透析膜进行透析，然后经过旋蒸、冷冻干燥后得到丙烯酰胺改性壳聚糖。
20.其中，步骤一中，所述氢氧化锂占碱溶液总质量的4
‑
5％，所述氢氧化钾占碱溶液总质量的6
‑
8％，尿素占碱溶液总质量的7
‑
9％。
21.其中，步骤二中，壳聚糖的添加量占碱溶液总质量的2
‑
4％。
22.其中，步骤三中，冷冻温度为
‑
17～
‑
19℃，一次冷冻时间为1.5
‑
2.5h，二次冷冻时间为11
‑
13h，三次冷冻时间为47
‑
49h。
23.其中，步骤四中，丙烯酰胺的添加量占碱溶液总质量的3％
‑
4％，盐酸的质量浓度为7％。
24.其中，步骤五中，透析时间为3
‑
5天，透析过程中每24h换一次水。
25.其中，氧化海藻酸钠是利用高碘酸钠溶液在避光条件下，将海藻酸钠的部分糖醛酸单元的羟基转变成醛基的过程，所述氧化海藻酸钠的制备方法如下：
26.步骤s1、将海藻酸钠与去离子水进行混合并搅拌均匀配制成质量浓度为 4
‑
6％的海藻酸钠溶液；
27.步骤s2、将高碘酸钠溶液加入海藻酸钠溶液中，在避光条件下充分反应，反应结束后再加入乙二醇继续反应，接着加入无水乙醇使产物析出，然后过滤，将过滤后的固体再次加入去离子水，并搅拌使其溶解，将溶液用透析膜盛装，最后超纯水透析、冷冻、隔夜冻干，得到氧化海藻酸钠。
28.其中，步骤s2中，避光条件下反应5
‑
7h。
29.上述制备方法不仅改善海藻酸盐的降解性能，提高海藻酸盐在水中的溶解度，而且也提供了更高反应活性的醛基基团。在本发明中，爆珠壳体的形成原理就是利用氧化海藻酸钠与含钙离子盐类的反应成膜，而且海藻酸盐还可以调节反应原液的粘度，使得爆珠壳体具有一定的韧性，一定范围内提高爆珠壳体的抗压强度。
30.香精是保证爆珠口感的物质，本发明中的香精选用市售的食品级香精，所述香精为薄荷香精、陈皮香精、花香香精、人参味香精、水果味香精中的至少一种。
31.本发明的第二目的通过下述技术方案实现：
32.一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠的制备方法，其包括如下制备步骤：
33.步骤a、将含钙离子盐类4
‑
10份，去离子水50
‑
65份，丙烯酰胺改性壳聚糖2
‑
4份，香精1
‑
2份在室温下混合并搅拌，除泡后得到均匀的澄清粘稠液体，即为反应原液；
34.步骤b、将氧化海藻酸钠2
‑
5份，去离子水10
‑
20份，增塑剂10
‑
20份混合均匀，除泡后得到澄清透明液体，即为固化溶液；
35.步骤c、将反应原液加装到滴加装置中，以恒定的速度逐滴滴加到固化溶液中，0.5
‑
1分钟后捞出，然后再次放入固化溶液中，1
‑
2分钟后捞出，得到初步成型的爆珠；
36.步骤d、将初步成型的爆珠经过染色、干燥后，得到爆珠成品。
37.其中，步骤a中，加热温度为30
‑
50℃，加热时间1
‑
2h，搅拌方式为磁力搅拌或者机械搅拌。
38.其中，步骤c中，反应原液的滴加速度为10
‑
50μm/min，滴加装置为微量注射泵、柱塞泵或者平流泵。
39.其中，步骤d的染色工艺为将钙化后的爆珠浸泡在不同颜色的染料中3
‑
5 分钟，浸泡完成后，与标准色卡对比。
40.其中，步骤d的干燥工艺为染色后的爆珠在转笼中通过自然冷风干燥成型。
41.本发明的有益效果在于：
42.本发明的烟用爆珠的制备工艺简单、制备能耗低、产品无毒易降解；
43.本发明的烟用爆珠的制备方法利用带氨基的丙烯酰胺改性壳聚糖与带醛基的氧化海藻酸钠发生席夫碱反应以及氧化海藻酸钠与含钙离子盐类的无机盐之间的离子络合作用双重固化方式来制备爆珠壳体，反应时间短；
44.本发明的烟用爆珠的制备方法使用的丙烯酰胺改性壳聚糖和氧化海藻酸钠为天然易降解材料，而且在本方法中具有成壳、调控粘度、吸附烟草重金属及抑菌等多种作用；
45.本方法中使用的原料都具有良好的水溶性，可以在室温条件下，溶解在中性去离子水中，使得该方法在制备过程中能耗低；
46.本发明利用转笼烘干替代传统的烘干工艺，不仅缩短了干燥时间，也提高了爆珠的圆度。
附图说明
47.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
48.图1是本发明实施例1的爆珠壳体的红外光谱图。
具体实施方式
49.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
50.实施例1
51.一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠，其包括反应原液和固化溶液，所述反应原液包括如下重量份的组分：乳酸钙5份、去离子水60份、丙烯酰胺改性壳聚糖2份、薄荷香精1份；
52.所述固化溶液包括如下重量份的组分：氧化海藻酸钠4份、去离子水13 份、丙三醇15份。
53.其中，所述丙烯酰胺改性壳聚糖的制备方法如下：
54.步骤一、取氢氧化锂、氢氧化钾、尿素和水进行混合并搅拌均匀配制成300g 的碱
溶液；所述氢氧化锂占碱溶液总质量的4.5％，所述氢氧化钾占碱溶液总质量的7％，尿素占碱溶液总质量的8％。
55.步骤二、向所述碱溶液中加入9g壳聚糖并搅拌均匀，壳聚糖的添加量占碱溶液总质量的3％。
56.步骤三、将步骤二配制的溶液进行一次冷冻至溶液中出现冰晶时，对溶液进行一次搅拌，接着再次对溶液进行二次冷冻，二次冷冻结束后对溶液进行二次搅拌，待二次搅拌结束后对溶液进行三次冷冻，三次冷冻结束后将溶液放置于15℃的恒温槽内，并再次对溶液进行搅拌；其中，冷冻温度为
‑
18℃，一次冷冻时间为2h，二次冷冻时间为12h，三次冷冻时间为48h。
57.步骤四、向步骤三的溶液中加入11.895g的丙烯酰胺并密封，待溶液反应 24h后用质量浓度为7％的盐酸调节ph至7.0，然后过滤掉未溶的壳聚糖；
58.步骤五、将步骤四的过滤后得到的溶液使用透析膜进行透析4天，透析过程中每24h换一次水，然后经过旋蒸、冷冻干燥后得到丙烯酰胺改性壳聚糖。
59.其中，氧化海藻酸钠是利用高碘酸钠溶液在避光条件下，将海藻酸钠的部分糖醛酸单元的羟基转变成醛基的过程，所述氧化海藻酸钠的制备方法如下：
60.步骤s1、将20g的海藻酸钠与400ml的去离子水进行混合并搅拌均匀配制成质量浓度为5％的海藻酸钠溶液；
61.步骤s2、将10.808g的高碘酸钠溶解至100ml的水中配制成高碘酸钠溶液，然后将高碘酸钠溶液加入海藻酸钠溶液中，在避光条件下充分反应6h，反应结束后再加入5ml乙二醇继续反应0.5h，接着加入300ml无水乙醇使产物析出，然后过滤，将过滤后的固体再次加入去离子水，并搅拌使其溶解，将溶液用透析膜盛装，最后超纯水透析36h、冷冻、隔夜冻干，得到氧化海藻酸钠。
62.上述基于天然多糖的可降解烟用爆珠的制备方法，其包括如下制备步骤：
63.步骤a、将丙烯酰胺壳聚糖2份、去离子水60份盛于烧杯中，室温条件下搅拌2h直至丙烯酰胺壳聚糖完全溶解在水中，随后加入薄荷香精1份，乳酸钙 5份继续搅拌，直至完全溶解，超声除泡20min，得到爆珠的反应原液；
64.步骤b、将氧化海藻酸钠4份、去离子水13份盛于烧杯中，在常温下搅拌至完全溶解，随后加入甘油15份，充分搅拌，超声除泡20min后得到固化溶液；
65.步骤c、利用微量注射泵，以20μm/min的速度将反应原液匀速的滴加到固化溶液中，从液滴落入固化溶液中开始计算，30s后捞出，然后将初步固化的爆珠再次浸入到固化溶液中，静置1min捞出，得到初步成型的爆珠；
66.步骤d、将钙化后的爆珠浸泡到色素染料中5min，染色完成后，与标准比色卡进行比对；染色后的爆珠在转笼中通过自然冷风干燥成型，得到爆珠成品。
67.实施例2
68.一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠，其包括反应原液和固化溶液，所述反应原液包括如下重量份的组分：乳酸钙4份、去离子水50份、丙烯酰胺改性壳聚糖2份、陈皮香精1份；
69.所述固化溶液包括如下重量份的组分：氧化海藻酸钠5份、去离子水20 份、丙三醇18份。
70.其中，所述丙烯酰胺改性壳聚糖的制备方法与实施例1的相同。
71.其中，所述氧化海藻酸钠的制备方法与实施例1的相同。
72.本实施例的基于天然多糖的可降解烟用爆珠的制备方法，其包括如下制备步骤：
73.步骤a、将丙烯酰胺壳聚糖2份、去离子水50份盛于烧杯中，室温条件下搅拌2h直至丙烯酰胺壳聚糖完全溶解在水中，随后加入陈皮香精1份，乳酸钙 4份继续搅拌，直至完全溶解，超声除泡20min，得到爆珠的反应原液；
74.步骤b、将氧化海藻酸钠5份、去离子水20份盛于烧杯中，在常温下搅拌至完全溶解，随后加入甘油18份，充分搅拌，超声除泡20min后得到固化溶液；
75.步骤c、利用微量注射泵，以20μm/min的速度将反应原液匀速的滴加到固化溶液中，从液滴落入固化溶液中开始计算，30s后捞出，然后将初步固化的爆珠再次浸入到固化溶液中，静置1min捞出，得到初步成型的爆珠；
76.步骤d、将钙化后的爆珠浸泡到色素染料中5min，染色完成后，与标准比色卡进行比对；染色后的爆珠在转笼中通过自然冷风干燥成型，得到爆珠成品。
77.实施例3
78.一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠，其包括反应原液和固化溶液，所述反应原液包括如下重量份的组分：硫酸钙10份、去离子水65份、丙烯酰胺改性壳聚糖4份、茉莉花香精2份；
79.所述固化溶液包括如下重量份的组分：氧化海藻酸钠2份、去离子水10 份、乙二醇10份。
80.其中，所述丙烯酰胺改性壳聚糖的制备方法如下：
81.步骤一、取氢氧化锂、氢氧化钾、尿素和水进行混合并搅拌均匀配制成碱溶液；所述氢氧化锂占碱溶液总质量的4％，所述氢氧化钾占碱溶液总质量的6％，尿素占碱溶液总质量的7％。
82.步骤二、向所述碱溶液中加入壳聚糖并搅拌均匀，壳聚糖的添加量占碱溶液总质量的2％。
83.步骤三、将步骤二配制的溶液进行一次冷冻至溶液中出现冰晶时，对溶液进行一次搅拌，接着再次对溶液进行二次冷冻，二次冷冻结束后对溶液进行二次搅拌，待二次搅拌结束后对溶液进行三次冷冻，三次冷冻结束后将溶液放置于12℃的恒温槽内，并再次对溶液进行搅拌；其中，冷冻温度为
‑
18℃，一次冷冻时间为1.5h，二次冷冻时间为11h，三次冷冻时间为47h。
84.步骤四、向步骤三的溶液中加入11.895g丙烯酰胺并密封，待溶液反应23h 后用质量浓度为7％的盐酸调节ph至7.0，然后过滤掉未溶的壳聚糖；
85.步骤五、将步骤四的过滤后得到的溶液使用透析膜进行透析3天，透析过程中每24h换一次水，然后经过旋蒸、冷冻干燥后得到丙烯酰胺改性壳聚糖。
86.其中，氧化海藻酸钠是利用高碘酸钠溶液在避光条件下，将海藻酸钠的部分糖醛酸单元的羟基转变成醛基的过程，所述氧化海藻酸钠的制备方法如下：
87.步骤s1、将海藻酸钠与去离子水进行混合并搅拌均匀配制成质量浓度为4％的海藻酸钠溶液；
88.步骤s2、将高碘酸钠溶液加入海藻酸钠溶液中，在避光条件下充分反应5h，反应结
束后再加入乙二醇继续反应，接着加入无水乙醇使产物析出，然后过滤，将过滤后的固体再次加入去离子水，并搅拌使其溶解，将溶液用透析膜盛装，最后超纯水透析、冷冻、隔夜冻干，得到氧化海藻酸钠。
89.上述基于天然多糖的可降解烟用爆珠的制备方法，其包括如下制备步骤：
90.步骤a、将丙烯酰胺壳聚糖4份、去离子水65份盛于烧杯中，室温条件下搅拌2h直至丙烯酰胺壳聚糖完全溶解在水中，随后加入茉莉花香精2份，硫酸钙10份继续搅拌，直至完全溶解，超声除泡20min，得到爆珠的反应原液；
91.步骤b、将氧化海藻酸钠2份、去离子水10份盛于烧杯中，在常温下搅拌至完全溶解，随后加入甘油10份，充分搅拌，超声除泡20min后得到固化溶液；
92.步骤c、利用微量注射泵，以10μm/min的速度将反应原液匀速的滴加到固化溶液中，从液滴落入固化溶液中开始计算，60s后捞出，然后将初步固化的爆珠再次浸入到固化溶液中，静置2min捞出，得到初步成型的爆珠；
93.步骤d、将钙化后的爆珠浸泡到色素染料中3min，染色完成后，与标准比色卡进行比对；染色后的爆珠在转笼中通过自然冷风干燥成型，得到爆珠成品。
94.实施例4
95.一种基于天然多糖的可降解烟用爆珠，其包括反应原液和固化溶液，所述反应原液包括如下重量份的组分：碳酸钙4份、去离子水50份、丙烯酰胺改性壳聚糖2份、薄荷香精1.5份；
96.所述固化溶液包括如下重量份的组分：氧化海藻酸钠2份、去离子水10 份、乙二醇10份。
97.其中，所述丙烯酰胺改性壳聚糖的制备方法如下：
98.步骤一、取氢氧化锂、氢氧化钾、尿素和水进行混合并搅拌均匀配制成碱溶液；所述氢氧化锂占碱溶液总质量的5％，所述氢氧化钾占碱溶液总质量的8％，尿素占碱溶液总质量的9％。
99.步骤二、向所述碱溶液中加入壳聚糖并搅拌均匀，壳聚糖的添加量占碱溶液总质量的4％。
100.步骤三、将步骤二配制的溶液进行一次冷冻至溶液中出现冰晶时，对溶液进行一次搅拌，接着再次对溶液进行二次冷冻，二次冷冻结束后对溶液进行二次搅拌，待二次搅拌结束后对溶液进行三次冷冻，三次冷冻结束后将溶液放置于18℃的恒温槽内，并再次对溶液进行搅拌；其中，冷冻温度为
‑
18℃，一次冷冻时间为2.5h，二次冷冻时间为13h，三次冷冻时间为49h。
101.步骤四、向步骤三的溶液中加入11.895g丙烯酰胺并密封，待溶液反应25h 后用质量浓度为7％的盐酸调节ph至7.0，然后过滤掉未溶的壳聚糖；
102.步骤五、将步骤四的过滤后得到的溶液使用透析膜进行透析5天，透析过程中每24h换一次水，然后经过旋蒸、冷冻干燥后得到丙烯酰胺改性壳聚糖。
103.其中，氧化海藻酸钠是利用高碘酸钠溶液在避光条件下，将海藻酸钠的部分糖醛酸单元的羟基转变成醛基的过程，所述氧化海藻酸钠的制备方法如下：
104.步骤s1、将海藻酸钠与去离子水进行混合并搅拌均匀配制成质量浓度为6％的海藻酸钠溶液；
105.步骤s2、将高碘酸钠溶液加入海藻酸钠溶液中，在避光条件下充分反应7h，反应结束后再加入乙二醇继续反应，接着加入无水乙醇使产物析出，然后过滤，将过滤后的固体再次加入去离子水，并搅拌使其溶解，将溶液用透析膜盛装，最后超纯水透析、冷冻、隔夜冻干，得到氧化海藻酸钠。
106.上述基于天然多糖的可降解烟用爆珠的制备方法，其包括如下制备步骤：
107.步骤a、将丙烯酰胺壳聚糖2份、去离子水50份盛于烧杯中，室温条件下搅拌2h直至丙烯酰胺壳聚糖完全溶解在水中，随后加入薄荷香精1.5份，碳酸钙4份继续搅拌，直至完全溶解，超声除泡20min，得到爆珠的反应原液；
108.步骤b、将氧化海藻酸钠2份、去离子水10份盛于烧杯中，在常温下搅拌至完全溶解，随后加入乙二醇10份，充分搅拌，超声除泡20min后得到固化溶液；
109.步骤c、利用微量注射泵，以50μm/min的速度将反应原液匀速的滴加到固化溶液中，从液滴落入固化溶液中开始计算，45s后捞出，然后将初步固化的爆珠再次浸入到固化溶液中，静置1.5min捞出，得到初步成型的爆珠；
110.步骤d、将钙化后的爆珠浸泡到色素染料中5min，染色完成后，与标准比色卡进行比对；染色后的爆珠在转笼中通过自然冷风干燥成型，得到爆珠成品。
111.实施例1制得的烟用爆珠的红外光谱如图1所示，从图中可以看到壳聚糖经过丙烯酰胺改性后，在1579cm
‑1附近出现亚氨基的伸缩振动峰，在1673cm
‑1附近出现酰胺基r
‑
c＝nh的振动峰，在1110cm
‑1附近出现c
‑
o
‑
c振动峰；而经过高碘酸钠改性的海藻酸钠会在其顺二醇结构中的c
‑
c键被高碘酸钠氧化，生成2个醛基，红外光谱中在1390
‑
1410cm
‑1附近出现归属于醛基的c
‑
h振动吸收峰；而对于最后得到的爆珠胶皮，可以在1629cm
‑1附近看到亚胺基团 (
‑
rc＝n
‑
)，表明壳聚糖上的氨基与海藻酸钠上的醛基发生席夫碱反应。
112.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。