造紙法再造煙葉浸取工藝研究-

1、造紙法再造煙葉浸取工藝研究楊彥明，唐自文，付宇，黃海群(云南瑞升科技有限公司再造煙葉研發(fā)中心，云南昆明高新區(qū)科醫(yī)路41號，650106) 關(guān)鍵詞: 造紙法再造煙葉；浸取；煙梗；煙葉碎片摘要: 造紙法再造煙葉生產(chǎn)中，原料的浸取是整個工藝的一個主要部分，為了確定生產(chǎn)的最佳條件和工藝方法，達到生產(chǎn)的最佳產(chǎn)出消耗比值，對原料的浸取溫度，浸取時間和浸取物料的溶劑量、浸取次數(shù)等條件和情況進行了實驗和分析，結(jié)果表明梗最佳浸取工藝條件為溫度60，時間40min，水量為原料質(zhì)量的8倍；葉碎片浸取溫度60，時間20min，浸取用水量為原料質(zhì)量的10倍；原料一次浸取即可；同時，也提出了浸取的一個優(yōu)化方案，即用浸取液

2、重復(fù)浸取新原料，對此進行的模擬實驗表明應(yīng)用該方案能有效的降低水用量和能量消耗。中圖分類號：TQ028.9+6 文獻標(biāo)識碼：BExtraction Process Research of Paper-making Reconstituted TobaccoYANG YAN-MING TANG ZI-WEN FUYU HUANG HAI-QUN Paper-Making Reconstituted Tobacco Research and Develop Center of Yunnan Reascend Science & Technology CO.,LTD, YunnanKunmin

3、g 650106,ChinaKeywords: Paper-Making Reconstituted Tobacco; Extraction; Tobacco stem; Tobacco scrapAbstract: Extraction of the raw materials is a major part of the whole process in the production of paper-making reconstituted tobacco. The extraction temperature, time, the amount of solvent , extract

4、ion times, and the optimal processing conditions were confirmed. The optimum extraction condition is about 40 min at 60, and the ratio of tobacco stems and solvent is 1:8. For tobacco scrap, the optimum extraction condition is about 20 min at 60, and the ration is 1:10. onE extraction was enough. In

5、 addition, an optimal processing is performed, which used the extracted solution to extract the fresh materials. The processes reduced the extracted solution and energy of heating effectively.作者簡介：楊彥明（1973-2），男（漢），籍貫（云南昆明），工程師，大專，畢業(yè)于云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，從事過香精香料提取、造紙法再造煙葉的開發(fā)研究工作，現(xiàn)主要從事卷煙新材料的開發(fā)工作。電話：8328115， E-mail:

6、sealand地址 ：云南昆明高新區(qū)科醫(yī)路41號。郵編： 650106， 傳真：8325986 造紙法再造煙葉國外研究和產(chǎn)業(yè)化較早，時至今日如摩迪、雷諾等公司都有較為成熟的技術(shù)和大規(guī)模的生產(chǎn)1。近幾年來國內(nèi)對造紙法再造煙葉的研究運用不斷提升，相繼有杭州、汕頭和昆明等地的工廠建成投產(chǎn)。同時國內(nèi)各煙廠也認(rèn)識到造紙法再造煙葉的優(yōu)越特性，欲用其做為一種新的卷煙添加料使用，有取代稠漿法和輥壓法再造煙葉的意向。造紙法再造煙葉在卷煙中運用，一方面能大幅度的節(jié)省煙葉原料，有效的降低卷煙成本；另一方面能使卷煙的物理、化學(xué)性能按人們的意愿和要求得到改善和調(diào)整2，能降低卷煙整體焦油、煙堿量，降低煙支密度和提高填充率

7、。造紙法再造煙葉的生產(chǎn)過程中，原料的浸取分離是確保產(chǎn)品產(chǎn)率、品質(zhì)和成本的一個重要工藝步驟，因此有必要對浸取工藝進行詳細的研究。對原料浸取的主要影響因素有浸取時間、浸取溫度、浸取次數(shù)、浸取溶劑和浸取溶劑用量等幾個方面3，考慮到實際生產(chǎn)的使用性和成本因素，一般以水作為浸取溶劑。同時，還研究了溶液重復(fù)浸取對原料浸取率的影響情況，以尋找生產(chǎn)的最佳工藝。1 實驗設(shè)備和材料主要試驗儀器: DZKW-S-6型水浴鍋（北京產(chǎn)）；LXD-28A型電動離心機（長春市紙張試驗廠）；HG53型鹵素水分測定儀（瑞士mettler Toledo公司）；HF6000G天平（日本A&D公司）溶劑：生活用自來水實驗原料

8、: 煙葉碎片、煙梗(云南某卷煙廠提供) 2 實驗方法21 浸取和浸取率測定方法將煙梗、煙葉碎片分別取樣，置于恒溫恒濕箱中（溫度20，相對濕度60%）平衡水分24h；分別稱取平衡好的煙梗（60g）、煙葉碎片（50g），按水平實驗設(shè)計條件于水浴鍋中浸取，趁熱將浸取混合物倒入離心機中離心分離1min，離心機轉(zhuǎn)速為2000r/min。將分離得到的浸取液準(zhǔn)確稱重；采用鹵素水分測定儀測定浸取液中的水分含量，計算出原料水溶物（絕干）浸取率，計算公式如下： T（）（1w）×a/b×100%T : 水溶物浸取率w：浸取液水分含量a：浸取液重量（g）b：原料重量（g）22 確定最優(yōu)浸取條件的水

9、平實驗設(shè)計由于煙梗和煙葉碎片在成分和物理性質(zhì)上差別較大，需分別進行試驗。根據(jù)水平設(shè)計要求，我們選用單因素四水平的試驗條件，其它因素相對固定，使每個水平段能涵蓋有效的因素范圍。2.2.1 煙梗浸取條件水平設(shè)計表1 煙梗浸取條件實驗水平設(shè)計n=4Table 1 parallel designation of factor for tobacco stem extraction experiment(n=4)水平項目溫度時間min溶劑量（原料/溶劑）溫度50401 ：8607080時間70201 ：84060120原料/溶劑70401 ：61 ：81 ：101 ：122.2.2 煙葉碎片浸取條件水平

10、設(shè)計表2 煙葉碎片浸取條件實驗水平設(shè)計n=4Table 2 parallel designation of factor for tobacco leaf fragment extraction experiment(n=4)水平項目溫度時間min溶劑量（原料/溶劑）溫度20301：10406080時間60101：10203040原料/溶劑60301 ：61 ：81 ：101 ：1223 煙梗、煙葉碎片浸取次數(shù)實驗 原料的浸取次數(shù)既對浸取率有影響，同時也決定了溶劑用量的多少。浸取次數(shù)越多，浸取率會越高，而溶劑用量也會相應(yīng)增加，因此需要尋找一個較優(yōu)浸取次數(shù)，達到節(jié)約成本，提高效率的目的。試驗方法

11、：選用上述浸取實驗的最優(yōu)條件對原料浸取三次，測定每次浸取原料的得率，對比浸取率。24 煙梗、煙葉浸取液重復(fù)浸取實驗 在造紙法再造煙葉的生產(chǎn)過程中，浸取濃縮工藝是生產(chǎn)中耗能較大的工藝段之一。浸取水的加熱，水浸取液的濃縮以及水自身的比熱較大等因素都消耗大量的熱能。如果應(yīng)用浸取液重復(fù)浸取新原料,必然能有效的提高浸取液濃度,減少水用量,減少濃縮時間和能耗。實驗方法：取100g煙梗（或煙葉碎片）按上述實驗最佳工藝條件浸取，離心分離出浸取液稱重，測定浸取液水分含量。浸取液補加熱水至第一次浸取時溶劑重量，加入100g新原料水浴浸取，得到二次重復(fù)浸取液，分離出浸取液，稱重測定水分，重新加入新原料重復(fù)這一過程得

12、到三次、四次重復(fù)浸取液，分別稱量浸取液重量和測定水分，計算浸取率。浸取率計算式如下：Tn（）（1Wn）×An/100（1Wn1）×An1/100）×100%Tn: 第n次水溶物浸取率Wn：第n次浸取液水分含量An：第n次浸取液重量（g）n：浸取次數(shù)3 結(jié)果與分析3.1 煙梗浸取實驗結(jié)果 3.1.1溫度對浸取率的影響 從下表3可以看出，溫度在5080范圍里浸取率的提高在2.9以內(nèi)，但在5060范圍內(nèi)的增加較大為2.1%。從R/t值看，在60后值明顯變小，既出現(xiàn)浸取率提高程度的變化拐點（從圖1中可看出），表明提高浸取溫度后對浸取率提高影響減小，60為最佳浸取溫度。表3

13、 溫度對煙梗可溶性成分浸取的影響Table 3 Effect of temperature for tobacco stem extraction溫度（）浸取液質(zhì)量g含水率%浸取液濃度%固形物重量g浸取率%R/T50397.8095.704.3117.1428.6060392.2095.304.7018.4330.700.21370365.2094.905.1018.6231.000.0380362.7094.805.2119.9531.500.049總平均變化率 0.097Fig.1 Relationship of temperature and extraction rate3.1.2 浸

14、取時間對浸取率的影響從圖2可以看出，隨著浸取時間的延長，浸取率在增大。表4看在40min前增加量為7.8%，40-80min后增加趨勢不太明顯，增加總量僅為2.5%,且浸取率在40-60min內(nèi)幾乎無變化。在40min浸取時間后R/t值明顯變小,也即浸取時間在40min后對浸取率的影響明顯減小，40min為最佳浸取時間。表4 時間對煙梗中可溶性成分浸取的影響Table 4 Effect of time for tobacco stem extraction浸取時間（min）浸取液量g含水率%浸取液濃度%固形物重量g浸取率%R/t20430.096.813.1913.7222.940392.29

15、5.34.7018.4330.70.3960380.095.134.8718.5030.80.00580366.794.565.4419.9533.20.04總平均變化率 0.145備注：R系指浸取率的變化值，即本次實驗水平的浸取率值減去上次實驗水平的浸取率值；T系本次實驗條件水平值減去上次實驗條件水平值。Fig.2 Relationship of time and extraction rate3.1.3 溶劑物料比例對浸取率的影響從圖3可以看出，隨著溶劑用量的增大，浸取率在增大，但隨著溶劑物料比增大至一定程度，浸取率的增大趨于緩和。從表5可看到8倍溶劑量前浸取率增加3.4，而其后增加總量為

16、1.6。溶劑物料比為1：8時，向后的R/t為0.6、0.2較前面的R/t值1.7明顯降低，浸取率提高如圖3成弧形減小，這也說溶劑物料比對浸取率的影響降低。1 ：8為最佳溶劑物料料質(zhì)量比例。表5 溶劑物料比例對煙梗中可溶性成分浸取的影響Table 5 Effect of proportion between material and solvent for tobacco stem extraction物料溶劑比浸取液質(zhì)量g含水率%浸取液濃度%固形物質(zhì)量g浸取率%R/t%1 ：6287.694.305.7016.3927.31 ：8392.095.304.7018.4230.71.71 ：105

17、07.796.233.7719.1431.90.61 ：12629.596.923.0819.3932.30.2總平均變化率 0.833Fig.3 Relationship of extraction rate and proportion between material and solvent 3.2煙葉碎片浸取實驗結(jié)果3.2.1 溫度對浸取率的影響 從圖4可以看到煙葉碎片浸取率隨溫度的增加而提高，在60后斜率明顯變小。從表6的R/t值看60后的值0.035明顯小于其前的值0.160，可以認(rèn)為在60以后繼續(xù)提高浸取溫度對浸提取率的提高影響變小，60為浸取的最佳溫度。表6 溫度對煙葉碎片可溶

18、性成分浸取的影響Table 6 Effect of temperature for tobacco leaf extraction溫度（）浸取液質(zhì)量g含水率%浸取液濃度%固形物質(zhì)量g浸取率%R/t%20331.595.614.3914.5536.384033895.414.5915.5138.790.12160343.495.114.8916.7941.980.16080331.594.855.1517.0742.680.035總平均變化率 0.105Fig.4 Relationship of temperature and tobacco leaf fragment extraction r

19、ate 3.2.2 時間對浸取率的影響從圖5可以看到煙碎片浸取率隨時間的增加而提高，在20min后斜率明顯變小。從表7中R/t值看20min后的值0.019明顯小于其前的值0.314，可以認(rèn)為在20min以后繼續(xù)增加浸取時間對浸提取率的提高影響變小，20min為浸取的最佳時間。表7 時間對煙葉碎片浸取率、提液濃度的影響Table 7 Effect of time for tobacco leaf fragment extraction rate and extract concentration浸取時間（min）浸取液質(zhì)量g含水率%浸取液濃度%固形物質(zhì)量g浸取率%R/t%10344.695.6

20、64.3414.9537.392034295.264.7416.2140.530.31430343.695.264.7416.2940.720.01940343.495.114.8916.7941.980.126總平均變化率 0.153Fig.5 Relationship of time and tobacco leaf fragment extraction rate 3.2.3 溶劑物料比例對浸取率的影響 從圖6可以看到煙碎片浸取率隨溶劑量的增加而提高，在10倍量時斜率明顯變小。從表8的R/t值看10倍溶劑量后的值0.315明顯小于其前的值1.930，可以認(rèn)為在使用大于10倍的溶劑量對浸取

21、率的提高影響變小，10倍溶劑量為浸取的最佳用量。表8 溶劑物料比例對煙葉碎片浸取率、浸取液濃度的影響Table 8 Effect of proportion between material and solvent for tobacco leaf fragment extraction rate and extract concentration水平項目浸取液質(zhì)量g含水率%浸取液濃度%固形物質(zhì)量g浸取率%R/t%1:6178.192.597.4113.2032.991:826094.135.8715.2638.122.5651:10343.495.114.8916.7941.981.931:

22、12414.795.894.1117.0442.610.315總平均變化率 1.603Fig.6 Relationship of proportion between material and solvent and tobacco leaf fragment extraction rate 比較煙梗和煙葉碎片浸取實驗結(jié)果可以看到，煙葉碎片的浸取率明顯高于煙梗，這與煙梗、煙葉碎片的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，煙梗含有較多纖維素、木質(zhì)素等非水溶性成分且組織結(jié)構(gòu)較為緊密，而煙葉則淀粉、糖類、蛋白質(zhì)等水溶性成分更多，其組織結(jié)構(gòu)較煙梗酥松，從而表現(xiàn)出浸取率和浸取條件的差別。在實驗中有一特別現(xiàn)象，煙梗在40

23、60min，煙葉在2030min的浸取時段內(nèi)浸取率幾乎沒有提高，我們猜測是由于成分的溶解性不同造成的：易溶物先較快溶出，而稍難溶的物質(zhì)須經(jīng)一定時間的浸泡后才緩慢溶出，造成浸取率提高上的一段真空；也存在這樣一種可能，組織結(jié)構(gòu)在經(jīng)過一定時間的浸泡后通透性提高，使溶出成分增加，易溶成分先溶出后，在兩者間行成一段浸出真空。 3.3 浸取次數(shù)對浸取率的影響結(jié)果3.3.1 煙梗的多次浸取實驗結(jié)果確定煙梗浸取條件為溫度60，原料/溶劑比例為1：8，浸取時間40min，重復(fù)三次浸取。每次浸取后離心脫水，測定浸取率。實驗結(jié)果如下表9表9 煙梗浸取次數(shù)實驗結(jié)果Table 9 Effect of extractio

24、n times for tobacco stem extraction rate浸取次數(shù)浸取率（%）每次浸取所占比例%昆明煙梗第一次30.066.37第二次9.521.02第三次5.712.61從以上試驗結(jié)果可以看出煙梗浸取率隨浸取次數(shù)的增加而增大，第一次浸取大量的可溶物被浸取出來，占到了三次浸取總量的70略差的水平，第二、三次的浸取浸取率已變得比較小，占30略多。一次浸取可達到生產(chǎn)和消耗的最佳值。3.3.2 煙葉碎片的多次浸取選用前述實驗確定的最佳浸取條件進行三次浸取，條件為溫度60，時間20min，溶劑量10倍。每次浸取后離心脫水，測定浸取率。試驗結(jié)果如下表10。從實驗結(jié)果可以看出，煙葉碎

25、片中在第一次浸取中溶解了大部可溶性成分，占到了三次浸取重量的80.66%,第二、三次浸取得率下降比較大，占總量的19.35，一次浸取為生產(chǎn)的最佳浸取次數(shù)。表10：煙葉碎片浸取次數(shù)實驗結(jié)果Table 10 Effect of extraction times for tobacco leaf fragment extraction rate原料浸取次數(shù)浸取率（%）每次浸取所占比例(%)第一次39.280.66昆煙煙葉碎片第二次7.8016.05第三次1.603.293.4 同一溶劑多次浸取原料實驗 從前述試驗數(shù)據(jù)可以看到，一次浸取液的濃度并不高，煙梗、煙葉碎片都在45之間，原料中可溶物在水中的溶

26、解度距離飽和點還較遠，若能采用浸取液多次浸取原料的的工藝，且這一方式對浸取率的無影響或變化較小，則必然大幅降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。以下就這一情況進行了實驗。3.4.1煙梗浸取液的重復(fù)浸取實驗結(jié)果 選用水平試驗確定的提取條件溫度60，原料/溶劑比例為1：8，浸取時間40min進行試驗，提取第一批原料后的溶液依次提取新原料，共進行4批新原料的提取。從下表11的實驗結(jié)果可以看出，采用浸取液多次浸取煙梗，大部分可溶物能浸取出來，但隨著浸取次數(shù)的增加浸取率不斷下降。第二、三次浸取降幅較大，有2.2和3的浸取率損失，第四次浸取降幅變小僅有0.48的浸取率損失，重復(fù)四次的損失率共為5.68占一次浸取總量的

27、19.31。表11 煙梗浸取液重復(fù)浸取實驗結(jié)果Table 11 Effect of repeated extract with tobacco stem extract for tobacco stem extraction rate浸取次數(shù)煙梗質(zhì)量（g）浸取液質(zhì)量（g）水分含量（）水溶物濃度（）浸取率（）減少量（）110074296.043.9429.42210083993.506.5027.222.20310086091.558.4524.223.0410085288.8511.2523.740.483.4.2、煙葉浸取液的重復(fù)浸取 選用水平試驗確定的提取條件溫度60，原料/溶劑比例為1：

28、10，浸取時間20min進行試驗，提取第一批原料后的溶液依次提取新原料，共進行4批新原料的提取。從下表12實驗結(jié)果可以看出，采用浸取液多次浸取煙葉碎片，大部分可溶物能浸取出來，但隨著浸取次數(shù)的增加，浸取率不斷下降。其中，在第三次浸取時浸取率的降幅較大，有6的浸取率損失。表12 煙葉碎片浸取液四次浸取實驗數(shù)結(jié)果Table 12 Effect of repeated extract with tobacco leaf fragment extract for tobacco leaf fragment extraction rate浸取次數(shù)煙碎片質(zhì)量(g)浸取液重量（g）浸取液水分含量（）浸取物含量(%)浸取率(%)減少量（）15043695.274.