关键词 壳聚糖 烟碱 焦油 评吸
引言
甲壳质是从海洋生物如虾、蟹壳中,或低等动物如昆虫的外壳,或低等植物如菌、藻类的细胞壁中提取的氨基多糖,自然界每年的生物合成量估计为100亿t,是极为丰富的可再生资源,已在食品、化妆品、医药、环保、化工等领域得到广泛应用[1,2]。烟草薄片用胶早已广泛使用壳聚糖,证明对薄片的强度、耐水性、内在品质有较大提高。
早在1976年,Paul Rolland Austin等人就已做过甲壳素和烟丝按不同比例混合的研究[3],并报道说混合后其燃烧性能增强、香气显露,烟气中有害物质减少。日本也有专利报道壳聚糖有降低焦油、烟碱的作用[4],但因专利保护,其研究内容没有公开。笔者在这方面做了进一步的研究,为保证壳聚糖与烟丝能均匀混合,且能粘附于烟丝表面以适应现代卷烟机,使用壳聚糖的盐类即壳聚糖的醋酸溶液作为烟草添加剂,实验证明,该烟草添加剂具有降低焦油和烟碱的作用,而且烟支的燃烧性、吸味、香气都得到改善,杂气减轻。
1 实验材料与方法
1.1 实验仪器与材料
1.1.1实验仪器 RM20/CSR型旋转式吸烟机,HP6890气相色谱仪(进样口温度250℃,柱温170℃,不锈钢柱长2m,内径为2mm,检测器FID温度250℃),电子天平(1/10000),LJY-2B数字型压降仪,Z-2AG台式往复旋转震荡器,CH-888型恒温恒湿箱。
1.1.2实验材料“蓝合肥”牌卷烟(市售),烟碱(CR),异丙醇(CR),十七碳烷(GR),壳聚糖(脱乙酰度分别为50%,75%和90%,自制[5])。
1.2实验方法
1.2.1 调节、分选烟支将条包、小包拆包,用瓷盘盛装烟支放于温度22℃,湿度60%的恒温恒湿箱中,调节48h。从调节完毕的烟支中任取50支烟,称重,计算单支烟支平均重量为0.9946g/支。在平均重量±0.02g范围内分选烟支,将重量超出分选范围的烟支剔除。
从分选出的烟支中任取50支烟,测其吸阻,计算平均吸阻为1052Pa。在平均吸阻±49Pa范围内分选烟支,将吸阻超出分选范围的烟支剔除。
1.2.2在烟丝中注射不同脱乙酰度的壳聚糖醋酸溶液将脱乙酰度为50%,75%,90%的壳聚糖各1g分别溶于100mL2%的醋酸溶液中,得到3种壳聚糖溶液。用注射器向烟丝中分别注射3种不同脱乙酰度的壳聚糖溶液,剂量为0.5mL/支,1.0mL/支,1.5mL/支,2.0mL/支,2.5mL/支,用注射醋酸溶液的烟支作为空白对照。
1.2.3烟支分析按国标YC/T8-93和YC/T29-96要求测定主流烟气中焦油、烟碱含量。
2结果与讨论
2.1不同脱乙酰度的壳聚糖对卷烟中焦油、烟碱含量的影响对注射不同脱乙酰度的壳聚糖后的烟支进行分析,结果如表1,2,3所示。
表1 脱乙酰度为50%的壳聚糖溶液的烟支分析
表2 脱乙酰度为75%的壳聚糖溶液的烟支分析
表3脱乙酰度为90%的壳聚糖溶液的烟支分析
从表1,表2,表3可以看出,加入少量壳聚糖溶液可使抽吸口数减少(即燃烧性增强),焦油有明显的下降趋势。在吃味及气味都较理想的前提下,每支烟支中施加1.0mL脱乙酰度为90%的壳聚糖的醋酸溶液可使焦油降低15.5%,且随着脱乙酰度的提高,降焦作用增强。烟气中焦油主要是烟支中有机物不完全燃烧的热分解产物,不同脱乙酰度壳聚糖溶液降焦作用不同,说明活泼的—NH2对燃烧起积极作用。随着壳聚糖溶液加入量的增大,烟气焦油又呈上升趋势。这可能是由于壳聚糖溶液加入量过大,分布不均匀,烟丝出现结团现象,使燃烧不完全所导致。
加入少量壳聚糖溶液,由于醋酸的中和作用,烟碱有明显的下降趋势。在吃味及气味都较理想的前提下,每支烟支中施加1.0mL脱乙酰度为90%的壳聚糖溶液可使烟碱降低13.8%。随着壳聚糖溶液添加量的增加,烟碱增加,这主要是因为烟草中的壳聚糖在燃烧过程中有裂解产物烟碱产生。不同的脱乙酰度对烟碱的影响不是很大。
2.2壳聚糖溶液用量与焦油和烟碱之间的定量关系
要找出当焦油烟碱达到最小量时各种壳聚糖溶液用量的理论值,为进行深入研究作参考,就要对壳聚糖溶液用量和焦油定量关系做回归分析。根据表1,设回归方程为
。令X1=X,X2=X2,则所要确定的回归方程化为。按照二元线性回归得
因此得正规方程组
由①式解得=-2.656,=1.342,又=1.342,又=y-=17.67从而得回归方程y=17.67-2.656X+1.342X2。
由所得回方程②易知,当X0==0.99时,达到最小值,y=17.67-2.656×0.99+1.342×0.992=16.35。
同理,由表2得y=18.929-5.826X+2.756X2,当X0=1.06时,ymin=15.868;由表3得y=17.482-3.329X+1.857X2,当X0=0.888时,ymin=16.004。
对壳聚糖溶液用量和烟碱定量关系作回归分析,由表1得y=1.35-0.245X+0.087X2,当X0=1.048时,=1.777;由表2得y=1.36-0.237X+0.102X2,当X0=1.06时,ymin=1.22;由表3得y=1.362-0.23X+0.089X2,当X0=1.29时,ymin=1.21。
2.3 壳聚糖用量对烟支内在品质的影响
壳聚糖用量对烟支内在品质的影响如表4所示。
从表4可以看出,各样品卷烟香气量增大,有似烤香产生。据报道,壳聚糖在高温下会发生裂解反应,形成一些潜在的风味物质如吡嗪化合物[6]。烟草在燃吸过程中,整个烟支内温度分布是不同的,形成温度梯度最大可达600℃/cm,靠近炭线前方的炭质底部周围最高温度可>900℃,锥体中心的固相温度约825℃,炭线后部2mm范围内温度为400℃左右。卷烟燃吸时不同的温度分布可使壳聚糖裂解为各种吡嗪类化合物。这些吡嗪类化合物使卷烟香气更丰满。此外,各样品卷烟杂气、刺激性减轻,说明烟气中刺激性气体成分有所减少。各样品卷烟劲头的变化与烟碱含量的变化相对应。
参考文献:
1 李吉高.天然多糖与甲壳质[J].海洋药物,1985,(2):19-21.
表4壳聚糖用量对烟支内在品质的影响
注:香气量大小次序为有+>有>有-。
2 李八方,于广利,梁平方.甲壳质及其衍生物降低香烟焦油和烟碱依含量研究[J].中国海洋药物,1996,(1):48-51.
3 PaulRollandAustin,WlimingtonDel.Chitinasanextenderandfilterfortobacco[P].US3987802,1976-10-26.
4 KamiyaAkihiko.Cigarretefilter[P].JP7031452A2,1995-01-03.
5夏文水,王璋.脱乙酰化反应条件对壳聚糖性能的影响[J].无锡轻工业学院学报,1992,11(2):104-110.
6 高福成.食品分离重组工程技术[M].北京:中国轻工业出版社,1998.679-710.
7黄晖.气相色谱法测定卷烟烟气总粒相物中的烟碱[J].烟草科技,1997,(5):23-25.
8金闻博,戴亚.烟草化学[M].北京:清华大学出版社,1993.136-137.
EffectofChitosanofDifferentDeacetoDegreeonReducingtheContentofTarandNicotineinMainSmoking
WangXiaokui1XuPing1YeXiaying2WangHongwei3
(1Dept.ofFoodScience,Univ.ofScienceandTech.ofChinaHefei230052China)
(2Tech.Centre,NanchangCigaretteFactoryNanchang340009China)
(3Tech.Centre,WuhuCigaretteFactoryWuhu241008China)
Abstract:Throughaddingchitosansolutionwithdifferentdoseincigarette,detectingthecontentoftarandnicotineinmainsmokingandmakinglinearregressionanalysis,theeffectofchitosanofdifferentdeacetodegreeonreducingthecontentoftarandnicotineinmainsmokingwas studied, the optimum dose of chitosan solution was found. The result showed that adding 1.0 mL chitosan (soluted in 2% acetum, D. D=90%) in the cigarette, the content of tar in main smoking reduced by 15.5%, that of nicotine, reduced by 13.8%, the inherent quality of cigarette was improved obviously.
Key words: Chitosan Nicotine Tar Smoke panel test
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