摘要
利用Turbiscan Lab多重光散射仪，研究了稠浆法烟草薄片浆料制备工艺，如浆料配制温度、加水量、针叶木浆用量、胶黏剂种类和用量等因素，对浆料稳定性、均匀性和沉淀层厚度的影响。结果表明，浆料配制温度应低于60 ℃，加入4.05倍水（相对于烟粉绝干质量）的浆液稳定性、均匀性最好。针叶木浆用量3%（相对于烟粉绝干质量）的浆料均匀性最好，沉淀层厚度小；针叶木浆用量5%（相对于烟粉绝干质量）的浆料稳定性最好。适宜的胶黏剂为3%羧甲基纤维素钠（相对于烟粉绝干质量）。
加热卷烟是最接近传统卷烟的一种烟草制品。加热卷烟只加热烟丝或烟草提取物而不燃烧烟丝，减少了烟草高温燃烧裂解产生的有害成分，使主流烟气化学组分释放量大大降
稠浆法烟草薄片浆料性能对产品的成形质量和生产连续性有重要影响。稠浆法烟草薄片浆料是一种复杂的混合物，由分散的烟粉颗粒、植物纤维、可用作胶黏剂的水溶性聚合物（羧甲基纤维素钠等）和其他添加剂等构成。这些组分之间可以形成相互影响、联系的结构，加水量、针叶木浆用量、胶黏剂种类和用量、浆料配制温度、放置时间等均会影响稠浆法烟草薄片浆料的均匀性和稳定性。
稠浆法烟草薄片浆料在使用过程中存在浆料中针叶木纤维分散不均匀、有絮团出现，随搅拌、放置时间的延长，浆料黏度发生变化、黏连性变差等问题，导致浆料成膜质量差、厚度不均匀，进而影响产品厚度、定量、抗张强度等指标的稳定控制。但目前稠浆法烟草薄片浆料均匀性稳定性评价还没有明确的指标和方法，导致浆料配制存在一定的盲目性。
多重光散射仪通过采用近红外光源对浆料体系进行扫描，光源在照射到浆料中的固体颗粒后发生多重散射，随着颗粒的沉降或粒径的变化，光源探测器接收到背散射光强度也相应变化，从而反映分散相的均匀性和稳定
本研究基于多重光散射仪检测样品背散射光变化得到的稳定性指数和均匀性指数为评价指标，探讨了稠浆法工艺，如浆料配制温度、加水量、针叶木浆用量、胶黏剂种类及用量等因素对浆料均匀性和稳定性影响，为产品厚度、定量、抗张强度等指标的稳定控制和产品质量的提高提供技术支撑。
烟粉（粒径约50 μm）、打浆度30~40 °SR的针叶木浆（以下称外纤）、发烟剂、羧甲基纤维素钠（CMC）、甲基纤维素、瓜尔胶，均由河南卷烟工业烟草薄片有限公司提供。
AB204-S电子天平（0.1 mg，瑞士Mettler-Toledo公司）；SP528破壁机（浙江苏泊尔股份有限公司）；Turbtscan Lab expert多重光散射仪（法国FORMULACTION公司）；DV2T旋转黏度计（美国BROOKFIELD公司）；恒温水浴锅（上海力辰科技有限公司）。
将外纤加水后放入破壁机内，用搅拌功能5档搅拌6 min，使其在水中分散均匀；然后加入胶黏剂（CMC或甲基纤维素或瓜尔胶/CMC混合物）和甘油，再用破壁机5档搅拌6 min；最后加入烟粉，用2档搅拌4 min，得到分散均匀的浆料。其中，未特别规定时，外纤、胶黏剂、甘油、烟粉的绝干质量比为4∶3∶20∶100。
将浆料装入多重光散射仪的样品池中，用近红外光从样品池底部开始扫描至顶部，5 min扫描1次，采集样品背散射光光强信号BS（%），得到不同时间浆料的背散射光强曲线图。用TurbiSoft-Lab软件计算样品的动力学稳定性指数、均匀性指数、浆料沉淀层厚度和颗粒粒径。
稳定性指数为在测量时间内，每次测量较前一次测量背散射光强度变化值的累
稳定性指数的计算如
| （1） |
式中，n为测量次数；h为扫描高度；s为背散射光强度；H为扫描最大高度。
均匀性指数是取样品池中部所有背散光数据点，计算相对标准偏差，表征样品中各个分散组分在体系中的分散均匀性程度，均匀性指数越小，样品的分散均匀性越好。
图1 背散射光强随时间变化图
Fig. 1 Backscattered light intensity variation diagram over time
从
根据多重光散射的理论，背散射光强度随颗粒粒径的变化而发生变化，当粒径>600 nm，背散射光强随颗粒粒径的变大而下降；结合
图2 浆料状态随时间变化图
Fig. 2 Changes in slurry state over time
配制温度对浆料性能的影响比较大，配制温度太低时，浆料较黏稠，平铺后状态不好，而配制温度太高又会影响浆料中胶黏剂性能，进而影响浆料状态。
图3 配制温度对浆料稳定性指数的影响
Fig. 3 Effect of preparation temperature on stability index of slurry
图4 配制温度对浆料均匀性指数的影响
Fig. 4 Effect of preparation temperature on the homogeneity index of slurry
| 配制温度/℃ | 开始沉降时间/min | 90 min沉降层厚度/mm | 初始粒径/μm | 90 min粒径/μm |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 15 | 2.0 | 44.5 | 49.5 |
| 40 | 15 | 8.0 | 50.0 | 56.0 |
| 60 | 15 | 8.5 | 57.0 | 66.0 |
从
从
从
综上所述，浆料配制时温度需低于60 ℃，具体适宜温度还需要进一步实验。
图5 加水量对浆料稳定性指数的影响
Fig. 5 Effect of amount of water on stability index of slurry
图6 加水量对浆料均匀性指数的影响
Fig. 6 Effect of amount of water on homogeneity index of slurry
| 加水量/倍 | 开始沉降时间/min | 90 min沉降层厚度/mm | 初始粒径/μm | 90 min粒径/μm |
|---|---|---|---|---|
| 4.05 | 15 | 1.0 | 45.5 | 48.5 |
| 4.20 | 15 | 4.0 | 44.5 | 55.0 |
| 4.35 | 15 | 9.0 | 45.5 | 52.0 |
从
加入外纤能够使稠浆法烟草薄片保持一定的拉伸强度和回弹性能，从而减少后续干燥、切丝等加工过程的造碎和损耗。
图7 外纤用量对浆料稳定性指数的影响
Fig. 7 Effect of external fiber dosage on stability index of slurry
图8 外纤用量对浆料均匀性指数的影响
Fig. 8 Effect of external fiber dosage on homogeneity index of slurry
| 外纤用量/% | 开始沉降时间/min | 90 min沉降层厚度/mm | 初始粒径/μm | 90 min粒径/μm |
|---|---|---|---|---|
| 3 | 15 | 1.0 | 57.0 | 62.0 |
| 4 | 15 | 2.0 | 56.5 | 61.5 |
| 5 | 15 | 9.5 | 54.5 | 58.5 |
从
胶黏剂能够使烟粉、外纤等固形物均匀分散在浆料中，从而保证浆料平铺成薄层后的平整性和厚度均匀性。添加不同种类及用量（相对于烟粉绝干质量，下同）胶黏剂的浆料评价结果见
| 胶黏剂及用量 | 感官评价结果 |
|---|---|
| 3% CMC | 香气较透发，烟雾量中等较高，衰减慢，较协调，余味干净 |
| 3%甲基纤维素 | 香气不够透发，烟雾量中等较低,衰减稍快，有木质气，刺激稍有 |
| 2.5% CMC+0.5%瓜尔胶 | 香气较透发，烟雾量中等较高，衰减慢，较协调，余味干净 |
| 2% CMC+1%瓜尔胶 | 香气量少，烟雾量中等，衰减稍快，烟味不够，稍有木质气 |
图9 胶黏剂对浆料稳定性指数的影响
Fig. 9 Effect of adhesive on stability index of slurry
图10 胶黏剂对浆料均匀性指数的影响
Fig. 10 Effect of adhesive on homogeneity index of slurry
| 胶黏剂种类及用量 | 开始沉降时间/min | 90 min沉降层厚度/mm | 初始粒径/μm | 90 min粒径/μm |
|---|---|---|---|---|
| 3% CMC | 15 | 1.0 | 57.0 | 62.0 |
| 3%甲基纤维素 | 15 | 9.0 | 63.0 | 70.0 |
| 2.5% CMC+0.5%瓜尔胶 | 15 | 8.5 | 60.0 | 66.0 |
| 2% CMC+1%瓜尔胶 | 15 | 8.5 | 58.0 | 66.0 |
从
不同胶黏剂浆料均匀性、稳定性不同，这与胶黏剂自身的性质等有关。以上分析可以看出，添加3% CMC在浆料中应用效果最好。综上所述，最适宜的胶黏剂种类和添加量为3% CMC。
利用多重光散射仪研究了稠浆法烟草薄片浆料制备工艺，如浆料配制温度、加水量、针叶木浆用量、胶黏剂种类和用量（用量均相对于烟粉绝干质量）等因素，对浆料稳定性、均匀性和沉淀层厚度的影响。
3.1 根据不同温度的浆料稳定性指数、均匀性指数、沉淀层厚度和颗粒粒径检测结果，浆料配制时温度需低于60 ℃。
3.2 不同加水量制备的3种浓度浆料相比，加水量4.05倍的浆料稳定性、均匀性均最好，静置90 min时沉淀层厚度和颗粒粒径增加最小。加水量4.20倍的浆料稳定性最差，4.35倍的浆料均匀性最差，二者静置90 min时沉淀层厚度和粒径增加均较大。
3.3 添加3%针叶木浆的浆料均匀性较好，静置90 min时沉淀层厚度较小，添加5%针叶木浆的浆料稳定性较好。
3.4 综合不同胶黏剂对浆料稳定性、均匀性、沉淀层厚度、粒径和感官质量等的影响，最适宜的胶黏剂为羧甲基纤维素钠，添加量为3%。
参考文献
BAKER R R. Smoke generation inside a burning cigarette： Modifying combustion to develop cigarettes that may be less hazardous to health［J］. Progress in Energy and Combustion Science， 2006， 32（4）： 373-385. [百度学术]
周昆， 杨继， 杨柳， 等.加热不燃烧卷烟气溶胶研究进展［J］. 中国烟草学报， 2017， 23（5）： 121-129. [百度学术]
ZHOU K， YANG J， YANG L， et al. Research advances related to heat-not-burn cigarette aerosol［J］. Acta Tabacaria Sinica， 2017， 23（5）： 121-129. [百度学术]
KATHLEEN S， PADMA S， ROBERT W， et al. Clearing the smoke： The science base for tobacco harm reduction-executive summary ［J］.Tob Control， 2001， 10（2）：189-195. [百度学术]
刘珊， 崔凯， 曾世通， 等.加热非燃烧型烟草制品剖析［J］.烟草科技， 2016， 49（11）： 56-65. [百度学术]
LIU S， CUI K， ZENG S T， et al. Analysis of blend and aerosol composition of two heat-not-burn tobacco products［J］.Tobacco Science & Technology， 2016， 49（11）：56-65. [百度学术]
王鹏飞， 周成喜， 罗亮， 等.环境相对湿度对加热卷烟芯材及烟支物理特性的研究［J］. 中国造纸， 2023， 42（11）： 103-108. [百度学术]
WANG P F， ZHOU C X， LUO L， et al. Study on the Core Material and Cigarette’s Physical Properties of Heated Cigarette by Ambient Related Humidity［J］. China Pulp & Paper， 2023， 42（11）： 103-108. [百度学术]
董高峰， 田永峰， 尚善斋， 等.用于加热不燃烧（HnB）卷烟的烟草薄片生产工艺研究进展［J］. 中国烟草学报， 2020， 26（1）： 109-117. [百度学术]
DONG G F， TIAN Y F， SHANG S Z， et al. Production technology of reconstituted tobacco leaves for heating not-burn （HNB） cigarettes： A review［J］. Acta Tabacaria Sinica， 2020， 26（1）： 109-117. [百度学术]
陈宏芳， 罗冲， 李锦， 等.改善加热不燃烧型烟草薄片物理性能的研究［J］.中国造纸学报，2024，39（1）：74-81. [百度学术]
CHEN H F， LUO C， LI J， et al. Study on Improving the Physical Properties of Heat-not-Burn Reconstituted Tobacco Sheet［J］.Transactions of China Pulp and Paper，2024，39（1）：74-81. [百度学术]
孙长江， 闫瑛， 罗冲， 等.阳离子纤维素的制备及其在造纸法再造烟叶助留助滤中的应用［J］.中国造纸学报，2023，38（4）：48-54. [百度学术]
SUN C J， YAN Y， LUO C， et al. Preparation of Cationic Cellulose and Its Application on Retention and Drainage in Papermaking Reconstituted Tobacco［J］.Transactions of China Pulp and Paper，2023，38（4）：48-54. [百度学术]
下转128页） [百度学术]
下转123页） [百度学术]
张园园， 唐婷婷， 张佳琳， 等.加热不燃烧烟草薄片发展现状及其展望［J］. 中华纸业， 2020， 41（18）： 14-17. [百度学术]
ZHANG Y Y， TANG T T， ZHANG J L ， et al. Development status and prospect on heating non-combustible reconstituted tobacco［J］. China Pulp & Paper Industry， 2020， 41（18）：14-17. [百度学术]
董高峰， 唐石云， 田永峰， 等.一种加热卷烟专用稠浆法烟草薄片浆料中浆团的过滤装置： CN212417222U［P］. 2021-01-29. [百度学术]
DONG G F， TANG S Y， TIAN Y F， et al. A filtration device for reconstructing pulp groups in tobacco leaf slurry using a heating cigarette specific thick pulp method： CN212417222U［P］. 2021-01-29. [百度学术]
杨紫刚， 杨涛， 王晓耕， 等.一种超微烟粉烟草薄片及其制备方法： CN109349677B［P］. 2021-03-26. [百度学术]
YANG Z G， YANG T， WANG X G， et al. A method for preparing reconstituted tobacco leaves using ultrafine tobacco powder： CN109349677B［P］. 2021-03-26. [百度学术]
缪应菊， 刘维涓， 刘刚， 等.烟草薄片制备工艺的现状［J］. 中国造纸， 2009， 28（7）：55-60. [百度学术]
MIAO Y J， LIU W J， LIU G， et al. Present Status of Preparation Technology of Reconstituted Tobacco［J］. China Pulp & Paper， 2009， 28（7）： 55-60. [百度学术]
SEDMEMEYER F， BRACK M， RADEMACHER B， et al. Effect of Protein Composition and Homogenisation on the Stability of Acidified Milk Drinks［J］. International Dairy Journal， 2004，14（4）：331-336. [百度学术]
何雪明， 张霞， 泉贵岭， 等.锂离子电池正极浆料制程工艺与稳定性表征探讨［J］. 新材料产业， 2019（9）：68-72. [百度学术]
HE X M， ZHANG X， QUAN G L， et al. Discussion on the process technology and stability characterization of positive electrode slurry for lithium-ion batteries ［J］. Advanced Materials Industry， 2019（9）： 68-72. [百度学术]
徐一丹， 何立凡， 邱腾， 等.利用多重光散射仪研究高密度颜填料水性色浆的分散及稳定机理［J］. 涂料工业， 2020，50（11）：76-80. [百度学术]
XU Y D， HE L F， QIU T， et al. Study on the Dispersion and Stabilization Mechanism of Colorants with High Density Pigments and Fillers by Multiple-light Scatterer［J］. Paint & Coatings Industry， 2020，50（11）：76-80. [百度学术]
姚荣文， 黄代忠， 张立彦.多重光散射仪测定拉丝液稳定性的应用［J］. 电线电缆， 2022（4）：30-34. [百度学术]
YAO R W， HUANG D Z， ZHANG L Y. Application of Drawing Fluid Stability Evaluated by Multiple Lights Scattering Instrument［J］. Wire ＆ Cable， 2022（4）： 30-34. [百度学术]
夏朝辉， 吕丽云， 王虹. Turbiscan多重光散射法研究纳米银溶胶的分散稳定性［J］.光谱学与光谱分析， 2015，35（7）：1992-1996. [百度学术]
XIA Z H， LYU L Y， WANG H. Stability study of nano-silver particles dispersed in various solvents by Turbiscan Lab optical analyzer［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2015， 35（7）： 1992-1996. [百度学术]
HAYWOOD A. The effect of polymer solutions on the settling behavior of sand particles［D］. Manchester： University of Manchester， 2011. [百度学术]