活化陶瓷球处理水的分析评价及在卷烟生产中的应用

　　摘要：为提高卷烟抽吸的舒适性，利用活化陶瓷球活化处理水，通过对活化水的渗透吸收性能及与烟草的缔合程度等指标分析评价，优化卷烟生产用水。结果表明：①软化水、矿泉水、纯水的核磁共振半幅宽(简称半幅宽)存在较大差异，其中软化水的半幅宽较大，纯水的较小;②不同的活化陶瓷球处理后水的半幅宽大都有所降低，水的聚集状态发生改变。用筛选确定的FQ02活化陶瓷球处理矿泉水号，活化水的半幅宽最高降低37.27;③活化水的浸润、渗透、吸收性能及与烟丝的缔合程度均优于软化水;④将活化水应用于卷烟加工过程后，卷烟烟气的浸润感有所增加，干燥刺激有所减弱，柔和圆润有改善。

　　关键词：卷烟;水;活化陶瓷球;核磁共振;半幅宽;感官评价

　　水是烟草及其制品的重要组分之一，会直接影响烟草的弹性、韧性、填充性和燃烧性等物理特性，又会影响烟草的颜色、光泽、香气、吃味等外观和内在质量[1]。在卷烟加工过程中，主要是以水为载体改善卷烟原料物理特性，参与烟叶内部的生物化学变化[1]，即水会直接影响卷烟的加工质量。目前，卷烟生产过程中所用的水一般是软化水，即由自来水经过离子交换处理，仅水的硬度降低，而其离子总量不变，软化后水中钠离子的量增大几十倍。软化水是一种聚集大分子水，这是因为水的—键间的夹角约为105°，负极中心与正电荷中心不重合，水分子为极性分子。由于分子间氢键的作用，水不是以单个分子形式存在的，而是彼此可以聚集结合为大的水分子团。这种大分子团的水渗透力较弱，溶解力较差，不利于水在细胞间的进出‒。

　　而聚集体小的水的溶解能力和渗透力均较高，研究表明通过改变料液稀释用水分子的团簇结构，可改善料液的浸润性能，提升料液的溶解性[4‒5]。通过改变水的性质来改善卷烟的吸食品质已引起行业相关研究人员的重视，但在对水与烟丝的缔合程度评价及在线生产过程用水的替换鲜见报道。因此，本研究中对现有的卷烟生产过程用水进行分析，筛选出适用于卷烟生产的小分子水，并在前人研究的基础上利用活化陶瓷球对料香配制过程用水进行活化处理，通过改变卷烟在线生产过程水的性质，提升水及由活化水配制的料液的渗透吸收性能，探究水对卷烟品质的影响，以期提高卷烟的感官舒适性。

　　1材料与方法

　　1.1材料、试剂和仪器

　　“钻石”(荷花)牌卷烟叶组配方、配方料液和烟丝，纯水(河北中烟工业有限责任公司提供);01、02、03活化陶瓷球(平均直径mm，河北唐山立雄峰汇材料科技有限公司);ZY活化陶瓷球、高活性陶瓷球、FQ01陶瓷球、FQ02陶瓷球、FLZ陶瓷球、磁球、能量珠(平均直径mm，济南木齐科技有限公司);自来水、软化水(河北白沙烟草有限责任公司提供);市售天然矿泉水号;“屈臣氏”蒸馏水(.5L桶，广州屈臣氏食品饮料有限公司)。

　　ToledoXS204电子天平(感量0.000)、SevenMultiS40多功能测量仪表(配有pH模块，精度±0.001pH)(瑞士Mettler公司);KBF240恒温恒湿箱(德国Binder公司);Ascend400AVANCEⅢ核磁共振波谱仪(瑞士Bruker公司);NMI20‒015V‒I核磁共振分析仪(0.5T，苏州纽迈分析仪器股份有限公司);K100型表面界面张力仪(德国russ公司);‒COBB可勃吸收性测定仪(杭州品享科技有限公司);EST12表面施胶度仪(德国utek公司)。

　　1.2方法

　　1.2.1用活化陶瓷球处理水样

　　用纯水将活化陶瓷球冲洗几次，晾干。称取一定质量的活化陶瓷球(以100水质量计)，放入相应的水样中，室温浸泡一定时间后将水倒出，即得到所需活化陶瓷球处理水。活化陶瓷投放量分别为100mL ，并分别进行60、240、1440min的浸泡处理。

　　1.2.217核磁共振半幅宽的测定17核磁共振半幅宽反映的是液态水分子聚集体结构的平均相对大小，谱线越宽，聚集体越大;谱线越窄，聚集体越小。采用核磁共振波谱仪测试各种水样及处理水中自然丰度的17同位素核磁共振半幅宽(ullwidthathalfmaximumintensityFWHMI)。

　　1.2.3水的表面张力测定参考文献的方法，采用表面界面张力仪测定水的表面张力。

　　1.2.4接装纸可勃法吸收率的测定

　　参考GB/T1540—2002的方法，采用翻转式测定烟用接装纸原纸的吸水性能。将烟用接装纸原纸样品裁剪成直径(125±5)mm的圆形试样，一共裁剪10张(制备样品时，做好正、反面标识，取正、反面各张)，测试前称量;量取100m液体样品，倒入可勃吸收性测定仪圆筒中，然后将烟用接装纸原纸放置于圆筒的环形面上。将压盖盖在烟用接装纸原纸上并夹紧，使之与圆筒固定在一起，翻转圆筒180°，计时5s;将圆筒翻正，松开压盖夹紧装置，取下烟用接装纸原纸，立即使吸水面朝下放在预先铺好的吸水纸上，再在上面放一张吸水纸;然后在不施加其他压力条件下，立即用金属压辊在4s内往返辊压一次，将烟用接装原纸表面剩余的水吸干。将烟用接装纸原纸快速取出，将吸水面对折，然后再对折一次后称量。每个样品用10张烟用接装纸原纸测定，计算吸收率，取平均值。

　　2结果与分析

　　2.1水的性质分析

　　将现有卷烟生产过程用水(自来水、软化水)，及纯水、蒸馏水和种矿泉水共种水样依据文献13]的方法对水的以及钠、钙和镁阳离子的质量分数进行检测。所测试的种水样均为弱碱性，其中软化水的最高，这是由于软化水中钠离子浓度最大;纯水、“屈臣氏”蒸馏水和矿泉水号的值相近且较低;纯水、“屈臣氏”蒸馏水的半幅宽相近且较低，自来水和软化水的半幅宽相近且较高，即卷烟生产过程所用的自来水和软化水的分子团簇较大。检测结果与文献相符，即半幅宽低于70的水样一般均是经过高能物理处理或者由纯水配制的水样;优质天然饮水水样，其半幅宽一般均在70~90范围内。

　　2.活化处理后水样的性质分析

　　将所选取的种水样进行1440min活化陶瓷浸泡活化处理后，检测各项指标变化情况。可知，经过活化处理的自来水、软化水和矿泉水号的半幅宽均有不同幅度的降低，活化后纯水半幅宽无明显差异，而“屈臣氏”蒸馏水的半幅宽略有增加;其中活化矿泉水号的半幅宽最小。因此，确定卷烟生产过程软化水的替换水为活化矿泉水号。

　　2.3活化陶瓷球筛选

　　活化陶瓷是一种具有活化水功能的陶瓷，经活化陶瓷处理的水具有明显的小分子团特征，经不同配方活化陶瓷处理后的水的半幅宽有所差异，因此需对活化陶瓷进行筛选，以便得到半幅宽较低的处理水。利用10种活化陶瓷对所确定的矿泉水号进行活化处理，考察处理后水的半幅宽变化，结果见表。可以看出，所考察的10种活化陶瓷中，除SY03外，其余种活化陶瓷处理的活化水的半幅宽均有不同程度的降低，其中FQ02陶瓷球和能量珠的处理水半幅宽相近且半幅宽降幅最大。综合考虑成本等其他因素，确定采用FQ02陶瓷球进行活化。

　　2.4活化陶瓷球投放量及浸泡时间对水性质的影响

　　FQ02活化陶瓷球不同投放量及浸泡时间的实验结果见表。在不同投放量及浸泡时间下活化陶瓷球处理后矿泉水号的半幅宽大都有不同程度的降低，最高降幅达27。根据半幅宽的检测结果，确定后续实验所用活化水均采用活化陶瓷球处理以上，活化陶瓷球投放量为g/L。

　　2.5活化水的物理性能及应用评价

　　根据水性质的分析及活化陶瓷球筛选结果，对比分析软化水、纯水、矿泉水号及由矿泉水号经活化陶瓷球处理后的活化水的浸润渗透性能，测定其表面张力、对接装纸的可勃法吸收率、EST法动态渗透性能及其在烟丝中的缔结程度;并用活化水替换配方料液配制过程中的软化水进行料液配制，对比分析软化水和活化水配制料液的吸收率、动态渗透性能。

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　　3结论

　　(1)自来水、软化水、矿泉水、纯水的半幅宽检测结果存在较大差异，与文献[11]的检测结果相符，自来水和软化水的17核磁共振半幅宽较大，纯水和蒸馏水的较小，即卷烟生产过程中用的自来水和软化水的分子团簇较大。

　　(2)不同的活化陶瓷球处理后水的半幅宽大都有所降低，水的聚集状态发生改变。用筛选确定的FQ02活化陶瓷球处理矿泉水号后，活化水的半幅宽最高降低27;活化陶瓷球处理水时间需以上，较优投放量为g/L。

　　(3)活化水的浸润、渗透、吸收性能及与烟丝的缔合程度均优于软化水;且对用活化水配制的料液的渗透吸收性能较软化水好。

　　(4)将活化水应用于卷烟加工过程，卷烟样品的感官评价结果显示，使用活化水的样品烟气在口腔刺激、鼻腔刺激和对喉部的冲击感受方面有改善，烟气的圆润度、柔和感上好于使用软化水的样品。

　　参考文献

　　[1]王瑞新烟草化学[M].北京：中国农业出版社，2003ANGRuixin.Tobaccochemistry[M].Beijing:ChinaAgriculturalPress,2003

　　[2]潘艳芬.电气石矿物材料的活化水作用及其生物学效应研究[D].天津：河北工业大学,2006.PANYanfen.Researchofactivatingwaterandbiologicaleffectsoftourmalinemineralmaterial[D].Tianjin:HebeiUniversityofTechnology,2006.

　　[3]赵姗姗.电气石的水处理特性及对染料废水脱色的实验研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.ZHAOShanshan.Researchofactivatingwaterandbiologicaleffectsoftourmalinemineralmaterial[D].Harbin:HarbinInstituteofTechnology,2008.

　　作者：郑松锦，钟良，段海涛，周博，刘玉斌，潘文亮，林洁，李贤勇，朱萌，刘柏松，张渝婕，霍晓晖