殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果的比較：

殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果的比較，造紙法煙草薄片是以煙梗、碎煙及煙末等廢料制 成的煙草漿與一定量的木漿及填料等混合經(jīng)造紙機抄 造成基片再經(jīng)浸漬涂布而制得。由于食品安全指標的 特殊要求，使得造紙法煙草薄片生產(chǎn)中所用助劑的選 擇受到限制，必須要達到天然、無毒，同時具有良好 的助留助濾和增強等性能。傳統(tǒng)的造紙法煙草薄片生 產(chǎn)多以瓜爾膠作為濕部助劑，本實驗探討了以殼聚糖 作為濕部助劑的效果，并對兩者的應用效果進行了 比較。

殼聚糖是由氨基葡萄糖通過yS4,4糖苷鍵連接 而成的，其分子鏈上分布著許多羥基、氨基，還有 —些N-乙酰氨基1]的線性大分子，是自然界存在的 唯一堿性天然多糖，其分子結(jié)構與纖維素的結(jié)構相 似。使用殼聚糖作為造紙助劑時，由于其分子鏈上 有許多正電中心與羥基能在纖維之間架橋形成絮聚 體，從而起到助留助濾的作用。而且也可以通過其 分子中的極性基團與纖維素分子中的羥基、羧基和 醛基形成氫鍵、離子鍵和共價鍵，因而可提高紙張 的濕強度。

本實驗選擇了3種不同相對分子質(zhì)量的陽離子殼 聚糖和1種陽離子瓜爾膠作為濕部添加劑，通過實驗 比較它們對煙草漿料的助留助濾性能、對煙草基片的 柔軟性能和干濕強度的影響，旨在為優(yōu)選造紙法煙草 薄片的助劑提供依據(jù)。

1實驗

1.1原料及其性能參數(shù)

煙草基片的漿料配比為煙草漿:漂白硫酸鹽木漿 :PCC=65%:20%:15%;煙草漿打漿度為17°SR,漂 白硫酸鹽木漿打漿度為25°SR，PCC為工業(yè)級。

實驗選擇陽離子殼聚糖和陽離子瓜爾膠共4種助 劑試樣進行了在煙草漿料中應用效果的研究。實驗所 用助劑的性能參數(shù)見表1。

表1陽離子助劑的性能參數(shù)

種類相對分子質(zhì)量/萬陽電荷密度/mmol*g-1脫乙酰度/%

瓜爾膠-3.45-

1#殼聚糖4013. 1786. 50

2#殼聚糖8011. 3186.20

3#殼聚糖12012. 5590.90

1.2儀器與設備

粒子電荷測定儀，MUTEKPCD-03，BTG公司； 動態(tài)濾水儀，DFR-04，BTG公司；動態(tài)濾水儀 (DDJ)，0305S，Gist Co.，韓國；SE051 厚度儀， Lorentzen&Wettre 公司，瑞典；SE062抗張強度測試 儀,Lorentzen&Wettre 公司，瑞典；紙張共振挺度測 定儀，中國制漿造紙研究院；濕抗張強度測定儀, EJA Vantage 型，美國 Thwing—Albert 公司；KRK 高濃 磨漿機，日本產(chǎn)；低濃磨漿機，ZDP型，河南沁陽運 強環(huán)保設備廠；95854型快速紙頁成形器，德國 FRANK。

1.3實驗方法

(1)煙草漿料單程留著率的測定 將煙草漿料用自來水配成0.5%的濃度，然后量 取相當于2.5 g絕干漿的煙草漿料500 mL，加入助留 劑攪勻后轉(zhuǎn)移到動態(tài)濾水儀（DDJ)中，在750 r/min 下攪拌70 s時打開排水閥，取最初的100 mL濾液, 用已恒重的濾紙過濾，烘干，稱質(zhì)量。

單程留著率R (%)按式（1)計算：

R = (S0-5S) /S0x100%

=(1-C/C0) x100%(1)

式中：S0—500 mL煙草漿料中固形物質(zhì)量，g;

S一100 mL濾液中固形物質(zhì)量，g;

C。一煙草漿料的濃度,％;

C一濾液的濃度,％。

( 2) 煙草漿料動態(tài)濾水的測定 將煙草漿料用自來水配成0.3%的濃度，然后量 取1000 mL配好的漿料，加入陽離子助劑后倒入到動

態(tài)濾水儀DFR-04中，開動攪拌器，在750 r/min的 轉(zhuǎn)速下攪拌30 s時打開閥門，測定10 s濾水時間內(nèi) 的濾液量（g)。

(3)手抄片物理性能測定 定量：GB/T451.2—1989;厚度：GB/T451.3— 1989;抗張強度：GB/T453 —1989;濕抗張強度： TAPPIT456 om-03;挺度：GB/T12909—1991。

2結(jié)果與討論

對所選擇的4種陽離子助劑，分別研究它們對煙 草漿料的助留助濾性能，以及對煙草基片松厚度、柔 軟性、干濕抗張強度等性能的影響，并對其應用效果 進行比較。

2.1殼聚糖和瓜爾膠對煙草漿料的助留助濾性能 煙草漿料中的煙梗、碎煙和煙末在磨漿過程中會 形成大量的細小組分，并且有大量的煙草水溶性物質(zhì) 與填料存在于漿料體系中，殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果的比較，這會對煙草漿料體系的留 著和濾水產(chǎn)生嚴重的負面影響。當添加殼聚糖或瓜爾 膠之后，它們的作用效果如圖1所示。

 

從圖1中可以看出，殼聚糖的助留效果明顯優(yōu)于 瓜爾膠，而3種不同相對分子質(zhì)量的陽離子殼聚糖對 煙草漿料的助留效果差別并不明顯。當瓜爾膠用量為 0. 6%時可獲得較好的助留效果，而殼聚糖用量為 0. 4%時助留效果達到最佳，單程留著率高達97%， 比使用瓜爾膠時提高6個百分點，比瓜爾膠用量為 0.6%時還要高出5個百分點。這主要是由于殼聚糖 比陽離子瓜爾膠具有更高的陽電荷，與漿料作用時殼 聚糖可以通過電荷中和作用，吸附在漿料中的纖維和 細小纖維表面，以及溶解性的半纖維素、親脂性抽出 物等膠體狀物的表面，與溶解性的碳水化合物，如 P—千維素、Y■纖維素間生成聚電解質(zhì)復合物2 ;并且 能與細小纖維和無機填料發(fā)生靜電中和、橋聯(lián)、鑲嵌 及氫鍵作用，使之絮凝3,因而可提高煙草漿料中 細小組分和填料的留著率。當殼聚糖的用量較高時, 其助留效果開始下降，這是由于殼聚糖具有較高的陽電荷密度，較大的用量能使?jié){料系統(tǒng)的電荷性質(zhì)發(fā)生 逆轉(zhuǎn)，導致留著率下降。由于瓜爾膠的電荷密度較 低，因而在1%的用量之內(nèi)，隨著瓜爾膠用量的增 加，留著率一直呈上升趨勢，只是用量超過0.4%之 后，上升趨勢平緩。

 

從圖2可以看出，殼聚糖的助濾作用明顯大于瓜 爾膠。隨著殼聚糖用量的增加，煙草漿料的濾水性能 呈上升趨勢，較低的殼聚糖用量就能明顯改善煙草漿 料的濾水速度。當殼聚糖用量為0.4%時，就能使煙 草漿料10 s的濾水量較空白樣提高240 g,比使用瓜 爾膠時提高200 g (濾水速度提高44%)。而當瓜爾 膠用量為1. 0%時，僅能使10 s的濾水量較空白樣提 高100 g左右。這主要是由于殼聚糖較瓜爾膠具有更 高的陽電荷密度，與漿料作用時容易被纖維、細小組 分吸附形成絮聚體，并能中和纖維表面細小纖維的電 荷使其發(fā)生收縮，導致流體阻力減小，濾水性能提 高。但是，當殼聚糖用量較高時，漿料的濾水速度呈 下降趨勢，這是由于漿料的電荷性質(zhì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)所致。 而在1%的用量之內(nèi)，隨著瓜爾膠用量的增加，漿料 的濾水速度_直呈緩慢上升的趨勢。這是由于瓜爾膠 的陽電荷明顯低于殼聚糖，當瓜爾膠的用量低于 1.0%時，不會導致漿料的電荷性質(zhì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

2.2殼聚糖和瓜爾膠對煙草基片松厚度的影響

煙草基片的松厚度是評價煙草薄片質(zhì)量的重要指 標之_,直接影響煙草基片浸漬涂布時的吸液量，而 且與卷煙的填充值、口感和燃燒性能有著重要的聯(lián) 系。與國外產(chǎn)品相比，國內(nèi)煙草薄片存在松厚度較小 的問題，因此有必要考察使用助劑時對煙草基片松厚 度的影響。從圖3可以看出，殼聚糖或瓜爾膠的添加 均能使煙草基片的松厚度有所提高。當助劑用量為 0.2%時，煙草基片的松厚度能夠從2.11 cm3/g提高 到2. 16 ~2. 18 cm3/g,其中相對分子質(zhì)量為80萬的 2#殼聚糖的作用效果最好。當助劑用量大于0. 2%以 后，除2#殼聚糖能夠使煙草基片的松厚度繼續(xù)提高

之外，其他3種助劑對提高煙草基片松厚度的作用不 明顯。

 

煙草薄片的柔軟性是評價煙草薄片質(zhì)量的重要指 標之_,在卷煙的加工過程中，要求煙草薄片具有良 好的柔軟性。然而影響其柔軟性的因素較多，其中煙 草基片的柔軟性對煙草薄片的柔軟性影響較大。殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果的比較，本實 驗采用共振法測定煙草基片的挺度，以此來間接表示 其柔軟性能，即挺度越高煙草基片的柔軟性越差，實 驗結(jié)果如圖4所示。

 

圖4殼聚糖和瓜爾膠對煙草基片挺度的影響

從圖4可以看出，使用殼聚糖作為助劑對煙草 基片的柔軟性影響較小。對于殼聚糖而言，中等相 對分子質(zhì)量（80萬）的2#殼聚糖對煙草基片挺度 的影響較高相對分子質(zhì)量（120萬）和低相對分子 質(zhì)量（40萬）的殼聚糖要??；瓜爾膠對煙草基片 挺度的影響較殼聚糖要大。當助劑添加量為0.4% 時，與空白樣相比，瓜爾膠使煙草基片的挺度提高 35%,而2#殼聚糖對煙草基片的挺度（柔軟性）幾 乎沒有影響。

殼聚糖和瓜爾膠本身就是_種很好的紙張增強 劑，與纖維作用時能與纖維表面形成氫鍵和靜電結(jié) 合，使得在較小的殼聚糖與瓜爾膠加入量時就能使煙 草基片的挺度有較大的提高。但是隨著殼聚糖與瓜爾 膠用量的增加，煙草基片的挺度達到最大值后開始下 降，這主要是由于隨著助劑用量的增加導致煙草基片 中填料的留著增加，PCC留著的增大不僅阻礙了纖

 

正常運轉(zhuǎn)，而且煙草薄片在后續(xù)加工（切絲、卷煙 等）過程中需要在一定濕度和溫度下進行調(diào)理，因 此對煙草基片的濕強度有一定的要求。添加助劑對煙

草基片濕抗張強度的影響如圖6所示。

 

維間的結(jié)合，而且還能提高煙草基片的柔軟性。在相 同助劑用量下與瓜爾膠相比，使用殼聚糖作為助劑對 煙草基片的柔軟性影響較小，這與殼聚糖的助留效果 優(yōu)于瓜爾膠相關。

2.4殼聚糖和瓜爾膠對煙草基片抗張強度的影響 煙草薄片成品的質(zhì)量指標，要求其抗張強度 矣1. 00 kN/m (參照煙草行業(yè)標準YC/T 16. 3—2003)， 過高的強度會使煙草薄片的后續(xù)加工性能及柔軟性、 口感等品質(zhì)下降，但過低的強度會影響紙機的正常運 行。助劑對煙草基片強度性能的影響如圖5所示。

從圖5中可以看出，較少的陽離子助劑用量 (0.2%)就會使煙草基片的抗張強度明顯下降，這 是因為陽離子助劑的添加使得體系中PCC等的留著 率增加，煙草基片中的填料和細小組分阻礙了纖維間 的氫鍵結(jié)合，從而降低了煙草基片的結(jié)合強度。但是 當助劑用量大于0.2%時，隨著助劑用量的增加，煙 草基片的抗張強度也隨之增加。這是由于殼聚糖與瓜 爾膠被帶負電荷的纖維表面吸附，成形時填充于纖維 之間，這種填充作用必將增大纖維間的結(jié)合面積，同 時助劑分子上的眾多基團與纖維表面上的基團彼此間 相互作用，在干燥過程中，水分的蒸發(fā)為殼聚糖和瓜 爾膠與纖維素分子間氫鍵和化學鍵的形成提供了更多 機會，從而使得煙草基片的結(jié)合強度得以提高。

由于殼聚糖的助留效果明顯優(yōu)于瓜爾膠，因此添 加殼聚糖對煙草基片抗張強度的影響比添加瓜爾膠要 大。在0.4%的用量下，殼聚糖的助留效果最好，而 此時煙草基片的抗張指數(shù)較使用瓜爾膠時低20%左 右。雖然使用殼聚糖作為助劑時煙草基片的抗張指數(shù) 較低（8~9N*m/g)，殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果的比較，但是已經(jīng)能夠滿足紙機抄造的 要求，而且也不希望煙草基片具有較高的強度性能， 更重要的是使用殼聚糖能夠獲得良好的助留助濾、松 厚度、柔軟性等綜合性能。

2.5殼聚糖和瓜爾膠對煙草基片濕強度的影響

目前，國內(nèi)的造紙法煙草薄片生產(chǎn)中大都采用浸 漬法涂布，煙草基片濕強度的大小會影響涂布加工的

從圖6可看出，當助劑用量0.1%時，煙草基片的 濕抗張強度下降，這是由于填料PCC的留著率提高所 致。當助劑用量大于0.1%以后，瓜爾膠對濕抗張強度 幾乎沒有提高，而殼聚糖卻能明顯改善煙草基片的濕 抗張強度，其中相對分子質(zhì)量為80萬和40萬的2#殼 聚糖和1#殼聚糖的增濕強作用更加明顯，并在用量為 0. 6%時達到最佳效果，比使用瓜爾膠時的濕強度提高 約120%。這主要是因為瓜爾膠是以半乳糖和甘露糖為 基本結(jié)構單元的聚合物，其結(jié)構類似于半纖維素，與 纖維表面的結(jié)合主要為氫鍵結(jié)合，遇水容易遭到破壞; 而殼聚糖是線性大分子，相對分子質(zhì)量較大，具有良 好的成膜能力，對纖維有足夠的黏合強度并能在纖維 之間架橋，其分子鏈上的正電中心和羥基、部分氨基 與纖維表面的非離子區(qū)域的羥基形成了眾多的分子間 氫鍵4。另外，殼聚糖分子中的堿性基團一NH2可以 充分接近纖維表面，不僅可以和纖維表面的羧基形成 離子鍵合，也可以與纖維中存在的_些醛基形成少量 共價鍵5],從而提高煙草基片的濕抗張強度。

3結(jié)論

3.1在造紙法煙草基片的抄造中添加殼聚糖能夠明 顯提高煙草漿料的留著和濾水性能。與瓜爾膠相比， 在0. 4%的用量下殼聚糖能使?jié){料的單程留著率提高 6個百分點，濾水速度提高44%。

3.2添加殼聚糖有助于改善煙草基片的松厚度，在 選擇的4種助劑中，相對分子質(zhì)量為80萬的殼聚糖 的作用效果相對較好。

3.3添加殼聚糖和瓜爾膠對煙草基片的柔軟性有不 同程度的負面影響，在0.4%的用量下，與空白樣相 比，瓜爾膠能使煙草基片的共振挺度提高35%,而 相對分子質(zhì)量為80萬的殼聚糖對煙草基片的挺度 (柔軟性）幾乎沒有影響。

3.4添加殼聚糖和瓜爾膠能使煙草基片的抗張強度 下降，殼聚糖和瓜爾膠在造紙法煙草薄片中應用效果的比較，其中殼聚糖的作用更加明顯。在添加量均為 0. 4%時，使用殼聚糖比使用瓜爾膠時抗張強度降低 20%左右，但是其強度性能已滿足紙機抄造和煙草薄 片強度指標的要求，而且能夠使煙草薄片獲得其他諸 多良好的綜合性能。

3. 5添加殼聚糖能夠明顯改善煙草基片的濕抗張強 度，在0.6%的用量下，相對分子質(zhì)量為80萬和40 萬的殼聚糖能使煙草基片的濕抗張強度比使用瓜爾膠 時提高120% 左右。

3.6在造紙法煙草薄片的生產(chǎn)中更適合采用殼聚糖 特別是相對分子質(zhì)量為80萬左右的殼聚糖作為濕部 助劑，其添加量以0.4% ~0.6%為宜。

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