CN113876014B - 一种含有烷基化甘油的雾化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热不燃烧卷烟技术领域，尤其涉及一种含有烷基化甘油的雾化剂及其制备方法和应用。这种雾化剂包括甘油、甘油醚、以及丙酮酸乙酯。其制备方法包括以下步骤：以丙酮酸乙酯包覆甘油，得到包覆体1；以甘油醚包覆包覆体1。本申请中，通过甘油醚包覆丙酮酸乙酯包覆甘油的结构，使得仅通过雾化剂的各组分之间的相互作用，即可提高雾化剂渗透至烟草原料的渗透率，即烟草原料对雾化剂的吸收率，无需对烟草原料进行额外操作，配方简单有效。
Description
技术领域
本发明涉及加热不燃烧卷烟技术领域，尤其涉及一种含有烷基化甘油的雾化剂及其制备方法和应用。
背景技术
加热卷烟（HTPs），又称加热不燃烧卷烟或低温卷烟，是目前烟草行业的一个新兴战略发展方向。其通过外部热源对烟草物质进行加热，烟草物质中的雾化介质、香味成分和外加香通过加热产生类似于传统卷烟燃吸的烟雾，使消费者得到生理满足感。加热卷烟中的烟草物质只加热而不燃烧，使得烟气有害成分和生物毒性大幅降低，侧流烟气和环境烟气也大幅度降低，因此更利于消费者的健康。
为了使HTPs在加热过程中，能产生浓郁的类似于传统卷烟的烟气，现有技术常需要在HTPs烟草材料中加入大量的甘油和1,2-丙二醇等雾化剂。甘油和1,2-丙二醇是传统卷烟中常用的添加剂，其在传统卷烟中主要作为香精香料的溶剂、定香剂使用，其用量一般均为烟草物质质量的千分之几（质量分数）。加热卷烟中，甘油和1,2-丙二醇作为雾化剂使用，其用量高达烟草物质质量的20%-30%（质量分数）甚至40%以上，因此，加热卷烟中甘油和1,2-丙二醇的使用量比传统卷烟高两个数量级以上甚至更高。
公开号为CN111227298A的专利文件公开了这样一种高烟雾量加热不燃烧烟草烟弹的制备方法，包括如下步骤，1）制备烟草原料：使用30-100目的烟草粉末，所述烟草粉末用饱和氧化钙溶液浸泡，提升烟雾释放能力；2）配制雾化剂：加入甘油、丙二醇、羧酸、糖醇作为液料。所述羧酸为丙酮酸、乳酸。
该申请中，存在以下问题：1.需要对烟草原料进行预处理，才能提高烟草原料对雾化剂的吸附负载量，操作麻烦。2.甘油具有一定的甜味，在大量甘油作为雾化剂使用的时候，消费者抽吸加热卷烟时常会引起咽喉发干、刺激和甜腻感等不舒适症状。3.部分消费者对丙二醇的味道很不适应，迫切希望能找到其替代品与甘油复合。4.甘油和丙二醇均具有较强的吸水性，而水分对加热卷烟的感官质量有明显影响。发明人在发明过程中发现，无论在高温低温、高湿低湿环境条件下，加热卷烟的烟草材料和烟支都会不断的吸收水分，只是吸水的速率有所不同，在低湿环境中吸水更慢。然而，自然环境中的水分无处不在，因此，一方面，对加热卷烟的加工生产环境提出了较高的要求，需要在较低的湿度环境下进行，以尽量少的吸收水分；另一方面，给生产制造带来困难，施加了甘油和丙二醇等雾化剂的烟草材料本身较软，吸水之后，烟支卷接过程中，烟草物质结团难以卷接；再一方面，给质量控制带来困难，烟草材料和烟支不断的吸收水分，使得不同季节、不同气候条件、不同批次、不同班组、不同机台生产制造的加热卷烟水分难以控制一致，造成质量的波动；再一方面，给仓储运输提出了较高的要求，加热卷烟的烟草材料和烟支的仓储运输都需要减少在环境中的暴露时间，并且需要较低的湿度环境；再一方面，缩短了加热卷烟的保质时间，烟草材料和烟支不断的吸收水分，造成其水分不断升高，易于变质，使加热卷烟的保质时间缩短；最后一方面，影响消费者的消费体验，加热卷烟开包之后，开始抽的烟支和最后抽的烟支水分不同，感官质量存在差异。
发明内容
本发明要解决上述问题，提供一种含有烷基化甘油的雾化剂及其制备方法和应用。
本发明解决问题的技术方案是，首先提供一种含有烷基化甘油的雾化剂，包括甘油、甘油醚、以及丙酮酸乙酯。
其中，甘油醚是指甘油分子结构中的三个羟基中的一个羟基被烷基化的产物、或/和两个羟基被烷基化的产物、或/和三个羟基被烷基化的产物。通过将甘油分子中的羟基部分或全部烷基化（醚化），可以使得得到的甘油醚分子之间的氢键相互作用大大降低，因此，甘油醚的粘度及沸点通常比甘油低很多。当甘油醚与甘油的复合雾化剂应用于加热卷烟时，低粘度的甘油醚可以促进高粘度的甘油在烟草物质中的渗透与扩散，有利于加热时烟雾的生成。
此外，低沸点的甘油醚与甘油形成的共沸物有利于降低雾化温度，提高雾化效率。而且甘油的甜腻感主要来源于分子中的羟基，如果将其羟基部分或全部烷基化（醚化），得到的甘油醚甜度和甜腻感比甘油大幅度的降低，也能改善甘油的甜腻感。
作为本发明的优选，所述甘油醚包括3-甲氧基-1,2-丙二醇、3-乙氧基-1,2-丙二醇、3-丙氧基-1,2-丙二醇、以及3-异丙氧基-1,2-丙二醇中的一种或几种。
如果仅仅将甘油和甘油醚进行简单混合，第一，甘油会对甘油醚的渗透性造成阻碍；第二，甘油依旧会由于其吸水性而对烟草原料的存储造成影响。因此，本申请在雾化剂中实际上是采用甘油醚包覆甘油的包覆体，不仅可以提高甘油醚带领甘油渗透至烟草原料的渗透性，而且可以避免甘油暴露在外而吸水。
为了实现上述包覆，本申请中还引入了丙酮酸乙酯。丙酮酸乙酯是一种无色至淡黄色透明油状的液体，具有新鲜、甜润的花果香气。第一，其能够进一步改善甘油的甜腻感。第二，其作为油相，作为甘油醚和甘油之间的连接桥梁，使得甘油醚能够包覆甘油。第三，丙酮酸乙酯吸水能够发生水解，生成丙酮酸，一方面雾化剂即使发生吸水，绝大多数水也会供给丙酮酸乙酯水解，避免水分对烟草原料的影响；另一方面，其水解生成的丙酮酸也是一种能够增强食品甜味和口感的化合物，以进一步改善雾化剂的口感。
作为本发明的优选，还包括羧甲基壳聚糖以及丙酮酸脱羧酶。
本申请还引入了通过羧甲基壳聚糖固定的丙酮酸脱羧酶。一方面，羧甲基壳聚糖上的羰基为吸电子基团，甘油醚上的甲氧基或乙氧基为供电子基团，这两者可以发生结合，使得羧甲基壳聚糖能够带领甘油醚及其内包覆的甘油进一步渗透进入烟草原料中。另一方面，在雾化剂已经喷洒到烟草原料上后，如果发生吸水，首先丙酮酸乙酯会水解生成丙酮酸，然后在丙酮酸脱羧酶的作用下，丙酮酸会脱羧生成二氧化碳和乙醛，其中乙醛具有香气、可以进一步改善雾化剂的口感；而二氧化碳会从烟草原料中逸出，在逸出过程中，不可避免地会在烟草原料上形成气孔，使得烟草原料表面没能渗透至其内部雾化剂可以沿气孔进一步渗透。
本发明的另一个目的是提供一种含有烷基化甘油的雾化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.以丙酮酸乙酯包覆甘油，得到包覆体1；S2.以甘油醚包覆包覆体1。
步骤S2中所得到的产物可以直接作为雾化剂使用，也可以进行后续改进后再作为雾化剂使用。
作为本发明的优选，步骤S1包括以下步骤：在丙酮酸乙酯中加入疏水性表面活性剂，混合均匀后加热至50-100℃，然后加入甘油，均质，得到包覆体1。
作为本发明的优选，步骤S2包括以下步骤：将包覆体1加入到甘油醚中，并加入亲水性表面活性剂，均质。
作为本发明的优选，均质包括以下步骤：磁力搅拌2-5min后，超声5-10min。
作为本发明的优选，超声时，每工作3-5s后，休息3-5s。
作为本发明的优选，所述疏水性表面活性剂包括司盘60，司盘65，司盘80，甘露醇单油酸酯中的一种或多种。
作为本发明的优选，所述亲水性表面活性剂包括聚乙二醇264单油酸酯、聚乙二醇400单油酸酯、聚乙二醇600单油酸酯中的一种或多种。
为了引入羧甲基壳聚糖和丙酮酸脱羧酶，可以有多种实施方式。
作为本发明优选地一种实施方式，步骤S2中，首先在甘油醚中加入羧甲基壳聚糖和丙酮酸脱羧酶，得到混合物，以混合物包覆包覆体1，得到雾化剂。
作为本发明优选地另一种实施方式，步骤S2中，以甘油醚包覆包覆体1，得到包覆体2；将羧甲基壳聚糖与丙酮酸脱羧酶混合，得到固定化酶；将包覆体2和固定化酶混合，得到雾化剂。
本发明还有一个目的是提供一种含有烷基化甘油的雾化剂在加热卷烟中的应用，将雾化剂喷洒至烟草原料上，雾化剂和烟草原料的混合质量比为（0.1-0.5）：100。
作为本发明的优选，所述烟草原料包括烟丝、薄片、梗丝、膨胀烟丝、烟草颗粒中的一种或几种的组合。
本发明的有益效果：
1.本申请中，仅通过雾化剂的各组分之间的相互作用，即可提高雾化剂渗透至烟草原料的渗透率，即烟草原料对雾化剂的吸收负载量，无需对烟草原料进行额外操作，配方简单有效。
2.本申请的雾化剂，能够较好的改善大量甘油使用常会引起的咽喉发干、刺激和甜腻感，提升加热卷烟抽吸品质。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，并对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种含有烷基化甘油的雾化剂，通过以下步骤制备：
按照质量份，准备10份甘油、20份甘油醚、5份丙酮酸乙酯、0.2份甘露醇单油酸酯、0.2份聚乙二醇600单油酸酯。
S1. 在800r/min的转速下，向丙酮酸乙酯中加入甘露醇单油酸酯，混合均匀后加热至80℃。然后在400r/min的转速下，向混合体系中缓慢加入甘油。甘油加入完毕后，首先以800r/min的转速磁力搅拌3min，然后以每工作3s后，休息3s的频率超声8min，得到包覆体1。
S2. 在400r/min的转速下，将包覆体1加入到甘油醚中，并加入聚乙二醇600单油酸酯，加入完毕后，首先以800r/min的转速磁力搅拌3min，然后以每工作3s后，休息3s的频率超声8min，得到雾化剂。
于烟草原料上喷洒雾化剂。烟草原料与雾化剂混合质量比为100：0.3。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，还包括5份羧甲基壳聚糖、0.3份40U/ml的丙酮酸脱羧酶酶液。
步骤S2中，在100r/min的转速下，将甘油醚、羧甲基壳聚糖与丙酮酸脱羧酶混合均匀，得到混合物。
然后在400r/min的转速下，将包覆体1加入到混合物中，并加入聚乙二醇600单油酸酯，加入完毕后，首先以800r/min的转速磁力搅拌3min，然后以每工作3s后，休息3s的频率超声8min，得到雾化剂。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，还包括5份羧甲基壳聚糖、0.3份40U/ml的丙酮酸脱羧酶酶液。
步骤S2中，在400r/min的转速下，将包覆体1加入到甘油醚中，并加入聚乙二醇600单油酸酯，加入完毕后，首先以800r/min的转速磁力搅拌3min，然后以每工作3s后，休息3s的频率超声8min，得到包覆体2。
在100r/min的转速下，将羧甲基壳聚糖与丙酮酸脱羧酶混合均匀，得到固定化酶。
在100r/min的转速下，将包覆体2和固定化酶混合均匀，得到雾化剂。
实施例4
一种含有烷基化甘油的雾化剂，通过以下步骤制备：
按照质量份，准备20份甘油、5份甘油醚、10份丙酮酸乙酯、2份羧甲基壳聚糖、0.1份70U/ml的丙酮酸脱羧酶酶液、0.1份司盘60、0.1份聚乙二醇400单油酸酯。
S1. 在600r/min的转速下，向丙酮酸乙酯中加入司盘60，混合均匀后加热至50℃。然后在200r/min的转速下，向混合体系中缓慢加入甘油。甘油加入完毕后，首先以600r/min的转速磁力搅拌5min，然后以每工作5s后，休息1s的频率超声10min，得到包覆体1。
S2. 在50r/min的转速下，将甘油醚、羧甲基壳聚糖与丙酮酸脱羧酶混合均匀，得到混合物。
然后在200r/min的转速下，将包覆体1加入到混合物中，并加入聚乙二醇400单油酸酯，加入完毕后，首先以600r/min的转速磁力搅拌5min，然后以每工作5s后，休息1s的频率超声10min，得到雾化剂。
于烟草原料上喷洒雾化剂。烟草原料与雾化剂混合质量比为100：0.1。
实施例5
一种含有烷基化甘油的雾化剂，通过以下步骤制备：
按照质量份，准备5份甘油、22份甘油醚、8份丙酮酸乙酯、8份羧甲基壳聚糖、0.5份10U/ml的丙酮酸脱羧酶酶液、0.3份司盘80、0.3份聚乙二醇400单油酸酯。
S1. 在1000r/min的转速下，向丙酮酸乙酯中加入司盘80，混合均匀后加热至100℃。然后在500r/min的转速下，向混合体系中缓慢加入甘油。甘油加入完毕后，首先以1000r/min的转速磁力搅拌1min，然后以每工作1s后，休息1s的频率超声5min，得到包覆体1。
S2.在500r/min的转速下，将包覆体1加入到甘油醚中，并加入聚乙二醇400单油酸酯，加入完毕后，首先以1000r/min的转速磁力搅拌1min，然后以每工作1s后，休息1s的频率超声5min，得到包覆体2。
在150r/min的转速下，将羧甲基壳聚糖与丙酮酸脱羧酶混合均匀，得到固定化酶。
在150r/min的转速下，将包覆体2和固定化酶混合均匀，得到雾化剂。
于烟草原料上喷洒雾化剂。烟草原料与雾化剂混合质量比为100：0.5。
对比例1
取用纯甘油作为雾化剂。
将甘油加热至50℃以降低其黏度后、喷洒至烟草原料上，甘油和烟草原料的混合质量比为0.3：100。
对比例2
按照质量份，准备10份甘油、20份甘油醚，混合均匀后，得到雾化剂。
于烟草原料上喷洒雾化剂。烟草原料与雾化剂混合质量比为100：0.3。
对比例3
按照质量份，准备10份甘油、20份甘油醚、5份丙酮酸乙酯，混合均匀后，得到雾化剂。
于烟草原料上喷洒雾化剂。烟草原料与雾化剂混合质量比为100：0.3。
【烟草原料对雾化剂的最大负载量（即雾化剂吸收率）检测】
称取一定质量的烟丝，均分为8份，初始时、分别称取实施例和对比例中相对于烟丝质量10%的雾化剂，分别均匀喷洒施加于烟丝表面。然后将烟丝置于恒温恒湿箱中，并在温度 25℃，湿度 20%的条件下平衡 4h。借助烟丝填充值测定仪器，准确称取20g平衡后的烟丝，将其置于内直径（60.0±0.1）mm、高度不低于100mm的圆柱桶中，烟丝表面施加一个直径（55.0±0.1）mm、能对试样产生（29.4±0.5）N的均匀压力的施力测头，施力测头的施压速度（19.5±0.5）mm/s，施力测头的施压时间（30.0±0.5）s。施压完成后，倒出烟丝于平铺的白纸上，轻轻抖动，如果烟丝能较好的散开并且没有明显结团现象，则增加1%的雾化剂用量（相对于烟丝质量），其他所有条件不变，重复以上实验。雾化剂的用量，按照用量从低到高的顺序，每1%的雾化剂用量（相对于烟丝质量）一个梯度，依次进行，直到倒出烟丝于平铺的白纸上，轻轻抖动后，烟丝不能较好的散开并且有明显结团现象，则实验终止，此时的雾化剂用量记为B%。则该条件下烟草物质对雾化剂的最大负载量为（B-1）%。检测结果如下表1所示。
表1.
如表1，对比例1中，采用纯甘油作为雾化剂，即使通过加热尽可能降低其黏度，但烟草原料对其的吸收率仍然较低。对比例2和对比例3中，虽然采用甘油醚和丙酮酸乙酯取代部分甘油，相对于纯甘油，能够轻微提高雾化剂吸收率，但是由于组分之间只是简单混合，甘油依旧会对吸收产生阻碍。对比实施例1和实施例3可以看出，本申请中，采用甘油醚包覆丙酮酸乙酯包覆甘油的结构作为雾化剂，能够有效提高雾化剂在烟草原料中的吸收率。实施例2-4中，通过不同实施方式引入了羧甲基壳聚糖和丙酮酸脱羧酶，能够进一步提高啊雾化剂吸收率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种含有烷基化甘油的雾化剂，其特征在于：包括甘油、甘油醚、以及丙酮酸乙酯；还包括羧甲基壳聚糖以及丙酮酸脱羧酶；
所述含有烷基化甘油的雾化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1.以丙酮酸乙酯包覆甘油，得到包覆体1；
S2.以甘油醚包覆包覆体1；
步骤S2中，首先在甘油醚中加入羧甲基壳聚糖和丙酮酸脱羧酶，得到混合物，以混合物包覆包覆体1，得到雾化剂；或者，步骤S2中，以甘油醚包覆包覆体1，得到包覆体2；将羧甲基壳聚糖与丙酮酸脱羧酶混合，得到固定化酶；将包覆体2和固定化酶混合，得到雾化剂。
2.根据权利要求1所述的一种含有烷基化甘油的雾化剂，其特征在于：所述甘油醚包括3-甲氧基-1,2-丙二醇、3-乙氧基-1,2-丙二醇、3-丙氧基-1,2-丙二醇、以及3-异丙氧基-1,2-丙二醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种含有烷基化甘油的雾化剂，其特征在于：步骤S1包括以下步骤：在丙酮酸乙酯中加入疏水性表面活性剂，混合均匀后加热至50-100℃，然后加入甘油，均质，得到包覆体1。
4.根据权利要求1所述的一种含有烷基化甘油的雾化剂，其特征在于：步骤S2包括以下步骤：将包覆体1加入到甘油醚中，并加入亲水性表面活性剂，均质。
5.根据权利要求3或4所述的一种含有烷基化甘油的雾化剂，其特征在于：均质包括以下步骤：磁力搅拌2-5min后，超声5-10min。
6.一种如权利要求1-2任意一项所述的含有烷基化甘油的雾化剂在加热卷烟中的应用，其特征在于：将雾化剂喷洒至烟草原料上，雾化剂和烟草原料的混合质量比为（0.1-0.5）：100。
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