烟草颗粒热解与释烟特性影响因素研究

【目的】为探索加热状态下烟草颗粒热解和烟气释放规律。【方法】采用导热系数测试仪、热分析仪(TGA)和锥形量热仪(CONE)表征分析了甘油添加量、水分含量以及粒径对烟草颗粒导热特性、热解过程和烟气释放特性的影响。【结果】(1)样品导热系数随水分和甘油含量的增加以及粒径减小整体上呈现不同程度的上升趋势,不同水分与甘油含量样品比热容变化趋势与导热系数基本一致,随粒径减小其比热容持续降低;(2)甘油大幅增加烟草颗粒在低温区(140℃~300℃)失重比例,并使其成为最主要失重阶段;水分含量对烟草颗粒失重速率影响随温度升高逐渐减弱,主要对低温区下游离态水、甘油等小分子物质释出影响较大;减小粒径,样品主要失重过程向低温区稍有平移;(3)增加甘油含量(30%以内)、降低水分含量以及减小粒径均有利于缩短烟草颗粒起始释烟时间,提高释烟速率,且释放总量整体呈上升趋势。

甘油对烟草薄片、烟草颗粒加热状态下烟气常规成分释放的影响

为了考察甘油对烟草薄片、烟草颗粒加热状态下烟气常规成分的影响,利用实验室加热装置,将不同甘油含量的烟草薄片、烟草颗粒在300℃下加热,捕集烟气粒相物,并采用气相色谱方法分析烟气中常规成分.结果表明:①添加甘油能够显著增加薄片、颗粒加热状态下烟气粒相物释放量,且对颗粒烟气粒相物释放量增加的更显著;②添加甘油均能够显著增加烟气水分释放量,但不同添加量(40%、50%)烟气水分释放量差异不明显;③薄片和颗粒两种样品的烟气烟碱、焦油释放量均随甘油添加量的的升高而显著增大.可见,添加甘油有助于烟气粒相物中常规成分的释放,但对于不同的成分,影响趋势有所不同.

再造烟草颗粒卷烟与常规卷烟的对比

为提高卷烟品质稳定性,以烟草颗粒为填充物制备了再造烟草颗粒卷烟,从外观、燃烧性能、烟支物理指标、化学成分和常规烟气成分等方面考察了其与常规卷烟的差异。结果表明:(1)相比常规卷烟,再造烟草颗粒卷烟的静燃速率快约6%,包灰值减少80%以上,燃烧线齐整,烟灰颜色更白。(2)再造烟草颗粒卷烟的烟支质量、吸阻、总糖、总碱、焦油和烟碱释放量的检测平均值与常规卷烟基本相同,但相应指标的标准偏差均显著降低。(3)再造烟草颗粒卷烟的CO释放量比常规卷烟降低约5 mg/支,CO/焦油比值降低到约0.55。

温度与甘油对烟草颗粒热解及释烟特性的影响

为揭示加热状态下烟草颗粒烟气释放规律,采用湿法造粒技术,利用热分析仪(TGA)和锥型量热仪(CONE)研究甘油添加量与温度对其热解和烟气释放特性的影响。结果表明:①添加甘油可降低烟草颗粒主要失重过程温度,增加低温下失重比例,并提高低温下失重速率。②增加甘油含量,烟草颗粒起始释烟速率增大,累积释烟总量增加,但过高的添加量(35%)会降低累积释烟总量;导热性较好的烟草样品释烟速率最大;甘油的添加降低了CO释放量,但与添加量的关系不明显。③升高温度,烟气释放速率增大,释烟过程缩短,累积释烟总量先增大后降低,温度过高(400℃)烟草颗粒发生燃烧;烟气中CO与CO2释放量随温度升高大幅增加,且两者释放规律与烟气释放规律一致。

甘油与丙二醇复配比例对烟草颗粒热解和释烟特性的影响

为考察雾化剂种类和质量分数对烟草颗粒热解和烟气释放特性的影响规律,采用湿法造粒技术,利用热重-红外光谱联用系统(TG-FTIR)、锥型量热仪(CONE)以及稳态热解装置与撞击采样器联用系统,研究甘油与丙二醇复配比例对烟草颗粒热解与烟气释放特性的影响。结果表明:(1)随丙二醇量的增加,烟草颗粒起始失重速率明显增大,总失重比例增加,主要失重温区向低温区移动,且单一雾化剂制备的烟草颗粒主要失重温区范围较小,混合雾化剂则较为宽泛;有氧裂解阶段失重速率与甘油质量分数成反比。(2)红外光谱分析结果显示,添加丙二醇后,烟草颗粒在100℃即开始释放雾化剂;随丙二醇质量分数的增加,碳水化合物、酚类、有机酸类、烟碱等胺类化合物以及烷烃、烯烃等化合物的释放量变化趋势由先增大后减小变为逐渐增大;在有氧裂解阶段,单一甘油体系裂解的气相产物以CO_(2)、H_(2)O、CO和羰基化合物为主,随丙二醇质量分数的增加,碳氢和羰基化合物的特征吸收峰增强,且CO和CO_(2)的特征吸收峰强度在350、400℃时明显增大,说明烟草裂解更为剧烈。(3)随丙二醇质量分数的增加,烟草颗粒的释烟时间范围减少,累积释烟总量降低,由30%(质量分数)丙二醇制备的烟草颗粒的起始释烟速率最小;增加甘油质量分数,烟草颗粒热解释放CO和CO_(2)的速率减小。(4)随甘油质量分数的增加,气溶胶总质量呈增加趋势,平均粒径则呈先减小后增大的趋势。

烟叶原料种类对烟草颗粒热解和释烟特性的影响

为揭示颗粒型加热卷烟烟芯材料热解与烟气释放规律,采用湿法造粒技术,利用热重-红外联用装置(TG-FTIR)与锥型量热仪(CONE),探究了烟叶原料种类对其热解与释烟特性的影响规律。结果表明:①不同种类烟叶原料制备的烟草颗粒失重过程基本一致,相较于烤烟颗粒而言,梗丝、再造烟叶、白肋烟、雪茄烟和香料烟制备的烟草颗粒最大失重速率温度向低温区偏移,且梗丝颗粒和再造烟叶颗粒易挥发性物质释放阶段的失重速率较大,该阶段烤烟颗粒具有最大失重比例,且热解完成后固体残余量最小。②红外光谱结果显示,不同烟叶原料制备的烟草颗粒气相产物释放过程基本一致,因化学成分的差异使得释放温区范围略有差异。其中碳水化合物、酚类和醇类等含羟基化合物的释放温区主要集中在150~300℃之间;含C=O的羰基、酯类等化合物以及CO释放过程分为两个阶段,分别为250~400℃和500℃左右;当温度超过500℃时,烟草颗粒热解释放出NH_(3)和CH_(4)。③梗丝、再造烟叶以及雪茄烟制备的烟草颗粒的堆积密度约在0.54~0.56 g/cm^(3)之间,相较其他原料而言较小,但烟气释放速率较大,累积释烟总量较高,其中,梗丝颗粒起始释烟速率最大;CO与CO_(2)释放的整体变化趋势与释烟速率曲线变化规律一致,即释烟速率越大,CO与CO_(2)的释放速率越大。

导热填料改性烟草颗粒的热解和释烟特性

为揭示加热不燃烧状态下导热填料对烟草颗粒热解和释烟特性的影响规律,利用导热系数测试仪、热分析仪(TGA)和锥形量热仪(CONE),研究了不同含量和种类的导热填料对烟草颗粒导热系数、热解过程以及烟气释放过程的影响。结果表明:①随碳酸钙(CaCO3)粉体质量分数增加,烟草颗粒导热系数增大。20%添加量下填料发生自团聚,导热系数略有降低。晶须可有效改善填料在基材中的自团聚现象。碳化硅(SiC)较CaCO3对导热系数的提升更明显。②相较于对照样品,添加导热填料后,烟草颗粒微分热重(DTG)曲线向低温区移动,整体上导热性越高,移动幅度越大,最大失重速率越大。不同升温速率下,具有最大导热系数样品的DTG曲线始终位于对照样的低温侧;且随升温速率增大,其与对照样热解特征参数的差值逐渐缩小,导热性差异对烟草颗粒热解过程的影响程度减小。③相较于对照样品,添加导热填料后,烟草颗粒起始释烟速率增大;随导热性提高,最大释烟速率增大,烟气释放过程集聚。CO与CO_(2)的释放速率随导热性提高明显增大,说明烟草颗粒的热解程度加剧,但提高导热性易造成热量集聚,使烟草颗粒发生燃烧。

温度对薄片、颗粒、烟丝加热下常规成分影响

为了考察不同温度对烟草薄片、烟草颗粒、烟丝加热状态下烟气常规成分的影响,利用实验室加热装置,将烟草薄片、烟草颗粒、烟丝在200℃、250℃、300℃、350℃、400℃下加热,捕集烟气粒相物,并采用气相色谱方法分析烟气中常规成分。结果表明:①随着加热温度的升高,不同形态烟叶样品的烟气粒相物、水分、烟碱、焦油的释放量逐渐增加;②同一温度下,烟丝烟气中各组分的释放量均高于烟草薄片和烟草颗粒的释放量。

甘油在烟丝、薄片及颗粒加热下烟气中转移

为了考察甘油在烟丝、烟草薄片及烟草颗粒加热状态下烟气中的转移行为,利用实验室加热装置,将不同甘油含量的烟丝、烟草薄片及烟草颗粒在300℃下加热,捕集烟气粒相物,并采用气相色谱方法分析烟气中甘油含量。结果表明:烟丝中甘油烟气粒相转移率随甘油添加量的增大而增大。烟草薄片和烟草颗粒加热状态下烟气粒相转移率随甘油添加量的增大而减小。

加热卷烟烟草材料的热化学性质研究

利用综合热分析仪、顶空-气相色谱/质谱法、热裂解气相色谱质谱法对比研究了典型的中心加热稠浆法再造烟叶、周向加热造纸法再造烟叶和雾化加热烟草颗粒的热化学性质和热分解物质。结果表明:(1)两种再造烟叶烟草材料的热失重均分为四个阶段,主失重阶段均为第三阶段。烟草颗粒热失重分为三个阶段,第一阶段100℃以内的挥发性成分明显高于其他两种烟草材料。(2)中心加热烟草材料在低温下挥发性物质种类比其他两种多,但含量较少。周向加热烟草材料和烟草颗粒中主要挥发性成分具有一定的相似性。(3)三种烟草材料在350℃热裂解,同时检测到的物质有烟碱、茄酮、异丁香酚、巨豆三烯酮、叶绿醇等,这些物质主要来源于烟草本身。

川穹颗粒的功能性质研究及应用

川芎被认为是一种功能性食品,为突出川芎的应用价值,试验对川芎的根、茎、叶纤维的功能性质、化学成分和形态特征进行比较研究。结果表明,川穹具有一定功能特性,川芎根纤维(Ligusticum chuanxiong Hort root fiber,LRF)具有最高的持水能力(21.4 g/g)、持油能力(6.17 mL/g)、溶胀能力(35.0 mL/g)、乳化稳定性和脂肪吸附能力(5.43 g/g);川芎茎纤维(Ligusticum chuanxiong hort stem fiber,LSF)具有最高的泡沫稳定性;LRF和LSF具有相似的单糖组成、热学性能、化学键和基团。感官评吸研究结果表明,所得的纤维,特别是LRF和LSF,可作为提升烟气质感,加强充盈感和满足感等作用在新型烟草的颗粒嘴棒中应用。