壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较：

壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较，造纸法烟草薄片是以烟梗、碎烟及烟末等废料制 成的烟草浆与一定量的木浆及填料等混合经造纸机抄 造成基片再经浸渍涂布而制得。由于食品安全指标的 特殊要求，使得造纸法烟草薄片生产中所用助剂的选 择受到限制，必须要达到天然、无毒，同时具有良好 的助留助滤和增强等性能。传统的造纸法烟草薄片生 产多以瓜尔胶作为湿部助剂，本实验探讨了以壳聚糖 作为湿部助剂的效果，并对两者的应用效果进行了 比较。

壳聚糖是由氨基葡萄糖通过yS4,4糖苷键连接 而成的，其分子链上分布着许多羟基、氨基，还有 —些N-乙酰氨基1]的线性大分子，是自然界存在的 唯一碱性天然多糖，其分子结构与纤维素的结构相 似。使用壳聚糖作为造纸助剂时，由于其分子链上 有许多正电中心与羟基能在纤维之间架桥形成絮聚 体，从而起到助留助滤的作用。而且也可以通过其 分子中的极性基团与纤维素分子中的羟基、羧基和 醛基形成氢键、离子键和共价键，因而可提高纸张 的湿强度。

本实验选择了3种不同相对分子质量的阳离子壳 聚糖和1种阳离子瓜尔胶作为湿部添加剂，通过实验 比较它们对烟草浆料的助留助滤性能、对烟草基片的 柔软性能和干湿强度的影响，旨在为优选造纸法烟草 薄片的助剂提供依据。

1实验

1.1原料及其性能参数

烟草基片的浆料配比为烟草浆:漂白硫酸盐木浆 :PCC=65%:20%:15%;烟草浆打浆度为17°SR,漂 白硫酸盐木浆打浆度为25°SR，PCC为工业级。

实验选择阳离子壳聚糖和阳离子瓜尔胶共4种助 剂试样进行了在烟草浆料中应用效果的研究。实验所 用助剂的性能参数见表1。

表1阳离子助剂的性能参数

种类相对分子质量/万阳电荷密度/mmol*g-1脱乙酰度/%

瓜尔胶-3.45-

1#壳聚糖4013. 1786. 50

2#壳聚糖8011. 3186.20

3#壳聚糖12012. 5590.90

1.2仪器与设备

粒子电荷测定仪，MUTEKPCD-03，BTG公司； 动态滤水仪，DFR-04，BTG公司；动态滤水仪 (DDJ)，0305S，Gist Co.，韩国；SE051 厚度仪， Lorentzen&Wettre 公司，瑞典；SE062抗张强度测试 仪,Lorentzen&Wettre 公司，瑞典；纸张共振挺度测 定仪，中国制浆造纸研究院；湿抗张强度测定仪, EJA Vantage 型，美国 Thwing—Albert 公司；KRK 高浓 磨浆机，日本产；低浓磨浆机，ZDP型，河南沁阳运 强环保设备厂；95854型快速纸页成形器，德国 FRANK。

1.3实验方法

(1)烟草浆料单程留着率的测定 将烟草浆料用自来水配成0.5%的浓度，然后量 取相当于2.5 g绝干浆的烟草浆料500 mL，加入助留 剂搅匀后转移到动态滤水仪（DDJ)中，在750 r/min 下搅拌70 s时打开排水阀，取最初的100 mL滤液, 用已恒重的滤纸过滤，烘干，称质量。

单程留着率R (%)按式（1)计算：

R = (S0-5S) /S0x100%

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

式中：S0—500 mL烟草浆料中固形物质量，g;

S一100 mL滤液中固形物质量，g;

C。一烟草浆料的浓度,％;

C一滤液的浓度,％。

( 2) 烟草浆料动态滤水的测定 将烟草浆料用自来水配成0.3%的浓度，然后量 取1000 mL配好的浆料，加入阳离子助剂后倒入到动

态滤水仪DFR-04中，开动搅拌器，在750 r/min的 转速下搅拌30 s时打开阀门，测定10 s滤水时间内 的滤液量（g)。

(3)手抄片物理性能测定 定量：GB/T451.2—1989;厚度：GB/T451.3— 1989;抗张强度：GB/T453 —1989;湿抗张强度： TAPPIT456 om-03;挺度：GB/T12909—1991。

2结果与讨论

对所选择的4种阳离子助剂，分别研究它们对烟 草浆料的助留助滤性能，以及对烟草基片松厚度、柔 软性、干湿抗张强度等性能的影响，并对其应用效果 进行比较。

2.1壳聚糖和瓜尔胶对烟草浆料的助留助滤性能 烟草浆料中的烟梗、碎烟和烟末在磨浆过程中会 形成大量的细小组分，并且有大量的烟草水溶性物质 与填料存在于浆料体系中，壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较，这会对烟草浆料体系的留 着和滤水产生严重的负面影响。当添加壳聚糖或瓜尔 胶之后，它们的作用效果如图1所示。

 

从图1中可以看出，壳聚糖的助留效果明显优于 瓜尔胶，而3种不同相对分子质量的阳离子壳聚糖对 烟草浆料的助留效果差别并不明显。当瓜尔胶用量为 0. 6%时可获得较好的助留效果，而壳聚糖用量为 0. 4%时助留效果达到最佳，单程留着率高达97%， 比使用瓜尔胶时提高6个百分点，比瓜尔胶用量为 0.6%时还要高出5个百分点。这主要是由于壳聚糖 比阳离子瓜尔胶具有更高的阳电荷，与浆料作用时壳 聚糖可以通过电荷中和作用，吸附在浆料中的纤维和 细小纤维表面，以及溶解性的半纤维素、亲脂性抽出 物等胶体状物的表面，与溶解性的碳水化合物，如 P—千维素、Y■纤维素间生成聚电解质复合物2 ;并且 能与细小纤维和无机填料发生静电中和、桥联、镶嵌 及氢键作用，使之絮凝3,因而可提高烟草浆料中 细小组分和填料的留着率。当壳聚糖的用量较高时, 其助留效果开始下降，这是由于壳聚糖具有较高的阳电荷密度，较大的用量能使浆料系统的电荷性质发生 逆转，导致留着率下降。由于瓜尔胶的电荷密度较 低，因而在1%的用量之内，随着瓜尔胶用量的增 加，留着率一直呈上升趋势，只是用量超过0.4%之 后，上升趋势平缓。

 

从图2可以看出，壳聚糖的助滤作用明显大于瓜 尔胶。随着壳聚糖用量的增加，烟草浆料的滤水性能 呈上升趋势，较低的壳聚糖用量就能明显改善烟草浆 料的滤水速度。当壳聚糖用量为0.4%时，就能使烟 草浆料10 s的滤水量较空白样提高240 g,比使用瓜 尔胶时提高200 g (滤水速度提高44%)。而当瓜尔 胶用量为1. 0%时，仅能使10 s的滤水量较空白样提 高100 g左右。这主要是由于壳聚糖较瓜尔胶具有更 高的阳电荷密度，与浆料作用时容易被纤维、细小组 分吸附形成絮聚体，并能中和纤维表面细小纤维的电 荷使其发生收缩，导致流体阻力减小，滤水性能提 高。但是，当壳聚糖用量较高时，浆料的滤水速度呈 下降趋势，这是由于浆料的电荷性质发生逆转所致。 而在1%的用量之内，随着瓜尔胶用量的增加，浆料 的滤水速度_直呈缓慢上升的趋势。这是由于瓜尔胶 的阳电荷明显低于壳聚糖，当瓜尔胶的用量低于 1.0%时，不会导致浆料的电荷性质发生逆转。

2.2壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片松厚度的影响

烟草基片的松厚度是评价烟草薄片质量的重要指 标之_,直接影响烟草基片浸渍涂布时的吸液量，而 且与卷烟的填充值、口感和燃烧性能有着重要的联 系。与国外产品相比，国内烟草薄片存在松厚度较小 的问题，因此有必要考察使用助剂时对烟草基片松厚 度的影响。从图3可以看出，壳聚糖或瓜尔胶的添加 均能使烟草基片的松厚度有所提高。当助剂用量为 0.2%时，烟草基片的松厚度能够从2.11 cm3/g提高 到2. 16 ~2. 18 cm3/g,其中相对分子质量为80万的 2#壳聚糖的作用效果最好。当助剂用量大于0. 2%以 后，除2#壳聚糖能够使烟草基片的松厚度继续提高

之外，其他3种助剂对提高烟草基片松厚度的作用不 明显。

 

烟草薄片的柔软性是评价烟草薄片质量的重要指 标之_,在卷烟的加工过程中，要求烟草薄片具有良 好的柔软性。然而影响其柔软性的因素较多，其中烟 草基片的柔软性对烟草薄片的柔软性影响较大。壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较，本实 验采用共振法测定烟草基片的挺度，以此来间接表示 其柔软性能，即挺度越高烟草基片的柔软性越差，实 验结果如图4所示。

 

图4壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片挺度的影响

从图4可以看出，使用壳聚糖作为助剂对烟草 基片的柔软性影响较小。对于壳聚糖而言，中等相 对分子质量（80万）的2#壳聚糖对烟草基片挺度 的影响较高相对分子质量（120万）和低相对分子 质量（40万）的壳聚糖要小；瓜尔胶对烟草基片 挺度的影响较壳聚糖要大。当助剂添加量为0.4% 时，与空白样相比，瓜尔胶使烟草基片的挺度提高 35%,而2#壳聚糖对烟草基片的挺度（柔软性）几 乎没有影响。

壳聚糖和瓜尔胶本身就是_种很好的纸张增强 剂，与纤维作用时能与纤维表面形成氢键和静电结 合，使得在较小的壳聚糖与瓜尔胶加入量时就能使烟 草基片的挺度有较大的提高。但是随着壳聚糖与瓜尔 胶用量的增加，烟草基片的挺度达到最大值后开始下 降，这主要是由于随着助剂用量的增加导致烟草基片 中填料的留着增加，PCC留着的增大不仅阻碍了纤

 

正常运转，而且烟草薄片在后续加工（切丝、卷烟 等）过程中需要在一定湿度和温度下进行调理，因 此对烟草基片的湿强度有一定的要求。添加助剂对烟

草基片湿抗张强度的影响如图6所示。

 

维间的结合，而且还能提高烟草基片的柔软性。在相 同助剂用量下与瓜尔胶相比，使用壳聚糖作为助剂对 烟草基片的柔软性影响较小，这与壳聚糖的助留效果 优于瓜尔胶相关。

2.4壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片抗张强度的影响 烟草薄片成品的质量指标，要求其抗张强度 矣1. 00 kN/m (参照烟草行业标准YC/T 16. 3—2003)， 过高的强度会使烟草薄片的后续加工性能及柔软性、 口感等品质下降，但过低的强度会影响纸机的正常运 行。助剂对烟草基片强度性能的影响如图5所示。

从图5中可以看出，较少的阳离子助剂用量 (0.2%)就会使烟草基片的抗张强度明显下降，这 是因为阳离子助剂的添加使得体系中PCC等的留着 率增加，烟草基片中的填料和细小组分阻碍了纤维间 的氢键结合，从而降低了烟草基片的结合强度。但是 当助剂用量大于0.2%时，随着助剂用量的增加，烟 草基片的抗张强度也随之增加。这是由于壳聚糖与瓜 尔胶被带负电荷的纤维表面吸附，成形时填充于纤维 之间，这种填充作用必将增大纤维间的结合面积，同 时助剂分子上的众多基团与纤维表面上的基团彼此间 相互作用，在干燥过程中，水分的蒸发为壳聚糖和瓜 尔胶与纤维素分子间氢键和化学键的形成提供了更多 机会，从而使得烟草基片的结合强度得以提高。

由于壳聚糖的助留效果明显优于瓜尔胶，因此添 加壳聚糖对烟草基片抗张强度的影响比添加瓜尔胶要 大。在0.4%的用量下，壳聚糖的助留效果最好，而 此时烟草基片的抗张指数较使用瓜尔胶时低20%左 右。虽然使用壳聚糖作为助剂时烟草基片的抗张指数 较低（8~9N*m/g)，壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较，但是已经能够满足纸机抄造的 要求，而且也不希望烟草基片具有较高的强度性能， 更重要的是使用壳聚糖能够获得良好的助留助滤、松 厚度、柔软性等综合性能。

2.5壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片湿强度的影响

目前，国内的造纸法烟草薄片生产中大都采用浸 渍法涂布，烟草基片湿强度的大小会影响涂布加工的

从图6可看出，当助剂用量0.1%时，烟草基片的 湿抗张强度下降，这是由于填料PCC的留着率提高所 致。当助剂用量大于0.1%以后，瓜尔胶对湿抗张强度 几乎没有提高，而壳聚糖却能明显改善烟草基片的湿 抗张强度，其中相对分子质量为80万和40万的2#壳 聚糖和1#壳聚糖的增湿强作用更加明显，并在用量为 0. 6%时达到最佳效果，比使用瓜尔胶时的湿强度提高 约120%。这主要是因为瓜尔胶是以半乳糖和甘露糖为 基本结构单元的聚合物，其结构类似于半纤维素，与 纤维表面的结合主要为氢键结合，遇水容易遭到破坏; 而壳聚糖是线性大分子，相对分子质量较大，具有良 好的成膜能力，对纤维有足够的黏合强度并能在纤维 之间架桥，其分子链上的正电中心和羟基、部分氨基 与纤维表面的非离子区域的羟基形成了众多的分子间 氢键4。另外，壳聚糖分子中的碱性基团一NH2可以 充分接近纤维表面，不仅可以和纤维表面的羧基形成 离子键合，也可以与纤维中存在的_些醛基形成少量 共价键5],从而提高烟草基片的湿抗张强度。

3结论

3.1在造纸法烟草基片的抄造中添加壳聚糖能够明 显提高烟草浆料的留着和滤水性能。与瓜尔胶相比， 在0. 4%的用量下壳聚糖能使浆料的单程留着率提高 6个百分点，滤水速度提高44%。

3.2添加壳聚糖有助于改善烟草基片的松厚度，在 选择的4种助剂中，相对分子质量为80万的壳聚糖 的作用效果相对较好。

3.3添加壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片的柔软性有不 同程度的负面影响，在0.4%的用量下，与空白样相 比，瓜尔胶能使烟草基片的共振挺度提高35%,而 相对分子质量为80万的壳聚糖对烟草基片的挺度 (柔软性）几乎没有影响。

3.4添加壳聚糖和瓜尔胶能使烟草基片的抗张强度 下降，壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较，其中壳聚糖的作用更加明显。在添加量均为 0. 4%时，使用壳聚糖比使用瓜尔胶时抗张强度降低 20%左右，但是其强度性能已满足纸机抄造和烟草薄 片强度指标的要求，而且能够使烟草薄片获得其他诸 多良好的综合性能。

3. 5添加壳聚糖能够明显改善烟草基片的湿抗张强 度，在0.6%的用量下，相对分子质量为80万和40 万的壳聚糖能使烟草基片的湿抗张强度比使用瓜尔胶 时提高120% 左右。

3.6在造纸法烟草薄片的生产中更适合采用壳聚糖 特别是相对分子质量为80万左右的壳聚糖作为湿部 助剂，其添加量以0.4% ~0.6%为宜。

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