1.本发明涉及烟草领域，尤其涉及一种中草药-超分子气凝胶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.烟草作为一种提神镇静和舒缓精神的生活消耗品，在人类的历史发展中一直存在。然而在抽烟的过程中，烟草从常温开始升温到950℃的高温，在这一过程中氧含量、燃烧程度和卷烟的成分复杂多样，香烟的燃烧实际上是在通过干馏、裂解、缩合等方式发生一系列化学反应，产生成分极其复杂的烟气。研究表明香烟烟雾中，92％为气体，如一氧化碳、氢氰酸及氨等；8％为颗粒物，粒径0.1-2μm的烟尘，这些颗粒物统称焦油，内含尼古丁、多环芳香羟、苯并芘及β-萘胺等，是香烟的主要有害物质。
3.目前而言，烟草降焦的技术主要有两类：一是降低焦油的产生量：如通过农业措施降低烟叶原料中焦油含量，或者通过加入烟草薄片、添加助燃剂、膨胀烟丝、改变烟支规格、减少烟丝量、减少卷烟抽吸口数等工艺措施降低卷烟制品焦油含量。二是提高烟气过滤效率：通过改变滤嘴辅材和参数、加入吸附剂等来完成。
4.但是，这些方法目前降焦的空间已经很小，并且低焦油卷烟配方对烟叶质量要求很高。另外，焦油的粒径相比于香烟滤嘴中醋纤单丝之间的间隙约(30-100μm)整整小了一个数量级，因此醋纤滤嘴对卷烟烟气呈相对“开放”的结构，倘若盲目的降低过滤嘴的孔隙，则又影响了香烟的燃烧效果。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种中草药-超分子气凝胶及其制备方法和应用，实现在增加香烟健康度和口感的同时达到降焦的效果。
6.第一方面，本发明提供一种中草药-超分子气凝胶的制备方法，包括：将超分子气凝胶与亲油性中草药成分的溶液混合，超声后浸泡，再进行干燥；所述超分子气凝胶由包括海藻酸钠和羧甲基环糊精的原料制备得到。
7.水凝胶是一种通过大分子聚合物链交联而形成的具有极高亲水性的三维聚合物网络，具有大量均匀的孔径，通过冷冻干燥水凝胶失去水分得到气凝胶，在这个过程中三维的孔洞结构可以完整的保留下来。本发明所述超分子气凝胶是指含有超分子的气凝胶。超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。已报道的超分子大环主体有dna，冠醚，环糊精，杯芳烃，杯吡咯，杯咔唑，瓜环葫芦脲，柱芳烃等。
8.海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，其分子由β-d-甘露糖醛酸(β-d-mannuronic，m)和α-l-古洛糖醛酸(α-l-guluronic，g)按(1
→
4)键连接而成，是一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。海藻酸钠已经在食品工业和医药领域得到了广泛应用。
9.由于环糊精的外缘亲水而内腔疏水，因而它能够像酶一样提供一个疏水的结合部
位，作为主体(host)包络各种适当的客体(guest)，如有机分子、无机离子以及气体分子等。
10.本发明基于环糊精的空腔性质，通过超声和浸泡将中草药成分通过主客体作用结合到环糊精的空腔内，干燥后得到网状多孔的中草药-超分子气凝胶。烟焦油是众多烃类及烃的氧化物、硫化物及氮化物的极其复杂的混合物，通过将薄荷醇等亲油性中草药成分修饰到气凝胶中可以改变气凝胶网络的极性。然后将这种亲油性气凝胶植入到香烟过滤嘴中能在一定程度上增加过滤嘴对烟气中油性物质(如焦油、苯衍生物)的过滤效果。此外，这些中草药成分还可以通过挥发对香烟的口味多样性产生积极的影响，并达到对吸烟者润喉清嗓的目的。
11.根据本发明提供的中草药-超分子气凝胶的制备方法，所述海藻酸钠和羧甲基环糊精的质量比为3-5:1。
12.在本发明一些具体实施方式中，所述中草药-超分子气凝胶的制备过程包括：
13.s1、称取5g海藻酸钠溶于100ml蒸馏水中得到5％(w/v％)的海藻酸钠溶液，随后再称取1g羧甲基环糊精溶解到5％的海藻酸钠溶液中。
14.s2、称取0.2g碳酸钙加入到20ml上述海藻酸钠环糊精溶液中，剧烈搅拌使碳酸钙均匀分布在海藻酸钠环糊精溶液中，然后向其中加入0.2g葡糖酸内脂，继续剧烈搅拌1min，静置等待成胶。
15.s3、将制备的水凝胶在-20℃下冷冻24h，然后放入冷冻干燥机干燥48h，得到超分子气凝胶。
16.s4、将干燥后的超分子气凝胶放入99％的薄荷醇溶液中，超声3h，然后再浸泡24h后取出，放入烘箱，60℃烘24h，除去未与环糊精络合的薄荷醇。
17.根据本发明提供的中草药-超分子气凝胶的制备方法，所述亲油性中草药成分为薄荷醇、尤加利、牛至、丁香、牛膝草、百里香、柠檬、玫瑰精油中的一种或多种。
18.进一步地，当所述亲油性中草药成分为固体时，例如薄荷醇晶体，使用可溶解其的溶剂配制成浓度大于95％的溶液；
19.当所述亲油性中草药成分为液体时，例如薄荷醇精油，直接将其与所述超分子气凝胶混合。
20.薄荷醇作为一种中药提取物，是一种萜类有机化合物，有薄荷的特殊香气，味初灼热后清凉。在医药上用作刺激药，作用于皮肤或粘膜，有清凉止痒作用；内服可作为驱风药，用于头痛及鼻、咽、喉炎症等。本发明将薄荷醇修饰到超分子气凝胶中后，不仅能更好地吸附烟气中的焦油等物质，还能增加香烟的口感，而且薄荷醇有清咽利喉的功效，可对烟民的健康起积极作用。
21.根据本发明提供的中草药-超分子气凝胶的制备方法，所述超声的功率为200-300w，时间为2-3h。
22.根据本发明提供的中草药-超分子气凝胶的制备方法，所述浸泡的时间为24-48h。
23.根据本发明提供的中草药-超分子气凝胶的制备方法，所述干燥为冷冻干燥，冷冻干燥前样品的处理温度为-80～-20℃。
24.第二方面，本发明提供一种由上述制备方法制备得到的中草药-超分子气凝胶。
25.第三方面，本发明提供一种降低烟草焦油的方法，包括在香烟过滤嘴中设置上述中草药-超分子气凝胶。
26.在本发明的优选实施方式中，将所述中草药-超分子气凝胶制成与香烟过滤嘴直径相同的圆柱体，设置于所述香烟过滤嘴的中段，所述圆柱体的长度占所述香烟过滤嘴的1/5～1/3。
27.由于所制备的中草药-超分子气凝胶的网状多空结构的孔径较多，内部通道复杂，满足不了香烟的吸食要求，无法直接用作香烟的过滤嘴，故本发明将其和传统的香烟过滤嘴结合，共同组成香烟的焦油过滤系统。相比于传统的醋酸纤维香烟过滤嘴，这种复合气凝胶的香烟过滤嘴通过更适当的孔径以及添加的亲油性中草药成分来拦截和吸附香烟中的焦油，还能通过主客体结合原理吸附烟气中的一些有害自由基。实验数据表明，相比于传统的单一醋酸纤维过滤嘴，这种复合香烟过滤嘴的降焦油效果更好，并且能够通过选择合适的中草药成分来增加香烟的口味，采用该方法能更好的保障广大烟民的健康。
28.本发明的方法主要是针对香烟过滤嘴工艺降焦的改进方案。从经济角度讲，该方法所使用的材料都廉价易得，都是食品和医药加工中常用的原料；从安全健康角度讲，这些材料早在医药食品等领域广泛使用的，对人体无任何危害；从使用性上讲，该方案不仅可以降低香烟中烟气的焦油以及其他有害气体分子，还能为香烟增加一些香味和口感，是一种口味多样性的新方式。因此，该方法具有良好的应用前景，不仅更好的保障广大烟民的健康，还能为香烟提供更多的特色香味。
29.本发明提供了一种中草药-超分子气凝胶及其制备方法和应用，基于环糊精的空腔性质，通过超声和浸泡将中草药成分通过主客体作用结合到环糊精的空腔内，干燥后得到网状多孔的中草药-超分子气凝胶。干燥的气凝胶其孔径和大尺寸的焦油粒径更接近，能更好的过滤这些大颗粒焦油，从而降低烟气中的焦油含量。同时，气凝胶中的中草药成分也有助于吸附或中和焦油等有害物质，增加对烟焦油的过滤效果。此外，这些中草药成分还能对香烟的口味多样性产生积极的影响。
附图说明
30.图1为负载薄荷醇的超分子气凝胶的扫描电镜图(插图为超分子气凝胶的实物图)；
31.图2为气凝胶香烟过滤嘴过滤焦油的原理示意图(插图为过滤嘴的实物图)；
32.图3为负载薄荷醇的超分子气凝胶吸附烟气后的扫描电镜图(插图为吸烟后超分子气凝胶的实物图)；
33.图4为负载薄荷醇的超分子气凝胶吸附烟气后浸泡溶液的紫外光谱谱图(插图为各组过滤嘴实物图)。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.若无特别说明，本发明实施例所涉及原料均可通过市售获得。
36.实施例1
37.本实施例提供一种中草药-超分子气凝胶，其制备方法如下：
38.(1)称取5g海藻酸钠溶于100ml蒸馏水中得到5％(w/v％)的海藻酸钠溶液，随后再称取1g羧甲基环糊精溶解到5％的海藻酸钠溶液中。
39.(2)称取0.2g碳酸钙加入到20ml上述海藻酸钠环糊精溶液中，剧烈搅拌使碳酸钙均匀分布在海藻酸钠环糊精溶液中，然后向其中加入0.2g葡糖酸内脂，继续剧烈搅拌1min，静置等待成胶。
40.(3)将制备的水凝胶在-20℃下冷冻24h，然后放入冷冻干燥机干燥48h，得到超分子气凝胶。
41.(4)将干燥后的超分子气凝胶放入99.9％的薄荷醇溶液中，200w超声3h，然后再浸泡24h后取出，放入烘箱，60℃烘24h，除去未与环糊精络合的薄荷醇，得到负载了薄荷醇的超分子气凝胶，其微观扫描电镜图如图1所示。
42.本实施例还将所得中草药-超分子气凝胶应用到香烟过滤嘴中进行降焦试验。
43.试验方法：取出香烟的过滤嘴，从中间截断，并截掉10mm，使用制备的负载薄荷醇的超分子气凝胶代替。使用该香烟做香烟焦油过滤实验，定义为负载薄荷醇的气凝胶香烟过滤嘴，gel+m组。其过滤焦油的原理示意图如图2所示。
44.选择志愿者抽吸本实施例制备的香烟，并评价香烟口感；然后取出过滤嘴并对过滤嘴的微观结构进行检测，其扫描电镜图如图3所示。最后将过滤嘴浸泡在蒸馏水中3天，取浸泡液稀释后做紫外光谱图，通过焦油的紫外吸收峰来评价香烟过滤嘴的降焦效果，吸收峰越高，表示焦油含量越高，结果如图4所示。
45.对比例1
46.不对香烟进行任何操作，使用原普通滤嘴(醋酸纤维)进行香烟焦油过滤实验，定义为blank组。
47.选择志愿者抽吸本案例制备的香烟，并评价香烟口感；然后取出过滤嘴浸泡在蒸馏水中3天，取浸泡液稀释后做紫外光谱图，通过焦油的紫外吸收峰来评价香烟过滤嘴的降焦效果，吸收峰越高，表示焦油含量越高，结果如图4所示。
48.对比例2
49.本对比例提供一种超分子气凝胶，其制备方法如下：
50.(1)首先称取5g海藻酸钠溶于100ml蒸馏水中得到5％(w/v％)的海藻酸钠溶液，随后再称取1g羧甲基环糊精溶解到5％的海藻酸钠溶液中。
51.(2)称取0.2g碳酸钙加入到20ml上述海藻酸钠环糊精溶液中，剧烈搅拌使碳酸钙均匀分布在海藻酸钠环糊精溶液中，然后向其中加入0.2g葡糖酸内脂，继续剧烈搅拌1min，静置等待成胶。
52.(3)将制备的水凝胶在-80℃下冷冻24h，然后放入冷冻干燥机干燥48h，得到超分子气凝胶。
53.取出香烟的过滤嘴，从中间截断，并截掉10mm，使用制备的超分子气凝胶代替。使用该香烟做香烟焦油过滤实验，定义为普通复合香烟过滤嘴，gel组
54.选择志愿者抽吸本案例制备的香烟，并评价香烟口感；然后取出过滤嘴浸泡在蒸馏水中3天，取浸泡液稀释后做紫外光谱图，通过焦油的紫外吸收峰来评价香烟过滤嘴的降焦效果，吸收峰越高，表示焦油含量越高，结果如图4所示。
55.对实施例1和对比例1-2的各过滤嘴进行降焦效果评价，评价方法如下：
56.a、对比气凝胶过滤焦油前后扫描电镜图，观察形貌变化，评价气凝胶是否可以过滤焦油；
57.b、对比负载薄荷醇的气凝胶复合过滤嘴、普通过滤嘴、未负载薄荷醇的气凝胶过滤嘴内的焦油含量，评价气凝胶过滤焦油的性能强弱。
58.c、志愿者反馈各组香烟的口感。
59.结果如下：
60.a、通过图1可以看到制备的气凝胶孔隙率较高，说明此气凝胶具有很大的比表面积，烟气在通过此气凝胶时容易吸附。与图3对比可以看出，在吸附焦油后气凝胶的颜色发生了变化，微观结构变得比较脏，这说明有大量的焦油颗粒被吸附在了气凝胶上。
61.b、通过图4各组的紫外光谱的吸光度对比可以看出，负载了薄荷醇的复合过滤嘴(gel+m)对焦油的过滤效果明显好于普通的过滤嘴(blank)和普通的复合气凝胶过滤组(gel)。
62.c、统计志愿者对各组香烟的评价后了解到，负载了薄荷醇的气凝胶复合过滤嘴香烟吸食的过程中和吸食后口腔和喉咙感受到明显的清凉感。
63.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。