咖啡滤纸及其制备方法：有效过滤咖啡渣，冲泡更方便

背景技术：

咖啡滤纸是一种由纸质纤维材料制成的滤纸，上面有许多细小的孔隙，形状多为圆形，方便折叠，也有专门的咖啡机使用的相应口袋状结构的滤纸。除了法压壶等简易咖啡设备自带滤网外，大部分咖啡设备都会使用咖啡滤纸，而最典型的就是滤纸冲泡法。用滤纸冲泡咖啡有点类似于用茶包泡茶，这种方法最大的优点就是冲泡方便，不需要其他设备。使用时，将通用的咖啡滤纸对折两次，形成漏斗状，将滤纸放在漏斗中或容器上，然后将研磨细度合适的咖啡粉倒入滤纸中，用开水慢慢冲泡咖啡粉即可。咖啡滤纸的优点是可以有效滤掉大部分咖啡渣，比滤网更能提升咖啡的口感。而且咖啡滤纸是一次性的，用完后可以再次更换，无需清洗，所以大部分咖啡店都使用咖啡滤纸来过滤咖啡渣。

优质的咖啡滤纸应具有滤水力强且均匀、滤纸味道淡且不易破损等特点。其中滤水力影响咖啡浸泡时间，滤纸味道直接影响咖啡香气，不易破损则影响咖啡冲泡的成败。因此，一张优质的咖啡滤纸是冲泡咖啡的关键之一。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供一种咖啡滤纸及其制备方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是提供一种咖啡滤纸，包括用于粘附于滤杯的外层和用于接触咖啡粉及水的内层；按质量计，所述内层包括100份纸浆、5-10份聚丙烯酸酯、8-18份聚硅氧烷、5-12份气相二氧化硅和3-5份羟甲基纤维素；所述外层包括60-80份纸浆、20-40份化学纤维、5-12份气相二氧化硅和10-20份木质素。

纸浆是以植物纤维为原料，通过不同的加工方法制成的纤维材料。按加工方法可分为机械浆、化学浆和化学机械浆，按所用纤维原料又可分为木浆、草浆、麻浆、芦苇浆、甘蔗浆、竹浆、碎布浆等。纸浆中纤维的主要成分是纤维素，还含有不同程度的半纤维素、木质素、树脂、色素、果胶和灰分。在这种应用中，可以使用任何植物纤维的纸浆，优选杨木浆、麦草浆、马尾松浆和桉木浆中的一种或多种的混合物。

气相二氧化硅是在氢氧焰中通过挥发性氯硅烷水解生成的，由高纯度非晶态二氧化硅组成，具有亲水性。

亲水性的气相二氧化硅与活性硅烷发生反应得到疏水性的气相二氧化硅，聚丙烯酸酯、聚硅氧烷和二氧化硅的复合可以形成超疏水涂层。

羟甲基纤维素可用作分散剂和粘合剂。

木质素是由三种醇类单体（对香豆醇、松柏醇、芥子醇）形成的复杂酚类聚合物。木质素是由三个苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网络结构的生物聚合物。它存在于木材组织中，主要作用是通过形成相互交织的网络使细胞壁变硬。它是次生壁的主要成分。木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质​​素占25%，是世界上第二丰富的有机物（纤维素是第一）。木质素可以从纸浆蒸煮废水中提取，也可以直接从市场上购买。

优选地，内层还含有5-8份淀粉和1-1.5fpu/g的淀粉酶，所述淀粉酶优选为来自bf7658菌的α-淀粉酶，在α-淀粉酶作用下，淀粉转化为糊精和寡糖。

优选地，还包括中间层，中间层包括2-8份木质素-碳水化合物复合物和100份粘合剂。木质素-碳水化合物复合物是木质素与多糖（聚半乳糖、木聚糖和聚葡萄糖甘露糖等）之间通过强共价键结合形成的非均相聚合物，既含有木质素刚性链段，又含有多糖柔性链段，具有良好的两亲性，因此可以提高内层与外层之间的结合程度。植物原料中木质素-碳水化合物复合物的分离提取方法有水溶剂萃取法、有机溶剂萃取法和水-有机溶剂联合萃取法。

优选的，所述胶粘剂为聚氨酯树脂、聚烯烃树脂中的一种或多种，​​均属于耐高温、无毒的胶粘剂。

优选的，所述化学纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的一种或多种。

本发明的另一目的在于提供一种咖啡滤纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)内层的制备：a.将聚硅氧烷和气相二氧化硅混合并在60-75℃、pH6-7的条件下搅拌30-60min，然后降温至20-25℃并加入聚丙烯酸酯，超声分散45-65min，得到混合溶液；b.对纸浆进行汽爆，将加热至80-100℃的混合溶液喷洒在纸浆表面，静置20-50min；c.将得到的纸浆和羟甲基纤维素加入水中，溶解15-20min，得到浆料；d.将浆料抄纸，得到内层；

(2)外层制备：纸浆经汽爆处理后，与化学纤维、气相二氧化硅、木质素一起加入水中，分散15～20分钟，得到浆料，再用此浆料抄纸，即得到外层。

（3）将内层与外层卷在一起，就制成了咖啡滤纸。

优选的，所述汽爆参数为：纸浆预浸含水率为5～10％，蒸汽压力为1.0～2.0MPa，处理时间为60～80秒。

优选的，在步骤c中，将步骤b得到的浆料、羟甲基纤维素、淀粉和淀粉酶加入水中，在85-90℃、pH6-7的条件下溶解15-20分钟，得到浆料。

优选地，所述方法还包括以下步骤：中间层的制备：将木质素-碳水化合物加入胶粘剂中，超高速分散10-15分钟；将中间层涂覆于内层与外层之间，再经滚压、加热复合层定型。

优选的，步骤（3）中复合成型的温度为130～150℃，压力为0.28～0.35MPa。

优选的，所述复合纸经过压延复合后，在10-20秒内冷却至20-25℃，即得到咖啡滤纸。

本发明的有益效果：

1、设置内层和外层，内层和外层采用不同的原材料，使内层具有疏水性，从而提高滤纸的过滤速度，外层具有亲水性，使滤纸能更好的贴合滤杯。另外，在制备内层的过程中，纸浆经过蒸汽爆破和疏水剂混合，可以增加纸浆和疏水剂的混合深度和均匀度，进一步提高滤水的均匀度。同时，纸张接触水容易破裂的原因是纸张中的某些成分在接触水时会溶解，从而降低了纸张的强度。因此，疏水性也可以降低滤纸破损的可能性。

2、外层加入木质素，一般木质素不溶于水，将木质素与经蒸汽膨胀处理的木浆的孔隙结合，可有效提高纸张的强度。

3、内层还加入淀粉和少量淀粉酶，淀粉酶初步将淀粉降解为聚合度较低的糊精和低聚糖，在内外层热压结合时，外层木质素上的酚羟基与淀粉低聚糖上的醛基缩合结合，从而提高内外层之间的结合度。

详细方法

以下是本发明的具体实施例，进一步说明本发明的技术方案，但本发明并不限于这些实施例。

示例 1

一种咖啡滤纸，包括用于贴附于滤杯的外层和用于与咖啡粉及水接触的内层，其制备方法如下：

(1)内层的制备：按质量份数配制杨木浆100份、聚丙烯酸酯8份、聚硅氧烷15份、气相二氧化硅10份、羟甲基纤维素4份、淀粉6份、1.25FPU/GBF7658α-淀粉酶。

首先将聚硅氧烷和气相二氧化硅混合，在70℃、pH6.5的条件下搅拌45分钟，然后降温至22℃，加入聚丙烯酸酯，超声分散55分钟，得到混合溶液。然后对杨木浆进行蒸汽爆破处理，将加热至90℃的混合溶液喷洒在杨木浆表面，静置30分钟。然后将得到的纸浆与羟甲基纤维素、淀粉和淀粉酶一起加入水中，在87℃、pH6.5的条件下解离18分钟，得到浆料。用该浆料造纸得到内层。

(2)外层的制备：按重量配比，准备杨木浆粕70份、聚丙烯纤维与聚乙烯纤维等重量比例的混合物30份、气相二氧化硅10份、木质素15份。

将杨木浆经过蒸汽爆破处理后，与聚丙烯纤维、气相二氧化硅、木质素一起加入水中，分散18分钟，得到浆粕，再用于抄纸得到外层。

其中，在内层和外层制备过程中进行汽爆时，杨木浆含水率为8％，汽爆压力为1.5 MPa，处理时间为70 s。

(3)中间层的制备：按重量份数配制木质素-碳水化合物复合物5份、聚氨酯树脂100份，将木质素-碳水化合物加入聚氨酯树脂中，超高速分散13分钟。

(4)辊压贴合，在内层与外层之间涂布中间层，然后辊压并加热贴合定型。贴合定型温度为140℃、压力为0.30MPa得到贴合纸，贴合纸在15秒内冷却至22℃得到咖啡滤纸。

将咖啡滤纸进行滤水试验，并按照GB/T454-2002标准测定其耐破度，试验结果如下表1所示。

示例 2

一种咖啡滤纸，其制备方法如下：

(1)内层的制备：按质量份数配制杨木浆100份、聚丙烯酸酯5份、聚硅氧烷8份、气相二氧化硅5份、羟甲基纤维素3份、淀粉5份、1.0FPU/GBF7658α-淀粉酶。

首先将聚硅氧烷和气相二氧化硅混合，在60℃、pH6的条件下搅拌30分钟，然后降温至20℃加入聚丙烯酸酯，超声分散45分钟，得到混合溶液。然后对杨木浆进行蒸汽爆破处理，将加热至80℃的混合溶液喷洒在杨木浆表面，静置20分钟。然后将得到的纸浆与羟甲基纤维素、淀粉和淀粉酶一起加入水中，在85℃、pH6的条件下解离15分钟，得到浆料。用该浆料造纸得到内层。

(2)外层的制备：按重量份数准备杨木浆60份、聚丙烯纤维20份、气相二氧化硅5份、木质素10份。

将杨木浆经过汽爆处理后，与聚丙烯纤维、气相二氧化硅、木质素一起加入水中，分散15分钟，得到浆粕，将浆粕制成纸张，得到外层。

其中，在内层和外层制备过程中进行汽爆时，杨木浆含水率为5％，汽爆压力为1 MPa，处理时间为60 s。

(3)中间层的制备：按重量份数准备2份木质素-碳水化合物复合物和100份聚烯烃树脂，将木质素-碳水化合物加入聚烯烃树脂中，超高速分散10分钟。

(4)辊压贴合，在内层与外层之间涂布中间层，然后辊压并加热贴合定型。贴合定型温度为130℃、压力为0.28MPa得到贴合纸，贴合纸在10秒内冷却至25℃得到咖啡滤纸。

将咖啡滤纸进行滤水试验，并按照GB/T454-2002标准测定其耐破度，试验结果如下表1所示。

示例 3

一种咖啡滤纸，其制备方法如下：

(1)内层的制备：按质量份数配制麦草浆100份、聚丙烯酸酯10份、聚硅氧烷18份、气相二氧化硅12份、羟甲基纤维素5份、淀粉8份、1.5FPU/GBF7658α-淀粉酶。

首先将聚硅氧烷和气相二氧化硅混合，在75℃、pH7的条件下搅拌60分钟，然后降温至25℃加入聚丙烯酸酯，超声分散65分钟，得到混合溶液。然后对麦草浆进行蒸汽爆破处理，将加热至100℃的混合溶液喷洒在麦草浆表面，静置50分钟。然后将得到的浆料与羟甲基纤维素、淀粉、淀粉酶一起加入水中，分散20分钟得到浆料。该浆料用于造纸得到内层。

(2)外层的制备：按重量份数准备杨木浆80份、聚乙烯纤维40份、气相二氧化硅12份、木质素20份。

将杨木浆经过蒸汽爆破处理后，与聚乙烯纤维、气相二氧化硅、木质素一起加入水中，分散20分钟，得到浆粕，再用于抄纸得到外层。

其中，在内层和外层制备过程中进行汽爆时，麦草浆和杨木浆的含水率均为10%，汽爆压力均为2 MPa，处理时间均为80 s。

(3)中间层的制备：按等比例配制8重量份的木质素-碳水化合物复合物和100重量份的聚氨酯树脂与聚烯烃树脂的混合物，将木质素-碳水化合物加入混合物中，超高速分散15分钟。

(4)滚压贴合，在内层与外层之间涂布中间层，再滚压并加热贴合定型。贴合定型温度为150℃、压力为0.35MPa得到贴合纸，贴合纸在20秒内冷却至20℃即得到咖啡滤纸。

将咖啡滤纸进行滤水试验，并按照GB/T454-2002标准测定其耐破度，试验结果如下表1所示。

示例 4

一种咖啡滤纸，其制备方法如下：

(1)内层的制备：按重量份数准备桉木浆100份、聚丙烯酸酯7份、聚硅氧烷16份、气相二氧化硅8份、羟甲基纤维素4份。

首先将聚硅氧烷和气相二氧化硅混合，在68℃、pH6.5的条件下搅拌45分钟，然后降温至23℃加入聚丙烯酸酯，超声分散50分钟，得到混合溶液。然后对桉木浆进行蒸汽爆破处理，将加热至85℃的混合溶液喷洒在桉木浆表面，静置25分钟。然后将得到的浆料和羟甲基纤维素一起加入水中，解离16分钟，得到浆料。用该浆料造纸得到内层。

(2)外层的制备：按重量份数计，桉木浆65份、聚丙烯纤维与聚乙烯纤维等比例混合物35份、气相二氧化硅8份、木质素18份。

桉木浆经过汽爆处理后，与聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、气相二氧化硅、木质素一起加入水中，分散15分钟，得到浆粕，再用于造纸得到外层。

其中，在内层和外层制备过程中进行汽爆时，桉木浆含水率为7%，汽爆压力为1.5 MPa，处理时间为65 s。

（3）压延复合：将内层与外层压延，加热复合、复合定型，复合定型温度为140℃，压力为0.30MPa，得到复合纸，复合纸在15秒内冷却至22℃，得到咖啡滤纸。

将咖啡滤纸进行滤水试验，并按照GB/T454-2002标准测定其耐破度，试验结果如下表1所示。

表格1。

这里所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神的举例，本领域技术人员可以对所描述的具体实施例做出各种修改或添加或者以类似的方式替换它们，但是它们不会背离本发明的精神或超出所附权利要求所限定的范围。