功能性煙支用紙的開發(fā)及應用

殷沛沛 王理珉 董高峰 楊 威 張 強 向 明 王保興

(云南煙草科學研究院，云南昆明，650106)

近年來，隨著我國政府履行《煙草控制框架公約》全面深入的展開和社會對吸煙與健康問題關注的不斷增強，如何同時提升卷煙的感官品質(zhì)和降低卷煙的危害，開發(fā)出具有高香氣、低危害的卷煙已成為增強卷煙品牌競爭力、促進品牌發(fā)展的關健。卷煙的增香保潤和減害降焦是一門涉及卷煙生產(chǎn)整個工藝過程的綜合性技術。除了調(diào)控卷煙葉組配方外，使用合適的卷煙輔助材料，尤其對現(xiàn)有煙支用紙 (包括成型紙、接裝紙、卷煙紙、紙質(zhì)濾嘴棒等)進行改性及應用，體現(xiàn)產(chǎn)品的技術含量和差異化個性，愈來愈成為改善卷煙品質(zhì)、滿足目前市場需求的有效途徑之一。

國內(nèi)外對煙支用紙已經(jīng)開展了大量的研究，通常采用通風稀釋的手段降低卷煙的焦油量以減輕吸煙對人體的危害，如高透卷煙紙、成型紙的使用，接裝紙的打孔等［1-3］。但隨著卷煙焦油量的降低，煙味變淡，香氣減弱，卷煙產(chǎn)品失去原有的風格，難以被消費者接受。因此，通過對現(xiàn)有煙支用紙進行改性，制備功能性煙支用紙，密切結(jié)合卷煙葉組配方，在提高卷煙安全性，彰顯其風格和個性化特征等方面具有十分重要的意義。本文對目前報道的成型紙、接裝紙、卷煙紙和紙質(zhì)濾嘴棒用紙改性的相關研究進行總結(jié)，以期為煙支用紙的開發(fā)提供新思路，進而更加有效地開發(fā)出適用于產(chǎn)品的功能性煙支用紙。

1 成型紙

成型紙作為卷煙濾嘴棒的重要組成部分，通常是為了將絲束成型為濾嘴棒，對于卷煙減害、改善口感并沒有直接的作用。如何有效地對成型紙進行改進，充分發(fā)揮其卷煙輔助材料的功能性作用，已成為煙草科技工作者關注的重點。

1.1 提升抽吸品質(zhì)

劉雯等人［4］把從鐵觀音茶中提取的有效成分添加到卷煙成型紙中，結(jié)合卷煙感官質(zhì)量評價對鐵觀音茶提取物在卷煙成型紙中的應用可行性進行了初步的探討。結(jié)果表明，鐵觀音茶提取物能明顯改善卷煙抽吸品質(zhì)，使煙氣柔和、甜潤，并能凸顯茶香。曾曉鷹等人［5］以羅漢果、菊花、金銀花、檸檬等天然植物為原料，先后經(jīng)水提取、食用酒精脫香、脫色、萃取、離心、超細過濾后濃縮制得提取物，涂布在成型紙的表面。該成型紙能夠消除現(xiàn)有成型紙異味，豐富濾嘴棒成型紙的內(nèi)在表現(xiàn)形式，與現(xiàn)有的產(chǎn)品相比，產(chǎn)品的抽吸品質(zhì)和風格特征均有所提升。李旭華等人［6］以云南石林種植的NC82煙草為香料源，經(jīng)乙醇浸提、減壓蒸餾后分離得到致香物質(zhì)，并將其涂布在成型紙上。在卷煙抽吸時不引入雜氣，達到了提高卷煙香氣濃度、諧調(diào)煙香、改善舒適性、提升卷煙品質(zhì)的目的，同時不影響成型紙的透氣性。李元實等人［7］以水果、葉片、菌類和鮮花中的一種或多種成分為原料，經(jīng)醫(yī)藥凍干、造碎后得到凍干植物粉，與溶劑混合后涂布在成型紙上。采用該成型紙制作的濾嘴棒使卷煙具有花香、果香、檀香、木香等多元香氣。

1.2 降低有害成分

遲廣俊等人［8-9］分別把普洱茶粉末和活性炭纖維，通過β環(huán)糊精、聚乙烯醇或淀粉膠等黏結(jié)劑使其黏結(jié)在成型紙上，該吸附層有效地減少了主流煙氣中揮發(fā)性和半揮發(fā)性的有害物質(zhì)如亞硝酸鹽、苯并芘、焦油等。謝蘭英等人［10］將聚乙烯醇樹脂液、電氣石粉、水溶性貴金屬鹽、凹凸棒土、麥飯石等材料配制成一種涂料，將該涂料涂布在高透成型紙上制成功能濾嘴棒，可以除去煙氣中15%以上CO、25%以上氮氧化物、25%以上煙草特有亞硝胺 (TSNAs)，并能減少重金屬和其他有害成分。劉波［11］以甘草、白芷、川芍、菊花等中草藥為原料，將其煎成藥液后經(jīng)蒸餾得到萃取液;再將吸附材料分散在樹脂液中，最后加入中草藥萃取液進行研磨制得煙用成型紙涂料;使用該涂料成型紙的濾嘴棒可除去煙氣中40%的CO、80%的氯化氫、70%的丙烯醛和苯。

2 接裝紙

接裝紙是將煙絲段與濾嘴棒段接裝為煙支的一種卷煙用紙 (也稱水松紙)。當吸煙者吸煙時，接裝紙直接接觸吸煙者的嘴唇。因此，接裝紙的衛(wèi)生與否和印刷殘留物對人體健康的影響是一個不容忽視的問題，通常要求其印刷油墨和涂層無毒，符合食品衛(wèi)生標準，且具有一定的抗水性和濕強度［12-13］。此外，接裝紙獨特的印刷具有強烈的個性特征和視覺效果，也逐漸成為消費者關注的焦點。

2.1 賦予產(chǎn)品不同風格

鄭壽良等人［14］將接裝紙印刷涂料與具有香、甜、酸、苦、辛等不同風味風格的食品添加劑調(diào)和在一起涂布印刷在接裝紙上，由此生產(chǎn)的卷煙具有香、甜、酸、苦、辛等不同風味風格，增加了卷煙的花色品種，提高卷煙的檔次。王理珉等人［15］將菠菜、胡蘿卜或青菜加工成糊狀菜泥，加入黏結(jié)劑瓊脂，干燥后軋制成蔬菜紙。將其作為接裝紙大大提高了濾嘴棒入口的安全性。利用蔬菜的天然色澤制成的彩色接裝紙突出了個性化，增加了產(chǎn)品的新穎性和競爭力。

2.2 提升抽吸品質(zhì)

任軍林等人［16］以煙草提取物、煙草致香物質(zhì)和植物提取物為主要原料，綜合配伍多種單體及板塊香料，作為一種香料添加劑添加到接裝紙上并按常規(guī)程序卷制成煙支，感官評吸表明，該添加劑能明顯掩蓋改良深色接裝紙的異味，明顯提高了香氣質(zhì)，且香氣柔和、細膩、煙氣濃度高。向能軍等人［17］采用常規(guī)方法從黃精、杭白菊、北沙參、枸杞和金銀花中提取其固體物作為接裝紙的添加劑，將其添加在接裝紙上燃吸時不破壞煙香，煙氣濕潤感好，口腔有生津回甜感，可以減少吸煙引起的咽喉不適、咳嗽、痰多等癥狀。

2.3 提高安全性

王理珉等人［18］將玫瑰茄色素、紅球甘藍色素、黑加侖色素、紫玉米色素、高粱紅色素、可可殼色素、菊黃素及紅花黃色素中的任一種天然植物色素加入接裝原紙漿料內(nèi)進行染色?；?qū)⑸涔麑嵣］鼗驐d子樹果實梔子水煮、過濾，濾液稀釋后加入阿拉伯半乳聚糖，對白色接裝原紙進行浸漬染色。用可食用的天然植物染料對接裝原紙進行染色，具有成本低、安全性高等優(yōu)勢，另外某些植物材料染料具有抗氧化活性和殺菌作用，可賦予接裝紙降低煙氣有害成分和抗菌等功能。何金星等人［19］把從天然植物中提取的天然抗菌劑、殼聚糖生物抗菌劑或由磺胺類、酚類、醛類、酮類、酸類、季銨鹽類、咪唑類、鹵素類中一種或幾種混合的有機抗菌劑，在接裝原紙制造或印刷過程中添加制備了含有微量抗菌物質(zhì)的接裝紙。由于接裝紙中僅含有微量的抗菌物質(zhì)，對其物理特性不會產(chǎn)生顯著影響，添加有抗菌物質(zhì)的接裝紙在一年內(nèi)均能保持抗菌能力。

3 卷煙紙

與其他煙支用紙 (如接裝紙 (水松紙)、成型紙)相比，卷煙紙最主要的特點是參與燃燒，對卷煙的燃燒速率、主 (側(cè))流煙氣組分和灰分等都有較大影響。在卷煙紙產(chǎn)品開發(fā)及研究中，主要圍繞著如何提高卷煙紙的透氣度、強度及控制燃燒速度等問題而開展的［20-21］。近年來，得益于其他學科的快速發(fā)展，煙草科技工作者將材料制備技術、天然產(chǎn)物提取技術、催化吸附技術等應用到卷煙紙開發(fā)中，在改善卷煙品質(zhì)和減害降焦等方面取得了一定的效果和應用。

3.1 提升抽吸品質(zhì)

張優(yōu)茂等人［22］在卷煙紙生產(chǎn)過程中，將薄荷顆粒加入紙漿中制成薄荷卷煙紙。抽吸時具有天然的薄荷香味，有效地改善了抽吸的舒適感，提升了抽吸品質(zhì)。向能軍等人［23］以甘草酸鉀作為改善劑添加到卷煙紙上，不僅對卷煙紙具有助燃功效，還能夠減少卷煙紙燃燒產(chǎn)生木質(zhì)氣引起的不舒適性，提高了煙氣的香氣質(zhì)、增加了圓潤性，改善了吃味。黃富等人將分子囊化薄荷腦涂布于卷煙原紙上，制成特色薄荷型卷煙紙并卷制成煙支。與傳統(tǒng)薄荷型卷煙的生產(chǎn)相比，采用特色薄荷型卷煙紙生產(chǎn)卷煙，減少了薄荷腦在貯存期間的揮發(fā)轉(zhuǎn)移，且薄荷清涼感不隨抽吸口數(shù)的增加而減少，確保了抽吸時口味始終如一，改善了薄荷型卷煙的品質(zhì)，并解決了薄荷型卷煙生產(chǎn)中生產(chǎn)線串味的問題［24］。

3.2 降低有害成分

聶聰?shù)热耍?5］將具有較大比表面積的多孔載體如離子交換樹脂等與不同的金屬離子絡合后得到金屬絡合材料。將其添加到卷煙紙上可使卷煙主流煙氣中有害的氫氰酸降低13%。鄭屹［26］從菊花、羅布麻、淡竹葉、迷迭香、黃芪、蒲公英或白花蛇舌草中得到提取物，將其與檸檬酸鹽和蘋果酸鹽混合后制得添加劑，通過涂布或浸涂的方式負載于卷煙紙上，能夠選擇性降低卷煙主流煙氣中的有害成分，其中，巴豆醛降低20%～40%，酚類減低15%～25%，氫氰酸降低15% ～30%。

3.3 阻燃卷煙紙

李旭華等人［27］在卷煙紙上涂布一層由海藻酸鉀、海藻酸鈉和氫氧化鎂等組成的阻燃物質(zhì)。卷煙燃燒至阻燃帶位置時，卷煙會自行熄滅，從而在一定程度上減少了火災事故的發(fā)生。阻燃物質(zhì)無色無味，燃吸時不會帶來外源氣息，對卷煙抽吸風格和抽吸質(zhì)量影響不大。何沛等人［28-29］采用氫氧化鋁、乙基纖維素或磷酸、磷酸鹽作為阻燃材料，研制了一種高效阻燃的低引燃傾向卷煙紙涂料，其符合卷煙安全品的標準，價格低廉，能有效地滿足低引燃傾向卷煙紙涂料的要求。

3.4 著色卷煙紙

何金星等人［30］將甲基纖維素、黏合劑、紅景天提取物混合后通過凹版或柔版印刷工藝印刷在全麻或半麻的卷煙紙上制成含有紅景天提取物的彩色卷煙紙。其具有很好的抗氧化作用，能很好地解決氧化和輻射問題，使吸煙者更加安全，且具有調(diào)香、提香、諧香等改善煙草香氣和品質(zhì)的作用。楊紹文等人［31］把煙草提取物、紅茶、橡子果殼、核桃果殼、可可殼的天然提取物通過不同比例混合調(diào)配成水溶液，涂染在空白卷煙紙上開發(fā)出符合市場需求的棕色卷煙紙，并成功將其應用在“玉溪 (和諧)”產(chǎn)品上。熱裂解結(jié)果表明，其與進口有色卷煙紙的熱解產(chǎn)物種類基本一致，且不會對卷煙的煙氣指標和抽吸品質(zhì)產(chǎn)生負面影響。

4 紙質(zhì)濾嘴棒

卷煙濾嘴棒是卷煙不可或缺的組成部分，濾嘴棒對卷煙的抽吸品質(zhì)和減害降焦有著顯著的影響。與目前普遍使用的醋酸纖維濾棒相比，紙質(zhì)濾嘴棒具有對粒相組分過濾效率高、價格便宜、環(huán)保等優(yōu)點，但其在卷煙燃吸過程中存在熱塌陷、煙氣發(fā)干、有明顯紙味等缺點。如何在紙質(zhì)濾嘴棒減害降焦的同時，改善卷煙的抽吸品質(zhì)，一直是煙草行業(yè)致力研究和要解決的問題。

4.1 提升卷煙品質(zhì)

劉建福等人［32］選取木漿纖維和麻漿纖維中的一種或兩種，與弱極性化學纖維 (如聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚苯乙烯纖維和聚醋酸纖維等)混合，經(jīng)疏解、磨漿后，在漿料里添加極性調(diào)節(jié)助劑，采用濕法抄紙得到紙質(zhì)濾材，將其成型后制成紙質(zhì)濾嘴棒或復合濾嘴棒應用于卷煙，顯著改善了普通紙質(zhì)濾嘴棒對卷煙感官質(zhì)量的影響，極大地提高了紙質(zhì)濾嘴棒在卷煙中的適用性。馬濤等人［33］向聚酯纖維中加入功能助劑，磨漿后分別與制備的非木漿纖維漿料或木漿纖維漿料在配漿池中混均配漿，經(jīng)造紙機抄造、脫水、干燥后得到原紙，將香精涂料涂在原紙表面上，再經(jīng)二次干燥制備紙質(zhì)濾材。采用聚酯纖維與植物纖維混合抄紙，增強了紙張的強度，改善了紙張性能。用于卷煙濾嘴棒能夠解決抽吸品質(zhì)調(diào)控的問題。李克等人［34］將款冬花、紫苑、荊芥、桔梗、蘆根、矮地茶、百部、白前、薄荷、甘草等中的一種或幾種粉碎后，與造紙用的木漿、棉漿或竹漿等一起磨漿，或?qū)⒃辖?jīng)水或乙醇浸提后，將提取物涂布或噴灑在卷煙紙質(zhì)濾材上，然后卷煙紙質(zhì)濾材經(jīng)壓紋、干燥、分切，成型為卷煙濾嘴棒，該濾嘴棒能顯著降低紙質(zhì)濾嘴棒卷煙的刺激性和雜氣，改善了吸味，提高了紙質(zhì)濾材在卷煙中的適用性。同時李克等人［35］還將含有保濕劑的溶液涂布或噴灑在卷煙紙質(zhì)濾材上制成紙質(zhì)濾嘴棒，改善了紙質(zhì)濾嘴棒的水分平衡，降低了紙質(zhì)濾嘴棒卷煙的刺激性，提高了口腔舒適度。

4.2 降低有害成分

沈妍等人［36］將木漿纖維、棉漿纖維、麻漿纖維、竹漿纖維等以氣流成網(wǎng)方式形成纖維網(wǎng)，并輥壓成型，將活性碳、天然植物粉體等吸附材料與煙用膠黏劑混合后施加到纖維網(wǎng)上，再輥壓成型，烘干使之黏合固化，再經(jīng)干法制紙后續(xù)工序制得紙質(zhì)濾材;該紙質(zhì)濾材可有效降低卷煙煙氣中的焦油、煙堿、固體粒相物和其他多種有害成分，提高了卷煙的安全性。金勇等人［37］將長的二醋酸纖維磨漿成短纖維，在胺類物質(zhì)溶液浸泡后經(jīng)去離子水洗滌得到胺類物質(zhì)官能化的二醋酸纖維，與磨漿后的木漿或麻漿混合，采用濕法抄紙，經(jīng)壓紋、分切后成型加工制得卷煙濾嘴棒;在保持卷煙感官質(zhì)量基本不變的情況下，焦油可降低3～5 mg/支，苯酚、鄰苯二酚、間苯二酚、對苯二酚和對甲酚的去除率最好，分別可達36.04%、18.03%、36.81%、22.04%和29.83%。姚二民等人［38］以茶葉末為主要原料，與木漿纖維按照一定比例混合，抄造出茶葉紙，制成茶質(zhì)濾嘴棒后與卷煙對接制成茶葉濾嘴棒卷煙。檢測結(jié)果表明，與對照濾嘴棒卷煙相比，茶質(zhì)濾嘴棒卷煙煙氣氣相自由基和固相自由基分別降低16.42%～36.80%和18.00%～33.80%，茶質(zhì)濾嘴棒卷煙煙氣中N-亞硝基去甲基煙堿 (NNN)、4-(N-甲基亞硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮 (NNK)、N-亞硝基假木賊堿 (NAB)、N-亞硝基新煙草堿 (NAT)和總 TSNAs分別降低16.88% ～23.04%、11.62% ～15.12%、17.41% ～26.04%、11.39% ～17.38%和14.61% ～17.41%。

5 展望

盡管目前圍繞功能性煙支用紙的開發(fā)開展了大量的研究工作，并報道了一些產(chǎn)品的實際應用效果，但就卷煙生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展要求而言，真正能廣泛用于卷煙品牌并產(chǎn)生較好經(jīng)濟和社會效益的產(chǎn)品并不多見。同時，一些應用效果較好的功能性煙支用紙雖然實現(xiàn)了應用，如著色卷煙紙等，但其對卷煙感官品質(zhì)、煙氣成分及安全性的影響缺乏系統(tǒng)的理論支持。因此，功能性煙支用紙的開發(fā)需材料、化學、造紙及毒理學等學科知識的綜合應用，開拓思路，深入研究，緊密結(jié)合卷煙葉組配方，以卷煙增香保潤和減害降焦為主題，在不影響卷煙風格特征和安全性的基礎上，充分凸顯卷煙產(chǎn)品的個性化特征。具有新功能、高附加值和高技術含量的煙支用紙必將有利于卷煙品質(zhì)的提高，大大增強卷煙品牌的競爭力和卷煙企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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