卷煙降焦技術(shù)的研究進(jìn)展

寧晚娥　魏子凱　張昊　林海濤

摘要 焦油是煙草產(chǎn)品燃燒時主要的危害物之一，對于煙草的降焦減害是整個煙草行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。本文從煙絲降焦、濾嘴降焦和煙紙降焦3個方面介紹了國內(nèi)外近幾年的各種降焦方法及特點(diǎn)，分析了各種降焦方法的作用原理及效果，并提出了未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 焦油;降焦;方法;發(fā)展方向

中圖分類號 TS452

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-5739（2019）08-0240-04

我國是一個煙草大國，是全球吸煙人數(shù)最多的國家，擁有3.5億煙民。煙草行業(yè)是我國西南省份重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益逐年增加，2017年我國煙草業(yè)的稅利達(dá)到了11145.1億元，同比增長3.24%。與此同時，煙草產(chǎn)品帶來的公共環(huán)境衛(wèi)生、人身健康和社會輿論壓力等諸多問題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

眾所周知，香煙燃燒時的煙霧中含有幾千種化學(xué)物質(zhì)，其中有很多是對身體有嚴(yán)重危害的。煙霧中常見的對身體有害的物質(zhì)有尼古丁、焦油、亞硝胺、一氧化碳、放射性物質(zhì)等，其中焦油是導(dǎo)致癌癥的罪魁禍?zhǔn)?，它是由多種烴類及烴的氧化物硫化物和氮化物等5000種總物質(zhì)組成的復(fù)雜化合物”，是煙支在不完全燃燒及其裂解反應(yīng)過程中產(chǎn)生的，一般以氣溶膠形式存在于煙氣中，其中的稠環(huán)芳烴、苯并芘、酚類為致癌物和癌癥促進(jìn)物。國際上一般也以焦油釋放量的高低作為評價卷煙安全性的主要指標(biāo)。因此，降低煙草產(chǎn)品燃燒時煙霧中的焦油量已經(jīng)成為煙草行業(yè)主攻的課題。

1煙絲降焦

卷煙的主要結(jié)構(gòu)是煙絲，包含的化學(xué)成分及其具備的理化特征對焦油的產(chǎn)生量有著重要的影響。因此，煙絲降焦是工業(yè)降焦的重要手段之一。

1.1調(diào)整煙絲組分

卷煙中煙絲所占的組分直接影響焦油的產(chǎn)生量，調(diào)整煙絲的結(jié)構(gòu)及配比添加合適的輔料以及摻用“三絲”（膨脹煙絲膨脹梗絲煙草薄片）能夠有效降低卷煙的焦油含量2。

孫德坡等研究發(fā)現(xiàn)，提升卷煙中梗絲的添加比例，對卷煙的減害降焦具有重要作用。但在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，梗絲添加比例過高，會帶來木質(zhì)氣、雜氣、刺激、灼熱感等，影響抽吸品質(zhì)。張振臣等4在研究多種卷煙組分及配比后提出，要根據(jù)不同種類煙絲的質(zhì)量和特點(diǎn)來確定其在葉組配方中的比例，以達(dá)到最佳的降焦效果。同時，在煙絲中摻兌膨脹煙絲、膨脹梗絲及再造煙葉，對提高填充值和降低焦油有明顯作用5。

1.2煙絲添加劑

在煙絲的加工過程中，加人添加劑，可以改變煙絲的成分及燃燒特性，從而達(dá)到降焦的目的。朱智志等問運(yùn)用不同加工工藝研究了2種納米材料添加于煙絲上的降焦效果，發(fā)現(xiàn)將2%Al2O3納米材料均勻地添加到煙絲中，發(fā)揮了最佳的吸附性能，顯著降低了煙氣中焦油和CO的含量。同時，Al2O3納米材料又有富氧助燃功能，在煙絲燃燒時起氧化催化助燃作用，有效地降低了煙絲的不完全燃燒，生成的煙氣焦油和CO量更低。詹建波等研究發(fā)現(xiàn)，將RSN一E添加到煙絲中，其燃燒的總粒相物、焦油量CO和煙氣均有所降低。楊虹琦等8采用微生物和酶技術(shù)處理煙絲，能充分發(fā)揮微生物和酶對有機(jī)大分子的降解作用，更好地對煙絲進(jìn)行降焦減害。沈凱等9將添加鉀鹽的煙絲分別在氮?dú)鈿夥罩辛呀庖约翱諝鈿夥罩腥紵?。結(jié)果表明，添加鉀鹽可以降低卷煙的最高燃燒溫度，降低有害物質(zhì)的生成。

1.3溶劑處理

研究報道，通過溶劑浸提的方式處理煙絲可以去除有害成分的前體物，從而降低煙氣中有害成分的釋放量。Mccormack等I研究了包含自來水.95%乙醇、磷酸、檸檬酸、NaOH溶液的多種介質(zhì)去除煙草不溶性蛋白質(zhì)和不溶性氮，可以有效減少煙草在燃燒過程釋放的含氮有害;Li等叫用含過氧化氫和某種堿金屬氫氧化物的溶液提取煙草，降低煙草中的含氮化合物和木質(zhì)素;John等呼用超臨界二氧化碳及吸附劑浸提煙草，有效地去除了煙草中的TSNAs;Monrad等吲用甲醇及乙醇等有機(jī)溶劑處理煙草減少煙氣中苯并芘含量;田海英等4在亞臨界條件下，用二甲醚和丁烷分別處，理煙絲，在保持其外觀形狀完好的前提下，煙絲中的煙堿量和卷煙煙氣中的焦油及有害成分都有所下降。付瑜鋒等5將液態(tài)二氧化碳經(jīng)破壁后，用乙醇作為萃取劑浸提煙絲，發(fā)現(xiàn)煙絲中的HCN和氨的釋放量、CO苯并芘、苯酚均明顯降低。

1.4工藝改進(jìn)

煙草需要經(jīng)過烘烤來加速干燥，快速去除其中的水分，但烘烤的工藝條件會影響煙草的成分及理化性質(zhì)。雷諾士煙草公司研究人員將煙葉的直接烘烤方式變?yōu)闊峤粨Q式烘烤，可以將TSNA含量降低約80%/16。其他學(xué)者研究表明，在煙草的調(diào)制周期中用微波或較高頻波的輻射處理可有效地降低甚至去除其致癌物NNN和NNK，如紫外線輻射或超聲波輻射。川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司研究發(fā)現(xiàn)，選擇適當(dāng)?shù)暮婵緶貪穸饶苡行Ы档蜔熑~燃燒后的焦油、氨及苯并芘等有害成分釋放量。李常軍、張樹堂等研究認(rèn)為高溫或低濕的工藝條件可減少硝酸鹽向亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化。萬里興采用液氮冷凍干燥技術(shù)把烘烤后的煙葉經(jīng)冷凍干燥，能提高煙葉的燃燒性，從而大大地減少了煙葉燃燒過程焦油的生成量。同時，也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，煙葉的復(fù)烤醇化可以繼續(xù)降解煙葉中的有害物質(zhì)。

2濾嘴降焦

2.1濾嘴結(jié)構(gòu)

焦油經(jīng)濾嘴過濾然后進(jìn)入口腔，過濾的路徑也是影響降焦效果的因素之一。于川芳等呷研究表明，隨著濾嘴長度的增加，可提高焦油和煙堿量過濾率，降焦減害效果顯著。盛培秀27研究了溝槽結(jié)構(gòu)與卷煙溝槽紙對焦油濾除的影響，發(fā)現(xiàn)溝槽結(jié)構(gòu)在一定程度上改變了煙氣流動路線，提高了J焦油濾除效率，煙氣降焦減害作用明顯。韓勇等8等發(fā)明了一種中空異型濾嘴，能夠顯著提高對煙氣中焦油的過濾效率。高占勇等9發(fā)明了一種結(jié)構(gòu)模塊化的卷煙濾嘴，濾嘴分為若干結(jié)構(gòu)模塊化單元，可根據(jù)消費(fèi)者多元化的需求差異，自由組合形成不同類型的濾嘴。BrownSE等發(fā)明了非多孔微毛細(xì)管的濾嘴，通過調(diào)整微毛細(xì)管的直徑能夠調(diào)節(jié)焦油遞送量。

2.2濾嘴材料

目前，常用的濾嘴材料為醋酸纖維濾嘴。紙質(zhì)濾嘴也有報道啊，但由于其容易吸潮變形、吸附能力不穩(wěn)定、抽吸次數(shù)少等缺點(diǎn)在市場上尚未得到廣泛認(rèn)可。隨著改性材料與新型材料的開發(fā)與應(yīng)用，濾嘴新材料的開發(fā)與研究也為煙草降焦開啟了新的方向。韓敏等4研究對比了醋酸纖維絲束濾嘴和改性聚丙烯纖維絲束濾嘴對卷煙煙氣中有害成分的過濾效果，發(fā)現(xiàn)醋纖濾嘴對煙氣中氨的過濾效率高于改性丙纖濾嘴，改性丙纖濾嘴對多環(huán)芳烴的過濾效率高于醋纖濾嘴，對其他有害成分，兩者過濾效率接近。王濤等35研究了多種保濕劑改性二醋酸纖維絲束對卷煙保潤性能的影響，發(fā)現(xiàn)殼聚糖改性二醋酸纖維絲束能提高卷煙主流煙氣水分含量.王宗英等阿報道，與普通醋纖濾嘴相比，多孔淀粉復(fù)合濾嘴對煙氣成分的吸附和過濾效果明顯，而且具有降低刺激性和改善余味的功能。

2.3添加吸附劑

也有眾多學(xué)者對不同吸附劑添加到濾嘴當(dāng)中作為卷煙的降焦方式做過詳細(xì)研究。卷煙煙氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員通過在卷煙過濾嘴中添加玉米多孔淀粉以及交聯(lián)磷酸玉米多孔淀粉可以對卷煙煙氣氣相物中的HCN氨及巴豆醛起到選擇性吸附的效果。國內(nèi)外眾多學(xué)者報道了殼聚糖及其衍生物作為濾嘴吸附劑的研究，發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物對降低煙氣中的焦油和煙堿含量十分有效童保云等啊將氯化錳、鹽酸、黏土和過渡金屬鹽溶液自制得到金屬氧化物摻雜的吸附劑應(yīng)用到濾嘴中，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加5%金屬氧化物含量時的吸附劑吸附性能最好，新型吸附劑可降低卷煙焦油量達(dá)到3mg/支，降焦率達(dá)到25%。謝笑天等將自制的復(fù)合納米吸附劑均勻分散于二醋酸纖維過濾嘴棒中，有效地提高嘴棒的吸附、過濾效率，卷煙焦油量降低了4.4mg/支，滿足低卷煙焦油量的實(shí)際工業(yè)化要求。程占剛等凹進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)高分子多孔徑材料濾嘴吸附劑的研制，報道了一種生產(chǎn)工藝簡單的納米介孔級高分子多孔徑材料，有效降低了卷煙煙氣中的焦油和苯并（a）芘，具有較好的應(yīng)用前景。柴穎等|4報道，將石墨烯納米材料作為吸附劑用于卷煙濾棒中，可以減少有害物質(zhì)的釋放量。

2.4增加添加劑

馬宇平田3利用索氏抽提法從茶葉中提取了茶多酚和香味物質(zhì)，將其溶于三醋酸甘油酯，作為增塑劑加人到醋酸纖維中，制成新型嘴棒，結(jié)果表明，主流煙氣中有害成分顯著下降19。蔡波等4研究了3種天然材料甘蔗（MZ）、香櫞（HR）和杉木（G1）濾嘴添加劑的結(jié)構(gòu)及其在卷煙產(chǎn)品中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)添加了天然材料顆粒的卷煙能在一定程度上對卷煙起到增香的作用，同時天然材料添加劑的加人也能大大降低卷煙主流煙氣的有害成分和卷煙的危害性指數(shù)。另外，還有學(xué)者報道，以動物血紅蛋白為原料的復(fù)合生化劑添加到濾嘴中可降低卷煙煙氣中50%左右的N-亞硝胺。

3煙紙降焦

煙紙是卷煙最主要的輔料，主要有卷煙紙接裝紙和成型紙3種。目前，采用高透氣度的煙紙也是煙草行業(yè)常用的減害降焦方式之一。

3.1卷煙紙降焦

卷煙紙用來包裹煙絲，在吸煙過程中與煙絲一起參與燃燒過程。卷煙紙的特性對卷煙煙氣中焦油產(chǎn)生量有明顯影響。不同透氣度和定量的卷煙紙對煙氣中水分和焦油的含量影響不同1401。也有研究發(fā)現(xiàn)，卷煙紙自然孔隙率的高低，能直接影響其透氣度和煙支的靜態(tài)燃燒速度，進(jìn)而影響煙支的焦油釋出量。羅麗莉等148利用天然煙草纖維作為主要原料的彩色卷煙紙，可以有效減輕卷煙紙中非煙草有害成分的含量;黃海群等開發(fā)了含有棉纖維的卷煙紙，能有效減少卷煙紙燃燒時產(chǎn)生的危害。龔淑果等研究發(fā)現(xiàn)，在卷煙紙中添加助燃劑可在一定程度上降低焦油和CO的含量。

3.2成形紙降焦

成形紙包裹在濾嘴絲束外部形成濾棒，其主要材料是水松紙，其透氣度是影響卷煙煙氣指標(biāo)的重要因素，透氣度適當(dāng)增大，焦油、煙堿、一氧化碳等有害物質(zhì)均會一定程度地降低。謝蘭英等！5研究了一種新型含碳成型紙對降低卷煙煙氣有害成分的影響，結(jié)果表明，與普通成型紙相比，使用含碳成型紙的卷煙煙氣總粒相物、焦油、CO和煙堿均有所降低。幾年后，將功能材料OPTI（含氨基聚合物）涂布于纖維素紙上，考察其對卷煙煙氣焦油和有害成分釋放量的影響，研究發(fā)現(xiàn)，用其制成的功能濾嘴能夠高效選擇性降低煙氣中巴豆醛和氰化氫（HCN）的釋放量。孫賢軍等53將電氣石微粉、填料膠黏劑、增塑劑等制成涂料壓涂在成形紙上，然后卷制成含電氣石復(fù)合功能涂料的成形紙卷煙。研究結(jié)果表明，采用含電氣石復(fù)合功能涂料成形紙使卷煙煙氣中的焦油CO、NOx、亞硝胺、羰基化合物、氫氰酸、苯并芘類物質(zhì)分別降低了12.6%、15.0%、25.2%、12.5%、12.2%、30.4%、19.4%，而且卷煙感官質(zhì)量評價較好，未明顯影響卷煙的抽吸風(fēng)格。

3.3接裝紙降焦

接裝紙透氣度和長度也是影響卷煙煙氣指標(biāo)的兩大因素。接裝紙透氣度和長度增大，焦油煙堿、一氧化碳、抽吸口數(shù)、水分顯著降低54。目前，接裝紙的通風(fēng)技術(shù)主要是通過激光打孔來實(shí)現(xiàn)。但由于打孔接裝紙透氣的不均勻性，卷煙的降焦效果不穩(wěn)定，因此，研究接裝紙的參數(shù)和性能對卷煙降焦效果的影響也是必要的。邱寶平等156研究發(fā)現(xiàn)，打孔排數(shù)是影響接裝紙透氣度穩(wěn)定性和卷煙感官質(zhì)量的主要因素。劉建福等[9研究接裝紙的成孔方式對卷煙主流煙氣焦油和7種有害成分的釋放量的影響，發(fā)現(xiàn)在相同濾嘴通風(fēng)率條件下，與打孔接裝紙相比，自然透氣接裝紙卷煙具有較低的焦油、CO、HCN、NNKB[a]P、巴豆醛釋放量以及較低的CO/焦油比值和卷煙危害性指數(shù)。梁潔等5研究了自然透氣度的接裝紙和激光打孔接裝紙對主流煙氣中有害物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)在透氣度相同的情況下，自透接裝紙在降低煙堿、焦油、巴豆醛、CO和HCN的釋放量上更有優(yōu)勢。

4其他降焦方法

景延秋等158-60研究了氮、鉬硒鉀等微量元素對烤煙品質(zhì)的影響，并對烤煙工藝提出了合理的建議;單壘等在卷煙紙的印刷過程中，在印刷油墨中添加甜味劑和香精使接裝紙具有獨(dú)特的香味。還有學(xué)者建議煙草工業(yè)采取過濾、吸附（選擇性截留吸附）、主流煙氣稀釋、加速燃燒、添加降焦填充料等物理和化學(xué)的綜合措施來實(shí)現(xiàn)降焦也有一些研究者建議改進(jìn)煙葉栽培技術(shù)，培育和推廣低焦油的煙葉新品種，從根本上降低煙草的危害性。

5結(jié)語

科研工作者的研究領(lǐng)域從基礎(chǔ)的煙草種植到煙草加工的各個工藝階段都有所涉及。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，卷煙降焦的工藝必然會發(fā)生巨大的變革，基因工程納米技術(shù)、新型材料等新科技將會為卷煙降焦之路開辟一個新的發(fā)展方向。

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