煙草生產(chǎn)中卷煙降焦減害技術(shù)的應(yīng)用

劉志順

（山東臨沂煙草有限公司莒南分公司，山東 臨沂 276600）

隨著一系列煙草技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，通過(guò)對(duì)市售卷煙焦油含量的嚴(yán)格限制來(lái)減少吸煙對(duì)人類健康的危害。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，卷煙焦油中存在具有致癌和輔助致癌作用特性的物質(zhì)和成分。消費(fèi)者從自身出發(fā)選擇吸味平和、焦油含量低的品牌卷煙，逐漸改變?cè)葐渭冞^(guò)煙癮的消費(fèi)習(xí)慣。國(guó)家煙草局和煙草工業(yè)企業(yè)將煙草生產(chǎn)中減少焦油和其他有害物質(zhì)作為重點(diǎn)工作來(lái)抓，卷煙降焦減害成了煙草行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。因此，為適應(yīng)煙草行業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，加大力度探索開發(fā)煙草生產(chǎn)中卷煙降焦減害技術(shù)仍舊任重而道遠(yuǎn)。

1.卷煙焦油的產(chǎn)生及危害

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，香煙中存在2540多種成分經(jīng)過(guò)燃燒會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成的煙氣中含有致癌物質(zhì)高達(dá)400多種，致癌促進(jìn)劑高達(dá)10多種。卷煙焦油是在缺氧環(huán)境下，有機(jī)成分由于不完全燃燒生成的物質(zhì)，這種混合物涉及大部分含氧、含硫、含氮的烴及烴類的衍生物，所含多種致癌物質(zhì)（苯并芘、鎘、砷、β荼、胺、亞硝胺以及放射性同位素等）和致癌促進(jìn)劑（苯酚類、富馬酸等），盡管含量極低，但是存在經(jīng)常性、反復(fù)性、長(zhǎng)期性積累效應(yīng)。煙氣焦油中有害物質(zhì)占比99.4%，引發(fā)致癌物質(zhì)占比0.2%，起到協(xié)同致癌作用的物質(zhì)占比0.4%。從香煙盒上給出了高、中、低焦油含量的標(biāo)識(shí)，可以證實(shí)焦油是香煙中極為重要的有害成分。焦油中含量占比最多的是多環(huán)芳烴（如苯并芘、二苯吡、二苯蒽），這些強(qiáng)烈致癌劑一旦侵襲人類就會(huì)被人體組織中的芳烴羥化酶誘導(dǎo)代謝，進(jìn)而產(chǎn)生能夠共價(jià)結(jié)合DNA分子的物質(zhì)，該物質(zhì)具有強(qiáng)烈的致癌作用。焦油中還含有一類自身無(wú)致癌效果的酚類化合物，但是具備強(qiáng)烈的致癌促進(jìn)作用，對(duì)于不同種類型的煙草，它們的含量也有所不同。焦油中所含具有致癌和促癌作用的物質(zhì)，一旦被人類吸入呼吸道，能夠直接作用于氣管、支氣管粘膜，從而產(chǎn)生更多分泌物，抑制纖毛運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致氣管和支氣管出現(xiàn)炎癥；一旦被肺吸入后，就會(huì)使得酵素生成，作用于肺泡壁并使之受到破壞，從而彈性消失，變得彭大，進(jìn)而出現(xiàn)破裂，最終成為肺氣腫病變；一旦長(zhǎng)期在人體的咽部、喉部、氣管和支氣管部位的粘膜上持續(xù)粘附累積，就會(huì)使得細(xì)胞被誘發(fā)，出現(xiàn)異常增生現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生癌變。每天吸食香煙數(shù)量不足10支的消費(fèi)者與不吸食香煙的消費(fèi)者相比，患肺癌概率為5倍，然而，每天吸食香煙數(shù)量超過(guò)2包的消費(fèi)者與不吸食香煙的消費(fèi)者相比，患肺癌概率為20倍，由美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)可以得出吸食香煙患肺癌的概率高達(dá)90%以上。

2.卷煙降焦減害技術(shù)及應(yīng)用

2.1 農(nóng)業(yè)方面

農(nóng)業(yè)降焦減害技術(shù)的途徑是從源頭上尋求解決的方法。在煙草種植培育階段，選取焦油含量較低或者煙堿/焦油比值高的煙葉原料替換原來(lái)的卷煙配方里面的煙葉原料，或者選取新型的育種技術(shù)，通過(guò)煙草品種的改進(jìn)，進(jìn)而種植培育出焦油含量較低，危害較小的煙草品種。煙葉的種植方式，包括打頂方式、施肥方式、灌溉情況和采葉留葉多少和煙葉成熟度均會(huì)影響煙葉化學(xué)組分及總粒相物的含量，進(jìn)而影響煙葉的燃燒性能、焦油釋放量及其危害性，通過(guò)改進(jìn)煙葉的種植方式，既能保證煙草的產(chǎn)量同時(shí)又達(dá)到降焦減害的目的。無(wú)機(jī)組分包括氮元素、鉀元素等與煙葉化學(xué)組分及總粒相物的含量存在密切關(guān)系，進(jìn)而對(duì)煙葉焦油含量產(chǎn)生影響，改變無(wú)機(jī)組分的含量對(duì)降焦減害發(fā)揮著重要作用。

2.1.1 煙草品種的改進(jìn)及培育

煙草農(nóng)業(yè)一直把低焦油、低有害物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、新型的煙草品種作為改進(jìn)及培育的重大導(dǎo)向目標(biāo)。有研究表明，煙葉原料不同，香煙焦油釋放量不同。目前低焦油育種有兩條路徑，一方面通過(guò)選取焦油含量較低或者煙堿/焦油比值高的煙葉原料，進(jìn)而抑制焦油及有害物質(zhì)的生成；另一方面就是通過(guò)新型的育種技術(shù)改良和選育煙草品種，進(jìn)而種植培育出焦油含量較低、危害較小、產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良的煙草品種。研究表明，煙葉中含有機(jī)鉀含量或者含鉀濃度與焦油的釋放量存在負(fù)相關(guān)性，有機(jī)鉀含量越高或含鉀濃度越高，煙葉焦油及一氧化碳（CO）等有害成分的生成量越少。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院通過(guò)煙草品種對(duì)鉀元素吸收能力的遺傳特性研究，將土壤肥料中所含鉀元素進(jìn)行充分利用，研究出高鉀含量的煙葉材料，從而種植培育出焦油含量較低、危害較小、產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良的煙草品種?；跀?shù)據(jù)分析，對(duì)于不同品種的煙草，焦油釋放量有所不同，且具有遺傳方面的差異性。對(duì)于烤煙、曬晾煙和白肋煙來(lái)說(shuō)，烤煙這種煙草類型含糖量最高，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于烤煙品種，主要是選育品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量穩(wěn)定的煙草品種，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，品種選育是降焦油的主要手段之一，應(yīng)該通過(guò)一些育種手段，在煙堿含量和香氣濃度不受影響的前提下，降低煙氣中的總粒相物，進(jìn)而選育出焦油含量較低的烤煙品種，使之成為主料煙草。先進(jìn)國(guó)家也高度重視低焦油煙草品種的培育，成功采用多種育種技術(shù)（比如現(xiàn)代生物技術(shù)、基因技術(shù)）改良和培育煙草品種，進(jìn)而培育焦油含量較低、危害較小、產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良的煙草品種。經(jīng)研究表明煙草獨(dú)特具有的亞硝胺TSNA，是一種比較強(qiáng)烈的致癌物質(zhì)，在煙草調(diào)制陳化過(guò)程中基于中間產(chǎn)物生成TSNAs，基因技術(shù)，雜交或者優(yōu)選低硝酸鹽品種或者基因，從而培育出具有低硝酸鹽特性的煙草新品種。如美國(guó)通過(guò)這種基因技術(shù)已經(jīng)培育出具有低亞硝胺特性的煙草新品種，并在田間大量生產(chǎn)。此外其他國(guó)家也利用現(xiàn)代生物技術(shù)，在煙葉生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，盡可能地選取較好的植物生活環(huán)境、對(duì)農(nóng)藥的種類或者用量進(jìn)行篩選限制，以及對(duì)農(nóng)藥的剩余量進(jìn)行限制，從而培育出低有害物質(zhì)含量的煙草新品種。

2.1.2 煙葉種植方式的改進(jìn)

2.1.2.1 打頂對(duì)焦油含量的影響

在煙草栽培過(guò)程中，打頂方式對(duì)于煙葉發(fā)育和成熟度有所影響，還會(huì)對(duì)煙氣所含的化學(xué)組分及所含的總粒相物的含量有很大的影響，進(jìn)而會(huì)影響卷煙焦油釋放量。打頂會(huì)使煙葉變大、變重和變厚，影響煙堿含量和糖分，導(dǎo)致煙絲填充性能變差，從而使得焦油釋放量增加。但是如果不打頂，就會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)結(jié)果，改變煙葉質(zhì)量，呈現(xiàn)中性，使煙堿含量極速降低，煙葉無(wú)任何特性可言。此外煙株煙葉，早打頂、晚打頂和不打頂3種打頂方式對(duì)于煙氣中所含的總粒相物和生物堿的含量的影響來(lái)說(shuō)，早打頂?shù)母哂谕泶蝽敽筒淮蝽?。原因在于煙株被打頂之后，就?huì)失去頂端優(yōu)勢(shì)，從而影響煙葉對(duì)養(yǎng)分的吸收，因此煙葉打頂時(shí)間和打頂高度等打頂方式的準(zhǔn)確把握對(duì)煙葉品質(zhì)、產(chǎn)量和焦油釋放量、有害物質(zhì)的生成具有至關(guān)重要的影響。通過(guò)烤煙打頂對(duì)其焦油釋放量的影響關(guān)系研究表明，高打頂可以使煙葉焦油含量降低20%-30%。然而在實(shí)際煙葉栽培過(guò)程中，不僅要把焦油含量和煙堿含量考慮進(jìn)去，還需要保證煙氣的產(chǎn)量和品質(zhì)，因此在實(shí)際種植過(guò)程中，對(duì)煙葉盡量早進(jìn)行打頂，多留一些煙葉數(shù)量，這樣的打頂方式不僅可以使煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)有所保證，還會(huì)達(dá)到降焦減害的目的。

2.1.2.2 煙葉成熟度對(duì)焦油含量的影響

煙葉成熟程度不同，產(chǎn)生的焦油含量不同，煙葉成熟程度與卷煙焦油含量有著密切聯(lián)系。發(fā)育完好成熟度高的煙葉細(xì)胞組織生長(zhǎng)發(fā)育良好，煙葉的組織結(jié)構(gòu)相對(duì)比較疏松，細(xì)胞排列的間隙相對(duì)較大，密度相對(duì)變得比較小，煙葉含糖量相對(duì)變得較低，從而使其生產(chǎn)出的煙絲填充性相對(duì)較好，燃燒性等物理特性相對(duì)較好，此外，發(fā)育完好成熟度高的煙葉所釋放香味較濃，從而減少青雜氣和刺激性味道，從而增加煙葉的可使用性，降低焦油的釋放量。對(duì)于發(fā)育完好成熟度高的煙葉，顏色呈現(xiàn)橘黃色，所含的焦油量較低，與煙堿量能夠達(dá)成平衡，生產(chǎn)出的煙絲填充值性能好，所釋放較濃的香味；而對(duì)于發(fā)育較完好成熟度較高煙葉來(lái)說(shuō)，所含焦油量相對(duì)較低，所含的煙堿量相對(duì)較低，其具有較強(qiáng)的燃燒能力，由此做出來(lái)的煙絲填充性能相對(duì)較好，不僅可以在生產(chǎn)煙草薄片過(guò)程中使用，也可以添加配方里面用來(lái)增加卷煙填充值。發(fā)育不太好且不太成熟的煙葉焦油產(chǎn)生量或者釋放量比發(fā)育較好且成熟度高的煙葉焦油產(chǎn)生量或者釋放量高。對(duì)于煙葉成熟度和發(fā)育程度來(lái)說(shuō)，發(fā)育完好的成熟度高的煙葉機(jī)能對(duì)煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)有所保證，還能減少煙葉燃燒后所釋放的焦油量。相對(duì)于外國(guó)的煙葉來(lái)說(shuō)，我國(guó)煙葉的成熟度和發(fā)育程度普遍認(rèn)為不太好。目前已經(jīng)把煙氣成熟度和發(fā)育程度作為煙葉行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)降焦減害的重要衡量指標(biāo)。

2.1.3 無(wú)機(jī)元素在煙草降焦減害中的作用

2.1.3.1 鉀元素對(duì)焦油含量的影響

煙葉中鉀含量不同，可以對(duì)煙葉降焦減害產(chǎn)生不同的影響。研究發(fā)現(xiàn)，每增加1%-5%鉀含量，焦油含量能降低 21%。對(duì)于烤煙煙葉，種植在含鉀含量低的砂土上，提供的鉀肥越多越會(huì)抑制焦油的釋放量，然而不會(huì)影響煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此煙葉種植地的土壤條件，利用適當(dāng)?shù)氖┓史椒ǎm當(dāng)?shù)脑黾邮┾浄柿?，將煙葉中鉀元素含量加以提高達(dá)到煙葉降焦減害的效果。國(guó)外試驗(yàn)研究證明，一方面通過(guò)改變土壤條件，選擇合適的施肥方法，另一方面可以通過(guò)改良礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)性狀遺傳基因技術(shù)培育出鉀含量高的煙葉品種，進(jìn)而增加煙葉中鉀元素含量，從而達(dá)到煙葉降焦減害的效果。

2.1.3.2 氮元素對(duì)焦油含量的影響

氮元素是煙葉中蛋白質(zhì)和糖類的重要組成部分，與焦油含量存在著密不可分的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，不同形態(tài)氮肥不僅對(duì)煙葉的早期發(fā)育及生長(zhǎng)有影響，而且對(duì)煙葉里面的化學(xué)成分也有很大影響，從而影響煙葉焦油含量。煙草施用硝態(tài)氮肥要好于氨態(tài)氮肥。在培育煙株時(shí)期，適當(dāng)控制和降低煙葉施氮量來(lái)降低煙葉總氮和煙堿含量，并且提高煙葉含糖量，從而使煙株的化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，焦油含量控制在較低水平，從而達(dá)到降焦減害的作用。

2.2 工業(yè)方面

工業(yè)方面，降焦減害主要體現(xiàn)在采用新型濾嘴降焦、煙葉組分配方的優(yōu)化、添加減害劑降焦、采用高透氣度的卷煙紙降焦等。

2.2.1 新型濾嘴降焦

濾嘴是通過(guò)截留作用攔截?zé)煔庵械牧Ｗ? 從而使粒子通過(guò)慣性碰撞、擴(kuò)散作用被濾嘴截留下來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從粒子的沉積過(guò)濾。濾嘴的功能不僅可以作用于煙氣中的有害成分，也可以作用于煙氣中的香氣物質(zhì)，從而通過(guò)攔截過(guò)濾作用將這些物質(zhì)過(guò)濾掉。目前在實(shí)際需求中，僅將濾嘴長(zhǎng)度加長(zhǎng)使降焦減害的效果不是很理想，對(duì)具有選擇性吸附濾嘴的研發(fā)、推廣及應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)展成卷煙降焦減害一種的必要措施。

活性炭濾嘴作為煙草行業(yè)發(fā)明最早的一種新型濾嘴，得到廣泛的應(yīng)用?；钚蕴康奈⒕ЫY(jié)構(gòu)特性使其具備較強(qiáng)吸附作用?；钚蕴靠梢赃x擇性的過(guò)濾掉甲醛、乙醛、丙烯醛等氣相成分，其中包括沸點(diǎn)＜152℃半揮發(fā)性組分，此外還可以過(guò)濾掉氣相組分存在的重金屬元素以及放射性元素。與傳統(tǒng)絲束加碳相比，吸附法工藝更加簡(jiǎn)單，成本更低，對(duì)揮發(fā)性組分、焦油等有害成分都可以有效吸附，目前除了活性炭以外，吸附法使用的吸附材料還有碳分子篩、硅膠、碳化聚合物等。近年來(lái),設(shè)計(jì)出的各種溝槽形式的新型濾嘴獲得了專利權(quán)認(rèn)證，由于這種設(shè)計(jì)使煙氣與溝槽部分的接觸面積變大，能夠大大提高煙氣中焦油等固態(tài)小顆粒的碰撞概率, 大幅度減少對(duì)焦油的釋放。此外新型濾嘴包括納米材料濾嘴、生物濾嘴、催化劑濾嘴、增香型濾嘴在降焦減害方面正處于研究階段。

2.2.2 葉組配方優(yōu)化

葉組配方優(yōu)化方式將其中含有的不同等級(jí)、不同類型的煙葉進(jìn)行合理的組配，進(jìn)而達(dá)到降焦減害的目的。優(yōu)化的主要手段是通過(guò)摻兌合理的膨脹填充料、選取合適比例范圍的配方、控制合適的糖/堿比例以及優(yōu)化制絲工藝參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，上部煙葉和部分曬煙的用量有所增加，使卷煙低焦油香味不遞減。糖/堿比例控制在6-10的范圍內(nèi)，卷煙質(zhì)量相對(duì)最佳。

2.2.3 高透氣度卷煙紙

選用高透氣度的卷煙紙，是因?yàn)樵谌紵^(guò)程中接觸的空氣量變大，使其更加充分地燃燒，更快地增加燃燒速度，進(jìn)而通過(guò)抽吸次數(shù)進(jìn)而降低焦油的吸入量。目前主要是通過(guò)增加填充材料或者打孔的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.結(jié)束語(yǔ)

這個(gè)特殊的煙草行業(yè)，具有生產(chǎn)和減少生產(chǎn)、滿足需求和降焦減害的雙重性，卷煙降焦減害從農(nóng)業(yè)和工業(yè)方面雖然均取得了相應(yīng)的研究進(jìn)展及應(yīng)用，但一方面要確保香煙的吸味有所保證，另一方面又要滿足吸煙消費(fèi)者的需求，煙草企業(yè)需要不斷地去追求發(fā)展新型降焦減害技術(shù)，為現(xiàn)代煙草行業(yè)快速發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。