造紙法再造煙葉煙氣有害成分釋放研究進展

林曉利

上海煙草集團太倉海煙煙草薄片有限公司（太倉 215433）

煙草和煙氣中的化學成分極其復雜，已鑒定出的化合物超過6 000種，但有害和致癌物質只占極少一部分[1]。謝劍平等[2]根據煙氣中主要有害成分與毒理學指標之間的關系，篩選最主要的7種影響卷煙主流煙氣危害性的化學成分，即CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P、苯酚和巴豆醛，并以此為基礎建立卷煙主流煙氣危害性評價指標，它們是我國煙草行業(yè)降焦減害領域的重點研究對象。多年來，從卷煙的原料配方、濾嘴、卷煙紙、功能型材料、加工工藝等多方面已開展深入研究，并取得重要研究成果[3]。造紙法再造煙葉作為卷煙配方的重要組成部分，由于其良好的降焦效果，在卷煙中的摻配比例和適用范圍不斷擴大?，F階段對再造煙葉減害的研究多集中在其對卷煙煙氣有害成分，尤其是CO釋放量的影響方面，對其自身煙氣的有害成分釋放研究較少[3-5]。文章對造紙法再造煙葉對卷煙煙氣有害成分釋放影響的現狀進行概述，并著重從原料配方、加工工藝和添加劑三方面闡述對再造煙葉煙氣有害物質釋放造成的影響，總結再造煙葉煙氣有害物質釋放量調控的手段。

1 造紙法再造煙葉對卷煙煙氣有害成分釋放量的研究進展

相比于煙葉和煙絲，造紙法再造煙葉具有更低的有害物質釋放量，在煙氣7種有害成分中，只有NNK的釋放量高于煙絲，苯酚、HCN、苯并[a]芘和氨的釋放量大都只有煙絲的50%左右，巴豆醛和CO的釋放量則與煙絲接近[4,6]。在卷煙中加入一定比例的再造煙葉，可以選擇性降低卷煙煙氣中的苯酚、HCN、苯并[a]芘和氨，學者們對此相關研究結論較為一致，但對CO、巴豆醛和NNK釋放量的影響研究結論則不盡相同。

彭斌等[5]對再造煙葉添加比例與煙氣有害成分釋放量進行回歸分析，提示再造煙葉的添加比例與NNK的釋放量沒有相關性，摻兌量每增加10%，CO和巴豆醛的釋放量會分別增加1.0%和8.1%。趙暉等[7]對再造煙葉對卷煙煙氣有害成分釋放量影響的研究結果則顯示再造煙葉對卷煙CO釋放量的影響不大，對其他6種有害物質的釋放量則都有顯著的降低作用。邱曄等[8]在研究再造煙葉對卷煙CO釋放量的影響時也給出再造煙葉添加比例與卷煙CO釋放量無明顯相關性的結論。張健等[9]研究煙絲結構對主流煙氣中巴豆醛逐口釋放量的影響，結果顯示減少再造煙葉的比例可以降低卷煙煙氣中巴豆醛的總釋放量。蔡國華等[10]探討葉組配方對卷煙主流煙氣巴豆醛釋放量的影響，結果顯示提高再造煙葉的使用量可以降低卷煙主流煙氣中巴豆醛的釋放量。

卷煙煙氣有害物質的釋放量受到原料中前體物質的含量及煙支燃燒狀態(tài)的影響，有關機理的研究多從這兩方面展開。另外，有關調節(jié)措施的研究則主要從卷煙紙、濾棒等輔材影響煙氣有害物質釋放入手[11-16]。

2 影響造紙法再造煙葉煙氣有害成分釋放量的因素

造紙法再造煙葉以煙梗、煙片末及低次煙葉等為原料，一般還會添加部分木漿纖維以保證生產的穩(wěn)定性和提高產品的可加工性。作為卷煙的重要組成部分，開發(fā)低危害性再造煙葉對提高其在卷煙中的使用比例具有積極意義，從原料配方、加工工藝、添加劑三方面對影響造紙法再造煙葉煙氣有害成分釋放量的因素進行總結闡述。

2.1 原料配方對再造煙葉煙氣有害成分的影響

作為造紙法再造煙葉的原料，煙梗和煙片末在化學成分含量、纖維結構形態(tài)及燃燒熱解特性方面均有不同，煙梗的灰分、糖、纖維素和木質素含量較高，總氮、總堿、蛋白質等含量則低于煙片末，熱解時煙梗具有更高的動力學參數[17-19]。糖類、纖維素、木質素等碳水化合物在煙草物質燃燒時會生成CO、醛酮類、酚類等物質，含氮化合物則會分解生成HCN，煙堿、硝酸鹽含量則與TSNAs含量有關[11-12,20]。對烤煙葉片和煙梗中TSNAs含量的研究結果表明，煙梗中NNK含量明顯低于葉片[21-22]，煙氣中的NNK釋放量約30%來自煙草物質的轉移[23]。從“三絲”對卷煙煙氣中有害物質釋放量影響的研究結論中可以得知，梗絲的巴豆醛釋放量高于葉絲[5,9]。苯并[a]芘的主要前體物質是甾醇類化合物、多酚類化合物及茄尼醇[24-25]。孫德坡等[26]在研究造紙法再造煙葉加工過程中5種甾醇的含量變化時對比煙梗和碎煙葉中甾醇含量，結果發(fā)現煙梗中5種甾醇的總含量約為碎煙葉的54%。蘇雷等[27]研究再造煙葉工藝過程中多酚類物質的變化規(guī)律時也對比煙梗和煙片末中多酚含量，結果發(fā)現煙梗中3種多酚含量遠低于煙片末。

盧嵐等[28]分析再造煙葉煙氣7種有害成分釋放量的影響因素，結果顯示隨著煙梗比例的增加，再造煙葉煙氣的HCN、苯并[a]芘、NH3和NNK的釋放量呈現較清晰逐漸下降趨勢，苯酚、巴豆醛和CO的釋放量則受到的影響較小且沒有規(guī)律性的表現。殷艷飛等[29]研究造紙法再造煙葉煙氣中CO和焦油釋放量的影響因素，其結果表明煙梗使用比例的增加會增加再造煙葉片基CO釋放量，其可能與煙梗中木質素和果膠含量明顯高于煙葉碎片相關。

研究說明，煙梗和煙片末在煙氣有害成分前體物的含量上存在明顯差異，調節(jié)再造煙葉原料配方中煙梗和煙片末的比例，是選擇性調控再造煙葉煙氣有害物質釋放量較為簡便和有效的有段。

2.2 工藝條件對再造煙葉煙氣有害成分的影響

造紙法再造煙葉制造工藝主要包含萃取、濃縮、打漿、抄造、烘干等重要工序，這些工序完成從原料的固液分離到最終成品的固液再結合，工藝條件的變化會影響到成品的化學成分和物理指標，并進一步對再造煙葉的煙氣造成影響。相關研究主要關注打漿對再造煙葉煙氣有害成分釋放量的影響，這是因為打漿會影響再造煙葉的物理指標，如松厚度、透氣度、吸收性等，從而影響到再造煙葉的燃燒性能[30-31]。

2.2.1 打漿

王小升等[32]研究打漿度對造紙法再造煙葉燃燒性能和煙氣指標的影響，提升打漿度，再造煙葉的厚度、透氣度和松厚度都會下降，使得再造煙葉的燃燒不充分，因而其煙氣中CO的釋放量增加。羅沖等[33]對比高濃磨打漿和低濃磨打漿對再造煙葉性質的影響，在相同的打漿度下，低濃磨打漿的再造煙葉具有更優(yōu)秀的松厚度和柔軟度，而且低濃磨打漿的再造煙葉煙氣7種有害物質的釋放量均降低?？梢?，選擇合適的打漿方式和打漿度，在提高再造煙葉物理性能的同時，對煙氣中有害成分的釋放也可以起到調節(jié)作用。

2.2.2 涂布

涂布率影響再造煙葉成品中煙草有效物質的含量，對煙草的綜合品質有重要影響，也會影響到再造煙葉煙氣有害成分的釋放。殷艷飛等[34]研究涂布率對造紙法再造煙葉品質的影響時，分析不同涂布率再造煙葉的常規(guī)主流煙氣，結果發(fā)現隨著涂布率的增加，再造煙葉的CO釋放量下降，但其他5項主流常規(guī)煙氣成分釋放量增加，因此認為要想選擇性降低再造煙葉的CO釋放量，可以從再造煙葉的片基進行考慮。

2.2.3 干燥

徐廣晉等[35]研究干燥方式對再造煙葉主流煙氣的影響，結果顯示涂布后的再造煙葉隨著烘干溫度的下降，CO釋放量呈現下降趨勢，認為烘干溫度的降低改善再造煙葉的內部結構，提高透氣性，因而降低CO釋放量。白曉莉等[36]分析再造煙葉在制絲工藝處理過程中對有害成分釋放量的影響，煙氣中有15種多環(huán)芳烴在真空回潮后含量明顯增加，NNK則在松散回潮和烘絲工序明顯降低，其他亞硝胺含量變化不明顯，CO也沒有受到明顯影響。

2.3 添加劑對再造煙葉煙氣有害成分的影響

造紙法再造煙葉的生產工藝借鑒造紙技術，在其制造過程中常常添加木漿纖維、填料、助留助濾劑等以改善基紙的物理性能。

再造煙葉最常添加的木漿是針葉木漿和闊葉木漿，相較于煙草漿纖維，木漿纖維更長，纖維碎片和細小組分更少，添加一部分木漿纖維，對再造煙葉基紙的抗張強度、松厚度等都有明顯的影響[37-38]。周順等[39]研究造紙法再造煙葉基紙物理參數對其熱解特性的影響，基紙透氣度增大，燃燒性能提高，CO的釋放量降低，但是基紙的透氣度和定量對羰基化合物的總生成量影響不顯著，相反，基紙中木漿比例提高，羰基化合物的生成量顯著降低。而陳茂深等[40-41]研究木漿纖維對再造煙葉主流煙氣中揮發(fā)性羰基化合物的影響機制，認為加入木漿纖維顯著增加再造煙葉主流煙氣中羰基化合物的釋放量，且隨著木漿纖維加入量的增加而增加，同時CO的釋放量也隨之增加而增加，主要原因在于木漿纖維中特有的木糖、單糖等溫氧化熱裂解時，木糖羰基化合物的釋放量要明顯高于煙漿纖維特有的果糖。許江虹等[42]分析不同種類纖維對造紙法再造煙葉片基和產品物理與煙氣指標的影響，結果顯示，相較于未經漂白的闊葉木漿，添加漂白闊葉木漿的再造煙葉其常規(guī)煙氣指標中的總粒相物、焦油和CO釋放量均偏低，提示未漂白闊葉木漿中木質素含量較高可能是主要原因。木漿的加入不僅影響再造煙葉的物理性能，進而影響到其燃燒性能，而且木漿中的木質素等也會對煙氣產生影響，煙氣影響因素的復雜性導致部分研究者之間結論的不一致。一般認為，木漿纖維會對再造煙葉的吸味產生不良影響。

碳酸鈣是造紙法再造煙葉最常用的填料，其常用于改善再造煙葉的物理性能、提高灰分、改善表觀形態(tài)等。碳酸鈣的類型、目數、加入量、添加方式等都會對再造煙葉的物理結構及品質造成影響，也有部分研究者進一步分析碳酸鈣的加入對再造煙葉煙氣指標的影響。王浩雅等[43]分析碳酸鈣添加量分別對再造煙葉片基及再造煙葉煙氣指標的影響，研究顯示增加碳酸鈣添加量，片基的CO、焦油、總粒相物和抽吸口數都呈下降趨勢，再造煙葉中的CO、焦油、總粒相物和抽吸口數呈現先下降后上升趨勢。曾健等[44]的研究顯示碳酸鈣改善再造煙葉片基的透氣性和滲透性，同時也改善燃燒性能，再造煙葉片基的焦油、CO和總粒相物也出現明顯下降現象。俞海軍等[45]對碳酸鈣進行不同方式的改性，不僅提高碳酸鈣在片基中的留著率和分布均勻性，煙氣中的焦油、CO和總粒相物含量也都得到有效降低。

3 造紙法再造煙葉煙氣有害成分釋放量的調控方法

在已報道研究中，用直接調控造紙法再造煙葉煙氣有害成分釋放量的方法并不多，除通過加工工藝、填料等改善再造煙葉的物理指標以進一步影響煙氣有害成分釋放量外，關于提高燃燒熱解性能和降低有害物質前體成分含量的研究較為集中。

卷煙煙氣中有害物質的釋放量與其燃燒性能有很大關系，鉀鹽是使用最為廣泛的燃燒調節(jié)劑，Ding等[46]分析有機鉀鹽和無機鉀鹽對再造煙葉熱解和燃燒性能的影響，提示加入鉀鹽可以降低碳水化合物的熱解峰值溫度，促進焦炭的形成，使得CO和CO2的釋放量明顯降低。催化材料常被用于選擇性氧化降低煙氣中CO釋放量的研究，納米催化劑在降低再造煙葉有害物質釋放量方面的研究也有報道[47-49]。而在通過降低有害物質前體成分含量以減少煙氣中有害物質釋放量的研究中，降低途徑多采用生物技術將前體物質分解成小分子物質[50-52]。除此之外，也有少數研究者報道茶葉、美拉德反應在再造煙葉減害中的作用研究[53-54]。

4 結語與展望

從原料配方、工藝條件、添加劑三方面綜述影響造紙法再造煙葉煙氣有害成分釋放的因素，對于再造煙葉煙氣有害物質釋放的機理還不夠明確，缺乏有效的減害措施，仍需進一步開展相關研究。一是加強對再造煙葉與煙絲熱解特性、燃燒特性的對比，研究再造煙葉煙氣有害物質釋放的規(guī)律；二是從再造煙葉化學成分的調控技術出發(fā)，開發(fā)適宜于再造煙葉生產工藝的減害措施；三是關注生物技術在低危害再造煙葉開發(fā)方面的應用研究。