卷烟降焦技术的研究进展

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　　摘要 焦油是烟草产品燃烧时主要的危害物之一，对于烟草的降焦减害是整个烟草行业关注的焦点。本文从烟丝降焦、滤嘴降焦和烟纸降焦3个方面介绍了国内外近几年的各种降焦方法及特点，分析了各种降焦方法的作用原理及效果，并提出了未来的发展方向。
　　 关键词 焦油;降焦;方法;发展方向
　　 中图分类号 TS452
　　 文献标识码 A
　　 文章编号 1007-5739（2019）08-0240-04
　　 我国是一个烟草大国，是全球吸烟人数最多的国家，拥有3.5亿烟民。烟草行业是我国西南省份重要的经济支柱产业，经济效益逐年增加，2017年我国烟草业的税利达到了11145.1亿元，同比增长3.24%。与此同时，烟草产品带来的公共环境卫生、人身健康和社会舆论压力等诸多问题也成为人们关注的焦点。
　　 众所周知，香烟燃烧时的烟雾中含有几千种化学物质，其中有很多是对身体有严重危害的。烟雾中常见的对身体有害的物质有尼古丁、焦油、亚硝胺、一氧化碳、放射性物质等，其中焦油是导致癌症的罪魁祸首，它是由多种烃类及烃的氧化物硫化物和氮化物等5000种总物质组成的复杂化合物”，是烟支在不完全燃烧及其裂解反应过程中产生的，一般以气溶胶形式存在于烟气中，其中的稠环芳烃、苯并芘、酚类为致癌物和癌症促进物。国际上一般也以焦油释放量的高低作为评价卷烟安全性的主要指标。因此，降低烟草产品燃烧时烟雾中的焦油量已经成为烟草行业主攻的课题。
　　 1烟丝降焦
　　 卷烟的主要结构是烟丝，包含的化学成分及其具备的理化特征对焦油的产生量有着重要的影响。因此，烟丝降焦是工业降焦的重要手段之一。
　　 1.1调整烟丝组分
　　 卷烟中烟丝所占的组分直接影响焦油的产生量，调整烟丝的结构及配比添加合适的辅料以及掺用“三丝”（膨胀烟丝膨胀梗丝烟草薄片）能够有效降低卷烟的焦油含量2。
　　 孙德坡等研究发现，提升卷烟中梗丝的添加比例，对卷烟的减害降焦具有重要作用。但在实际应用过程中发现，梗丝添加比例过高，会带来木质气、杂气、刺激、灼热感等，影响抽吸品质。张振臣等4在研究多种卷烟组分及配比后提出，要根据不同种类烟丝的质量和特点来确定其在叶组配方中的比例，以达到最佳的降焦效果。同时，在烟丝中掺兑膨胀烟丝、膨胀梗丝及再造烟叶，对提高填充值和降低焦油有明显作用5。
　　 1.2烟丝添加剂
　　 在烟丝的加工过程中，加人添加剂，可以改变烟丝的成分及燃烧特性，从而达到降焦的目的。朱智志等问运用不同加工工艺研究了2种纳米材料添加于烟丝上的降焦效果，发现将2%Al2O3纳米材料均匀地添加到烟丝中，发挥了最佳的吸附性能，显著降低了烟气中焦油和CO的含量。同时，Al2O3纳米材料又有富氧助燃功能，在烟丝燃烧时起氧化催化助燃作用，有效地降低了烟丝的不完全燃烧，生成的烟气焦油和CO量更低。詹建波等研究发现，将RSN一E添加到烟丝中，其燃烧的总粒相物、焦油量CO和烟气均有所降低。杨虹琦等8采用微生物和酶技术处理烟丝，能充分发挥微生物和酶对有机大分子的降解作用，更好地对烟丝进行降焦减害。沈凯等9将添加钾盐的烟丝分别在氮气气氛中裂解以及空气气氛中燃烧。结果表明，添加钾盐可以降低卷烟的最高燃烧温度，降低有害物质的生成。
　　 1.3溶剂处理
　　 研究报道，通过溶剂浸提的方式处理烟丝可以去除有害成分的前体物，从而降低烟气中有害成分的释放量。Mccormack等I研究了包含自来水.95%乙醇、磷酸、柠檬酸、NaOH溶液的多种介质去除烟草不溶性蛋白质和不溶性氮，可以有效减少烟草在燃烧过程释放的含氮有害;Li等叫用含过氧化氢和某种碱金属氢氧化物的溶液提取烟草，降低烟草中的含氮化合物和木质素;John等呼用超临界二氧化碳及吸附剂浸提烟草，有效地去除了烟草中的TSNAs;Monrad等吲用甲醇及乙醇等有机溶剂处理烟草减少烟气中苯并芘含量;田海英等4在亚临界条件下，用二甲醚和丁烷分别处，理烟丝，在保持其外观形状完好的前提下，烟丝中的烟碱量和卷烟烟气中的焦油及有害成分都有所下降。付瑜锋等5将液态二氧化碳经破壁后，用乙醇作为萃取剂浸提烟丝，发现烟丝中的HCN和氨的釋放量、CO苯并芘、苯酚均明显降低。
　　 1.4工艺改进
　　 烟草需要经过烘烤来加速干燥，快速去除其中的水分，但烘烤的工艺条件会影响烟草的成分及理化性质。雷诺士烟草公司研究人员将烟叶的直接烘烤方式变为热交换式烘烤，可以将TSNA含量降低约80%/16。其他学者研究表明，在烟草的调制周期中用微波或较高频波的辐射处理可有效地降低甚至去除其致癌物NNN和NNK，如紫外线辐射或超声波辐射。川渝中烟工业有限责任公司研究发现，选择适当的烘烤温湿度能有效降低烟叶燃烧后的焦油、氨及苯并芘等有害成分释放量。李常军、张树堂等研究认为高温或低湿的工艺条件可减少硝酸盐向亚硝酸盐的转化。万里兴采用液氮冷冻干燥技术把烘烤后的烟叶经冷冻干燥，能提高烟叶的燃烧性，从而大大地减少了烟叶燃烧过程焦油的生成量。同时，也有学者研究发现，烟叶的复烤醇化可以继续降解烟叶中的有害物质。
　　 2滤嘴降焦
　　 2.1滤嘴结构
　　 焦油经滤嘴过滤然后进入口腔，过滤的路径也是影响降焦效果的因素之一。于川芳等呷研究表明，随着滤嘴长度的增加，可提高焦油和烟碱量过滤率，降焦减害效果显著。盛培秀27研究了沟槽结构与卷烟沟槽纸对焦油滤除的影响，发现沟槽结构在一定程度上改变了烟气流动路线，提高了J焦油滤除效率，烟气降焦减害作用明显。韩勇等8等发明了一种中空异型滤嘴，能够显著提高对烟气中焦油的过滤效率。高占勇等9发明了一种结构模块化的卷烟滤嘴，滤嘴分为若干结构模块化单元，可根据消费者多元化的需求差异，自由组合形成不同类型的滤嘴。BrownSE等发明了非多孔微毛细管的滤嘴，通过调整微毛细管的直径能够调节焦油递送量。 　　 2.2滤嘴材料
　　 目前，常用的滤嘴材料为醋酸纤维滤嘴。纸质滤嘴也有报道啊，但由于其容易吸潮变形、吸附能力不稳定、抽吸次数少等缺点在市场上尚未得到广泛认可。随着改性材料与新型材料的开发与应用，滤嘴新材料的开发与研究也为烟草降焦开启了新的方向。韩敏等4研究对比了醋酸纤维丝束滤嘴和改性聚丙烯纤维丝束滤嘴对卷烟烟气中有害成分的过滤效果，发现醋纤滤嘴对烟气中氨的过滤效率高于改性丙纤滤嘴，改性丙纤滤嘴对多环芳烃的过滤效率高于醋纤滤嘴，对其他有害成分，两者过滤效率接近。王涛等35研究了多种保湿剂改性二醋酸纤维丝束对卷烟保润性能的影响，发现壳聚糖改性二醋酸纤维丝束能提高卷烟主流烟气水分含量.王宗英等阿报道，与普通醋纤滤嘴相比，多孔淀粉复合滤嘴对烟气成分的吸附和过滤效果明显，而且具有降低刺激性和改善余味的功能。
　　 2.3添加吸附剂
　　 也有众多学者对不同吸附剂添加到滤嘴当中作为卷烟的降焦方式做过详细研究。卷烟烟气重点实验室研究员通过在卷烟过滤嘴中添加玉米多孔淀粉以及交联磷酸玉米多孔淀粉可以对卷烟烟气气相物中的HCN氨及巴豆醛起到选择性吸附的效果。国内外众多学者报道了壳聚糖及其衍生物作为滤嘴吸附剂的研究，发现壳聚糖及其衍生物对降低烟气中的焦油和烟碱含量十分有效童保云等啊将氯化锰、盐酸、黏土和过渡金属盐溶液自制得到金属氧化物掺杂的吸附剂应用到滤嘴中，研究发现，当添加5%金属氧化物含量时的吸附剂吸附性能最好，新型吸附剂可降低卷烟焦油量达到3mg/支，降焦率达到25%。谢笑天等将自制的复合纳米吸附剂均匀分散于二醋酸纤维过滤嘴棒中，有效地提高嘴棒的吸附、过滤效率，卷烟焦油量降低了4.4mg/支，满足低卷烟焦油量的实际工业化要求。程占刚等凹进行了网络高分子多孔径材料滤嘴吸附剂的研制，报道了一种生产工艺简单的纳米介孔级高分子多孔径材料，有效降低了卷烟烟气中的焦油和苯并（a）芘，具有较好的应用前景。柴颖等|4报道，将石墨烯纳米材料作为吸附剂用于卷烟滤棒中，可以减少有害物质的释放量。
　　 2.4增加添加剂
　　 马宇平田3利用索氏抽提法从茶叶中提取了茶多酚和香味物质，将其溶于三醋酸甘油酯，作为增塑剂加人到醋酸纤维中，制成新型嘴棒，结果表明，主流烟气中有害成分显著下降19。蔡波等4研究了3种天然材料甘蔗（MZ）、香橼（HR）和杉木（G1）滤嘴添加剂的结构及其在卷烟产品中的应用，发现添加了天然材料颗粒的卷烟能在一定程度上对卷烟起到增香的作用，同时天然材料添加剂的加人也能大大降低卷烟主流烟气的有害成分和卷烟的危害性指数。另外，还有学者报道，以动物血红蛋白为原料的复合生化剂添加到滤嘴中可降低卷烟烟气中50%左右的N-亚硝胺。
　　 3烟纸降焦
　　 烟纸是卷烟最主要的辅料，主要有卷烟纸接装纸和成型纸3种。目前，采用高透气度的烟纸也是烟草行业常用的减害降焦方式之一。
　　 3.1卷烟纸降焦
　　 卷烟纸用来包裹烟丝，在吸烟过程中与烟丝一起参与燃烧过程。卷烟纸的特性对卷烟烟气中焦油产生量有明显影响。不同透气度和定量的卷烟纸对烟气中水分和焦油的含量影响不同1401。也有研究发现，卷烟纸自然孔隙率的高低，能直接影响其透气度和烟支的静态燃烧速度，进而影响烟支的焦油释出量。罗丽莉等148利用天然烟草纤维作为主要原料的彩色卷烟纸，可以有效减轻卷烟纸中非烟草有害成分的含量;黄海群等开发了含有棉纤维的卷烟纸，能有效减少卷烟纸燃烧时产生的危害。龚淑果等研究发现，在卷烟纸中添加助燃剂可在一定程度上降低焦油和CO的含量。
　　 3.2成形纸降焦
　　 成形纸包裹在滤嘴丝束外部形成滤棒，其主要材料是水松纸，其透气度是影响卷烟烟气指标的重要因素，透气度适当增大，焦油、烟碱、一氧化碳等有害物质均会一定程度地降低。谢兰英等！5研究了一种新型含碳成型纸对降低卷烟烟气有害成分的影响，结果表明，与普通成型纸相比，使用含碳成型纸的卷烟烟气总粒相物、焦油、CO和烟碱均有所降低。几年后，将功能材料OPTI（含氨基聚合物）涂布于纤维素纸上，考察其对卷烟烟气焦油和有害成分释放量的影响，研究发现，用其制成的功能滤嘴能够高效选择性降低烟气中巴豆醛和氰化氢（HCN）的释放量。孙贤军等53将电气石微粉、填料胶黏剂、增塑剂等制成涂料压涂在成形纸上，然后卷制成含电气石复合功能涂料的成形纸卷烟。研究结果表明，采用含电气石复合功能涂料成形紙使卷烟烟气中的焦油CO、NOx、亚硝胺、羰基化合物、氢氰酸、苯并芘类物质分别降低了12.6%、15.0%、25.2%、12.5%、12.2%、30.4%、19.4%，而且卷烟感官质量评价较好，未明显影响卷烟的抽吸风格。
　　 3.3接装纸降焦
　　 接装纸透气度和长度也是影响卷烟烟气指标的两大因素。接装纸透气度和长度增大，焦油烟碱、一氧化碳、抽吸口数、水分显著降低54。目前，接装纸的通风技术主要是通过激光打孔来实现。但由于打孔接装纸透气的不均匀性，卷烟的降焦效果不稳定，因此，研究接装纸的参数和性能对卷烟降焦效果的影响也是必要的。邱宝平等156研究发现，打孔排数是影响接装纸透气度稳定性和卷烟感官质量的主要因素。刘建福等[9研究接装纸的成孔方式对卷烟主流烟气焦油和7种有害成分的释放量的影响，发现在相同滤嘴通风率条件下，与打孔接装纸相比，自然透气接装纸卷烟具有较低的焦油、CO、HCN、NNKB[a]P、巴豆醛释放量以及较低的CO/焦油比值和卷烟危害性指数。梁洁等5研究了自然透气度的接装纸和激光打孔接装纸对主流烟气中有害物质的影响，发现在透气度相同的情况下，自透接装纸在降低烟碱、焦油、巴豆醛、CO和HCN的释放量上更有优势。
　　 4其他降焦方法
　　 景延秋等158-60研究了氮、钼硒钾等微量元素对烤烟品质的影响，并对烤烟工艺提出了合理的建议;单垒等在卷烟纸的印刷过程中，在印刷油墨中添加甜味剂和香精使接装纸具有独特的香味。还有学者建议烟草工业采取过滤、吸附（选择性截留吸附）、主流烟气稀释、加速燃烧、添加降焦填充料等物理和化学的综合措施来实现降焦也有一些研究者建议改进烟叶栽培技术，培育和推广低焦油的烟叶新品种，从根本上降低烟草的危害性。 　　 5结语
　　 科研工作者的研究领域从基础的烟草种植到烟草加工的各个工艺阶段都有所涉及。随着科学技术的快速发展，卷烟降焦的工艺必然会发生巨大的变革，基因工程纳米技术、新型材料等新科技将会为卷烟降焦之路开辟一个新的发展方向。
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