卷烟辅料在低焦油卷烟中的应用初探

卷烟辅料在低焦油卷烟中的应用初探姚国强（云南农业大学烟草学院，昆明650201）摘要随着吸烟对健康影响各种研究的不断深入，消费者自身对健康意识的不断加强，以及《烟草控制框架公约》的规定，迫使卷烟工业积极寻找对策。如何提高卷烟的吸食安全性已经为国内外烟草行业的共识。本文就国内外加强卷烟安全性，进行降焦减害所采用卷烟辅料和技术进行了阐述，分析降焦减害发展前景与思路，并提出了合理的对策。关键词：降焦减害；安全性；卷烟辅料1.前言近年来，在世界卫生组织(WHO)、许多国家政府和各种反烟团体的积极推动下，全球性的反吸烟运动日益高涨，烟草行业受到的社会压力越来越大。WHO制定的、各成员国政府已签署的
烟草控制框架公约不仅规定了各国政府要采取和实行有效的立法、行政或其它措施防止和减少烟草消费、烟碱成瘾和接触烟草烟气等，而且还要求对烟草制品成分进行限制。目前，世界上一些主要发达国家也相继对市售卷烟的焦油、烟碱及CO量作出了具体的限量限制，同时，消费者自身的健康和环保意识也有所增强。因此，如何能使卷烟既保住香吃味(吸烟劲头)，又适当降低焦油含量、提高吸烟安全性，这是近几年来卷烟工业发展的热门话题[1]。努力降低卷烟的焦油产生量，发展低焦油低危害型卷烟已成为烟草行业的共识[2~4]世界烟草业已在包括烟叶生产、加工和降焦减害技术等领域加大了研究力度，开发出了包括现代生物技术、新材料技术等降焦减害新技术并成功地运用于卷烟生产中。同时，国际卷烟市场也出现了加速向更低焦油、烟碱和低有害成分卷烟发展的趋势。2.降焦减害现状2003年11月中国政府签署了《烟草控制框架公约》，标志着我国烟草业走上了一条内修外辅的道路[5]。《公约》正式签署之后，国家局科教司立即召集有关省级局(公司)、工业公司、省级烟草质检站和卷烟生产企业进行技术座谈。会议就如何提质控焦、加速技术推广及加强质量监督工作做出了安排。在2004年5月世界卫生组织发起的第17个“世界无烟日”的背景下，国际卷烟市场也出现加速向更低焦油、低烟碱和低有害成分卷烟发展的趋势，并对烟气有害成分进行分析研究，尽量减少有害成分，生产出低害安全保健的卷烟制品。“降焦减害”尽量减少烟草对公众健康的危害，已成为社会公认的理智而可行的道路。而在2011年北京召开的全国烟草工作会议上，国家烟草专卖局党组书记、局长，中国烟草总公司总经理姜成康作了题为《坚定信心，奋力开拓，全面推进“卷烟上水平”各项工作落实》的工作报告。报告提到要高度重视低焦低害产品和雪茄烟培育，引导消费，引领潮流，共同做好知名品牌培育工作。目前，减害降焦面临的困难不少，任务很重。降低焦油量后，如何保持卷烟产品风格特征，体现中式卷烟的高香气和满足感，是在低焦油卷烟开发过程中要重点解决的问题。3.卷烟辅料在低焦油卷烟中的应用低焦油卷烟的焦油含量标准是随着时间的推移而不断下移。在20世纪70年代，全球卷烟焦油量普遍在20毫克/支以上时，当1976年世界第一支焦油量低于15毫克/支的卷烟诞生后，焦油量低于15毫克/支的卷烟被统称为低焦油卷烟。此后，随着卷烟降焦技术的不断进步，卷烟焦油量进一步降低，12毫克/支、10毫克/支的卷烟不断增多，在20世纪90年代初，将焦油量低于12毫克/支的卷烟称为低焦油卷烟。进入21世纪，随着世界控烟浪潮的兴起以及人们对健康的日益关注，卷烟焦油量不断降低，将焦油量低于10毫克/支的卷烟称为低焦油卷烟。自2013年1月1日起生产的盒标焦油量在11毫克/支以上的卷烟产品不得在境内市场销售。从产销规模来看，1-9月份，重点品牌低焦油卷烟的产量接近490万箱，占低焦油卷烟总量比重约为87%；销量接近500万箱，占低焦油卷烟总量比重约为88%。在焦油量每支6毫克及以下卷烟中，重点品牌的产销量比重均在98%以上。3.1滤嘴设计和选用滤嘴烟支滤嘴的应用可以有效截留主流烟气中的总粒相物，降低焦油含量，而滤嘴的降焦效果又取决于滤嘴的材料、结构及其中的添加剂，因此设计和选用滤嘴中就成为降焦的主要手段之一。制造烟用滤嘴的材料主要有醋酸纤维、纸质材料、聚丙烯纤维(包括无纺布)等[6]，还有研究表明木浆短纤维也能通过特殊工艺形成滤嘴[7]。目前普遍是通过在滤嘴中加入添加剂来达到降焦的目的。如添加了血红蛋白的滤嘴可以降低卷烟烟气中N-亚硝胺含量[8]，添加了纳米材料的滤嘴吸附能力强、化学反应接触面大，具有较高的催化性能可有效降焦[9]；在卷烟滤嘴中加人多酚化合物或其衍生物可以清除卷烟烟气中的自由基，该清除剂可以通过化学方法、生物技术或从植物抽提物中获得[10]；在滤棒中添加一种主要由与生物酶结构相似的金属卟啉制成的烟草生物降焦剂，可降低BaP、CO、NO和焦油量[11]。另外还可以加入活性炭、海泡石、沸石、硅胶等吸附剂来实现物理降焦。目前卷烟滤嘴是由单一的醋酸纤维和普通的成型纸组成，成型纸的功能是包裹醋酸纤维，这种滤嘴能显著减少烟气中的焦油（粒相物质）或尼古丁，但对卷烟烟气气相成分的过滤效果较低吸附剂因其大的比表面积和对低浓度及痕量浓度物质具有高的吸附能力而受广大烟草科技工作者青睐。活性炭：与普通滤嘴卷烟相比，使用了活性炭滤嘴以后的滤嘴卷烟，总粒相物（TPM）、烟碱、焦油都有显著的降低；滤嘴对TPM、烟碱的截留效率也有了明显提高，而抽吸口数变化不大。活性炭的使用可以在不明显改变卷烟的物理指标的情况下，有效降低或减少烟气中的一些有害成分，并改善卷烟的吸味。壳聚糖：为甲壳素脱乙酰化处理后得到的白色或淡黄色固体，是一种由B-(1，4)-2-乙酰胺基-d-葡糖糖单元和B-(1，4)-2-基-d-葡糖糖单元组成的大分子聚合物。其分子结构中含有大量的氢键，多个羟基和氨基，具有较强的化学活泼性，使它能对烟气中的有害成分如焦油、低分子醛酮等进行有效的物理吸附和化学吸附。壳聚糖和活性炭复合的滤嘴添加剂，不仅可降低烟碱、焦油的含量，对一氧化碳、氨气也有一定吸附作用。壳聚糖一分子筛复合添加剂”[12~13]对主流烟气中的低分子醛酮、挥发性羰基化合物具有一定脱除效果。茶质添加剂：茶多酚具有多个羟基结构，可与一些有害物质生成复合物，从而达到吸附有害物质、降低卷烟的危害，同时改善卷烟吸味的效果。添加从茉莉花茶中提取的茶多酚、茶碱的卷烟滤嘴中可使得焦油、CO、巴豆醛等有害物质得到一定的降低。姚二民等研制的茶质滤嘴[14]与普通滤嘴卷烟相比，卷烟烟气中的N一亚硝基降烟碱(NNN)、N一亚硝基新烟草碱(NAT)、N一亚硝基假木贼碱(NAB)、4-(亚硝基氨基)一l一(3一吡啶基)一1一丁酮(NNK)、亚硝胺的总量分别降低16．88%、15．12%、26．04%、11．39%、14．61%；其改善的混合型茶质滤嘴[15]可使卷烟烟气中的NNN、NAT、NAB、NNK分别降低23．04%、11.62%、17.41%、17.38%、17.41%。表1与普通滤嘴卷烟相比，卷烟烟气中相关成分的总量降低N-亚硝基降烟碱（NNN）N-亚硝基新烟草碱（NAT）N-亚硝基假木贼碱(NAB）4-(亚硝基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮（NNK)亚硝胺茶质滤嘴16.88%15.12%26.04%11.39%14.61%混合型茶质滤嘴23.04%11.62%17.41%17.38%17.41%中草药提取物：中草药提取物中含有黄酮类物质，酚类物质等多种生物活性成分，将其添加进入滤嘴中，可捕获香烟主流烟雾中的自由基，同时添加物随气流进入吸烟者咽喉，可使烟气的危害降低。卷烟中添加中药成分是我国中式卷烟的特色，目前市场上已有“金圣”、“五叶神”、“灵芝”、“江山”等品牌。“五叶神”中采用中草药复方添加剂--神农萃取液，对亚硝胺和TSNAs合成有明显阻断作用，具有拮抗BaP致突变性作用，并能显著缓解吸烟所致的咳嗽、气喘、瘀痰等不良反应[16]。“江山”中该卷烟添加了淫羊霍、白芍等药液，烟气主要有害成分苯并[α]芘降低21.8%，N-亚硝胺降低26.3；卷烟烟气中淫羊霍苷平均含量为3.06μg/支、捕集转移率25.5%，白芍苷平均含量为9.23μg/支、捕集转移率20.2%[17]。生物材料添加剂：卷烟行业利用添加生物材料的特殊滤嘴来降低卷烟烟气中有害物质的研究相当广泛。卷烟滤嘴中添加从植物中提取的酮、酚及其衍生物，可有效去除主流烟气中的稠环芳烃、自由基等有害物质[18]添加菊科植物和杜鹃花科植物提取物的卷烟滤嘴[19]有一定的平喘、止咳、祛痰、抗炎作用。维生素C或E和其他植物提取物相混合添加至滤嘴中不仅可有效降低烟气中的焦油，也可降低进入呼吸道中烟气的温度。利用碱性多肽的水溶液喷洒、涂抹或浸渍醋酸纤维丝束可以降低甲醛、焦油和烟碱的含量。分子筛添加剂：分子筛是一种立方晶格结构的硅酸盐化合物。它具有均匀的微孔结构，孔穴直径大均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔内部，所以分子筛可以作为滤嘴添加剂对主流烟气中的有害物质进行选择性吸附。纳米材料添加剂：纳米颗粒表面活性位多、化学反应接触面大、气体通过时的扩散速度快，具有较高的催化效率。因此，将纳米技术应用于卷烟行业中，可有效起到将焦减害的作用。3.2卷烟纸透气度选择纤维长宽比较小并含有大量导管分子的桉木浆，通过调整打浆工艺和配用不同比例的按木浆可获得不同透气度的卷烟纸，烟纸透气度提高，卷烟燃烧的供氧量增加，静燃速度增快，抽吸口数减少，焦油量明显降低。填料选择与灰份控制提高卷烟纸的透气度可获得良好的降焦效果，这种透气度是指其自然孔隙度，即在造纸过程中自然形成的均匀多孔结构，而不希望纸页上的针眼、孔洞来增加纸页透气度。卷烟纸这种自然孔隙度的获得与其使用的碳酸钙类型及碳酸钙在纸中的含量有很大的关系。为了获得均匀的自然孔隙度，需要碳酸钙的粒子均匀，根据经验，体积平均粒径在3.5~4.5Lm较好，质量控制方面通过检测碳酸钙1h沉降体积，一般在5.0~6.3mL/g之间为宜，碳酸钙晶型和粒径选择适宜时，纸中填料存留率将大大提高。目前A1级卷烟纸国标控制灰份15%(CaO计)以上，碳酸钙加入量的多少，不仅是一个经济指标，同时也是一个质量指标，适当提高卷烟纸的灰份指标，可提高卷烟纸的燃烧速度，卷烟纸的焦油量也随之降低，在不影响强度指标的前提下，灰份控制18%以上，会取得良好的降焦效果。定量近几年，国内外卷烟纸的定量普遍有所升高，一方面较高定量的卷烟纸卷制香烟后可取得较好的外观效果，烟支不透明性好、挺度好;另一方面，使用较高定量的卷烟纸还可降低卷烟燃烧焦油量。在相同透气度的情况下，高定量的纸卷制香烟的燃烧速度快，即可降低香烟的抽吸口数，卷烟焦油量明显降低。同样透气度的卷烟纸，高定量纸在其组织结构上比低定量纸结构疏松，均匀、自然孔隙度好，有利于降焦，高定量卷烟纸的变异系数普遍较低。3.3接装纸不同接装纸卷烟的危害性指数随滤嘴通风率也不同，随着滤嘴通风率的增加，打孔接装纸和自然透气接装纸卷烟的危害性指数均降低；在相同的通风率下，自然透气接装纸卷烟的危害性指数低于打孔接装纸卷烟。在接装纸上打孔，形成一排或几排连续性的孔，抽吸时空气从小孔进入滤棒从而达到稀释主流烟气降低焦油和CO的目的。常见的接装纸打孔技术有：机械打孔，静电打孔，激光打孔。3.4成型纸滤嘴通风稀释技术是国际上应用最广泛和最有效的降焦技术。在水松纸上用激光、电火花或机械等方式打孔，原理是通过在水松纸上打孔、使用高透气度滤棒成形纸或在滤棒上制成凹槽等方式[20]，从而在抽吸卷烟时使外来空气进入滤嘴内并对烟气进行稀释，降低焦油量、降低对人体和环境的不良影响。高透气度成型纸的降焦作用高透气度成型纸与打孔水松纸配合组成有一定通气量的滤嘴头，起到过滤烟气中有害粒相物与稀释烟气的作用，降低了有害物质，在降焦工程中起重要作用。滤嘴棒通风率=侧流空气/(主流烟气+侧流空气)=C/(A+C)3.5加香加料卷烟焦油量降低的同时，卷烟的香气量、浓度大大降低，直接影响卷烟的吸食舒适度和生理满足感。某种程度上，香味补偿已经成为中式低焦油卷烟制品发展的一个技术瓶颈。香精香料技术在中式低焦油卷烟的香味补偿中的应用主要包括：(1)加香加料配方设计；(2)