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42012烟草学概论卷烟降焦减害技术研究进展 作者简介：时鹏，（1990-），牧医工程学院，生物工程专业，1003103053时鹏学号：1003103053，院系:牧医工程学院，专业：10级生物工程2班，Email:345079434摘要：回顾了近年来国内外卷烟降焦减害技术的科研动态与科研新成果，重点介绍了生物材料、纳米材料、分子筛、低温催化剂以及低危害烟叶调制技术、低侧流烟气技术等在卷烟降焦减害方面的应用研究进展。介绍了新型特殊功能滤嘴、新型滤嘴材料和多种滤嘴及卷烟添加剂在卷烟降焦减害上的应用现状，同时，还简要介绍了近期开发出的可有效降焦减害的几种烟草加工工艺与烟草处理技术。关键词：卷烟,烟气,有害物质,焦油Progress in Technology of Tar and Other Harmful Components Reducing in Cigarette SmokeSHI Peng(1003103053,College Of Animal Science and Veterinary Medicine,Biological engineering 2 class，Email:345079434)Abstract：Reviewed at home and abroad in recent years reducing tar cigarette harm reduction technology research dynamic and scientific research achievements, this paper focuses on biological materials, nano materials, molecular sieve, low temperature catalyst and low harm tobacco modulation technology, low side flow flue gas technology in reducing tar cigarette harm reduction to the progress of the applied study. Introduces the new special function filter, the new filter material and a variety of filter and cigarette additives in reducing tar cigarette harm reduction application present situation, at the same time, also briefly introduced the recent developed can effectively reduce harm reducing tar several kinds of tobacco processing technology and tobacco processing technology.Key words：Cigarette:Smoke；Harmful Components；Tar 我国加入WTO和签署WHO的烟草控制框架公约后，伴随着我国卷烟和烟叶市场国际化程度的逐步加深以及烟草控制框架公约对烟草制品限制的愈加严格，中国烟草面临着新的形势与新的挑战。随着全球性反吸烟运动的发展和不断高涨，人们对自身的健康问题就更为关注。以上方面促使政府对烟草危害物予以种种限制，大力降低吸烟对人类的危害。中国国家烟草局发文规定，2004年7月1日起禁止生产焦油量15毫克以上的卷烟。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。在此背景下，世界烟草业为了降低烟草制品对人类健康的危害，更好地保护消费者的健康，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。1烟草农业领域降焦减害技术1.1烟草品种烟叶在燃烧时会生成焦油和其它有害成分，培育焦油和有害物质生成量少的优质高抗烟草新品种一直是烟草农业的重要目标之一。美国、加拿大等国在20世纪后期采用传统的育种手段或基因改良技术已培育出了多个焦油产生量低的烟草品种，部分品种已在生产上得到应用。法国1自1986年就开始了应用基因工程技术改进烟叶质量的研究，其研究目标是减少有害成分和提高对细菌、病毒的抗性以减少农药使用量。目前，某些烟叶品种的硝酸盐含量已减少了30%50%，镉含量也减少了50%。美国维克特烟草公司（Vector Tobacco）2培育出低亚硝胺和低烟碱的烟草新品种，并已在密西西比、路易斯安那、宾夕法尼亚和伊利诺伊4个州开始大田生产。这种烟草是通过破坏喹啉酸核糖转移酶（OPTase）基因表达的方法培育而成的，烟碱和亚硝胺含量很低。用其生产的卷烟含烟碱约0.25mg/支，其烟气烟碱量小于0.03mg/支。中国农业科学院烟草研究所3鉴定了400份烟草种质资源的钾积累效率（富钾能力），找出了富钾的育种材料。新发现的能吸收利用土壤矿物钾且烟叶含钾量在7%以上的种质具有较强的富钾特征，且钾也易于向烟草中转移。培育富钾烟草的实质是发挥烟草品种摄钾能力强的遗传特性，充分利用土壤肥料中的钾素, 从而生产出钾含量高的烟叶，降低卷烟焦油产生量。1.2烟草栽培与调制研究表明，烟草栽培与调制技术对卷烟烟气中的有害成分也有重要影响，尤其是调制技术对烟叶中的烟草特有亚硝胺（TSNAs）含量影响最大。美国R.J.雷诺士公司4开发出了用热交换器代替直接使用烤炉烘烤烟叶的技术，可显著降低烤烟中TSNAs的含量。6年的研究结果显示，烤房中改用热交换器，可使烤烟中TSNAs的平均含量下降至少80%。美国星科公司(Star Scientific,Inc.)5开发出一种可以有效防止烤后烟叶中形成TSNAs的烟叶调制技术。其原理是：在烤烟调制过程中，通过一种特殊处理（可能是无氧处理）使产生亚硝胺的细菌大部分死亡，剩下的一部分细菌则通过大型微波炉杀灭，从而防止或减少烟草制品中TSNAs的形成，而且不会影响烟草的吸味、色泽以及烟碱含量。研究表明，用其烘烤的烟叶中的TSNAs含量大幅度降低，甚至检测不到TSNAs。该技术已开始应用于白肋烟的调制，初步试验结果显示，白肋烟中的TSNAs含量明显下降。2烟草加工技术 烟草加工技术对卷烟的焦油和其它有害成分含量也有重要影响。各种在线和离线式烟丝、梗丝膨胀技术的广泛采用已有效地降低了卷烟燃吸时有害物质的产生量。2.1在线膨胀技术英国迪更森工程公司(Dikinson Engineering)6研制出了一种新型的卷烟全配方膨胀与干燥系统（HXD系统），HXD系统可对制丝生产线上的全配方叶丝进行在线处理，从而提高叶丝的填充值。该系统由热风循环式回潮筒、气流输送干燥塔、冷却装置和流量控制装置等组成。用传统的膨胀系统和旋转式干燥机可以使烟丝的填充值提高12%，而采用HXD工艺则可使烟丝的填充值提高20%以上，采用全套膨胀加工工艺甚至可使填充值提高25%。与其它系统相比，根据卷烟配方成分的不同，HXD工艺至少可使卷烟重量下降5%，最多可达12%。目前该技术已在中国等国家推广，而且，中国也采用类似的技术原理研制出了相应的生产设备，并进行了生产验证。2.2离线膨胀技术通过研制和改进完善，目前世界烟草界已推广了不同类型的CO2烟丝膨胀设备，同时，为了取代氟里昂(CFC)烟丝膨胀技术和设备，还加强了对膨胀介质的研究，研制出了利用异戊烷作为介质的新型烟丝膨胀工艺与设备7。该技术的膨胀率已超过了CO2和CFC膨胀技术。中国有关单位也研制出了新型烟草膨胀剂及其相应的膨胀技术与设备。膨胀过程中加热方法的研究也取得了较大进展，如微波加热技术、高频加热技术等。2.3有害物质在线去除技术美国专利8介绍了一种在烟草制品加工过程中可连续分析和去除有害物质的方法和系统。其工艺过程是，先用一种溶剂对烟草进行处理，而后采用免疫抗体紫外线技术对溶剂洗提出的有害物质进行连续不断地监测，并采用相应的处理技术有效地去除其中的有害物质，最后通过抽提溶剂的净化处理和循环使用还解决了该处理工艺的废液排放问题。3生物技术和生物剂在降焦方面的应用 生物技术、生物材料是世界烟草界的研究热点之一，在利用生物技术和生物材料降低卷烟焦油和其它有害成分方面已进行了大量的研究，并取得了许多实质性进展。 湖南大学化学8郭灿城教授研制的烟草生物降焦剂获得国家知识产权局授予的发明专利。该种烟草生物降焦剂，主要是采用仿生催化等技术，模拟人体内生物解毒机理，选用与生物酶结构类似的金属卟啉作为主要原料研制。如将这种降焦剂与过滤嘴材料合制成新型过滤嘴，能够降低香烟中的焦油含量，同时能将影响人体健康、挥发性强的有害物质一氧化碳、一氧化氮等吸附；如将这种降焦剂均匀与烟丝混合，能够选择性去掉香烟中的致癌物苯并芘和降低烟雾中的有害气体含量，可以克服降低香烟焦油含量而导致吸烟者口感变差的缺点。烟草降焦减害技术主要在三个方面，一是培植焦油和有害物质生成少的优质烟草新品种，如美国、加拿大等国在20世纪后期采用基因改良技术已培育出多种焦油产生量低的烟草品种；二是改进调制技术，如南京生物化学制药研究所9发明了利用生化制剂血红素来降低卷烟焦油量的新方法；三是在过滤嘴上作文章，如希腊研制出了浸渍血红蛋白的活性炭三复合生物嘴。而郭灿城教授这种烟草生物降焦剂，能在生物浓度下像生物酶一样催化香烟中有害物质，具有用量小，成本低、降毒效果好的优势。4新型材料的使用4.1物理或化学作用类添加剂 采用空气流动速度的控制来降低焦油含量，空气在经过微孔时速度会过滤烟嘴的过滤有几个方面作用：物理阻隔过滤：即通过环保棉增加烟气的流通层次，使烟气的焦油和固加快，但烟嘴中间有个空腔，烟气就在这里会减速，出口也是微孔，烟气在空腔中会做短暂的停留，焦油会附着在过滤器上，烟气中的烟尘也会在减速中降落在空腔中，和烟焦油形成混合物，这样大量的有害物质就被截流在空腔中；磁石过滤：磁石的磁场会使烟气经过时根据磁力场的方向流动，而磁石本身是冷的，是焦油和烟尘达到截流的效果；目前还有其他化学颗粒可以达到过滤的效果。4.2纳米材料 世界上一些主要发达国家相继对市售卷烟所含焦油、烟碱及CO量作出了具体的限制,同时,消费者自身的健康和环保意识也有所增强。在此背景下,世界烟草业为了降低烟草制品对人类健康的危害,更好地保护消费者的健康,相继开发出了纳米材料、生物材料等新型材料,已成功地运用于卷烟工业中,加速了国际卷烟市场向更低焦油、烟碱和低有害成分方向发展的趋势。纳米材料纳米材料结构特殊,具有许多不同于传统材料的物理、化学性能,应用前景广泛。纳米颗粒表面活性位点多、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工业中,可有效地起到降焦减害的作用。 北京的卷烟企业10将纳米3mg的产品技术归结为两点，即所谓的“1+1”技术理念： 第一个“1”：选择性催化：纳米技术具有比表面积大，表面活性中心多的特点，是做催化剂的理想材料。在3mg卷烟产品中，利用纳米材料的选择性催化作用，将卷烟烟气中的有害物质催化分解为小分子的无害物质，大大减少卷烟烟气中有害物质。 第二个“1”：选择性吸附：纳米材料具有巨大比表面积，能够选择吸附卷烟烟气中具有较强致癌作用的烟草特有N-亚硝胺和稠环芳烃这两类物质。 经对照试验证明，中南海纳米3mg卷烟产品的主流和侧流烟中NNN、NNK、NAT、NAB等烟草特有N-亚硝胺类、苯并(a)芘等稠环芳烃类具有较强致癌作用的物质分别平均降低了40%和60%以上，极大降低了吸烟对健康的危害，而产品的香气质和香气量并没有发生明显的变化。自由基卷烟的主要有害物质，北京卷烟企业经过数年努力，研制出一种新的自由基清除配方，可清除烟气气相中69%的自由基。纳米技术则用来对付另一主要有害物质一氧化碳，通过降低烟丝裂解温度，从而降低一氧化碳的释放。5其它降焦减害技术 美国一家公司开发出了一种可同时减少焦油和其它有害物质的滤嘴添加剂。滤嘴丝束经此添加剂处理后，试验卷烟比对照可多去除40%以上的焦油，并能成倍地去除卷烟中的亚硝胺（与对照比可减少80%左右的亚硝胺）。Ames试验也表明，试验卷烟烟气提取物的细菌诱变数量可减少90%左右。另一项研究结果表明，在卷烟滤嘴中加入对烟气具有高吸附性或高亲和性的材料，如Mg、Ca、Sr、Ba和过渡金属Co、Ni、Cu、Zn的氧化物及其硝酸盐、碳酸盐等，均可不同程度地降低卷烟烟气中有害物质的含量。美国布朗威廉逊公司11研制出了降焦减害效果明显的三复合滤嘴。该复合滤嘴由3段不同的滤嘴组成：靠近烟丝段为离子交换树脂滤嘴；中段为活性炭滤嘴；第三段为醋纤滤嘴。试验表明，树脂段可吸附HCN和醛类，与同类长支淡味卷烟比较，HCN可下降62%，甲醛降低33%，其它醛类降低33%49%。活性炭部分可吸附几乎所有的气相成分，例如苯降低38%，丙烯醛降低42%，镉降低69%。美国专利12介绍了一种降低卷烟焦油和烟碱的方法及制品。该法主要是通过在卷烟中加入Sterotex和高锰酸钾的络合物，可以根据其加入剂量线性地调节降低主流烟气中的焦油和烟碱量，最大降低幅度可达85%以上。烟气分析结果显示，烟碱被氧化为维生素B6烟酸。魏玉玲等13研究发现，与用其它方法调制的烟叶相比，用微波辐射的烟叶中至少有一种TSNAs的含量有所降低。较理想的结果是，微波处理烟叶中的TSNAs含量低于0.2g/g，甚至低于0.1g/g；其中，NNN和NNK的含量分别低于0.15g/g和0.002g/g，甚至低于0.05g/g和0.0005g/g。朱建华14发明了用微波对成品卷烟进行处理，从而降低烟气中亚硝胺的新方法。据称，亚硝胺总量可降低52%76%（主流烟气）和21.5%53%(侧流烟气)。还发明了在卷烟烟丝中加入2%5%载有金属氧化物（镁、锌、铁、锰等的氧化物）的沸石，主流和侧流烟气中的亚硝胺总量可降低50%以上15。南通烟嘴试验厂研制的减害增塑剂，可使烟气中的BaP降低22.4%，并保持卷烟原有的吸味和风格。许昌帝豪集团沪新公司16研制的驻极体高效降焦滤嘴（ECF），可比使用醋纤或丙纤滤嘴的卷烟焦油再降低310mg支。王军等17在纺丝油剂中加入微量化学物质，使其在丝束生产时均匀地吸着在每根单丝的表面上，可增强纤维表面对烟气焦油的选择性吸附能力，比滤棒加工时将增塑剂加在纤维表面的效果要好得多。通过卷曲工艺的适当调整，可使醋纤丝束产生三维立体卷曲，从而可进一步加大对焦油的滤除效果。烟草降焦我之见：近年来，生物工程技术快速发展，可以依托生物科技改良或改善烟草品种，使之焦油量降低；其次，引进国外先进加工、卷制技术，在加工环节通过物理、化学方法减少烟叶在燃烧过程中产生的有害物质；此外，通过新型添加剂的研发、纳米技术的应用以及新型过滤嘴的生产，可以不同程度的降低焦油含量。然而，降焦不等于无焦，减害不等于无害，再加上不是所有人都明白烟叶燃烧中哪些成分危害身体。所以，还应广泛宣传，避免误导消费者，不要因降焦而心安理得抽更多的烟。最后，应加强市场管理，打击假、私、非、超卷烟；加大宣传教育力度，让未成年人懂得抽烟的危害，从根本上净化卷烟加工、销售市场。参考文献1张广周.浅谈开发低焦油卷烟的农业环节之措施J.黑龙江