卷烟烟气中的主要有害成分及其控制措施

1、卷烟香味与烟气化学课程论文 学院：烟草学院班级：10研烟草2班姓名：武云杰学号：10218036卷烟烟气中的主要有害成分及其控制措施摘要 卷烟抽吸为高温缺氧不完全燃烧过程，会产生微量对人体有害的物质。本文对卷烟烟气危害成分的种类、形成机制、等方面进行了论述，并指出减少卷烟烟气中主要有害成分的主要控制措施。关键词 卷烟烟气 有害成分 控制措施卷烟的抽吸方式决定了烟支燃吸是一种高温乏氧不完全燃烧的过程，最高温度可达900左右。抽吸时燃烧主要发生在燃烧锥底部周围，气流中的氧几乎耗尽，氧化过程不起主要作用。有限度的燃烧导数蒸馏、干馏、热解、合成等反应同时发生，生成大量新化合物。卷烟燃气是一种气、液、固

2、并存的复杂多相的气溶胶。据报道，仅卷烟烟气中的化学成分就有4000种，比烟叶中还多1000多种。这些化学成分中既有提供烟草香气、吃味和生理作用的物质，也有产生杂气、刺激和不良吃味的物质，还有微量对人体健康产生危害的物质，如气相中的一氧化碳、硫化氢和焦油中的自由基、亚硝胺、苯并a芘等。因此，卷烟烟气化学的深入研究对提高卷烟香吃味品质和降低有害成分具有重要的意义。1有害气体11一氧化碳一氧化碳能够取代氧气与血红蛋白结合成氧合血红蛋白，使血红蛋白失去输送氧气的功能。烟气中CO一部分由热解产生，一部分由烟草不完全燃烧产生，还有一部分由CO2还原而成。主流烟气中碳氧化物还受烟气含水量、卷烟纸孔度、烟草配

3、方等因索的影响。采用打孔滤嘴或带禽纵向气槽滤嘴来稀释烟气雕使主流烟气中CO有减少。1.2苯烟气中的苯可能来自烟草中含有芳香环的成分，如木质素、多酚类以及某些氨基酸，也可能来自非挥发性有机化合物产生的碳氢基团。苯能引起神经衰弱，乏力、白细胞和血小板减少、贫血等症状，严重的可导致神志不清、肌肉痉挛等。卷烟主流烟气中苯的浓度可通过使用打孔滤嘴而有减少。1.3挥发性醛和酮类烟气一部分醛和酮似乎是由烟草直接转移的结果，然而，大部分这类挥发性化合物是吸烟时从那些前体(如糖、果胶、蛋白质)以及烟草中的甘油三酯形成的。这些挥发性羰基化合物特别是甲醛、丙烯醛及巴豆醛是纤毛的毒素，与氰化氢和氨一起，吸人后抑制了肺

4、排泄物的清除，从而导致肺部疾病。含炭滤嘴可选择性地从卷烟烟气中去除某些挥发性醛和酮类，因而大大降低了烟气对纤毛的毒性。打孔滤嘴也能跤少挥发性醛类。1.4氯代烃类烟草中含有少量的氯,含氯量高时则燃烧性弱。烟叶内氯的含量决定烟气中氯代烷烃的生成量。在气相中，已鉴定的有氯代甲烷和氯乙烯。氯代甲烷是一个可疑的动物致癌物。氯乙烯有微毒，长期接触可引起某种过敏，离浓度的氯乙烯会诱发肝脏内血管瘤。含炭滤嘴可选择性的从烟气中减少氯乙烯。1.5氧化氮类新产生的卷烟烟气实际上只含一氧化氮及微量的氧化亚氮，不含二氧化氮。然而。二氧化氮随着烟气的陈化而迅速形成，被空气稀释的烟气中在数分钟内即有一半的一氧化氮被氧化成二

5、氧化氮。烟气中的氧化氮类的生成量主要取决于烟草的硝酸盐含量，其中烟梗是硝酸盐的最丰富来源。一氧化氮能跟血红蛋白作用生成一氧化氮血红蛋白而引起中毒。氮氧化物主要对呼吸道造成危害，可致急性中毒和慢性中毒。氧化氮类是吸烟时形成致癌性N-亚硝胺的主要前体。促使亚硝胺的体内生成。减少烟气中的氧化氮类的有效方法是减少烟气中的硝酸盐含量。打孔滤嘴也可以减少氧化氮类。1.6氰化氢氰化氢是卷烟烟气中最具纤毛毒性的物质，它是几种呼吸酶的非常活跃的抑制剂。硝酸盐是烟气中氰化氢的主要前体。烟草中蛋白质和氨基酸对烟气中氰化氢的形成也起重要作用。氨基酸发生分子间的反应而环化并形成吡咯酮或吡咯烷，热解产生HCN。含炭滤嘴、

6、打孔滤嘴或带纵向气槽的滤嘴可选择性地降低烟气中氰化氢浓度。1.7氨烟气中的硝酸盐和蛋白质都是烟气中氨和酰胺类的前体。硝酸盐及其形成的氧化氮类在燃烧锥内因还原反应而生成氨，或者与适当的中间物质反应产生酰胺类化仓物。氨具有挥发性，吸烟时受热挥发，氨几乎全部进入烟气中。烟气中游离态氨过高，产生刺激性和辛辣味，使吸烟者喉部出现收缩。引起呛咳，口腔和鼻腔有辛辣和难受的感觉。减少烟气中氨的浓度主要是通过调整卷烟配方，降低烟丝中的各氮化合物，从而减少氨含量。2 烟草焦油2.1 烟草焦油的生成烟草的主要化学成分省糖类、蛋白质、氨基酸、有机酸，萜类化合物、蜡质、脂质、色素及烟草生物碱等，所以,可以认定烟草焦油中

7、的大量稠环芳烃绝大部分是这些化学成分在吸烟过程中生成的。在吸烟时。烟草被点燃，局部温度可达600900。这也是烟草焦油中稠环芳烃生成的重要条件。在吸烟过程中。卷烟中的烟丝基本上是在供氧不足的条件下燃烧的，这是生成稠环芳烃的另一个重要条件。因此可以概括地说，烟草焦油及其中的稠环芳烃是烟草有机物在高温乏氧条件下不完全燃烧的产物。22 烟草焦油中的稠环芳烃有人用气相色谱一质谱法分柝了烟草焦油中的稠环劳烃，种类在150种以上。其中已证实有致癌作用的约10余种,重要的有苯并a芘、二笨并a，h蒽、苯并b荧蒽、二笨并a，i 芘、笨并a蒽、茚并1，2，3-cd 芘及氮杂环类化合物等。它们主要存在于烟草焦油的中

8、性成分中，仅占焦油量O6左右。其中O.2是致癌物质，O.4是促癌物质。而烟草焦油中99.4是无害的。2.3 烟草焦油中的酚类化合物烟草焦油中的酚类化合物主要为简单酚，如苯酚，邻-，间-，对-甲酚，间-及对-乙酚等。原先存在于烟草中的酚类化食物如香豆素类、单宁及黄酮类在烟草焦油中基本上已不存在。酚类化合物本身无致癌性，但具巷明显的促癌作用。据Boutwell等的资料，酚类化合物具有促癌活性的主要是苯酚，邻-、间-、对-甲酚及2，4-、2，5-、3，4-和3，5-二甲酚，其他则不甚明显。2.4 烟草焦油中的有机酸烟草焦油中能检出的有机酸则主要是挥发性酸，如乙酸、丙酸及甲酸等，至于原先存在于烟草中的

9、非挥发性酸，则含量极微。有机酸在致癌过程中也起着促癌剂的作用。此外，在烟草焦油中还有某些醛及酮类化食物，某些具有一定生物学活性的环氧化合物、过氧化合物、内酯以及某些具有可疑致癌作用的无机化合物和金属元素等。这些化会物在吸烟致癌过程中究竟起到什么样的作用，目前还拿不出确切可靠的依据。大部分见解停留在推测阶段。2.5 降焦措施通过各种技术降低卷烟焦油，采用的技术主要宥：合理选择原料，微波处理，提高烟丝填充值，使用膨胀烟丝、膨胀梗丝等，通过尽量减少燃烧物质以降低卷烟焦油量；合理搭配辅料，提高卷烟纸透气度，滤嘴通风，减少抽吸口数，提高燃烧性等。通过几十年的研究，国内外卷烟焦油持续降低，由于卷烟烟气中多

10、数有害成分的量与焦油量正相关，因此降焦就能降低有害成分，可提高安全性。3 烟草生物碱烟碱是烟叶中最主要的生理活性物质。摄入适量的烟碱可以提神兴奋、消除紧张状态等。这是因为烟碱具有兴奋大脑神经的生理作用。内在质量好的烟叶及烟制品含有适量的烟碱，将给吸烟者以适当的生理强度和好的香气与吃味。若烟碱含量过低则劲头小，吸味平淡。若烟碱含量高则劲头大，刺激性增强，产生辛辣味。几十年来人们认为生物碱主要是烟碱，是烟叶和烟气的主要标志。而吸烟的心理作用和生理作用也以烟碱作为出发点。烟碱通过吸烟而摄人体内，96吸入肺部,进入血液6s可达到大脑。对大脑皮层产生兴奋作用。烟碱似乎是通过脉络膜丛的被动扩散和主动转移而

11、进入大脑的，并结合在乙酰胆碱受体上。烟碱主要对中枢神经和自主神经系统的神经细胞和运动神经末梢具有双重作用。吸烟具有成瘾性，而烟碱又是引起成瘾的药物，其药理效应类似于其他成瘾药物烟碱的毒性虽然是多方面的，但是在人体内不会积累。短时间内即由尿排出体外，所以只要不是连续不断的吸烟，是不会引起烟碱中毒的。另外,由于人体的代谢作用也可以将烟碱代谢为无毒物质。4 吸烟自由基自由基为带有不成对电子的原子、分子或离子。具有顺磁性。大多数自由基的性质极为活泼，具有很高的反应活性，参与大量的化学反应。自由基也有某些病理生物学作用(如DNA损伤、生物膜氧化损伤和神经损伤等)，还与衰老、动脉粥样硬化、心肌损伤，高血压

12、、肺部痰病、胃溃疡、阿尔茨海默病、帕金森病和肿瘤等很多疾病有关。4.1 自由基的形成吸烟过程中产生的自由基经过剑桥滤片过滤后，一部分可富集在焦油中，称之为吸烟粒相自由基。依据相似相溶原理，它们应和焦油性质类似，是一些分子量较大、稳定性较高的自由基，可用电子自旋共振波谱仪(ESR)直接观察到。研究发现，它们主要是醌半醌(QQH)自内基，还有少部分的稠环芳烃自由基、石墨碳和磷自由基。吸烟气相中也含有大量的自由基。与粒相自由基不同，它们体积小、重量轻、稳定性差，不能直接用ESR观察。可采用自旋捕集技术，先将这些活泼自由基捕获，再转化成比较稳定、能用ESR检测的自旋化合物。研究发现。吸烟气相自由基的主

13、要成分是烷类自由基(R·)和烷氧自由基(R0·)，这些自由基是吸烟燃烧形成的气流在流动过程中不断形成的。4.2 自由基的危害烟气中高浓度的自由基会消耗生物体内的抗氧化剂，产生氯化应激(Oxidative Stress)，导致自由基攻击不饱和脂肪酸。蛋白质、氨基酸和DNA，使之发生变性而产生疾病。吸烟者戒烟后，全血谷胱甘肽浓度有显著提高。Q·QH·和PAH8 烟气进入人肺后，与氧反成，消耗氧储备。生成的活性氧自由基再与DNA结合导致一系列毒理效成。在较低温度下，Q·QH·能催化PAH8自氧化作用，生成致癌的酚和醌。气相自由基能进攻细胞膜

14、引超膜脂质过氧化，使膜的流动性变大，使1-抗蛋白酶(1，Pi)失活。气相自由基主要作用于肺的末硝部分。与周围型肺癌的发生有关。吸烟同样是动脉粥榉硬化和心肌梗塞的主要因素。4.3 减少措施目前，清除卷烟烟气中自由基的主要方法是向烟丝和滤嘴中加入自由基清除剂，采用的清除剂有天然植物类抗氧化剂、维生素、氨基酸及其他生物物质、微量元素和天然矿物质等。天然植物类抗氧化剂和维生素有：类胡萝卜素、罗布麻叶、茶多酚、原花青素、维生素C、维生素E，以及上述自由基清除剂的复合物。有半胱氨酸、硒代硫氨酸、L-谷胱甘肽、L-蛋氨酸等多种氨基酸，血红蛋白、酶催化剂和超氧化物歧化酶、太豆酿制酱油或其酊剂等。微量元素及天然

15、矿物质有：Zn、Se、Mo、蒙脱石、麦饭石等。吸烟粒相自由基富集在焦油中。可用降低熊油总量的方法来减少。5 烟草特有亚硝胺 目前己鉴定出了8种烟草含特有的亚硝胺。其中的四种：N-亚硝基降解碱(NNN)，N-亚硝基新烟草碱(NAT)，N-亚硝基假木贼碱(NAB)和4-(N-甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)研究得最为深人。5.1 TSNAs的形成烟草特有N-亚硝胺从分予化学水平着。是烟草生物碱和亚硝基反应生成的复合物。它们与亚硝基作用剂反应时，叔胺烟碱C-N键断裂，仲胺降烟碱、假木赋碱和新烟草碱N-H被N-N=0取代，即形成TSNAs，烟草中的TSNAs含量极微，一般浓度均在

16、0.001 mgkg10mgkg。5.2 TSNAs的危害1962年，国际上首次在科技文献中有文章报道烟草中含有亚硝胺及其有潜在的致癌作用。目前，有关TSNAs的致癌机制在国内外已有大量报道，但很多都是在动物试验中得到证实，在人体中是否具有同样作用，还有待研究。NNN特别是NNK是强动物致癌剂，它会对小鼠、太鼠及叙利亚金田鼠诱发肺癌。仅将lg NKK一次注入田鼠肺中即可造成肺部癌瘤的高发病率。5.3 TSNAs的减少措施控制氮肥施用量，可减少烟叶中的TSNAs。这是因为N是烟碱合成的必须元素。控制氮肥可降低烟叶巾的烟碱含量。烟叶中的TSNAs几乎都是在调制过程中产生的，因此选用适当的调制方式，

17、对于降低TSNAs含量是非常重要的。微生物在TSNAs的形成中起着重要作用，在在调制过程中改变微生物活性和数量，也必然会影响TSNAs的累积。在硝酸盐和生物碱生成TSNAs的系列反应中，亚硝化酶起着决定性的作用。也有人提出设想；通过化学或生化手段将亚硝化酶选择性地杀死，或使其活性降低乃至丧失，阻断TSNAs的形成途径，从而可以极大地降低烟时中的TSNAs含量。但这一方法操作起来有相当大的难度，是否可行还有待进一步研究。通过栽培措施减少TSNAs，喷施化学药物可降低TSNAs。MH可导致较高的糖和钾水平，降低硝酸盐和烟碱的水平。烤后用维生素C处理过的烟叶中的TSNAs和亚硝酸盐水平要比对照烟叶低

18、很多。按这种方法处理过的烟样。在晾制中亚硝酸盐和TSNAs水平急剧增加，然而晾制结束后，亚硝酸盐和TSNAs水平是对照的13ll0。6 控制烟气中有害成分的措施卷烟烟气气相的有害成分主要有一氧化碳、挥发性醛和酮、氯代烷烃、氧化氮类等。减少这些有害气体的主要措施是稀释烟气和在滤嘴中添加吸附剂，如采用高透气度卷烟纸、打孔滤嘴、带有纵向气槽的滤嘴或添加活性炭的滤嘴等。卷烟焦油足烟草有机物狂高温乏氧条件下，发生蒸馏、干馏、热解、合成等一系列复杂反应形成的，焦油中的有害物质主要有致癌性稠环芳烃和亚硝胺，具有促癌活性的酚类和有机酸。降低焦油的措施主要是合理选择原料，使用膨胀烟丝和膨胀梗丝及再造烟叶，提高烟

19、丝填充值，从而减少烟丝用量。合理搭配辅料，使用高透气度卷烟纸，打孔滤嘴，提高燃烧性，减少抽吸口数。选用添加剂、抗突变剂、吸附剂、催化剂等。如中药材、纳米材料、植物提取物和血红蛋白等，可以适当降低卷烟烟气中的毒理学或遗传毒理学确定的有害成分，如卷烟烟气中的稠环芳烃(PAHs)、烟草特有亚硝胺(TSNAs)、一氧化碳、自由基和挥发性醛酮等。参考文献1 闫克玉卷烟烟气化学M郑州；郑州大学出版社，20022 李汉超，王淑娴烟草·烟气化学及分柞M郑州；河南科学技术出版社，19913王端新。烟草化学M北京，中国农业出版社，20034闫克玉烟气化学M。郑州，郑州大学出版社，20025聂一平影响卷烟

20、中一氧化碳量的几种因素J烟草科技，1992，(2)：26286 Schlotzhauer W S，Chortyk O TRecent advance in studies on the pyrosynthesis of cigarette smoke constituentJAanl Appl Pyrol，1987(12):1932227 朱立军，戴亚。液相色谱法分析卷烟主流烟气中的挥发醛J。烟草科技，2003，(10)：22258 Johnson W R，Nedlock J M，etalThe distribution of products between mainstream and s

21、ide scream smokeJTob Sci，1973，17(141):49 Umemura S，Muramatsu M，Dkada TA study on precursors of nitric oxide in side stream smokeJBeitr Tabakforsch Int，1986，13(183):9010 Severson R F，Arrendate R F。Chortyk O T，etal。A method for determining the transfer of lipids from tobacco to smokeJTOb sci，1978,(22)

22、:83 l0011 Sevefson R F，Snook MF，Chortyk()T。etalA chromatographic analysis for polynuclear aroma tie hydrocarbons in small quantities of cigarette smoke condens8teJ。Beitr Tabakforsch，1976(8):210112 Arendale R F，severson R FSnook M EQuantitative determination of naphthalenes in tobacco smoke by ges ch

23、romatographyJBeitr Tobakforsch，1980，(10)：10010513 Snook M E，Severson R F，Arrendale R Fetal The identification of high molecular weight poly-nuclear aromatic hydrocarbons in a biologically active fr8ction of cigarette smoke condensateJBejtr Tabakforsch Int，1977，(9):7910114 Hoffmann D。Woziwodzki HChem

24、ical studies on tobacco smoke IVThe quantitative determination of free nonvolati1e fatty acids in tobacco and tobacco smokeJBeitf TabBkforsch，1968,(4):7516715 Dube M F，Green C R. Methods of collection for smoke for analytical pruposeJRec Adv Tob Sci。1982。(8):4210216 方允中，郑荣粱。自由基生物学的理论与应用M北京，科学出版社。200

25、217 孙存普，张建中，段绍瑾自由基生物学导论M合肥，中国科学技术大学出版社，199918 Cross.CE，Traber，MG，Eiserich，J，et a1Micronutrient antioxidants and SmokingJBritMedBull，1999，55：69170419 Frei B，Forte T M，Ames B N，et a1Gas phase oxidants of cigarette smoke induce lipid peroxidation and changes in lipoprotein properties in human blood plasma l:protective effects of ascorbateJBiochenj 1991，277:13313820晏良羊，赵保