烟草减害技术（一）

1　引言

　　1999年3月，国家局在青岛召开了低焦油混合型卷烟开发工作会议，低焦油混合型卷烟产品开发工作全面启动，同时，国家烟草专卖局制定的“十五”计划中也明确提出：2005年全国名优卷烟焦油量平均降低到12mg/支左右，高于15mg/支的卷烟不准进入市场销售。全行业以此为契机，充分利用新技术、新工艺、新材料，从配方设计、加工工艺等方面入手降低卷烟产品的焦油量，积极研究、开发和推广降焦减害综合技术。以研发“一高二低”卷烟产品为主线，使卷烟产品的安全性大大提高，卷烟产品的技术含量不断得到提升。

　　近几年来，由于受世界卫生组织及反吸烟运动的影响，世界上一些主要发达国家相继对市售卷烟的焦油、烟碱及CO量做出了限制，同时，消费者对自身的健康也更加关注，国际卷烟消费市场也发生了一些变化。为了降低烟草制品对消费者的危害，国际烟草界对包括烟叶生产、卷烟生产工艺和降焦减害技术等在内的许多领域加大了研究力度，出现了一些新的研究成果并运用于卷烟生产中，国际卷烟市场也出现了加速向更低焦油、烟碱等有害成分的卷烟发展的趋势。

　　2　国内卷烟降焦减害技术科研动态及其成果

　　近几年，通过烟草行业广大科技工作者的坚苦努力和潜心研究，在借鉴国际上先进的降焦减害技术的基础上，已创造性地开发出适合我国国情的卷烟（尤其是烤烟型卷烟）综合降焦减害技术，并推广应用到了生产上，特别是在降低卷烟烟气中的焦油、烟草特有亚硝胺（TSNAs）、自由基、苯并（a）芘[B(a)P]、CO等技术研究方面取得了突破性进展，研究开发出了纳米材料、分子筛技术、生物技术等一批新型降焦减害技术。

　　2.1　降焦减害添加剂

　　2.1.1 物理或化学作用类添加剂

　　恽之瑜等人[1]研究了沸石作为卷烟添加剂以去除烟气中亚硝胺的效果。试验结果表明：将NaY和NaZSM-5等沸石作为添加剂、均匀分散在烟丝中的效果较好；在添加剂质量分数小于5%时，侧流烟气中的TSNAs可减少约30%，主流烟气中减少35%-61%，而烟气中亚硝胺总量则分别减少50%和70%左右。

　　于建军等人[2]研究了5种不同颗粒吸附材料制作的复合滤嘴对不同牌号卷烟烟气中某些成分的过滤效果。结果表明，不同吸附材料对卷烟烟气中总粒相物的过滤效果表现为麦饭石＞麦饭石＋提纯膨润土＋膨化蛭石＞提纯膨润土＞活性炭，麦饭石与活性炭之间的差异达到了显著水平；对烟气中烟碱的过滤效果是提纯膨润土＞膨化珍珠岩＞麦饭石＋提纯膨润土＋膨化蛭石，与活性炭相比差异极显著；焦油的过滤效果以麦饭石，且差异显著。

　　刘建福等人[3]研制开发了一种低焦油、低自由基、硒含量较高的烤烟型卷烟。在产品研制中采用了一些新技术，如：①选择能够促进有机化合物裂解、减少干馏物形成的催化剂添加到卷烟烟丝中来降低焦油释放量；②选择能够提高燃烧锥温度和燃烧速率的助燃剂；③添加能的自由基捕获剂捕获卷烟燃烧过程中产生的自由基；④在叶组配方中使用一定量的富硒烟叶等。同时，还采用了高透气度盘纸、烟丝膨胀技术和有添加剂的卷烟滤嘴等卷烟降焦技术。研究结果表明：研制的卷烟焦油量在12mg/支以下，自由基总量降低了40%，微量元素硒成功地导入到主流烟气中，主流烟气硒含量比普通卷烟可增加140%。

　　崔文艳等人[4]选用了一种无机的单质氧化物，用该氧化物作为吸附载体，可将吸烟产生的焦油尘粒等杂质吸附，吸附率可达20%～50%。在卷烟复合滤棒中加入净化试剂，可以在降低焦油的同时，转化降低一氧化碳等有害物质，降低量分别为3～5mg/支左右。

　　王晓葵等人[5]研究了不同脱乙酰度的壳聚糖在降低卷烟焦油、烟碱释放量方面的作用，再对烟支进行评吸，从而确定了壳聚糖溶液的zui佳添加量。结果表明，烟支中加入1.0mL脱乙酰度为90%的壳聚糖溶液，主流烟气中焦油降低15.5%，烟碱降低13.8%，内在品质有明显提高。

　　贾鹏等人[6]研究出清除自由基的方法和途径：在烟丝中加入罗布麻浸膏清除固相自由基，在滤嘴中加入自由基清除剂清除气相自由基。实验证明：二者组合具有较好的清除效果协同性，单一组分使用清除效果低于复合清除剂的清除效果。应用上述两项技术生产出的卷烟可有效降低自由基含量，其中气相自由基清除率达到26.85％。

　　王建民等人[7]将柠檬酸钾、酒石酸钾钠、草酸钾、富马酸钾、磷酸二氢钾等钾盐添加到同一种卷烟样品中，对比分析了它们与卷烟总粒相物含量TPM的关系，并分析了各种钾盐对卷烟品质的影响、降焦效果以及使用成本。结果表明，柠檬酸钾不仅具有较好的降焦效果，成本较低，而且可以改善卷烟的吸食品质，是一种较理想的卷烟添加剂。

　　李丛民等人[8]用自动吸烟机、气相色谱、液相色谱和电子自旋波谱分别检测钼酸盐处理的卷烟和对照卷烟的燃烧速度、烟气焦油量、焦油中B(a)P和自由基的浓度，用差热分析和热失重分析探讨反应机理。研究结果表明，钼酸盐类添加剂对卷烟燃烧氧化反应具有较高的催化活性，对降低烟气焦油中自由基和B(a)P的浓度有显著的效果，其活性大小顺序为MnMoO4＞CoMoO4＞K2MoO4＞ZnMoO4。添加剂对卷烟烟气焦油、粒相自由基和B(a)P的zui大降低幅度见表1。

　　尹大锋等人[9]在分析烟气复杂的有机成分的基础上，运用化学吸附原理，有针对性地开发了高沸点、无色、无味、无毒且具选择性过滤效率的有机添加剂Y1，以增加滤棒与需要截留的化合物之间的亲和力及活性过滤点数目，从而提高了滤嘴对焦油的过滤效率。所开发的新型滤棒添加剂可降低卷烟焦油量，平均降低幅度可达9.0%。

　　北京卷烟厂与中国科学院生物物理所合作，共同开展了降低卷烟烟气中有害成分的研究，捕捉、筛选出了烟气中对人体有害的自由基。同时还研制出烟气自由基消除剂（FRE）。FRE由一种天然物质与一定比例的其他辅料配合而成，对人体无毒无害，对产品的气味没有影响，可使卷烟保持原有风格，性质比较稳定，对自由基有显著的消除效果。经中科院检测，添加中草药和FRE，自由基的综合清除效率达到36%以上。

　　昆明卷烟厂发明了一种新型的卷烟纸添加剂（CN1324968），该添加剂主要由有机酸钾盐、金属冠醚络合物和其它有机金属盐组成，用其生产的卷烟纸可有效地降低卷烟焦油量，并使卷烟的香吃味保持不变。

　　青州烟草研究所发明了一种卷烟降焦减害添加剂及其制备方法（CN1351852），该添加剂以茶多酚、柠檬酸钾、酒石酸钾钠和丹宁酸为原料，按一定的比例溶于酒精水溶液中，加热制成饱和溶液，再经过滤制成添加剂。可降低焦油量，并可减少焦油中的有害物质含量，基本不影响卷烟的吸味质量。

　　兰州康达生化技术有限公司发明了可选择性降低烟气中致癌物质的滤嘴添加剂（CN1285171A），该添加剂以SiO2+Al2O3为载体，以山梨醇干或木糖醇干为稳定剂，以β-环糊精或纤维素为粘合剂共同组成具有生物活性的添加剂，可有效地消除烟气中的苯核类有机化合物，尤其是多环芳烃，并可降低焦油。

　　中科院西北高原生物研究所发明了一种主要由醋酸锌和氧化锌组成的降焦剂（CN1223830A），可在加料时与其它料液一同加入烟叶中，可降低卷烟焦油量、改善烟草吃味、减少杂气和刺激性。

　　李绍民发明了把改性后的分子筛材料加入烟丝中或卷烟滤嘴中（CN119890），可以有效地降低卷烟焦油或气相物质中的有害物质含量（5%～90%）。

　　吉林大方经贸有限公司和郑州烟草研究院，研制出了适合于烟草工业应用的新型NaY型分子筛和二元分子筛复合滤棒，在基本保持卷烟感官质量的情况下，可显著降低卷烟烟气的焦油量，而且对卷烟烟气中的一些有害成分具有一定的选择性过滤效果。研究结果表明，与对照卷烟相比，试验卷烟降焦幅度达20%以上；苯系物降低幅度达30%以上，苯并[a]芘、三种稠环芳烃总量、邻苯二酚及七种酚类总量均降低27%以上；尤其是烟草特有亚硝胺降低67%以上。

　　中科院大连化学物理研究所发明了一种含有吸附剂的聚丙烯丝束（CN1296790A），其吸附剂含量为0.4%～4.0%，吸附剂由低硅铝比沸石分子筛和高硅铝比的分子筛组成。可有效降低卷烟的焦油量和乙醛、丙烯醛、苯、甲苯含量。

　　南京大学发明了一种可降低卷烟烟气中亚硝胺含量的卷烟添加剂（CN122894），主要由含有多孔材料的海藻酸盐悬浮溶液组成，可喷在烟丝上，多孔材料可以是硅胶、多孔氧化铝、Na型4A沸石或多孔硅铝酸盐等。可使卷烟烟气中的亚硝胺含量降低17%～65%。

　　2.1.2　中草药添加剂

　　有关企业和科研单位合作，在中草药的选择、药物的作用机理和临床应用效果上对中国特有的新型卷烟进行了深入的研究，已经研制开发成功对人体某些疾病具有一定疗效和缓解作用的新混合型卷烟，如“金圣”、“灵芝”、“五叶神”、“丹健”、“金参发时达”等。这些新型卷烟除对缓解人体呼吸系统疾病有一定良性作用外，还能对心血管系统疾病等有一定的预防作用。

　　柯亨林等人[10]研究了降低卷烟烟气中多环芳烃和自由基的中药添加剂。通过正交实验优化条件提取其有效成分为添加剂，采用邻苯三酚自氧化紫外方法和荧光法筛选中药，得到几种中草药的复方，喷洒于烟丝上卷制成卷烟后，利用电子自旋共振波谱仪（ESR）及气相色谱/质谱法（GC/MS），对卷烟焦油中多环芳烃和焦油及烟气中自由基含量进行测定分析。实验结果表明，该添加剂对卷烟焦油中多环芳烃和焦油及烟气中的自由基含量具有良好的降低作用。

　　天津卷烟厂与西安交通大学共同开发出“江山”牌卷烟。每支烟中含有0.5%的“仙芪补肾颗粒”的原始药液。它是由精选的淫羊霍、白芍、仙茅、黄芪、柴胡等多味中草药严格按照现代制药技术精练浓缩而成。在研究中发现，人体中诱导人淋巴细胞SCE的数值越高，人体的上呼吸道器官越容易诱发疾病，甚至癌变。经过多组对比实验证明，吸添加了中草药成分的“江山”牌卷烟的人体诱导淋巴细胞SCE的数值明显低于吸普通卷烟的人，但略高于不吸烟人。

　　南昌大学发明了一种可降低卷烟烟气中多环芳烃的添加剂（CN1234993A），主要由葛根、母丁香、姜黄、补骨脂等原料以海泡石作为助提物，加入乙醇溶液经浸提、回流、过滤、浓缩等制成。该添加剂可在卷烟制丝工艺的加香工序加入，可降解20%-80%的多环芳烃，并可降焦油。

　　青州卷烟厂与中国中医药研究所等单位合作，根据我国传统中医学理论，采用中草药添加的方法开发出了具有补肾壮阳、理肺去痰、增强人体免疫力功效的“东方”卷烟。该烟中含有18种名贵中草药，并采取了当前较为先进的添加中草药提炼物的方法，有效降低了卷烟有害成分，既保证了卷烟保健的功效，又减少和避免了卷烟的药味杂气，使消费者在身体保健的同时能够享受到烟气的舒适。

　　广东神农烟科技术有限公司和郑州烟草研究院，运用我国传统中医药学理论，研制开发出一种应用于卷烟工业的新型天然植物提取液--神农萃取液。神农萃取液对挥发性亚硝胺及烟草特有亚硝胺合成有明显阻断作用，具有拮抗苯并[a]芘致突变性作用，并能显著缓解吸烟所致咳嗽、气喘、瘀痰等不良反应。试验结果表明，与未添加神农萃取液的对照卷烟比较，自由基减少20%以上，小鼠和大鼠吸烟急性死亡的时间分别增加了60%和30%，使卷烟烟气所致SHE和BEAS-2B细胞半数死亡的剂量分别增加到1.7和4倍，卷烟烟气诱发的细胞氧化、细胞膜损伤、染色体基因突变和细胞转化作用明显降低。感官评吸的结果表明，试验卷烟基本保持了原有的风格和吃味。

　　2.2　农业技术

　　我国烟草农业在降低有害成份方面已进行了初步研究，主要研究领域是烟草品种选育、栽培技术和调制技术等方面。

　　2.2.1　烟草品种

　　中国农科院烟草所[11]经过3年时间鉴定了400份烟草种质资源的钾积累效率（富钾能力），已找出富钾的育种材料，并着手进行烟草钾积累效率的遗传规律研究，为富钾烟草品种的培育做准备。新发现的能吸收利用土壤矿物钾且叶片含钾量在7%以上的种质具有较强的富钾特征，另外钾也可通过各种手段向烟草转移。培育富钾烟草的实质是发挥烟草品种吸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，降低卷烟焦油量。

　　2.2.2　烟草栽培和调制

　　赵华玲等人[12]研究发现，喷施化学药物可降低TSNAs。如①使用MH可导致较高糖和钾的水平，降低硝酸盐和烟碱的水平。用MH处理后晾制的白肋烟，TSNAs的含量与手工除腋芽相比降低了50%左右，在支脉中没有发现还原反应，MH的使用也没有影响亚硝酸盐的含量(2.0～2.5μg/g)。②Vc(维生素C)是亚硝酸盐抑制剂。在烘烤前，将切碎的烟丝放入含1%Vc的水溶液中，使Vc渗入烟叶，结果表明Vc能大量渗入烟叶，但是Vc很快发生新陈代谢，3天后，Vc已降到未处理前的水平。但在烤后用Vc处理过的烟叶中的TSNAs和亚硝酸盐水平要比对照烟叶低很多。③VE(α-生育酚)是另一类亚硝酸盐抑制剂。实验表明，VE通过真空渗透到支脉中，按这种方法处理过的烟样，在晾制中亚硝酸盐和TSNAs水平会急剧增加，然而晾制结束后，亚硝酸盐和TSNAs水平比对照低3～10倍。同时，VE的加入会导致烟叶中去甲基烟碱浓度的降低。另外，改进调制过程也可以减少TSNAs。烘烤时间短时，微生物存活时间短，TSNAs含量就比较低。试验表明，在棕化反应过程中加热，只会导致微生物活性增强，zui后导致TSNAs含量高。在再造烟叶调制过程中，可溶性蛋白质、多酚、过量的硝酸盐、生物碱、农药残留等都可以去除，也可随意添加其它试剂，这样就可zui大限度地消除TSNAs量。

　　2.3　生物技术

　　国外利用生物技术降焦减害进行的较早，我国通过近几年的发展，进步也比较快并取得了可喜的成果。

　　2.3.1　血红蛋白

　　戴亚等人[13]从动物鲜血中提取了血红蛋白，并以血红蛋白为滤嘴添加剂加入卷烟中，研究其对卷烟烟气中亚硝胺含量的影响。结果表明，以血红蛋白为添加剂的滤嘴显著降低了卷烟烟气中N-亚硝胺的含量。①从所得实验数据可以看出，血红蛋白可以显著截留烟气中的NA，降低率基本在50%左右，而且对气相和粒相NA均有截留作用。②本实验的血红蛋白的制取工艺简单，原料便宜，易于获得。③血红蛋白无害无毒，具有良好的安全性。

　　南京生物化学制药厂研究发明利用生化制剂血红素来降低卷烟焦油含量的新方法，即以血红素（C34H32GIFNO44）的大环状结构作主剂，利用其机构上的Fe2+处于还原态时，吸附能力增强的特点，截留烟气焦油。试验结果表明：血红素对卷烟中焦油有明显的吸附作用。

　　2.3.2　生物滤嘴、生物卷烟纸和生物添加剂

　　宝鸡卷烟厂“KJT生物滤棒”和“新型生物特种卷烟纸”研发取得重大突破，“KJT生物滤棒”主要是利用KJT侧链上带阳离子的氨基，有选择性地吸附焦油、一氧化碳、重金属等有害物质，但烟碱不会同步降低；“新型生物特种卷烟纸”主要是利用KJT生物活性保健因子，减少侧流烟气有害成份，减少刺激性，从而有效地降低吸烟对环境的污染和对吸烟者的危害。据初步测算，“KJT生物滤棒”成本较活性炭嘴棒和进口生物嘴棒下降40%～60%；“新型生物特种卷烟纸”较国外同类卷烟纸成本下降50%左右。

　　李丛民等研究了在卷烟中加入类胡萝卜素对清除焦油中的自由基的影响，研究结果表明，在卷烟烟丝中分别加入0.05%～0.50%的叶黄素和β-胡萝卜素，分别可使焦油中的自由基浓度降低5.76%～12.95%和6.47%～12.95%。

　　郭灿成发明了一种烟草生物降焦剂（CN125224），主要由与生物酶结构相似的金属卟啉为主要原料制成，加入滤棒中后，在生物浓度下可以同生物酶一样催化苯并芘的降解和CO、NO向无害气体的转化，从而降低苯并芘和CO、NO含量，并能有效降低焦油量。

　　2.3.3　酶和微生物

　　马林等人[14]将酶解和微生物发酵等生物技术综合用于改变低次烤烟化学组分，有效地降低了对吸食品质和安全性不利的蛋白质成分及小分子含氮化合物如氨等。实验结果显示，用酶和微生物处理后可降解烟叶中41.34%的蛋白质；烟气中有害气体HCN、NO、CO分别减少了76.19%、71.43%、42.33%，焦油生成量减少26.01%。