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卷烟降焦减害技术研究进展(1)


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广西农业科学 2005 年第 36 卷第 4 期

卷烟降焦减害技术研究进展
封幸兵1 ,  李佛琳1 ,  洪丽芳2
( 1. 云南农业大学烟草学院,  云南昆明 650201;  2. 云南省农科院土壤肥料研究所)

摘 要: 通过选育富钾烟草品种, 改进调制工艺, 采用现代化生物技

术和生物材料, 既能保持烟草传统本色, 又可降 低卷烟燃烧过程中产生的烟碱、 烟焦油、 一氧化碳、 氢氰酸、 氨及稠环芳烃等有害物质, 减轻因吸烟对人体健康的影 响。 关键词: 香烟; 有害成分; 降焦减害 中图分类号: T S452  文献标识码: A      文章编号: 1002—8161 ( 2005) 04- 0380- 04

Study developm en t in techn iques for reduc ing c igarette tar and harm ful ma ter ia ls
FEN G X ing b ing , L I Fo lin, HON G L i fang ( 1. Tobacco Co llege of Yunnan A gricu ltu ra l U n iversity, Kunm ing 650201; 2. So il and Fertilizer In stitu te, Yunnan A cadem y of A gricu ltu ra l Sciences) Abstract: D evelop ing the tobacco va rieties th rough selecting po ta ssium rich va rieties, i p roving m ix techno logy, m app lying p hysica l, chem ica l and b io logica l techn iques and b io logica l m a teria ls no t on ly can keep the traditiona l na 2 Key words: ciga rette; ha rm fu l com ponen t; reducing ta r and lessen ing ha rm tu res of the tobacco p lan t, bu t a lso can reduce the con ten ts of the ha rm fu l com ponen ts such a s n ico tine, ta r, ca r2 . ing sm ok ing, thu s lessen the ha rm to sm okers

收稿日期: 2004 11 12 作者简介: 封幸兵, 男, 1980 年生, 湖南人, 在读研究生, 主要 从事烟草生理生化研究。

位; 平均籽仁产量 3315. 15kg hm 2 , 比汕油 523 增产 307. 2kg, 增产率 10. 21% , 增产极显著, 居参试品种 第二位。 2003 年参加广东省区试复试, 平均荚果产 量 3989. 25kg hm 2 , 比 汕 油 523 ( CK ) 增 产 359.
85kg, 增产率 9. 91% , 增产显著, 荚果产量居参试品

种第三位; 平均籽仁产量 2812. 35kg, 比汕油 523 增 产9. 91% , 增产极显著, 居参试品种第二位。 各地生产试验与示范, 汕油 162 表现高产、 增 产。 如达濠区农科所 2002 年秋植生产试验 700m 2 ,

经汕头市种子站验收, 折合平均每公顷荚果产量 4620. 00kg, 比汕油 523 (CK 1 ) 增产 29. 41% , 比汕油 71 (CK 2 ) 增产 20. 78% 。 金园区种子公司 2002 年秋 植生产试验 667m 2 , 验收平均产量 4875. 00kg hm 2 , 比当家种汕油 71 增产 22. 64% 。 番禺区珠江农场
2003 年春植生产试验, 平均产量 4200. 00kg hm 2 ,

比当家种汕油 523 增产 12. 90% 。 增城市宁西镇农 技站 2003 年秋植试种, 平均产量 3577. 5kg hm 2 , 比

bon m onox ide, hydro cyan icacid, amm on ia and PA H (po lycyclic a rom a tic hydroca rbon s) , w h ich a re p roduced du r2

  降害的理论源于美籍华裔科学家左天觉先生, 其主要依据是: 卷烟烟气中 99. 4% 左右的成分对人 体无害, 0. 6% 左右的成分对人体有害。 把 0. 6% 的

当地常规品种增产 15. 50% 。

3 栽培要点

汕油 162 适应性较广, 适宜在广东省及毗邻省

份的水田与旱坡地作春、 秋季种植。 栽培上要求: ① 选择水田或有水源灌溉的旱坡地种植, 尤宜于中等 以上肥力的沙质壤土田块种植; ②适期早播, 在适宜 的播期内要尽早抢晴播种, 如粤中地区春植在惊蛰 前后、 秋植在立秋前播种较为适宜; ③合理密植, 每 公顷播种量以春植 27 万 30 万粒、 ~ 秋植 30 万 33 ~ 万粒 ( 均为双粒播) 为宜; ④肥水管理, 以增施优质土 杂肥作基肥为主, 早施追肥; 水田花生地要及时排除 田间积水; ⑤及时除虫, 苗期重点防治蚜虫、 蓟马、 叶 蝉和浮尘子, 中后期要注意防治斜纹夜蛾和卷叶虫 等。

( 责任编辑 温国泉)

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有害物质比例降低, 既可以保持烟草的传统本色, 又 可以减轻因吸烟对人体健康的伤害。 在香烟烟气所 含的物质中, 公认的有害物质约 44 种, 对人体造成 直接危害的约 20 种, 其中一氧化碳、 苯并芘、 亚硝 胺、 自由基副作用最大。 卷烟降害的途径和手段多种多样, 有些技术已 经成熟, 应用的部分卷烟产品已经商业化, 但绝大多 数的降害技术仍停留在实验室阶段。

的烟雾由两部分组成: 气体部分占 92% , 包括多量 的无害气体氧和氮, 一定量的一氧化碳及微量的致 癌、 促癌、 纤毛毒物质; 粒相部分占 8% , 主要为尼古 丁和烟焦油[ 1 ]。

2 有害物质产生的化学过程及降害理论

依据
  卷烟从烟叶原料 ( 包括品种和栽培技术) 到烟叶 初烤、 复烤、 配方、 加工工艺、 成品和抽吸过程, 每一 个环节都与一些有害成分密切相关, 其中卷烟燃烧 过程是产生焦油等有害物质的最终体现, 降低有害 成分又是一个复杂的过程。 根据卷烟生产加工进程 和烟草成分不完全燃烧产生有害成分 ( 主要是焦油) 学说, 整个过程如下[ 5 ]:

1 烟气中的主要有害物质
香烟在不完全燃烧过程中发生一系列的热分解 与热合成的化学反应, 形成大量新的物质, 其化学成 分很复杂, 从烟雾中分离出有害成分达 3000 余种, 主要有毒物质为烟碱 ( 尼古丁) 、 烟焦油、 一氧化碳、 氢氰酸、 氨及芳香化合物等有毒物质。 烟草燃吸产生

  卷烟有害物质产生的化学反应通式[ 3 ]:
C xH yO z + (X + 0. 25Y - 1. 25m n - 0. 25np - 0. 5z)O 2 → nC nH m + p + (X - m n ) CO 2 + 0. 5 ( Y- m n- npH 2O )    ( 1)

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, 部分品种已应用于生产。 中国农业科学院烟草研究所[ 4 ] 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。 3. 2 改进烟草调制工艺 美国星科公司 ( Sta r Scien t ific, Inc. ) 开发出一 种可以有效防止烤后烟叶中形成 T SNA s 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 T SNA s 的形成, 而且 不会影响烟草的吸味、 色泽以及烟碱含量。 该研究表 明, 用这种工艺烘烤的烟叶 T SNA s 含量大幅度降 低, 甚至检测不到 T SNA s。 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

其中 X、 、、 、、 为正整数, P < m , CnHm + p 表示焦 Y zm n p 油物质 ( 包含多环芳烃 ) , 当氧气不足时, 部分 CO 2 转化为
CO 。

热分解、 热合成、 氧化、 干馏、 聚合、 缩合、 自由基 等反应:
氨基酸、 蛋白质+ O 2 → 含氮化合物 ( 亚硝胺+ 氢氰酸+ 氰类+ 烟碱) + NO + H 2O + CO 2 + CnH m + p    ( 2) 含氮化合物 + O 2 → 小分子含氮化合物 + NO + H 2O + CO 2 + CnH m + p    ( 3) 其中 2NO + O 2 = 2NO 2 纤维素、 糖类 + O 2 → 酚类物质 (CxH yO z) + H 2O + CO 2 + CnH m + p    ( 4) 其中, 酚类物质 (CxH yO z) 可以通过 ( 1) 降解。

3 降焦减害技术
3. 1 选育富钾烟草品种

烟叶是卷烟燃吸时生成焦油和其他有害成分最 重要的物质, 培育焦油和有害物质产生量少的优质

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T SNA s 含量明显下降。 3. 3 生物技术及生物材料

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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 其他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。 3. 3. 1 生物滤嘴与生物降焦 戴亚等[ 5 ] 人从动物鲜血中提取出血红蛋白, 并 添加到滤嘴中, 研究其对卷烟烟气中亚硝胺含量的 影响。结果表明, 滤嘴可显著降低卷烟烟气中 N 亚 硝胺含量 (NA ) , 降低率为 50% 左右, 而且对气相
NA 和粒相 NA 均有截留作用。

烧锥温度和燃烧速率的助燃剂; ③添加高效能的自 由基捕获剂; ④使用一定量的富硒烟叶等。 另外, 还 采用了高透气度卷烟纸、 烟丝膨胀技术和有添加剂 的卷烟滤嘴等。 烟气分析结果表明, 研制的卷烟焦油 量 < 12m g 支, 自由基总量降低 40% , 主流烟气硒 含量比普通卷烟可增加 140% 。 崔文艳等[ 9 ] 在卷烟复合滤棒中加入一种净化试 剂, 可以在降低焦油的同时降低 CO 等有害物质, 降 低量为 3 5m g 支左右。 ~ 王 晓 葵 等[ 10 ] 的 研 究 结 果 表 明, 烟 支 中 加 入 1. 0m l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[ 11 ] 研究的清除自由基的方法为: 在烟丝 中加入罗布麻浸膏清除粒相自由基, 在滤嘴中加入 自由基清除剂清除气相自由基。 二者组合具有较好 的协同清除效果, 其中气相自由基清除率可达到 26. 85% 。 李丛民等[ 12 ] 测定了各种钼酸盐处理的卷烟的 燃烧速度、 焦油、 aP 和自由基的浓度, 并用差热分 B 析和热失重分析法探讨了反应机理。 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 aP 的浓度有显著 的效果, 其活性大小顺序为 M nM oO 4 > CoM oO 4 > K 2M oO 4 > ZnM oO 4。 孟仟祥[ 13 ] 发明了可选择性降低烟气中致癌物 质的滤嘴添加剂。 该添加剂为以 SiO 2 + A l2O 3 为载 体、 山梨醇苷或木糖醇苷为稳定剂、 - 环糊精或纤 Β 维素为粘合剂共同组成的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, 特别是 王英等[ 11 ] 发明了一种可降低卷烟烟气中亚硝 胺含量的卷烟添加剂。 该添加剂主要由含有多孔材 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、 a 型 4A 沸石或多孔 N 硅铝酸盐等, 能使卷烟烟气中的亚硝胺含量降低 17%~ 65% 。 3. 4. 2 纳米材料 张 悠 金 等 [ 15 ] 以 干 法 和 湿 法 分 别 将 纳 米 材 料 A l2O 3、 O 2、 iO 2 加入到卷烟烟丝和滤嘴中, 研究 Si T 了 4 种加入方式对纳米材料降低焦油和烟碱量的影 响。 结果表明, 以干法将纳米材料加入滤嘴中, 降低 焦油和烟碱的效果最为明显, 2. 0 10. 0m g 支的添 ~

宝鸡卷烟厂研制出 KJ T 生物滤棒” “新型生 “ 和 物特种卷烟纸” “KJ T 生物滤棒” 。 主要是利用 KJ T 侧链上带阳离子的氨基有选择性地吸附焦油、 、 CO 重金属等有害物质。 “新型生物特种卷烟纸” 则是利 用 KJ T 生物活性保健因子, 减少侧流烟气中的有害 成分并减少刺激性。 3. 3. 2 生物材料 李丛民等[ 6 ] 研究了在卷烟中加入类胡萝卜素对 清除焦油中自由基的影响。 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, 可使焦油中的自由基浓度分别降低 5. 76%~ 12. 95% 和 6. 47%~ 12. 95% 。 马林等[ 7 ] 将酶解和微生物发酵等生物技术综合
42. 33% , 焦油也减少了 3. 4 物理化学技术和材料 3. 4. 1 物理或化学作用类添加剂

应用于改变低次烤烟化学成分, 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 烟叶中的蛋白质降解 41. 34% ; 烟气中的有害气体 如 HCN 、 、 分别减少了 76. 19% 、 43% 和 71. NO CO

PA H s, 并可降低焦油。

恽之瑜等[ 2 ] 研究了沸石作为卷烟添加剂去除烟 气中亚硝胺的效果。结果表明, 将 N aY 和 N aZSM

5 等沸石作为添加剂均匀分散在烟丝中的效果较 好。在添加剂的用量小于 5% ( 质量分数) 时, 侧流烟

气中的 T SNA s 可减少约 30% , 主流烟气中减少 35%~ 61% 。 刘建福等[ 8 ] 研制开发出一种低焦油、 低自由基、 高硒含量的烤烟型卷烟。 该产品采用了一些新技术: ①添加能够促进有机化合物裂解、 减少干馏物形成、 降低焦油释放量的催化剂; ②添加能够提高卷烟燃

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加量可使焦油降低4. 2%~ 45. 3% , 烟碱降低1. 7% ~ 28. 4% 。干法加入烟丝中的效果较显著, 添加 5. 0 ~ 25. 0m g 支的纳米材料, 焦油和 烟 碱 分 别 降 低 4. 2%~ 32. 2% 和 2. 4%~ 20. 3% , 其中纳米 A l2O 3 的效果最显著。 湿法添加纳米材料效果不明显。 谢笑天等[ 16 ] 制备了对烟气焦油具有过滤和吸 附性能的纳米粉末, 涂布到醋酸纤维丝束上, 可降低 烟气焦油量。 新型纳米级过滤、 吸附材料附着在滤嘴 丝束上时, 可增加丝束纤维的表面积, 提高滤嘴的过 滤效率。 共筛选出 2 种纳米材料, 其粒径约为 25 ~
45nm , 用量为 16 18m g 支, 降焦效果达到 4. 4m g ~

[1 ]  闫克玉. 卷烟烟气化学 [M ]. 河南: 郑州大学出版社, 2002: 19 25. ~ [ 2 ]  恽之瑜. 沸石在去除卷烟烟气中亚硝胺的应用 [J ]. 应

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2001, ( 1) : 19 21. ~ [ 6 ]  李丛民, 尹海川. 卷烟焦油中自由基清除的研究 [J ]. 环

支。 3. 5 其他降焦减害技术 魏玉玲等[ 17 ] 研究发现, 与用其他方法调制的烟 叶相比, 用微波辐射的烟叶中至少有一种 T SNA s 的含量有所降低。 较理想的结果是, 微波处理烟叶中 的 T SNA s 含量低于 0. 2Λg g, 甚至低于 0. 1Λg g; 其中, NNN 和 NN K 的含量分别低于 0. 15Λg g 和 0. 002Λg g, 甚至低于 0. 05 Λg g 和 0. 0005 Λg g。 朱建华[ 18 ] 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、 铁、 锌、 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。

境与健康杂志, 2000, ( 3) : 158 159. ~
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王军等[ 19 ] 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附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。

化学通报, 2002, ( 3) : 201 204. ~
[ 13 ]  孟仟祥, 张文正. 粉热降解芳烃生物标志物特征及其

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4 卷烟降焦减害技术的发展前景

烟草是国民经济的一大主要支柱, 在短时间内 禁烟基本上不可能。 为了国家经济的发展, 同时也从 消费者的身体健康出发, 下一阶段的中心任务是进 一步从农业技术、 调制技术等方面着手, 生产出优质 烟叶, 然后采用生物技术等方法, 通过卷烟加工过程 添加中药添加剂, 走烟草加工与医学相结合的道路, 应用医学的原理来控制卷烟然烧后有害物质的产 生。

南化工, 2002, ( 3) : 1 3. ~
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( 责任编辑 廖振钧)

参考文献:


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