朴洪伟 朴光石 陈永森 金钟国 朱良华 庄家成

摘要：为探讨彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒对卷烟焦油及七种烟气有害成分释放量的影响，制备了彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒，并考察了滤棒对焦油及七种烟气有害成分的释放量影响.结果表明：彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒可有效减低焦油及七种烟气有害成分的释放量、并且可以使卷烟危害性指数降低.

关键词：彩色纤维素粒子；生物制剂；“三元复合”滤棒；烟气有害成分

中图分类号：TS452.1 ； TS41+ 1 文献标识码：A DOI：

Effect of Filter Containing Sweet-orange Flavor Capsule on

Harmful Components in Cigarette Smoke and Cigarettes Flavor Characteristics

PIAO Hon-gwei1， PIAO Guang-shi1， CHEN Yong-sen1， JIN Zhong-guo2， ZHU Liang-hua1， ZHUANG Jia-cheng-3

（ 1. Jilin Tobacco Industrial Co. ， Ltd. ， Yanji 133001， China；

2. Mudanjiang Cigarette Material Factory Co. ， Ltd. ， Mudanjing 15703， China；

3. Shenzhen Jindanxiang Biotechnology Center Co. ， Ltd. ， Shenzhen 518000， China）

Abstract： In order to research the effect on the smoke composition index of the filter that was combination of three parts and containing colored cellulose particles， study the effect on the 7 kinds of harmful components in the mainstream cigarette smoke， hazard evaluation index， cigarettes flavor characteristics， taste characteristics of the filter that was combination of three parts and containing colored cellulose particles in the development of cigarettes. Results showed that the contents of tar and 7 kinds of harmful components in the mainstream cigarette smoke and the cigarettes hazard evaluation index are reduced by the filter that was combination of three parts and containing colored cellulose particles.

Keywords： Colored cellulose particles； Biological agents； "Three parts combination" filter； Harmful components

0引言

近年來，烟草科学的研究一直在发展，各种课题也都越发深入，其中“降焦减害”一直是烟草发展中十分重要的一项。如今中国社会与文明也在快速发展，吸烟与健康之间的矛盾随着时间推进越来越突出，为了降低吸烟的危害，开发烟用滤嘴材料和滤嘴结构越来越受世界各国的重视，使用新型材料和结构的功能嘴棒有成为今后烟草行业“降焦减害”趋势的可能.近年来，功能嘴棒成为国内一些烟草企业在产品中使用的选择，其中活性炭滤棒是最受企业青睐的[1].据报道，活性炭滤嘴在日本和韩国非常受欢迎，其中日本更是至少有80%的卷烟产品都采用了活性炭滤嘴，所占比例非常大[2].庄晓伟、陈顺伟、李良隆等[3]采用正交试验设计，研究活化温度、活化时间和水蒸气用量对活性碳吸附性能和固定碳含量得影响，并分析活性炭的孔结构特征.结果表明，其BET和微孔比表面积、总孔和微孔容积的数值是竹炭原料的两倍左右，表明活性炭具有很强的吸附功能，但活性炭滤棒应用于烤烟型卷烟中，或多或少存在与烟香不协调的异味，故研制并应用具有“降焦减害”作用的功能滤棒是行业所面临的一大课题.有文献报道，郭灿成[4]发明了一种烟草生物降焦剂，对降焦减害有很好的效果，它的主要原料为与生物酶结构相似的金属卟啉制成，可以在滤棒中加入，可以催化BaP和CO、NO，促使转化为无害气体，从而降低这些有害气体含量以及焦油量.目前关于彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒对焦油及七种烟气有害成分释放量的报道鲜见.彩色纤维素粒子的原料为天然纤维素，再经特别加工而成，材料安全易降解，是新型环保材料，而且具有很大的比表面积和很强的吸附能力，这些特点造成它的过滤效率极高，它具有多孔隙结构，具有发达的微孔，对气相中有害物有明显的吸附效果，且其性质稳定、无味，并且选择性吸附能力比较强，能够有效降低焦油、烟碱、CO、稠环芳烃等有害物质.本文拟制备实验所需的彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒及试验卷烟，利用它们进行试验，并对焦油释放量及七种烟气有害成分、卷烟危害性指数等一系列指标进行检测分析，希望可以为功能型滤棒对“低焦低害”卷烟的开发与应用及未来后续工作提供一些参考.

1 材料与方法

1.1主要材料、试剂和仪器

材料：多孔彩色纤维素粒子，新型增塑剂（生物制剂原液/三醋酸甘油脂=1/3按体积），CA丝束（醋纤滤材2.8Y/33000、加料滤材2，8Y/33000），烟用二醋酸纤维素丝素，滤嘴棒（压降2744 Pa）， 牡丹江卷烟材料厂有限责任公司产；成型纸（透气度1000CU）， 牡丹江恒丰纸业股份有限公司产；卷烟纸（透气度50CU），浙江民丰特种纸股份有限公司产；烟用接装纸（300 CU），延边长白山包装材料有限公司产；“长白山（极品大同江）”烤烟型卷烟烟丝配方，吉林烟草工业有限责任公司提供.

试剂：巴豆醛、苯酚、B[a]P，纯度）≥99%，美国Sigma公司产；N–戊基–（3–甲基吡啶基）亚硝胺（内标）、NNK，纯度≥97%，比利时Acros公司产；HCN（58μg/mL），中國计量科学研究院产；CO标准气，国家标准气体研究中心产.

仪器：醋纤滤材机（KDF2车速：3000rpm）、加料滤材机（FR4车速：2000rpm）、成型机（DR2-5 车速：160m/min） ，荷兰ITM公司产；KBF240恒温恒湿箱，德国binder公司产 ；烟支和滤棒综合测试台（QTM），湖南力科自动化技术有限公司提供.

1.2 方法

1.2.1 彩色纤维素粒子及其制备方法

多孔彩色纤维素粒子是具有多孔结构、球状的纤维粒子，填充密度为180～320g/L，粒子粒径小于20目，比表面积为0.25～0.40m2/g，其制备工艺为：将低分子量的纤维素溶解于尿素、硫脲、氢氧化钠和助剂构成的混合水溶液中，经过滤，制成粘稠透明高分子溶液；向高分子溶液中加入少量的染料和一定量的发泡剂，获得彩色均匀微泡高分子溶液体系；利用旋转制备液滴的方法将高分子溶液制成液滴，并在无机酸水溶液中固化制成蓬松纤维素颗粒；经水洗，离心、干燥后，获得多孔彩色纤维素粒子，其制备工艺简单，制得的纤维素粒子结构与性能稳定[5]。

1.2.2 彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒及试验卷烟的制备

1）滤棒的制备.二醋酸纤维素原料中施加增塑剂，并添加彩色纤维素粒子，用成型纸包裹滤棒使彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒滤棒成型，然后按照120 （4*30 ）mm/支长度切割，并制备一种未添加彩色纤维素粒子的相同压降的“三元复合”滤棒.

2）试验卷烟的制备.选用透气度为60CU的卷烟纸和压降为2744Pa的滤棒，以及“长白山（极品大同江）”烤烟型卷烟配方烟丝卷制成烟支，得到一种添加彩色纤维素粒子的卷烟样品为试验样.对照样为再制备一种未添加彩色纤维素粒子的卷烟样品（相同条件下）.

1.2.3 焦油、七种烟气有害成分释放量测定及卷烟危害性指数的影响

由吉林省烟草产品质量监督检验站负责检测，检测时间为2016年7月28日.先将样品与对照样品平衡温度水分，使它们处于同等条件下，具体方法为将试验卷烟样品和对照卷烟样品置于温度（22±1）℃、相对湿度（60±2）%的恒温恒湿箱中平衡水分48h，参照GB/T 23356―2009[6] 、GB/T 19609―2004[7]、YC/T 253―2008[8]、GB/T 23228―2008[9]、YC/T 255―2008[10]、GB/T 21130―2007[11]、YC/T 377―2010[12]和YC/T 254―2008[13]的方法检测CO、焦油、HCN、NNK、苯酚、B[a]P、NH3和巴豆醛释放量.

2 结果与讨论

2.1 彩色纤维素粒子与生物制剂及其“三元复合”滤棒的“减害降焦”机制与物理指标

彩色纤维粒子表面有不同直径的两个直径孔，其中直径10-100μm为稍大的孔，是VC的载体，抽吸时与烟气一起进入口腔，可以感受到类似柠檬的清新味道，少量的这种味道不但不会影响卷烟的香气，还会抑制烟气中的枯焦气息，使烟香更加协调。另外一个孔是直径为10μm以下的小孔，具有吸附性，可以吸附烟气气相物质，而且可以添加颜色的彩色纤维素粒子可以具有防伪的效果.纤维素粒子经检测，其关键技术指标水分实测值为4±0.1%，粒径实测值为1±0.05㎜，密度实测值为0.42±0.01g/cm3，经过实验制备的彩色纤维素粒子，其各项物理指标均达到了预期目标.在彩色纤维素粒子的制备过程中，其关键性技术指标就是水分、粒径以及密度，为避免卷烟抽吸过程中因颗粒吸附烟气水分，使烟气水分减少而带来的刺激性的增加，要适当提高颗粒的含水率；为保证颗粒不易从槽中弹出，大小均匀的粒径就是关键；为避免纤维素粒子颗粒填加不均匀现象，颗粒密度的均匀性也要必须控制的.

彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒的结构由滤嘴长度30（12+6+12）㎜组成，其中，进、出烟段12㎜部分为醋酸纤维滤棒，中间空腔段6㎜部分为彩色纤维素粒子颗粒，颗粒添加量为6㎜空腔部分体积的80%.滤棒成型纸由纸质成型纸（内包醋酸纤维）+透明成型纸（外包整支）组成.其中滤嘴以30（12+6+12）㎜的结构设计的原因是考虑到烟用接装纸设计的便捷因素和外观的美观因素来确定的.经过制备其滤嘴长度（实测值为120±0.5㎜）、压降（实测值为2760±234Pa）、圆周（实测值为24.2±0.2㎜）等关键物理指标均达到了预期目标.在彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒的制备过程中保证生物制剂粘度的稳定性和解决丝束与输送辊粘连的问题是关键的技术难题.

2.2 彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒对焦油、七种烟气有害成分释放量及卷烟危害性指数的影响

添加彩色纤维素粒子前后“三元复合”滤棒卷烟对焦油、七种烟气有害成分释放量及卷烟危害性指数见表1.由表1可明显看出，添加彩色纤维素粒子的试验样与对照样相比，卷烟烟气有害成分均有所降低.由表1还可以看出，彩色纤维素粒子可降低CO15.70%、焦油11.43%、HCN 17.47%、NNK 1.72%、苯酚 2.20%、B[a]P 5.01%、NH3 0.55%、巴豆醛 8.33%、卷烟危害性指数 6.09%，其中HCN 、CO和焦油的降低率较高，表明彩色纤维素粒子对HCN、CO和焦油的选择性吸附能力比较强；NH3、NNK和苯酚的降低率较低，表明彩色纤维素粒子对NH3、NNK和苯酚的选择性吸附能力比较弱.；㎝卷烟危害性指数减少 6.09%，表明彩色纤维素粒子可降低七种烟气有害成分.由此可见，彩色纤维素粒子有效吸附烟气中的气相和粒相物质，提高滤嘴的过滤效率，降低焦油以及七种烟气有害成分，减少吸烟对人体造成的危害程度.

3 结论

本文为探讨彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒对卷烟产品烟气指标的影响，制备了一些实验必备材料，例如：彩色纤维粒子颗粒、滤棒及试验卷烟等，证实彩色纤维素粒子 “三元复合”滤棒对焦油及几种烟气有害成分释放量、卷烟危害性指数的影响.结果表明：彩色纤维粒子具有良好的吸附功能和过滤性能，把它添加于滤棒中，可有效减少烟气有害成分和焦油以及卷烟危害性指数.彩色纤维素粒子“三元复合”滤棒的研制与应用，可为卷烟新产品的设计开发提供参考.

参考文献

[1] 王理珉， 胡群， 马静， 等. 活性碳复合嘴棒的功能和应用[J]. 烟草科学研究， 2003（2）： 50.

[2] Wynder，E.L.， Taioli，E.， and Fujita，Y.1992.Ecologic study of lung cancer risk factors in the U.S.and Japan with special reference to smoking and diet. Jpn.J.Cancer Res. 83：418.

[3] 庄晓伟， 陈顺伟， 李良隆， 等. 高性能竹炭水蒸气活化制备烟用竹活性炭工艺研究[J]. 竹子研究汇刊， 2011（2）： 34-39.

[4] 郭灿城. 烟草生物降焦剂[P]. 中国：99115651.X，2000-05-10.

[5] 李斌，王環峰. 多孔彩色纤维素粒子及其制备方法[P]. 中国：CN1858093，2006.11.08.

[6] GB/ T23356―2009 卷烟 烟气气相中一氧化碳的测定 非散射红外法[S].

[7] GB/T 19609―2004 卷烟 用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油[S].

[8] YC/T 253―2008 卷烟 主流烟气中氰化氢的测定 连续流动法[S].

[9] GB/T 23228―2008 卷烟 主流烟气总粒相物中烟草特有N–亚硝胺的测定 气相色谱–热能分析联用法[S].

[10] YC/T 255―2008 卷烟 主流烟气中主要酚类化合物的测定 高效液相色谱法[S].

[11] GB/T 21130―2007 卷烟 烟气总粒相物中苯并[a]芘的测定[S].

[12] YC/T 377―2010 卷烟 主流烟气中氨的测定 离子色谱法[S].

[13] YC/T 254―2008 卷烟 主流烟气中主要羰基化合物测定 高效液相色谱法[S].

作者简介：朴洪伟（1968—），男，吉林省延吉市人，吉林烟草工业有限责任公司高级工程师，主要研究方向为卷烟产品开发.

*通讯作者：陈永森（1978—），男，河南省郑州市人，吉林烟草工业有限责任公司中级工程师，硕士，主要研究方向为卷烟产品开发.