彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒對焦油及煙氣有害成分的影響

樸洪偉 樸光石 陳永森 金鐘國 朱良華 莊家成

摘要：為探討彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒對卷煙焦油及七種煙氣有害成分釋放量的影響，制備了彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒，并考察了濾棒對焦油及七種煙氣有害成分的釋放量影響.結(jié)果表明：彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒可有效減低焦油及七種煙氣有害成分的釋放量、并且可以使卷煙危害性指數(shù)降低.

關(guān)鍵詞：彩色纖維素粒子；生物制劑；“三元復(fù)合”濾棒；煙氣有害成分

中圖分類號：TS452.1 ； TS41+ 1 文獻標識碼：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，煙草科學的研究一直在發(fā)展，各種課題也都越發(fā)深入，其中“降焦減害”一直是煙草發(fā)展中十分重要的一項。如今中國社會與文明也在快速發(fā)展，吸煙與健康之間的矛盾隨著時間推進越來越突出，為了降低吸煙的危害，開發(fā)煙用濾嘴材料和濾嘴結(jié)構(gòu)越來越受世界各國的重視，使用新型材料和結(jié)構(gòu)的功能嘴棒有成為今后煙草行業(yè)“降焦減害”趨勢的可能.近年來，功能嘴棒成為國內(nèi)一些煙草企業(yè)在產(chǎn)品中使用的選擇，其中活性炭濾棒是最受企業(yè)青睞的[1].據(jù)報道，活性炭濾嘴在日本和韓國非常受歡迎，其中日本更是至少有80%的卷煙產(chǎn)品都采用了活性炭濾嘴，所占比例非常大[2].莊曉偉、陳順偉、李良隆等[3]采用正交試驗設(shè)計，研究活化溫度、活化時間和水蒸氣用量對活性碳吸附性能和固定碳含量得影響，并分析活性炭的孔結(jié)構(gòu)特征.結(jié)果表明，其BET和微孔比表面積、總孔和微孔容積的數(shù)值是竹炭原料的兩倍左右，表明活性炭具有很強的吸附功能，但活性炭濾棒應(yīng)用于烤煙型卷煙中，或多或少存在與煙香不協(xié)調(diào)的異味，故研制并應(yīng)用具有“降焦減害”作用的功能濾棒是行業(yè)所面臨的一大課題.有文獻報道，郭燦成[4]發(fā)明了一種煙草生物降焦劑，對降焦減害有很好的效果，它的主要原料為與生物酶結(jié)構(gòu)相似的金屬卟啉制成，可以在濾棒中加入，可以催化BaP和CO、NO，促使轉(zhuǎn)化為無害氣體，從而降低這些有害氣體含量以及焦油量.目前關(guān)于彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒對焦油及七種煙氣有害成分釋放量的報道鮮見.彩色纖維素粒子的原料為天然纖維素，再經(jīng)特別加工而成，材料安全易降解，是新型環(huán)保材料，而且具有很大的比表面積和很強的吸附能力，這些特點造成它的過濾效率極高，它具有多孔隙結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達的微孔，對氣相中有害物有明顯的吸附效果，且其性質(zhì)穩(wěn)定、無味，并且選擇性吸附能力比較強，能夠有效降低焦油、煙堿、CO、稠環(huán)芳烴等有害物質(zhì).本文擬制備實驗所需的彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒及試驗卷煙，利用它們進行試驗，并對焦油釋放量及七種煙氣有害成分、卷煙危害性指數(shù)等一系列指標進行檢測分析，希望可以為功能型濾棒對“低焦低害”卷煙的開發(fā)與應(yīng)用及未來后續(xù)工作提供一些參考.

1 材料與方法

1.1主要材料、試劑和儀器

材料：多孔彩色纖維素粒子，新型增塑劑（生物制劑原液/三醋酸甘油脂=1/3按體積），CA絲束（醋纖濾材2.8Y/33000、加料濾材2，8Y/33000），煙用二醋酸纖維素絲素，濾嘴棒（壓降2744 Pa）， 牡丹江卷煙材料廠有限責任公司產(chǎn)；成型紙（透氣度1000CU）， 牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司產(chǎn)；卷煙紙（透氣度50CU），浙江民豐特種紙股份有限公司產(chǎn)；煙用接裝紙（300 CU），延邊長白山包裝材料有限公司產(chǎn)；“長白山（極品大同江）”烤煙型卷煙煙絲配方，吉林煙草工業(yè)有限責任公司提供.

試劑：巴豆醛、苯酚、B[a]P，純度）≥99%，美國Sigma公司產(chǎn)；N–戊基–（3–甲基吡啶基）亞硝胺（內(nèi)標）、NNK，純度≥97%，比利時Acros公司產(chǎn)；HCN（58μg/mL），中國計量科學研究院產(chǎn)；CO標準氣，國家標準氣體研究中心產(chǎn).

儀器：醋纖濾材機（KDF2車速：3000rpm）、加料濾材機（FR4車速：2000rpm）、成型機（DR2-5 車速：160m/min） ，荷蘭ITM公司產(chǎn)；KBF240恒溫恒濕箱，德國binder公司產(chǎn) ；煙支和濾棒綜合測試臺（QTM），湖南力科自動化技術(shù)有限公司提供.

1.2 方法

1.2.1 彩色纖維素粒子及其制備方法

多孔彩色纖維素粒子是具有多孔結(jié)構(gòu)、球狀的纖維粒子，填充密度為180～320g/L，粒子粒徑小于20目，比表面積為0.25～0.40m2/g，其制備工藝為：將低分子量的纖維素溶解于尿素、硫脲、氫氧化鈉和助劑構(gòu)成的混合水溶液中，經(jīng)過濾，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發(fā)泡劑，獲得彩色均勻微泡高分子溶液體系；利用旋轉(zhuǎn)制備液滴的方法將高分子溶液制成液滴，并在無機酸水溶液中固化制成蓬松纖維素顆粒；經(jīng)水洗，離心、干燥后，獲得多孔彩色纖維素粒子，其制備工藝簡單，制得的纖維素粒子結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定[5]。

1.2.2 彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒及試驗卷煙的制備

1）濾棒的制備.二醋酸纖維素原料中施加增塑劑，并添加彩色纖維素粒子，用成型紙包裹濾棒使彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒濾棒成型，然后按照120 （4*30 ）mm/支長度切割，并制備一種未添加彩色纖維素粒子的相同壓降的“三元復(fù)合”濾棒.

2）試驗卷煙的制備.選用透氣度為60CU的卷煙紙和壓降為2744Pa的濾棒，以及“長白山（極品大同江）”烤煙型卷煙配方煙絲卷制成煙支，得到一種添加彩色纖維素粒子的卷煙樣品為試驗樣.對照樣為再制備一種未添加彩色纖維素粒子的卷煙樣品（相同條件下）.

1.2.3 焦油、七種煙氣有害成分釋放量測定及卷煙危害性指數(shù)的影響

由吉林省煙草產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站負責檢測，檢測時間為2016年7月28日.先將樣品與對照樣品平衡溫度水分，使它們處于同等條件下，具體方法為將試驗卷煙樣品和對照卷煙樣品置于溫度（22±1）℃、相對濕度（60±2）%的恒溫恒濕箱中平衡水分48h，參照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]的方法檢測CO、焦油、HCN、NNK、苯酚、B[a]P、NH3和巴豆醛釋放量.

2 結(jié)果與討論

2.1 彩色纖維素粒子與生物制劑及其“三元復(fù)合”濾棒的“減害降焦”機制與物理指標

彩色纖維粒子表面有不同直徑的兩個直徑孔，其中直徑10-100μm為稍大的孔，是VC的載體，抽吸時與煙氣一起進入口腔，可以感受到類似檸檬的清新味道，少量的這種味道不但不會影響卷煙的香氣，還會抑制煙氣中的枯焦氣息，使煙香更加協(xié)調(diào)。另外一個孔是直徑為10μm以下的小孔，具有吸附性，可以吸附煙氣氣相物質(zhì)，而且可以添加顏色的彩色纖維素粒子可以具有防偽的效果.纖維素粒子經(jīng)檢測，其關(guān)鍵技術(shù)指標水分實測值為4±0.1%，粒徑實測值為1±0.05㎜，密度實測值為0.42±0.01g/cm3，經(jīng)過實驗制備的彩色纖維素粒子，其各項物理指標均達到了預(yù)期目標.在彩色纖維素粒子的制備過程中，其關(guān)鍵性技術(shù)指標就是水分、粒徑以及密度，為避免卷煙抽吸過程中因顆粒吸附煙氣水分，使煙氣水分減少而帶來的刺激性的增加，要適當提高顆粒的含水率；為保證顆粒不易從槽中彈出，大小均勻的粒徑就是關(guān)鍵；為避免纖維素粒子顆粒填加不均勻現(xiàn)象，顆粒密度的均勻性也要必須控制的.

彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒的結(jié)構(gòu)由濾嘴長度30（12+6+12）㎜組成，其中，進、出煙段12㎜部分為醋酸纖維濾棒，中間空腔段6㎜部分為彩色纖維素粒子顆粒，顆粒添加量為6㎜空腔部分體積的80%.濾棒成型紙由紙質(zhì)成型紙（內(nèi)包醋酸纖維）+透明成型紙（外包整支）組成.其中濾嘴以30（12+6+12）㎜的結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因是考慮到煙用接裝紙設(shè)計的便捷因素和外觀的美觀因素來確定的.經(jīng)過制備其濾嘴長度（實測值為120±0.5㎜）、壓降（實測值為2760±234Pa）、圓周（實測值為24.2±0.2㎜）等關(guān)鍵物理指標均達到了預(yù)期目標.在彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒的制備過程中保證生物制劑粘度的穩(wěn)定性和解決絲束與輸送輥粘連的問題是關(guān)鍵的技術(shù)難題.

2.2 彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒對焦油、七種煙氣有害成分釋放量及卷煙危害性指數(shù)的影響

添加彩色纖維素粒子前后“三元復(fù)合”濾棒卷煙對焦油、七種煙氣有害成分釋放量及卷煙危害性指數(shù)見表1.由表1可明顯看出，添加彩色纖維素粒子的試驗樣與對照樣相比，卷煙煙氣有害成分均有所降低.由表1還可以看出，彩色纖維素粒子可降低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%、卷煙危害性指數(shù) 6.09%，其中HCN 、CO和焦油的降低率較高，表明彩色纖維素粒子對HCN、CO和焦油的選擇性吸附能力比較強；NH3、NNK和苯酚的降低率較低，表明彩色纖維素粒子對NH3、NNK和苯酚的選擇性吸附能力比較弱.；㎝卷煙危害性指數(shù)減少 6.09%，表明彩色纖維素粒子可降低七種煙氣有害成分.由此可見，彩色纖維素粒子有效吸附煙氣中的氣相和粒相物質(zhì)，提高濾嘴的過濾效率，降低焦油以及七種煙氣有害成分，減少吸煙對人體造成的危害程度.

3 結(jié)論

本文為探討彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒對卷煙產(chǎn)品煙氣指標的影響，制備了一些實驗必備材料，例如：彩色纖維粒子顆粒、濾棒及試驗卷煙等，證實彩色纖維素粒子 “三元復(fù)合”濾棒對焦油及幾種煙氣有害成分釋放量、卷煙危害性指數(shù)的影響.結(jié)果表明：彩色纖維粒子具有良好的吸附功能和過濾性能，把它添加于濾棒中，可有效減少煙氣有害成分和焦油以及卷煙危害性指數(shù).彩色纖維素粒子“三元復(fù)合”濾棒的研制與應(yīng)用，可為卷煙新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供參考.

參考文獻

[1] 王理珉， 胡群， 馬靜， 等. 活性碳復(fù)合嘴棒的功能和應(yīng)用[J]. 煙草科學研究， 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] 莊曉偉， 陳順偉， 李良隆， 等. 高性能竹炭水蒸氣活化制備煙用竹活性炭工藝研究[J]. 竹子研究匯刊， 2011（2）： 34-39.

[4] 郭燦城. 煙草生物降焦劑[P]. 中國：99115651.X，2000-05-10.

[5] 李斌，王環(huán)峰. 多孔彩色纖維素粒子及其制備方法[P]. 中國：CN1858093，2006.11.08.

[6] GB/ T23356―2009 卷煙 煙氣氣相中一氧化碳的測定 非散射紅外法[S].

[7] GB/T 19609―2004 卷煙 用常規(guī)分析用吸煙機測定總粒相物和焦油[S].

[8] YC/T 253―2008 卷煙 主流煙氣中氰化氫的測定 連續(xù)流動法[S].

[9] GB/T 23228―2008 卷煙 主流煙氣總粒相物中煙草特有N–亞硝胺的測定 氣相色譜–熱能分析聯(lián)用法[S].

[10] YC/T 255―2008 卷煙 主流煙氣中主要酚類化合物的測定 高效液相色譜法[S].

[11] GB/T 21130―2007 卷煙 煙氣總粒相物中苯并[a]芘的測定[S].

[12] YC/T 377―2010 卷煙 主流煙氣中氨的測定 離子色譜法[S].

[13] YC/T 254―2008 卷煙 主流煙氣中主要羰基化合物測定 高效液相色譜法[S].

作者簡介：樸洪偉（1968—），男，吉林省延吉市人，吉林煙草工業(yè)有限責任公司高級工程師，主要研究方向為卷煙產(chǎn)品開發(fā).

*通訊作者：陳永森（1978—），男，河南省鄭州市人，吉林煙草工業(yè)有限責任公司中級工程師，碩士，主要研究方向為卷煙產(chǎn)品開發(fā).