卷烟降焦减害的化学原理

(4) 生产混合型卷烟
白肋烟、香料烟的组织较疏松，含糖量很低，
燃烧性能较佳，填充能力较强。很多国家都在 卷烟配方中加入一定量的白肋烟和香料等烟叶， 生产混合型卷烟，以达到降焦目的。
1.3 添加剂降焦

传统的降焦方法现在在工业生产中广泛应用， 但是降焦效果并不明显。通常只能降低大约 20%的焦油。传统降焦方法已经不能满足国内 外对卷烟中焦油含量的限定标准，因此国内外 一些学者便通过在卷烟中加入添加剂来减低焦 油及其他有害物质。
如何有选择性地降低/霍夫曼名单中的有害物质一直 是长期困扰烟草行业的难题。
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。
或者采用通风滤嘴稀释烟气，将空气引入到卷烟
的主流烟气中，使主流烟气的成分相对降低，减 少摄入水平，达到降低焦油的目的。
滤嘴通风稀释技术。
滤嘴通风稀释技术是国际上采用的最广泛和最 有效的降焦技术，其原理是在水松纸上用激光、 电火花或机械等方式打上小孔，从而在抽吸卷 烟时使外来空气进入滤嘴内并对主流烟气进行 稀释，使吸入人体的焦油量相对减少。 通风滤嘴技术简单可靠，降焦效果非常明显。
(2)在线除害技术。先用一种溶剂对烟草进行处理， 而后采用免疫抗体紫外线技术对溶剂洗提出的
有害物质进行连续不断的监测，并采用相应的 处理技术有效去除其中的有害物质。 (3)在线膨胀技术。英国迪更森工程公司研制出了 一种新型的卷烟全配方膨胀与干燥系统(HXD系 统)，该系统可对制丝生产线上的全配方叶丝进 行在线处理，从而提高叶丝的填充值。
产与应用。
这些降低卷烟烟气中有害成分的传统方法一般 都是通过降低卷烟的焦油释放量来实现的。
通过采用改进滤嘴可以选择性地降低卷烟烟 气中的酚类成分，一般可达80~90%。 滤嘴及卷烟纸的通风稀释则可以有效地降低 卷烟烟气中的CO。 对于卷烟烟气中的有害成分如稠环芳烃类、 亚硝胺类、氮氧化物和自由基等物质，上述的 方法均不能有效地进行选择性滤除。
1.2 一般工艺技术
(1) 设计和选用滤嘴。
滤嘴对烟气焦油的截留效率取决于滤嘴材料、
滤嘴结构及滤嘴中添加的吸附剂等，设计和选 用滤嘴是降焦普遍采用的技术。
改进滤嘴：通过采用接装滤嘴可以选择性地降低
卷烟烟气中的酚类成分，一般可达80%~90%。 对卷烟过滤部分的改进主要包括：利用低纤度丝 束，复合滤棒，加长滤嘴，异型滤嘴等以适当的 提高吸阻，从而可以对一些微小颗粒进行过滤；
但是当卷烟的焦油量降低到一定水平后,卷烟的香味 会受到很大的影响，特别是对于中式的烤烟型卷烟的 影响更突出，卷烟香气的损失更大，这样就制约了降 焦技术的进一步发展。 所以选择性减少或消除卷烟烟气中的有害成分,提高卷 烟吸食安全性,是烟草行业面临的一项重要课题。


需要强调的是：吸烟对人体的危害也不能简单地以焦 油含量来衡量，它是一个综合指数。
虽然Hoffmann等人对烟草和烟气有害成分的研究比较 详尽和权威，但对于他提出的名单仍存争议。
霍夫曼名单 1. 霍夫曼名单包括13类化合物共计69种卷烟烟气有 害成分 2. 烟气主要有害化学成分 气相物：CO、HCN、氮氧化物、挥发性芳香烃、 挥发性醛和酮类化合物等
粒相物：有稠环芳烃、烟碱、 N—亚硝胺、酚类 物质、自由基、某些杂环化合物、重金属和放射 性物质等
含氮化合物+ O2→ 小分子含氮化合物+ NO + H2O + CO2+ CnHm+p (3) 其中2NO + O2= 2NO2 纤维素、糖类+ O2→ 酚类物质(CxHyOz) + H2O + CO2 + CnHm+ p (4) 其中，酚类物质(CxHyOz) 可以通过(1) 降解。



随着卷烟焦油量的降低,卷烟烟气中的有害成分也随之 相应降低。
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：
卷烟有害物质产生的化学反应通式：

CxHyOz+ (X+ 0. 25Y- 1. 25mn - 0. 25np - 0. 5z) O2→nCnHm+p+ (X- mn)CO2 + 0. 5 (Y- mn- np H2O ) (1)
(1) 多孔材料
沸石具有特殊的多孔结构，孔洞中可以容纳一 些金属或非金属粒子。所以一些研究人员把沸 石这种特殊的结构利用到对卷烟降焦减害的研 究中。 沸石不但对芳香类化合物有显著的吸附作用， 对卷烟烟气中的另外一种高致癌物亚硝酸胺也 有选择吸附作用。
多孔材料还可以是硅胶、多孔氧化铝、Na型沸石或 多孔硅铝酸盐等。
(2) 碳纳米管
碳纳米管(CNTS)具有中空孔结构、比表面积大、 表面能高等特点。国内外已经有很多关于碳纳 米管强吸附作用的应用报道。由于碳纳米管优 良的吸附作用，一些学者便利用它来去除香烟 中的有害物质。
(3) 纳米材料

中国科技大学的张悠金等人将Al2O3、SiO2、 TiO2三种纳米材料干法加入卷烟滤嘴中，发现 它们均能显著降低烟气中焦油、尼古丁生成量，
且材料及其不同用量对焦油、尼古丁影响变化 趋势基本一致。
(4) 生物添加剂

戴亚等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一亚硝胺含量(NA)，降低 率为50%左右，而且对气相NA和粒相NA均有截留作用。 胡萝卜素对焦油中自由基的消除有很好的效果,研究表 明,在卷烟烟丝中分别加入0.05%—0.50%的叶黄素和p— 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%。 马林等将酶解和微生物发酵等生物技术综合应用于改变 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。

目前，降低卷烟烟气中有害成分一般都是通过降低卷 烟的焦油释放量来实现的。

为此，无论是国外还是国内，降低卷烟焦油量已成为
卷烟行业的一个重要课题。

国外一些发达国家从上世纪六十年代已经开始对卷烟 减害的研究，这些研究主要集中在降低卷烟烟气中焦 油及CO。焦油和CO的量直接决定了卷烟减害方法的 成功与否。
应用滤嘴通风稀释技术，香烟中的焦油含量、一氧化 碳含量及烟碱含量均成正比下降。但通风率一般控制 在25%~30%，否则会影响烟味。
(2) 卷烟纸的改进。
提高卷烟纸的自然透气度对降低焦油具有两方
面作用：一是增加抽吸过程中从卷烟纸微孔进
入主流烟气中的空气量，提高稀释率；二是加
快烟支的燃烧速度，减少抽吸口数。
卷烟控焦减害的化学原理
保志娟
2015-12
主要内容

香烟中有害物质的研究 降焦主要方法介绍 减害主要方法介绍
卷烟降焦减害综合技术的应用
一、香烟中有害物质的研究
1. 1香烟中的主要有害物质




1795年德国的赛玛林格，提出吸烟有害于健康论 文。他认为吸烟斗的人容易生唇癌。 1924年，美国读者文摘发表了一篇题为《烟草对 人体有害吗?》的文章，引起世人的关注。 1954年,英国皇家医学会发表-吸烟与健康的报告， 首次提出吸烟与肺癌有关，为声势浩大的反烟运 动吹响了号角。 现在，许多国家的卫生部门、科研机构和医学学 会都积极开展了吸烟与健康问题的广泛研究。
1.目前的降焦措施
这里所说的一般的降焦措施主要是指通过一些 加工技术和工艺改进来降低焦油含量。

工业生产中通常采取的方法包括有：接装以及
改进滤嘴和应用滤嘴通风稀释技术、使用高透
气度和静燃速度快的卷烟纸、掺用烟草薄片、
掺用膨胀烟丝、膨胀梗丝和再造烟叶(通常称
为三丝)等。
1.1 加工技术
(1) 离线膨胀技术。目前世界烟草界已推广了不 同类型的CO2烟丝膨胀设备，同时，为了取代 氟里昂(CFC)烟丝膨胀技术和设备，还加强了 对膨胀介质的研究，研制出了利用异戊烷作为 介质的新型烟丝膨胀工艺与设备。该技术的膨 胀率超过CO2和CFC膨胀技术。
色素、甾醇、萜类
糖类
•自由水
•单糖
•二糖及多糖 •吸附水 •结合水
水分（15-20%）
无机成分
•非金属元素 Cl, P, S
无机元素
•金属元素 K, Ca, Mg
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卷烟烟气：烟草在燃烧过程中所产生的对人体 有生理效应的气体。
烟气是不断变化的极其复杂的化学体系， 它是各类烟草制品在抽吸过程中，烟草不 完全燃烧形成的。
二、降焦的主要方法
ISO4387：1991 焦油定义：卷烟在特定的条件 下燃吸后捕集在一个标准的剑桥滤片上的主流 烟气部分，从中减去水分和烟碱，剩下的就是 焦油，单位以mg/支来表示。
烟草焦油及其中的稠环芳烃是烟草有机物在高 温缺氧条件下不完全燃烧的产物。 卷烟烟气中含有大量焦油，1支普通无过滤嘴卷烟烟气中含 焦油量可达25～30 mg；而加上滤嘴，可减少4～5 mg。

② 掺用烟草薄片。
完全用烟草薄片制成的卷烟比普通烟丝制成的卷
烟焦油释出量下降60％ 左右，所以掺用烟草薄片
是降焦的一个有效措施。

③有人利用海泡石、废烟末、CMC、甘油、磷酸、 柠檬酸、活性炭等滤毒复合材料替代烟丝来降低 烟毒性。但烟丝成分的改变会影响香烟味道，而
பைடு நூலகம்
且多种试剂复合过程的工序繁琐，也限制了其生

其中X、Y、z、m、n、p 为正整数， P< m ，
CnHm+p 表示焦油物质(包含多环芳烃) ，当氧气不足
时， 部分CO2 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+ O2→ 含氮化合物(亚硝胺+ 氢氰 酸+氰类+ 烟碱) + NO + H2O + CO2 + CnHm+p (2)

献。
烟草化学成分
1216种
烟叶
• 氨基物和酰亚胺 • 碳水化合物
•酯
烟气
• 吡啶化合物 • 多环芳烃 • 脂肪烃 • 酚、胺、醇、内酯、醛 ……
•酮
• 羧酸 • 无机物
•醇
•醛 • 内酯……
3095种
3839种
烟草品种特征由烟草的化学成分决定，任何影 响烟草化学成分的因素（包括烟草品种、种植、 加工等）都会改变烟草的品种特征。
(3) 烟叶烟丝的前处理。
① 掺用膨胀烟丝和膨胀梗丝。
烟叶烟丝的前处理应用广泛的是对卷烟烟丝 梗丝的膨胀、添加再造烟叶，因其与烟丝填 充值、燃烧性均不同，可降低烟支重量、减 少抽吸口数从而降低焦油。但是，与混合型 叶丝的卷烟比较，随着膨胀烟丝掺配量的增 加，卷烟的香气量、浓度、成团性和干燥感 总体呈下降趋势。
烟气的形成
烟气的形成：烟支在高温条件下燃烧（或燃 吸）时，烟支内部的化学成分发生了干馏、 热解、合成等一系列复杂反应，并向外扩散 形成了烟气。

卷烟的燃烧是一个很复杂的过程，可以生成5000 多种的化学物质，包括大量的烟气致香成分和微 量的有害成分。
霍夫曼名单
在烟草和烟气的5000多种化合物中，极小的一部 分化合物有害和具有致癌性。在研究烟草和烟气 有毒和致癌物质中，Hoffmann于1991年公布了 “43种成分”名单。随着研究的发展，Hoffmann 对有害物质名单进行了补充和修订，于2001年发 表了69种有害成分名单。
现代科学研究表明,卷烟焦油中确实存在 着微量可能致癌和诱发癌症的物质。

左天觉博士认为卷烟烟气中99.4%左右的成份 对人体无害，0.6%左右的成份对人体有害(其 中0.2％是癌的诱发物，0.4％是癌的促进物)。
降低0.6%有害物质的比例，既可以保证烟草的 抽吸品质，又可以为烟民的健康做出实在的贡
烃类
直链烷烃（C25-C35 芳香烃
）
醇类 酚类
•简单酚及衍生物
•脂肪醇、芳香醇 •甾醇、萜醇及多元醇
•单宁类、香豆素类、花色素苷类 •挥发酸
醛酮类、脂类 有机成分 有机酸及其衍生物
•半挥发酸
•非挥发性酸
•氨基酸及其衍生物 •蛋白质及酶
烟草 化学 成分
含氮化合物
• 胺类 •含氮杂环化合物 •生物碱
① 应用滤嘴通风稀释技术。
②采用高透气度的卷烟纸。采用高透气度的卷烟纸不仅 可对烟支部分的烟气进行稀释，而且使烟支静燃速度 加快，减少抽吸口数，达到降焦目的。 选择纤维长宽比较小并含有大量导管分子的桉木浆， 通过调整打浆工艺和配用不同比例的可获得不同透气 度的卷烟纸。烟纸透气度提高,卷烟燃烧的供氧量增加， 静燃速度增快，抽吸口数减少,焦油量明显降低。 ③ 在卷烟纸的制造过程中加入一些助燃剂，如柠檬酸盐， 及一些有无机盐类可以加快烟支的燃烧速率，降低焦 油量。