KJ烟草香味物质与烟气解读

主流烟气的主要化学组成与成分
• 气相物：有N2、O2、CO、CO2和H2。它们 约占总烟气释放量的85%；另含有烷烃、烯 烃、炔烃、脂环烃、羰基物、醇、腈等有机 物。其中羰基物和醇类物质对香味有一定的 作用。
• 粒相物：颗粒直径大于0.2μm 的烟气物质， 约占烟气总量的5%～8%。粒相物中一般含 有10%左右的水分。粒相物扣除水分和烟碱 之后称为焦油。
• 侧流烟气扩散进入大气以后，经过空气稀释、降温 后，形成了比主流烟气颗粒更小的气溶胶颗粒。
• 阴燃时的温度比抽吸时低，而且氧气供应比较充足， 阴燃时以氧化反应为主，因而SS中的大部分组分是 氧化和裂解产物。
Hale Waihona Puke Baidu
• 侧流烟气的主要化学成分
• 侧流烟气的化学成分与主流烟气基本相同， 但在相对含量和绝对量都与主流烟气不同。
有机酸 13%
羰基化合物 11%
主要有水、烟碱和焦油。 水
19%
水
烷烃
萜烯
烷烃
酚
4%
醚
萜烯 4%
酚 4%
醚 4%
尼古丁
尼古丁 其它碱 醇 羰基化合物 有机酸 叶色素 其它
其它碱 7%
醇
2%
7%
烟气中的焦油
• 焦油 卷烟烟丝中的有机物质在缺氧条件 下不完全燃烧产生的，是由多种烃类及烃 的氧化物、硫化物和氮化物等组成的复杂 化合物。
卷烟烟气的形成 P256
(一)卷烟的燃烧
燃烧烟支的3个区域
• 高温燃烧区A 在烟支的前部，主要由炭化体组成， 抽吸时中心温度最高约825℃～850℃。产物主要是 气相物质，CO2、CO、水、氢、甲烷等低级烃类化 合物和一些自由基。
• 热解蒸馏区B 在燃烧锥后面 ,温度800℃～100℃。 许多物质在此进行剧烈复杂的化学反应，烟气中的 绝大多数化合物在此形成。热气流使烟丝中的挥发 性物质进入烟气流。
烟气的主要化学成分卷烟烟气复杂混合物，已 经鉴定出的化学成分已达5068 种，其中 1172 种是烟草本身就有的，另外3896 种是 烟气中独有的。
1、主流烟气：抽吸时从滤嘴端吸出的烟气 （Mainstream Smoke, MS）
• 烟支抽吸时，灼热的空气迅速通过燃烧着 的焦炭周围，并趋于将烟草中更多的挥发 物卷入其中，当空气通过旁通区时空气中 的氧气几乎被耗尽，在缺氧的情况下，氧 化反应就进行得不够充分，因而MS中的大 部分组分是干馏和裂解产物，
• 烟气中的有害成分主要集中在焦油中。焦 油中99.4%的成分无害的，其中低挥发性 成分是卷烟特有香味的来源。
2、侧流烟气：从燃烧端释放出来的烟气 （Sidestream Smoke，SS）。
• 在阴燃阶段，在烟支内部的热解蒸馏区，形成高浓 度的有机蒸气。由于缺少抽吸力的拉动，大部分有 机蒸气透过部分降解的卷烟纸迅速扩散到大气中形 成了侧流烟气。
• 2、羰基化合物：紫罗兰酮、大马酮、茄尼酮以及柠 檬醛、香草醛等，是形成烟气香味、香气的重要成分。
• 3、碱性物 最主要的就是烟碱。吡啶、吡咯、吡嗪、 吲哚、咔唑等许多氮杂环化合物，是卷烟烟气中的重 要香气物质。
• 4、稠环芳烃、亚硝胺等是烟气中的主要有害成分。
粒相物组成分布
其它 21%
叶色素 4%
关于减害增香气的思考
• 烟叶成分的分离浓缩 • 烟气 成分的分离浓缩 • 温度的影响与控制(高低与时间) • 新形式的烟草制品
受热温度与稠环芳烃(PAH)的产生
• 在300℃下，没有观察到纤维素、葡萄糖 和果胶热解产生可测定量的PAH；
• 在≥400 ℃时，观察到可测定量的2～4个 环的PAH；
• 在≥500℃时，观察到了苯并芘和苯并蒽。 • 在400 ℃ － 650℃温度范围内是纤维素材
料热解生成PAH主要时期。
• 粒相物：烟草中特有的亚硝胺、萘胺、 其他亚硝胺、多环芳烃、单元酚、儿茶 酚、重金属、烟碱、降烟碱等
烟气中44种致癌成分—1990年
• 氨、4种芳香胺、4种亚硝 胺
• 2,4-苯并[a]芘 • 8种醛酮化合物 • 氢氰酸、7种重金属 • 氮氧化物、CO、焦油 • 7种酚类化合物 • 8种挥发性有机物
主流烟气的主要化学组成
氧气 13%
氩气
1%
粒相物
气相 5%
3%
二氧化碳
13%
一氧化碳 4%
气相 粒相物 二氧化碳 一氧化碳 氮气 氧气 氩气
氮气 61%
烟气粒相物的成分复杂
• 粒相物质：烟气温度＜350℃时，烟气中产生的颗粒， 形成气溶胶状态。含有以下：
• 1、有机酸和酚 甲酸、乙酸、丁酸、正戊酸、异戊 酸、β-甲基戊酸、绿原酸、儿茶酚等。
• 主流烟气中的大部分成分的的绝对含量低于 侧流烟气中的含量。
• 侧流烟雾与主流烟雾相比，焦油和烟碱是高 2倍，苯并芘是高3倍，亚硝胺高50倍。
三、烟气香味物质的由来
• 烟叶中香气物质的挥发转移 • 香气前体物质的转化 • 人工加香
四、烟气与健康
烟气中有害于人类健康的化学成分
• 气相：一氧化碳、氢氰酸、挥发性醛类、 挥发性亚硝胺、氯乙烯、氮氧化合物、 胺、吡咯等。
烟草减害
• 卷烟降焦基本路径
• 一、降低卷烟焦油产生量。通过调整原料和辅料中 的化学成分、加入烟草薄片和膨胀烟丝、添加助燃 剂、改变烟支规格、减少烟丝量、减少卷烟抽吸口 数来实现。
• 二、提高烟气过滤效率。通过改变滤嘴辅材和参数、 加入吸附剂等来完成。
• 三、稀释主流烟气。通过使用打孔滤嘴、高透气度 卷烟纸，以提高烟支和滤嘴段的通风率。
• 低温冷凝区C 在热解蒸馏区到烟支的末端，温度由 100℃降至室温。低挥发性成分随着温度下降而冷 凝。凝聚到烟丝上以外，在气流中与微小碳粒、有 机物的微小碎片、灰分、离子化的分子组成的离子 为冷凝核，凝结成更大的颗粒。
(二)烟气的形成
• 烟支燃烧有抽吸燃烧和抽吸间隙的燃烧。
• 吸烟者呼出的抽吸燃烧产生的主流烟气和间 隙燃烧产生的侧流烟气扩散到空气中，经陈 化和稀释后形成了环境烟草烟气 （Environmental Tobacco Smoke， ETS）。