学术论文

编者按
    目前，卷烟降焦技术在国际上渐趋成熟，焦油含量较以往有大幅降低，国内部分厂家甚至推出了超低焦油（5mg/支以下）的卷烟产品。在众多降焦技术之中，降焦吸附剂效果明显，但由于其选择性较差，常在去除焦油的同时，也去除了尼古丁类物质，改变了卷烟配方的风格和吃味。
    为解决好降低焦油，同时保持吃味的问题，烟草行业的科技工作者们付出了艰辛的努力。现任江南大学食品学院粮食、油脂及植物蛋白研究所所长，博士生导师的王兴国教授通过在卷烟滤嘴中添加吸附剂的研究，积极探索凹凸棒石应用于卷烟的降焦保味，以解决卷烟降焦保味这一技术难题。本版将有关论文刊登如下，以期对工作在烟草科技一线的专家、学者们有所启迪。

                         烟草专用凹凸棒石添加剂的研究与开发
    凹凸棒石粘土具有吸附有害及各种有机和无机污染物的功能，且具有原料易得、处理成本低、本身不产生二次污染等优点。江苏省具有凹凸棒石粘土资源优势，1979年，盱眙县首次发现具有工业规模的凹凸棒石粘土矿床，探明储量在6700万吨以上，远景资源总量达5亿吨以上，占我国储量的65%～70%，其中盱眙雍小山、龙王山、高家洼、黄泥山、杨二山、马腰山矿区的矿质比美国、加拿大的同类矿源高出5～10个百分点。
    根据凹土资源利用现状，通过充分的论证，2003年江苏省科技厅对“烟草专用凹凸棒石添加剂研究与开发”进行立项，希望通过项目的实施，探索解决现有卷烟降焦添加剂所存在的降低吃味的难题，缩短我国烟草行业与国外同行间的差距，达到通过降低卷烟的焦油和有害成分来保护烟民和消费者身体健康的目的，并提高我国凹凸棒石资源的开发利用率。
    项目承担单位盱眙欧佰特粘土材料有限公司是集产、学、研为一体，专门从事凹土资源综合开发利用的公司，经过两年的技术攻关，承担单位圆满完成了科技攻关项目的研究工作，各项指标均达到合同指标要求，成功开发出烟草专用降焦凹凸棒石添加剂，建成了年产500吨添加剂生产示范线，凹凸棒石添加剂符合食品加工助剂标准。通过对该烟草专用凹凸棒石添加剂对卷烟焦油、有害物质和吃味的影响的研究，  结果表明：
    有机改性凹凸棒石以悬浊液形式喷淋添加到滤嘴和烟丝中，添加量分别为3%和0.5‰，可以起到降焦保味以及降低芳烃有害成分的效果，而对滤嘴棒、成品烟支的重量、硬度、圆度、吸阻基本无影响。滤棒中添加凹凸棒石，对卷烟的吃、香味影响不大；烟丝中添加凹凸棒石时，卷烟吃、香味得到明显改善，尤其在改善协调性、减少杂气方面效果突出，使卷烟从B类升为A类。
    相对于其它降焦添加剂，凹凸棒石添加剂成本低，添加工艺简单适用，不影响现有卷烟生产工艺，效果显著，有推广价值。
    降低卷烟焦油量是近几年来烟草行业共同关心和研究的课题，降焦取得的成果十分显著，但并非焦油中所有成分都有害，片面强调降焦，造成卷烟吃味平淡，消费者难以接受。事实上，在烟气粒相物中有害成分仅占0.6%。降焦当然可降低有害物，但其比例是极其微小的。就目前国内焦油量水平看，继续降焦的空间也十分有限。由于烟草中的稠环芳烃类物质是烟气中最主要的一类致癌物，降低卷烟烟气中多环芳烃，提高吸食卷烟的安全性，对烟草行业未来的发展将产生深远意义。本实验就凹凸棒石对焦油中的稠环芳烃、非烃的影响进行研究。
 

                            凹凸棒石对焦油中有害物质的影响

     一、材料与方法

    （一）材料与试剂
    有机改性凹凸棒石，无锡市欧伯特吸附材料有限公司；CMC，中粘度，2%水溶液；氯仿经分馏纯化,并经检查不发荧光，脱脂棉经氯仿抽提至不发荧光；硅胶，筛取粒径为0.147～0.175层析用硅胶,氯仿抽提72h，驱干溶剂,180℃烘4h,冷却、装瓶，置于干燥器中备用，活性须优于二级；氧化铝，筛取粒径为0.047～0.147中性层析用氧化铝，400℃马福炉中活化4h,冷却、装瓶，置于干燥器中备用，活性须优于二级。
   （二）主要仪器、设备
    PROTOS卷接机组，德国虹霓公司；GDX2包装机组，意大利GD公司；GDY-4型圆周仪，成都瑞拓科技实业有限公司；WLY-C型硬度仪，中科院成都科技中心开发公司，JXW-2型压降测量仪，中科院沈阳科学仪器研制中心；旋转蒸发器，上海申顺生物科技有限公司；玻璃分馏装置，华东师大化工厂；层析柱，自制，内径7～12mm，长400～500mm，5DXB傅立叶变换红外分光光度计，美国NICOLET公司。
   （三）实验与分析方法
    1.烟丝中添加凹凸棒石制备工艺
    根据实际生产要求，试验出合适的添加比例，然后手工在生产线上截取加香成品烟丝约10Kg，分成两份，各5Kg，一份为原样烟丝，一份添加0.5‰凹凸棒石；于同一卷烟机，恒定重量，卷制为成品烟支；然后将上述各样品分别在包装机上包装成型、标记、备用。
    对烟丝中凹凸棒石添加工艺进行以下研究：
    按烟丝重量的0.5‰、0.75‰、1‰添加凹凸棒石，即5Kg烟丝中添加量分别为2.5g、3.75g、5g，使其与不同量的乙醇、水和CMC混溶，形成均匀悬浊液。正交试验结果表明，按0.5‰比例添加凹凸棒石效果较好。
    添加方式：先将0.25gCMC加入50ml酒精中，振动搅拌，再将2.5g凹凸棒石加入，再加入100ml酒精稀释并不断搅拌，超声波处理使之形成均匀的悬浊液，然后用雾化器将其形成雾状喷加到5Kg烟丝上，放置8小时（环境相对湿度65±5%，将乙醇蒸发，然后在卷烟机上卷制成型。按上述添加步骤，不加凹凸棒石，制作对照样品。
    2．样品准备和芳烃、非烃物分析方法
    取添加0.5‰凹凸棒石烟丝样品、烟丝原样样品作为检测样品。并根据检测焦油、烟碱时对吸烟机和样品的要求，对上述两个样品在吸烟机上进行抽吸。将抽吸后烟气捕集器上的滤片用镊子取出，放入干燥三角瓶中备用。本试验参考原油抽提族组分及芳烃色谱分析方法，对样品进行抽提、族组分分离、柱层析等处理和气相色谱、傅立叶变换红外分光光度计测定，研究和分析焦油中芳烃、大分子杂环杂原子化合物（沥青质）、小分子杂环杂原子化合物（非烃）等。

    二、结果与讨论

   （一） 族组分分析

    表1 族组分分离结果（相对量%）

    表2 族组分分离结果（绝对量mg）

    可以看出，尽管两种卷烟总粒相物相差不大，仅为0.48%，但抽提物各组分相对量、绝对量发生根本变化。加凹凸棒石烟支饱和烃类比原样烟支增加58.54%；芳烃类比原样烟支下降4.08%；非烃类增加18.10%；沥青质增加18.64%；柱留非烃降低21.67%；沥青质增加18.64%。说明凹凸棒石对芳烃类有选择吸附能力，但对饱和烃、低分子杂环杂原子（非烃）、高分子杂环化合物（沥青质）吸附很少，甚至由于凹凸棒石参与卷烟高温燃烧，促使烟丝中某些组分生成饱和烃、低分子杂原子类和高分子杂环化合物，这类物质中的酯类、多酚类、挥发油等对卷烟的吃味影响较大，因此烟丝中添加凹凸棒石，对卷烟吃味有一定改善作用。
 

   （二）芳烃色谱检测
   表3 芳烃色谱分析结果（%）

   从表上看出，凹凸棒石对芳烃中致癌物有强吸附能力，特别是强致癌物苯并芘在芳烃组分中所占比例降低了40.89%，苯并荧蒽降低了10.51%。
  
  

   （三）非烃类物质的红外光谱测定
    傅立叶变换红外分光光度计定性分析柱层析分离的非烃类组分，结果发现，样品组与对照组都含-C=O，-C=N，-C=C-，-C-0-C-，-OH等基团，未发现特殊吸收峰，说明添加凹凸棒石后，卷烟烟气非烃类物的官能团无明显变化。


    三、结论

    在现有实际卷烟生产工艺中，只需对现有设备作轻微改动和调整，即可实现凹凸棒石在烟丝中的添加。相对于其它添加剂，烟丝中添加凹凸棒石成本较低，工艺简单，效果显著，有推广价值。
    在烟丝中添加0.5‰的凹凸棒石，添加前后对成品烟支的重量、硬度、圆度、吸阻影响比较小，基本上和未添加凹凸棒石的烟支一致，生产中不需大幅调整烟厂现有工艺。
    对样品烟气总粒相物和芳烃类物质分析发现，添加凹凸棒石卷烟芳烃总体水平降低，其中对人体有害的致癌物或协同致癌物苯并芘、苯并荧蒽、荧蒽、菲、芘等成分均有大幅度降低。非烃类物质虽然增幅较大，但经红外检测未发现与对照组组分不同的官能团。可见，烟丝中添加凹凸棒石对降低焦油中有害成分效果显著。