2.4　納米材料 　　納米材料是一種新型材料，而且用在卷煙上時，其降焦減害的幅度也較大，目前已取得了階段性成果。 　　張悠金等人[15]以干法和濕法分別將納米材料Al2O3、SiO2、TiO2加入到卷煙煙絲和濾嘴中，研究了納米材料的4種加入方式對卷煙煙氣中焦油、煙堿生成量的影響。結果表明，納米材料干法加入濾嘴，降低煙氣中焦油、煙堿效果最為明顯，2.0～10.0mg/支的添加量可降焦油4.2%～45.3%、煙堿1.7%～28.4%；干法加入煙絲，效果較為顯著，添加5.0～25.0mg/支的納米材料，降焦油4.2%～32.2%、降煙堿2.4%～20.3%，其中納米Al2O3作用效果顯著。納米材料濕法添加到煙絲中，效果不明顯；濕法加入到卷煙濾嘴絲束中，幾乎沒有效果。 　　謝笑天等人[16]制備了對煙氣焦油具有過濾和吸附性能的納米粉末，涂布到醋酸纖維絲束上，可降低煙氣焦油量。利用新型納米過濾、吸附材料附著在濾嘴絲束上，從而增加過濾嘴棒絲束纖維的表面積，提高濾嘴的過濾效率，使過濾嘴卷煙的煙氣焦油量降低。篩選出了2種納米粒子，其粒徑約為25～45nm，用量為16～18mg/支，降焦效果可達到4.4mg/支。 　　史超發(fā)明了一種保香、助燃、選擇性降焦的卷煙生產(chǎn)方法（CN1286052A和CN1214886A），其原理是在煙絲中加入了納米材料（為一種或幾種納米材料的混合物或復合粉劑，如：納米SiO2-x、Al2O3、TiO2、Se等），可以有效地改善卷煙的燃燒性能，提高焦油以及焦油中有害物質的過濾效率，同時，也可保持卷煙具有較好的香吃味。 　　中國科學院蘭州化學物理研究所和鄭州煙草研究院利用多相催化一氧化碳可以在常溫下被催化氧化為二氧化碳的原理，首次研制出了適合于煙草工業(yè)應用的納米貴金屬催化材料和二元納米催化材料復合濾棒，進行了降低卷煙煙氣中一氧化碳的實驗研究，取得了突破性成果。研究結果表明，與對照卷煙相比，試驗卷煙煙氣中一氧化碳釋放量最多可降低45.4%左右，并且卷煙感官質量基本保持不變。 　　2.5　分子篩 　　李紹民等人[17]利用新型分子篩的選擇性吸附原理，在普通條件下對新型分子篩進行改性，使之能夠較好地選擇性去除卷煙中有害人體健康的物質。實驗表明，對選定的新型分子篩進行改性后，能選擇性地吸附卷煙煙氣中的一氧化碳、焦油、多環(huán)芳烴等有害物質，且吸附有害物質的量與加入的新型分子篩的量成正比。以NaY-1型沸石分子篩為例，加入量為0.04g/支，測得煙氣中焦油的量下降了36%。對吸附后的NaY-1型沸石分子篩進行量化分析，其化學結構無變化（無化學反應），經(jīng)高溫處理后又恢復原來的NaY-1型沸石分子篩，其吸附的物質的量為NaY-1型沸石分子篩自身重量的30%，即每支卷煙中吸附了0.012g的物質。 　　2.6　其他技術 　　2.6.1　微波輻射 　　魏玉玲等人[18]用微波輻射調制的煙葉與用其它方法調制的煙葉相比，至少有一種TSNA的含量有所降低。較理想的結果是，經(jīng)微波處理煙葉的TSNAs（NNN，NNK，NAB及NAT）含量低于0.2μg/g，甚至低于0.1μg/g；NNN含量低于0.15μg/g，甚至低于0.05μg/g；NNK含量低于0.002μg/g，甚至低于0.0005μg/g。 　　于建軍等人[19]對不同微波時間烘絲的煙支進行了煙氣成分分析，結果表明，經(jīng)微波烘烤的煙支與對照相比，總粒相物和焦油釋放量有所降低，煙氣煙堿的釋放量沒有太大變化，CO釋放量明顯減少，處理間各項成分的變化以烘烤5s的效果最好。 　　南京大學發(fā)明了用微波對成品卷煙進行處理，從而降低煙氣中亞硝胺的新方法（CN1269992A），據(jù)稱，亞硝胺總量可降低52%～76%（主流煙氣）和21.5%～53%。還發(fā)明了在卷煙煙絲中加入2%～5%載有金屬氧化物（鎂、鋅、鐵、錳等的氧化物）的沸石，主流和側流煙氣中的亞硝胺總量可降低50%以上（CN1209970A）。 　　2.6.2　新型濾嘴 　　南通煙濾嘴試驗工廠研制出減害增塑劑，選擇無毒無害的材料作為增塑劑原料，經(jīng)認真篩選研究，得出了最佳配方組合和施加量。利用該產(chǎn)品研制的濾棒，有效降低煙氣中的B（a）P22.4%，同時有降焦效果，對B（a）P具有顯著的選擇性過濾作用，并保持卷煙原有的吸味和風格。 　　許昌帝豪集團滬新公司研制出駐極體高效降焦濾嘴（ECF）。ECF具有過濾煙氣中的有害物質和高效降焦功能。使用ECF靜電降焦技術可比使用醋纖或丙纖濾嘴再降低焦油3～10mg／支。 　　2.6.3　其他新技術 　　王軍等人[20]研究了特種絲束的降焦效果。在紡絲油劑中加入微量化學物質，可增強纖維表面對煙氣中焦油的選擇性吸附能力，使其在絲束生產(chǎn)時均勻地處理每根單絲的表層，這比濾棒加工時使增塑劑加在纖維表面的效果要好得多。通過卷曲工藝的適當調整，可使醋纖絲束產(chǎn)生三維立體卷曲，從而可進一步加大對焦油的濾除效果。 　　頤中煙草集團開展了納米嘴棒技術、稀有元素嘴棒項目的研究：①納米嘴棒技術。與中科院合作開發(fā)的新型濾棒，可有效降低亞硝胺和焦油量；②稀有元素嘴棒。與中國石化安全研究院合作開發(fā)，可通過在嘴棒中加入防毒性的稀有元素，有效吸附卷煙中的CO。 　　另外，國內有關人員還進行了用紫外線、激光、γ射線、X射線、帶電重粒子、量子共振、超聲波等對煙草進行處理的技術，以期能夠達到降焦減害的目的，具體的實際效果還有待進一步驗證。 　　3　國際卷煙降焦減害技術科研動向及其成果 　　自20世紀50年代以來，降焦減害技術一直都是國際煙草界研究的重點和熱點。尤其是近年來，國際煙草界除廣泛、深入研究和采用常規(guī)的降焦技術外，還對多種濾嘴添加劑（主要是吸附劑類物質）、具有特殊降焦減害作用的特種濾嘴、生物降焦減害技術（血紅蛋白等）和采用新的可有效降低有害成分生成量（如TSNAs等）的煙葉調制技術等多種降焦減害技術進行了研究，許多研究已取得突破并應用到了卷煙生產(chǎn)上。 　　3.1　生物材料與生物降焦減害技術 　　生物材料和生物技術在卷煙降焦減害方面具有一定的優(yōu)勢（主要表現(xiàn)在可綜合減害及降害機理等方面），因此，國際上一直都把其作為研究的重點之一。近幾年取得的進展主要有以下幾個方面： 　　3.1.1　生物濾嘴 　　在生物濾嘴方面，希臘研制出了加有血紅蛋白（德國產(chǎn)品）的活性炭的三復合生物濾嘴，其主要特點是對復合濾嘴生產(chǎn)技術進行了改進，可使涂有血紅蛋白的活性炭幾乎可以完全充滿三復合濾嘴中段的全部空腔，從而大大提高了卷煙焦油和其它有害物質的去除率。目前，該生物濾嘴已開始商業(yè)化生產(chǎn)，并在希臘等國家的卷煙產(chǎn)品上得到了應用。 　　另據(jù)美國專利US5909736介紹，該生物濾嘴可以有效地去除卷煙煙氣中的NO，NOX、致癌性的亞硝基化合物、自由基、醛類物質、H2O2、CO、痕量元素等，并可將上述煙氣中的有害成分截留平均達90%左右（見圖1和表2）。 　　3.1.2　其它生物材料 　　世界知識產(chǎn)權組織專利WO9933365介紹了在卷煙濾嘴中利用多酚化合物或其衍生物作為自由基清除劑的專利，該清除劑可以通過化學方法、生物技術或從植物的抽提物中獲得。 　　3.2　煙草加工新技術 　　國際上在對可以有效地降焦減害的煙草加工技術的研究方面也有所突破，主要有： 　　3.2.1　在線膨脹技術 　　英國Dikinson 　　Engineering（迪更森工程公司）研制出了一種新型的卷煙全配方膨脹與干燥系統(tǒng)，稱為HXD系統(tǒng)，該系統(tǒng)為在線式，可對制絲生產(chǎn)線上的全配方葉絲進行處理，提高葉絲的填充值。系統(tǒng)由熱風循環(huán)式回潮筒、氣流輸送干燥塔、冷卻裝置和流量控制裝置等組成。用傳統(tǒng)的膨脹系統(tǒng)和旋轉式干燥機可以使煙絲的填充值提高12%（用德國HB公司的密度計進行測定），而使用該公司的HXD工藝則可使煙絲的填充值提高20%以上，在使用全套膨脹加工工藝時甚至可使填充值提高25%。與其它系統(tǒng)相比，根據(jù)卷煙配方成分的不同，HXD工藝至少可使卷煙重量下降5%，有時甚至可達12%。 　　3.2.2　離線膨脹技術 　　膨脹煙絲技術與設備一直是國際煙草界的研究熱點，同時膨脹煙絲產(chǎn)品在發(fā)達國家也得到了廣泛的應用，已成為混合型卷煙和低焦油烤煙型卷煙的固定配方成分，并成為降低卷煙煙氣焦油量和卷煙煙葉消耗的重要手段之一。通過研制開發(fā)和改進完善，目前國際上已推廣了不同類型的CO2煙絲膨脹設備，同時，為了取代CFC（氟里昂）煙絲膨脹技術和設備，還加強了對膨脹介質的研究，研制出了利用異戊烷［即2-甲基丁烷=（CH3）2CHC2H5］（一種碳氫化合物溶劑）作為介質的新型煙絲膨脹工藝與設備（英國英格蘭帝國加工工藝有限公司研制）[21]，據(jù)有關資料介紹，在試驗中，該膨脹技術已取得了良好的膨脹性能，其膨脹率已超過了CO2煙絲膨脹技術和CFC膨脹技術。另外，對膨脹過程中的加熱方法的研究也取得了較大進展，如微波加熱技術等。 　　3.2.3　在線式煙草中有害物質去除技術 　　美國專利US6058940介紹了一種在煙草制品加工過程中可連續(xù)分析和去除有害物質的方法和系統(tǒng)，其工藝過程是，把含有毒枝菌素、尤其是α毒素和苯并芘及其前體物的煙草先在一種溶劑介質中進行處理，對煙草中的有害物質進行分析鑒定，并通過免疫抗體紫外線技術對溶劑中洗提出的有害物質進行連續(xù)不斷地監(jiān)測，同時也可通過高質量的加工工藝確保在煙草進入下一個加工工序前從其中去除掉有害物質。抽提溶劑的凈化處理和循環(huán)使用解決了該處理工藝的排放問題。 　　3.3　低有害成分煙葉調制技術 　　美國Star Scientific Inc.（星科） 　　公司[22,23]開發(fā)出了一種可以有效地防止烘烤后的煙葉中形成TSNAs的煙葉調制技術，在經(jīng)過法律訴訟后，于2002年7月30日終于被美國專利與商標局（USP&TO）批準而獲得了獨有專利（US6425401）。該專利技術的主要原理是：在烤煙的調制過程中，通過一種特殊的處理（可能是無氧處理），致使產(chǎn)生亞硝胺的大部分細菌死亡，剩下的一部分細菌則通過大型微波爐殺死，從而即可防止或減少煙草制品TSNAs的形成。該技術不會對煙草的口味、色澤以及煙堿含量產(chǎn)生影響。 　　另據(jù)有關報道，目前美國的弗羅里達、南卡羅萊納、北卡羅萊納等6個以上的州的共計350多家農(nóng)場已采用星科公司的這項CureTM煙葉烘烤技術，共建設了1000個以上的特殊烤房，這些烤房所烘烤的煙葉中的TSNAs含量大幅度降低，甚直無法測出TSNAs含量。 　　另外，星科公司已開始把該項技術推廣到了對白肋煙煙草的調制方面。初步的試驗已取得較好的結果，TSNAs含量明顯下降。 　　美國R.J.雷諾士公司開發(fā)出了用熱交換器代替直接使用烤爐烘烤煙葉的技術，可大大降低普通煙葉中某些物質，如烤煙中特有的亞硝胺（TSNAs）的含量。6年的研究結果顯示，在烤房中改用熱交換器，可使烤煙中亞硝胺的平均含量下降至少80%。 　　3.4　基因技術 　　美國、加拿大等國采用傳統(tǒng)的育種手段或基因改良技術已培育出了多種焦油產(chǎn)生量低的煙草品種，有些品種已在生產(chǎn)上得到應用。 　　法國[24]自1986年開始就進行了應用基因工程技術改進煙葉質量的研究，其研究目標是：減少有害成分；提高對細菌和病毒的抗性，以減少農(nóng)藥使用量。目前，某些煙葉品種的硝酸鹽含量已減少了30%-50%，鎘的含量也減少了50%。 　　美國維克特煙草公司（Vector Tobacco）開發(fā)出了低亞硝胺和低煙堿的煙草新品種，并已在密西西比、路易斯安那、賓夕法尼亞和伊利諾伊4個州開始大田生產(chǎn)。據(jù)稱，這種煙草，是通過破壞喹啉酸核糖轉移酶（OPTase）基因表達的方法培育而成的，幾乎不含煙堿和亞硝胺。用其生產(chǎn)的卷煙每支含有約0.25mg煙堿，煙氣中的煙堿含量少于0.03mg/支。 　　3.5　其它降焦減害技術 　　美國一家公司[25]開發(fā)出了一種可同時減少焦油和其它有害物質的濾嘴添加劑，為一種非生物的化合物，采用該化合物對濾嘴中的絲束進行處理后，試驗卷煙比對照卷煙可多去除40%以上的焦油，并能成倍地去除卷煙中的亞硝胺（與對照比可減少80%左右的亞硝胺）。Ames試驗也表明，試驗卷煙煙氣提取物的細菌誘變數(shù)量可減少90%左右。 　　國外的研究結果表明，在卷煙濾嘴中加入對煙氣具有高吸附性或高親和性的材料，如Mg、Ca、Sr、Ba和過渡金屬Co、Ni、Cu、Zn的氧化物以及其硝酸鹽、碳酸鹽等，均可不同程度地降低卷煙煙氣的物質量。 　　美國勃朗•威廉遜公司研制出了降焦減害效果明顯的三復合濾嘴，該復合濾嘴由3種不同的濾嘴組成：靠近煙絲段為離子交換樹脂濾嘴；中段為活性炭濾嘴；第三段為醋纖濾嘴。據(jù)稱樹脂段可吸附HCN和醛類，與同類長支淡味卷煙比較，HCN可下降62%，甲醛降低33%，其它醛類降低33%到49%。活性炭部分可吸附幾乎所有的氣相成分，例如苯減少38%，丙烯醛降低42%，此外鎘可降低69%（見圖2）。 　　美國專利US 　　6153119介紹了一種降低卷煙焦油和煙堿的方法及制品，主要是通過在卷煙中加入Sterotex和高錳酸鉀的乳化絡合物，該絡合物表現(xiàn)出一種增效反應，可以根據(jù)其加入劑量線性地調節(jié)降低主流煙氣中的焦油和煙堿量，最大降低幅度可達85%以上。對煙氣冷凝物進行的分析顯示，煙堿氧化為煙酸，維生素B6。 　　Accordis公司還開發(fā)出了一種新型的過濾材料——Lyocell，是一種再生纖維素，當制成紙狀并成形為濾嘴時，其過濾效率要遠遠高于普通醋纖濾嘴，原因是Lyocell纖維組織非常多，大大提高了去除煙霧的效率。 　　3.6　其它技術 　　美國Thione公司對減少吸煙對人體的危害進行了創(chuàng)新性研究，即：以一種與傳統(tǒng)方式截然不同的方法，試圖通過模仿人體的免疫功能來減少卷煙的危害。該公司開發(fā)出了一種能夠增強人體免疫系統(tǒng)的防毒合成物（一種抗氧化劑），可以降低由陽光、酒和煙霧混合物等化學物質對人體造成的危害。該合成物可以服用或加到卷煙濾嘴中，增加有害物質的截留量。初步的研究結果顯示，在過濾嘴中使用該合成物極大地減少了細胞的死亡率，并且減少了由于卷煙煙霧造成的DNA損傷，且對卷煙香吃味沒有影響。據(jù)稱，目前正與某煙草公司合作，擬采用膠囊技術解決向濾嘴中添加和長期有效性問題。 　　日本[26]通過研究分析抽吸前煙絲的化學成分（煙堿、糖、有機酸和與香味有關的化合物）、卷煙煙氣中的化學成分（半揮發(fā)性化合物和氣相化合物）并結合采用統(tǒng)計學方法（聚類分析、相關性分析和主成分分析）對這些成分進行了綜合分析，探討了煙絲成分與煙氣成分的關系，發(fā)現(xiàn)了一些評價超低焦油卷煙品質的指標，并進行了相關應用。 　　3.7　國際上對卷煙用添加劑的研究簡況及降焦減害的看法 　　3.7.1部分國外專家對降焦減害的認識與看法 　　英國Richard R.Baker博士認為：采用一些途徑能夠選擇性地降低某些具有生物活性的煙氣成分，但卻經(jīng)常會產(chǎn)生其它不希望的結果，如會產(chǎn)生另外一些有害物質或增加其含量。因而，效果較好的做法仍是開發(fā)出能夠減少所有的煙氣成分而不是可以選擇性地減少某些特定成分的“低危險”卷煙。 　　英國Mike J.Taylor博士[28]認為：卷煙濾嘴的基本過濾機理是煙氣粒子的直接截留、慣性碰撞和擴散沉積，而選擇性過濾的主要方法有吸附劑吸附法、化學反應法和溶解法。目前最常用的是吸附法，常用的吸附劑主要有活性炭、碳分子篩、碳化聚合物、聚合物吸附劑、硅膠、活性氧化鋁、粘土和沸石等。對吸附法而言，只能選擇性地過濾掉部分氣相物和沸點低的揮發(fā)性物質，而對非揮發(fā)性物質和沸點較高的揮發(fā)性物質（如苯并[a]芘）則不能選擇性濾除。幾種吸附劑選擇性降低卷煙煙氣中的有害成分效果比較見圖4，水選擇性降低卷煙煙氣中的有害成分比較見圖5。 　　4　對我國加入WTO后降焦減害工作的建議 　　4我國加入WTO、世界卷煙市場的發(fā)展和WHO煙草控制框架公約的即將簽署，已對我國卷煙產(chǎn)品的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，為此，特對我國卷煙產(chǎn)品的降焦減害工作提出以下建議： 　　4.1　關于研究重點與方向問題 　　4研究證明，對卷煙消費者有害的大多數(shù)有害成分均存在于卷煙焦油中，且這些有害成分與煙氣中的氣相有害成分相比更難于進行選擇性地去除，而且國外一般都以降低卷煙焦油量為重點。因而，建議我國煙草行業(yè)在確定研究方向和各單位確定研究項目時也應以降焦綜合技術研究為重點，或者至少也應該以降焦研究和降害研究并重。在開展降焦研究時，要加強對通風濾嘴和特殊功能濾嘴及其應用技術的研究，同時也要更加注重對配套技術（加香加料技術、葉組配方技術、卷煙材料技術等）的研究，以提高低焦油卷煙的質量和消費者的接受性。 　　卷煙中（包括各種卷材料中）的各類添加劑對卷煙煙氣化學成分以及其生物活性的影響國外早在幾十前就已進行了大量的研究，并且仍是目前的研究熱點。因而，建議我國也應加強這方面的研究，尤其要加強對各類降焦減害添加劑對煙氣成分的影響的研究，使我國開發(fā)的降焦技術更加科學、可靠。 　　4.2　科研資源的優(yōu)化配置與合理有效的科研分工、合作問題 　　目前，我國煙草行業(yè)各單位以及行業(yè)外的相關單位在煙草研究方面的分工還欠合理，各科研單位之間、科研單位和企業(yè)技術中心之間以及各技術中心之間低水平的重復研究現(xiàn)象（尤其是降焦減害技術的研究方面，如納米材料、各種吸附材料、生物材料等）還較為嚴重，從而造成了行業(yè)有限的科研資源的浪費。因此，建議要進一步優(yōu)化行業(yè)科技資源的配置，做好科研工作的分工，并以有優(yōu)勢的牽頭單位為主聯(lián)合其它單位開展某一領域的重點研究，力求在短期內取得突破，提高研究水平。建議國家局科技教育司統(tǒng)一牽頭組織其科研成果在全行業(yè)的推廣。 　　4.3　關于加強對卷煙降焦減害技術的綜合集成研究開發(fā)與推廣問題 　　近幾年來，我國以及國際煙草界在卷煙降焦減害技術方面已取得了不少實際應用價值較高的成果，并得到了應用，產(chǎn)生了一定的效果，但這一般都是單項技術或少數(shù)技術在小范圍內的應用，難以解決關鍵問題并產(chǎn)生更大的效益。建議國家局盡快組織對這些成果進行有效集成和深化研究，形成一整套綜合降焦減害技術，在全行業(yè)推廣，推動降焦減害工作的深入開展。 　　4.4　關于低危害卷煙產(chǎn)品的原料與輔料研究問題 　　對低焦油、低危害卷煙產(chǎn)品所用煙葉原料和輔料的研究一直都是我國煙草行業(yè)的弱項，但煙葉和卷煙材料對低焦油、低危害卷煙產(chǎn)品來說具有至關重要的作用，且卷煙產(chǎn)品的發(fā)展也對煙葉原料和卷煙材料提出了更新更高的要求。因此，煙草行業(yè)應加強對低危害煙草原料的研究，包括低焦油、低危害煙草品種的選育、各類煙葉調制技術的研究等；要進一步加強對新型卷煙材料和具有特殊功能的特種卷煙材料的研究，如：高透氣度卷煙紙、成型紙，可減少側流煙氣的卷煙紙，可降低CO的專用卷煙紙以及通風濾嘴等的研究；還要加大對加香加料技術的研究力度。 　　4.5　關于加強對加有中草藥成分的特殊卷煙的研究問題 　　加有中草藥成分的特殊卷煙是我國獨創(chuàng)的卷煙品種，在國內外卷煙市場上均有一定的影響力，但就目前來看，無論是在生產(chǎn)技術或是在產(chǎn)品質量方面還不能完全滿足消費者的需求。建議進一步加強對該類卷煙產(chǎn)品的研究，盡快研制出不但對緩解某些人類疾病或保健作用明顯，而且卷煙內在質量也易為消費者接受的卷煙產(chǎn)品，以期在國內和國外兩個市場上取得突破。 　　參考文獻 　　[1] 惲之瑜.沸石在去除卷煙煙氣中亞硝胺的應用. 應用化學，2000，（3）：276-279 　　[2] 于建軍.不同吸附材料濾嘴對卷煙煙氣成分過濾效果的影響.河南農(nóng)業(yè)大學學報，1999，（4）：392-394. 　　[3] 劉建福.低焦油、低自由基、富硒烤煙型卷煙的研制.中國煙草學報，2001，（3）：11-14. 　　[4] 崔文艷. 一種新型復合濾棒添加劑的研究.卷煙降焦技術國際研討會論文集， 1999：199-202. 　　[5] 王曉葵.不同脫乙酰度的殼聚糖對降低卷煙焦油和煙堿釋放量的作用.鄭州輕工業(yè)學院學報（自然科學版），2002，（2）：104-107. 　　[6] 賈鵬.低自由基低焦油卷煙的研制開發(fā).北京煙草，1999，（4）：20-21. 　　[7] 王建民.幾種鉀鹽的降焦效果分析鄭州輕工業(yè)學院學報（自然科學版）.2001，（4）：62-64. 　　[8] 李叢民.鉬酸鹽對卷煙燃燒氧化反應的催化作用.化學通報，2002，（3）：201-204. 　　[9] 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