煙草生產中卷煙降焦減害技術的應用

劉志順

（山東臨沂煙草有限公司莒南分公司，山東 臨沂 276600）

隨著一系列煙草技術標準的相繼出臺，通過對市售卷煙焦油含量的嚴格限制來減少吸煙對人類健康的危害。經研究發現，卷煙焦油中存在具有致癌和輔助致癌作用特性的物質和成分。消費者從自身出發選擇吸味平和、焦油含量低的品牌卷煙，逐漸改變原先單純過煙癮的消費習慣。國家煙草局和煙草工業企業將煙草生產中減少焦油和其他有害物質作為重點工作來抓，卷煙降焦減害成了煙草行業的重點關注。因此，為適應煙草行業市場的發展趨勢，加大力度探索開發煙草生產中卷煙降焦減害技術仍舊任重而道遠。

1.卷煙焦油的產生及危害

經研究發現，香煙中存在2540多種成分經過燃燒會發生一系列復雜的化學反應，生成的煙氣中含有致癌物質高達400多種，致癌促進劑高達10多種。卷煙焦油是在缺氧環境下，有機成分由于不完全燃燒生成的物質，這種混合物涉及大部分含氧、含硫、含氮的烴及烴類的衍生物，所含多種致癌物質（苯并芘、鎘、砷、β荼、胺、亞硝胺以及放射性同位素等）和致癌促進劑（苯酚類、富馬酸等），盡管含量極低，但是存在經常性、反復性、長期性積累效應。煙氣焦油中有害物質占比99.4%，引發致癌物質占比0.2%，起到協同致癌作用的物質占比0.4%。從香煙盒上給出了高、中、低焦油含量的標識，可以證實焦油是香煙中極為重要的有害成分。焦油中含量占比最多的是多環芳烴（如苯并芘、二苯吡、二苯蒽），這些強烈致癌劑一旦侵襲人類就會被人體組織中的芳烴羥化酶誘導代謝，進而產生能夠共價結合DNA分子的物質，該物質具有強烈的致癌作用。焦油中還含有一類自身無致癌效果的酚類化合物，但是具備強烈的致癌促進作用，對于不同種類型的煙草，它們的含量也有所不同。焦油中所含具有致癌和促癌作用的物質，一旦被人類吸入呼吸道，能夠直接作用于氣管、支氣管粘膜，從而產生更多分泌物，抑制纖毛運動，導致氣管和支氣管出現炎癥；一旦被肺吸入后，就會使得酵素生成，作用于肺泡壁并使之受到破壞，從而彈性消失，變得彭大，進而出現破裂，最終成為肺氣腫病變；一旦長期在人體的咽部、喉部、氣管和支氣管部位的粘膜上持續粘附累積，就會使得細胞被誘發，出現異常增生現象，進而發生癌變。每天吸食香煙數量不足10支的消費者與不吸食香煙的消費者相比，患肺癌概率為5倍，然而，每天吸食香煙數量超過2包的消費者與不吸食香煙的消費者相比，患肺癌概率為20倍，由美國癌癥協會公布的數據可以得出吸食香煙患肺癌的概率高達90%以上。

2.卷煙降焦減害技術及應用

2.1 農業方面

農業降焦減害技術的途徑是從源頭上尋求解決的方法。在煙草種植培育階段，選取焦油含量較低或者煙堿/焦油比值高的煙葉原料替換原來的卷煙配方里面的煙葉原料，或者選取新型的育種技術，通過煙草品種的改進，進而種植培育出焦油含量較低，危害較小的煙草品種。煙葉的種植方式，包括打頂方式、施肥方式、灌溉情況和采葉留葉多少和煙葉成熟度均會影響煙葉化學組分及總粒相物的含量，進而影響煙葉的燃燒性能、焦油釋放量及其危害性，通過改進煙葉的種植方式，既能保證煙草的產量同時又達到降焦減害的目的。無機組分包括氮元素、鉀元素等與煙葉化學組分及總粒相物的含量存在密切關系，進而對煙葉焦油含量產生影響，改變無機組分的含量對降焦減害發揮著重要作用。

2.1.1 煙草品種的改進及培育

煙草農業一直把低焦油、低有害物質的優質、高產、新型的煙草品種作為改進及培育的重大導向目標。有研究表明，煙葉原料不同，香煙焦油釋放量不同。目前低焦油育種有兩條路徑，一方面通過選取焦油含量較低或者煙堿/焦油比值高的煙葉原料，進而抑制焦油及有害物質的生成；另一方面就是通過新型的育種技術改良和選育煙草品種，進而種植培育出焦油含量較低、危害較小、產量穩定、品質優良的煙草品種。研究表明，煙葉中含有機鉀含量或者含鉀濃度與焦油的釋放量存在負相關性，有機鉀含量越高或含鉀濃度越高，煙葉焦油及一氧化碳（CO）等有害成分的生成量越少。中國農業科學院通過煙草品種對鉀元素吸收能力的遺傳特性研究，將土壤肥料中所含鉀元素進行充分利用，研究出高鉀含量的煙葉材料，從而種植培育出焦油含量較低、危害較小、產量穩定、品質優良的煙草品種。基于數據分析，對于不同品種的煙草，焦油釋放量有所不同，且具有遺傳方面的差異性。對于烤煙、曬晾煙和白肋煙來說，烤煙這種煙草類型含糖量最高，長期以來對于烤煙品種，主要是選育品質優良、產量穩定的煙草品種，在農業生產方面，品種選育是降焦油的主要手段之一，應該通過一些育種手段，在煙堿含量和香氣濃度不受影響的前提下，降低煙氣中的總粒相物，進而選育出焦油含量較低的烤煙品種，使之成為主料煙草。先進國家也高度重視低焦油煙草品種的培育，成功采用多種育種技術（比如現代生物技術、基因技術）改良和培育煙草品種，進而培育焦油含量較低、危害較小、產量穩定、品質優良的煙草品種。經研究表明煙草獨特具有的亞硝胺TSNA，是一種比較強烈的致癌物質，在煙草調制陳化過程中基于中間產物生成TSNAs，基因技術，雜交或者優選低硝酸鹽品種或者基因，從而培育出具有低硝酸鹽特性的煙草新品種。如美國通過這種基因技術已經培育出具有低亞硝胺特性的煙草新品種，并在田間大量生產。此外其他國家也利用現代生物技術，在煙葉生產環節中，盡可能地選取較好的植物生活環境、對農藥的種類或者用量進行篩選限制，以及對農藥的剩余量進行限制，從而培育出低有害物質含量的煙草新品種。

2.1.2 煙葉種植方式的改進

2.1.2.1 打頂對焦油含量的影響

在煙草栽培過程中，打頂方式對于煙葉發育和成熟度有所影響，還會對煙氣所含的化學組分及所含的總粒相物的含量有很大的影響，進而會影響卷煙焦油釋放量。打頂會使煙葉變大、變重和變厚，影響煙堿含量和糖分，導致煙絲填充性能變差，從而使得焦油釋放量增加。但是如果不打頂，就會出現另外一個結果，改變煙葉質量，呈現中性，使煙堿含量極速降低，煙葉無任何特性可言。此外煙株煙葉，早打頂、晚打頂和不打頂3種打頂方式對于煙氣中所含的總粒相物和生物堿的含量的影響來說，早打頂的高于晚打頂和不打頂。原因在于煙株被打頂之后，就會失去頂端優勢，從而影響煙葉對養分的吸收，因此煙葉打頂時間和打頂高度等打頂方式的準確把握對煙葉品質、產量和焦油釋放量、有害物質的生成具有至關重要的影響。通過烤煙打頂對其焦油釋放量的影響關系研究表明，高打頂可以使煙葉焦油含量降低20%-30%。然而在實際煙葉栽培過程中，不僅要把焦油含量和煙堿含量考慮進去，還需要保證煙氣的產量和品質，因此在實際種植過程中，對煙葉盡量早進行打頂，多留一些煙葉數量，這樣的打頂方式不僅可以使煙葉產量和品質有所保證，還會達到降焦減害的目的。

2.1.2.2 煙葉成熟度對焦油含量的影響

煙葉成熟程度不同，產生的焦油含量不同，煙葉成熟程度與卷煙焦油含量有著密切聯系。發育完好成熟度高的煙葉細胞組織生長發育良好，煙葉的組織結構相對比較疏松，細胞排列的間隙相對較大，密度相對變得比較小，煙葉含糖量相對變得較低，從而使其生產出的煙絲填充性相對較好，燃燒性等物理特性相對較好，此外，發育完好成熟度高的煙葉所釋放香味較濃，從而減少青雜氣和刺激性味道，從而增加煙葉的可使用性，降低焦油的釋放量。對于發育完好成熟度高的煙葉，顏色呈現橘黃色，所含的焦油量較低，與煙堿量能夠達成平衡，生產出的煙絲填充值性能好，所釋放較濃的香味；而對于發育較完好成熟度較高煙葉來說，所含焦油量相對較低，所含的煙堿量相對較低，其具有較強的燃燒能力，由此做出來的煙絲填充性能相對較好，不僅可以在生產煙草薄片過程中使用，也可以添加配方里面用來增加卷煙填充值。發育不太好且不太成熟的煙葉焦油產生量或者釋放量比發育較好且成熟度高的煙葉焦油產生量或者釋放量高。對于煙葉成熟度和發育程度來說，發育完好的成熟度高的煙葉機能對煙葉的產量和品質有所保證，還能減少煙葉燃燒后所釋放的焦油量。相對于外國的煙葉來說，我國煙葉的成熟度和發育程度普遍認為不太好。目前已經把煙氣成熟度和發育程度作為煙葉行業生產過程中實現降焦減害的重要衡量指標。

2.1.3 無機元素在煙草降焦減害中的作用

2.1.3.1 鉀元素對焦油含量的影響

煙葉中鉀含量不同，可以對煙葉降焦減害產生不同的影響。研究發現，每增加1%-5%鉀含量，焦油含量能降低 21%。對于烤煙煙葉，種植在含鉀含量低的砂土上，提供的鉀肥越多越會抑制焦油的釋放量，然而不會影響煙葉的品質和產量。因此煙葉種植地的土壤條件，利用適當的施肥方法，適當的增加施鉀肥量，將煙葉中鉀元素含量加以提高達到煙葉降焦減害的效果。國外試驗研究證明，一方面通過改變土壤條件，選擇合適的施肥方法，另一方面可以通過改良礦質營養性狀遺傳基因技術培育出鉀含量高的煙葉品種，進而增加煙葉中鉀元素含量，從而達到煙葉降焦減害的效果。

2.1.3.2 氮元素對焦油含量的影響

氮元素是煙葉中蛋白質和糖類的重要組成部分，與焦油含量存在著密不可分的關系。研究發現，不同形態氮肥不僅對煙葉的早期發育及生長有影響，而且對煙葉里面的化學成分也有很大影響，從而影響煙葉焦油含量。煙草施用硝態氮肥要好于氨態氮肥。在培育煙株時期，適當控制和降低煙葉施氮量來降低煙葉總氮和煙堿含量，并且提高煙葉含糖量，從而使煙株的化學成分更加協調，焦油含量控制在較低水平，從而達到降焦減害的作用。

2.2 工業方面

工業方面，降焦減害主要體現在采用新型濾嘴降焦、煙葉組分配方的優化、添加減害劑降焦、采用高透氣度的卷煙紙降焦等。

2.2.1 新型濾嘴降焦

濾嘴是通過截留作用攔截煙氣中的粒子, 從而使粒子通過慣性碰撞、擴散作用被濾嘴截留下來，進而實現從粒子的沉積過濾。濾嘴的功能不僅可以作用于煙氣中的有害成分，也可以作用于煙氣中的香氣物質，從而通過攔截過濾作用將這些物質過濾掉。目前在實際需求中，僅將濾嘴長度加長使降焦減害的效果不是很理想，對具有選擇性吸附濾嘴的研發、推廣及應用，已經發展成卷煙降焦減害一種的必要措施。

活性炭濾嘴作為煙草行業發明最早的一種新型濾嘴，得到廣泛的應用。活性炭的微晶結構特性使其具備較強吸附作用。活性炭可以選擇性的過濾掉甲醛、乙醛、丙烯醛等氣相成分，其中包括沸點＜152℃半揮發性組分，此外還可以過濾掉氣相組分存在的重金屬元素以及放射性元素。與傳統絲束加碳相比，吸附法工藝更加簡單，成本更低，對揮發性組分、焦油等有害成分都可以有效吸附，目前除了活性炭以外，吸附法使用的吸附材料還有碳分子篩、硅膠、碳化聚合物等。近年來,設計出的各種溝槽形式的新型濾嘴獲得了專利權認證，由于這種設計使煙氣與溝槽部分的接觸面積變大，能夠大大提高煙氣中焦油等固態小顆粒的碰撞概率, 大幅度減少對焦油的釋放。此外新型濾嘴包括納米材料濾嘴、生物濾嘴、催化劑濾嘴、增香型濾嘴在降焦減害方面正處于研究階段。

2.2.2 葉組配方優化

葉組配方優化方式將其中含有的不同等級、不同類型的煙葉進行合理的組配，進而達到降焦減害的目的。優化的主要手段是通過摻兌合理的膨脹填充料、選取合適比例范圍的配方、控制合適的糖/堿比例以及優化制絲工藝參數來實現。研究發現，上部煙葉和部分曬煙的用量有所增加，使卷煙低焦油香味不遞減。糖/堿比例控制在6-10的范圍內，卷煙質量相對最佳。

2.2.3 高透氣度卷煙紙

選用高透氣度的卷煙紙，是因為在燃燒過程中接觸的空氣量變大，使其更加充分地燃燒，更快地增加燃燒速度，進而通過抽吸次數進而降低焦油的吸入量。目前主要是通過增加填充材料或者打孔的方式來實現。

3.結束語

這個特殊的煙草行業，具有生產和減少生產、滿足需求和降焦減害的雙重性，卷煙降焦減害從農業和工業方面雖然均取得了相應的研究進展及應用，但一方面要確保香煙的吸味有所保證，另一方面又要滿足吸煙消費者的需求，煙草企業需要不斷地去追求發展新型降焦減害技術，為現代煙草行業快速發展奠定良好的基礎。