造纸法再造烟叶烟气有害成分释放研究进展

林晓利

上海烟草集团太仓海烟烟草薄片有限公司（太仓 215433）

烟草和烟气中的化学成分极其复杂，已鉴定出的化合物超过6 000种，但有害和致癌物质只占极少一部分[1]。谢剑平等[2]根据烟气中主要有害成分与毒理学指标之间的关系，筛选最主要的7种影响卷烟主流烟气危害性的化学成分，即CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P、苯酚和巴豆醛，并以此为基础建立卷烟主流烟气危害性评价指标，它们是我国烟草行业降焦减害领域的重点研究对象。多年来，从卷烟的原料配方、滤嘴、卷烟纸、功能型材料、加工工艺等多方面已开展深入研究，并取得重要研究成果[3]。造纸法再造烟叶作为卷烟配方的重要组成部分，由于其良好的降焦效果，在卷烟中的掺配比例和适用范围不断扩大。现阶段对再造烟叶减害的研究多集中在其对卷烟烟气有害成分，尤其是CO释放量的影响方面，对其自身烟气的有害成分释放研究较少[3-5]。文章对造纸法再造烟叶对卷烟烟气有害成分释放影响的现状进行概述，并着重从原料配方、加工工艺和添加剂三方面阐述对再造烟叶烟气有害物质释放造成的影响，总结再造烟叶烟气有害物质释放量调控的手段。

1 造纸法再造烟叶对卷烟烟气有害成分释放量的研究进展

相比于烟叶和烟丝，造纸法再造烟叶具有更低的有害物质释放量，在烟气7种有害成分中，只有NNK的释放量高于烟丝，苯酚、HCN、苯并[a]芘和氨的释放量大都只有烟丝的50%左右，巴豆醛和CO的释放量则与烟丝接近[4,6]。在卷烟中加入一定比例的再造烟叶，可以选择性降低卷烟烟气中的苯酚、HCN、苯并[a]芘和氨，学者们对此相关研究结论较为一致，但对CO、巴豆醛和NNK释放量的影响研究结论则不尽相同。

彭斌等[5]对再造烟叶添加比例与烟气有害成分释放量进行回归分析，提示再造烟叶的添加比例与NNK的释放量没有相关性，掺兑量每增加10%，CO和巴豆醛的释放量会分别增加1.0%和8.1%。赵晖等[7]对再造烟叶对卷烟烟气有害成分释放量影响的研究结果则显示再造烟叶对卷烟CO释放量的影响不大，对其他6种有害物质的释放量则都有显著的降低作用。邱晔等[8]在研究再造烟叶对卷烟CO释放量的影响时也给出再造烟叶添加比例与卷烟CO释放量无明显相关性的结论。张健等[9]研究烟丝结构对主流烟气中巴豆醛逐口释放量的影响，结果显示减少再造烟叶的比例可以降低卷烟烟气中巴豆醛的总释放量。蔡国华等[10]探讨叶组配方对卷烟主流烟气巴豆醛释放量的影响，结果显示提高再造烟叶的使用量可以降低卷烟主流烟气中巴豆醛的释放量。

卷烟烟气有害物质的释放量受到原料中前体物质的含量及烟支燃烧状态的影响，有关机理的研究多从这两方面展开。另外，有关调节措施的研究则主要从卷烟纸、滤棒等辅材影响烟气有害物质释放入手[11-16]。

2 影响造纸法再造烟叶烟气有害成分释放量的因素

造纸法再造烟叶以烟梗、烟片末及低次烟叶等为原料，一般还会添加部分木浆纤维以保证生产的稳定性和提高产品的可加工性。作为卷烟的重要组成部分，开发低危害性再造烟叶对提高其在卷烟中的使用比例具有积极意义，从原料配方、加工工艺、添加剂三方面对影响造纸法再造烟叶烟气有害成分释放量的因素进行总结阐述。

2.1 原料配方对再造烟叶烟气有害成分的影响

作为造纸法再造烟叶的原料，烟梗和烟片末在化学成分含量、纤维结构形态及燃烧热解特性方面均有不同，烟梗的灰分、糖、纤维素和木质素含量较高，总氮、总碱、蛋白质等含量则低于烟片末，热解时烟梗具有更高的动力学参数[17-19]。糖类、纤维素、木质素等碳水化合物在烟草物质燃烧时会生成CO、醛酮类、酚类等物质，含氮化合物则会分解生成HCN，烟碱、硝酸盐含量则与TSNAs含量有关[11-12,20]。对烤烟叶片和烟梗中TSNAs含量的研究结果表明，烟梗中NNK含量明显低于叶片[21-22]，烟气中的NNK释放量约30%来自烟草物质的转移[23]。从“三丝”对卷烟烟气中有害物质释放量影响的研究结论中可以得知，梗丝的巴豆醛释放量高于叶丝[5,9]。苯并[a]芘的主要前体物质是甾醇类化合物、多酚类化合物及茄尼醇[24-25]。孙德坡等[26]在研究造纸法再造烟叶加工过程中5种甾醇的含量变化时对比烟梗和碎烟叶中甾醇含量，结果发现烟梗中5种甾醇的总含量约为碎烟叶的54%。苏雷等[27]研究再造烟叶工艺过程中多酚类物质的变化规律时也对比烟梗和烟片末中多酚含量，结果发现烟梗中3种多酚含量远低于烟片末。

卢岚等[28]分析再造烟叶烟气7种有害成分释放量的影响因素，结果显示随着烟梗比例的增加，再造烟叶烟气的HCN、苯并[a]芘、NH3和NNK的释放量呈现较清晰逐渐下降趋势，苯酚、巴豆醛和CO的释放量则受到的影响较小且没有规律性的表现。殷艳飞等[29]研究造纸法再造烟叶烟气中CO和焦油释放量的影响因素，其结果表明烟梗使用比例的增加会增加再造烟叶片基CO释放量，其可能与烟梗中木质素和果胶含量明显高于烟叶碎片相关。

研究说明，烟梗和烟片末在烟气有害成分前体物的含量上存在明显差异，调节再造烟叶原料配方中烟梗和烟片末的比例，是选择性调控再造烟叶烟气有害物质释放量较为简便和有效的有段。

2.2 工艺条件对再造烟叶烟气有害成分的影响

造纸法再造烟叶制造工艺主要包含萃取、浓缩、打浆、抄造、烘干等重要工序，这些工序完成从原料的固液分离到最终成品的固液再结合，工艺条件的变化会影响到成品的化学成分和物理指标，并进一步对再造烟叶的烟气造成影响。相关研究主要关注打浆对再造烟叶烟气有害成分释放量的影响，这是因为打浆会影响再造烟叶的物理指标，如松厚度、透气度、吸收性等，从而影响到再造烟叶的燃烧性能[30-31]。

2.2.1 打浆

王小升等[32]研究打浆度对造纸法再造烟叶燃烧性能和烟气指标的影响，提升打浆度，再造烟叶的厚度、透气度和松厚度都会下降，使得再造烟叶的燃烧不充分，因而其烟气中CO的释放量增加。罗冲等[33]对比高浓磨打浆和低浓磨打浆对再造烟叶性质的影响，在相同的打浆度下，低浓磨打浆的再造烟叶具有更优秀的松厚度和柔软度，而且低浓磨打浆的再造烟叶烟气7种有害物质的释放量均降低。可见，选择合适的打浆方式和打浆度，在提高再造烟叶物理性能的同时，对烟气中有害成分的释放也可以起到调节作用。

2.2.2 涂布

涂布率影响再造烟叶成品中烟草有效物质的含量，对烟草的综合品质有重要影响，也会影响到再造烟叶烟气有害成分的释放。殷艳飞等[34]研究涂布率对造纸法再造烟叶品质的影响时，分析不同涂布率再造烟叶的常规主流烟气，结果发现随着涂布率的增加，再造烟叶的CO释放量下降，但其他5项主流常规烟气成分释放量增加，因此认为要想选择性降低再造烟叶的CO释放量，可以从再造烟叶的片基进行考虑。

2.2.3 干燥

徐广晋等[35]研究干燥方式对再造烟叶主流烟气的影响，结果显示涂布后的再造烟叶随着烘干温度的下降，CO释放量呈现下降趋势，认为烘干温度的降低改善再造烟叶的内部结构，提高透气性，因而降低CO释放量。白晓莉等[36]分析再造烟叶在制丝工艺处理过程中对有害成分释放量的影响，烟气中有15种多环芳烃在真空回潮后含量明显增加，NNK则在松散回潮和烘丝工序明显降低，其他亚硝胺含量变化不明显，CO也没有受到明显影响。

2.3 添加剂对再造烟叶烟气有害成分的影响

造纸法再造烟叶的生产工艺借鉴造纸技术，在其制造过程中常常添加木浆纤维、填料、助留助滤剂等以改善基纸的物理性能。

再造烟叶最常添加的木浆是针叶木浆和阔叶木浆，相较于烟草浆纤维，木浆纤维更长，纤维碎片和细小组分更少，添加一部分木浆纤维，对再造烟叶基纸的抗张强度、松厚度等都有明显的影响[37-38]。周顺等[39]研究造纸法再造烟叶基纸物理参数对其热解特性的影响，基纸透气度增大，燃烧性能提高，CO的释放量降低，但是基纸的透气度和定量对羰基化合物的总生成量影响不显著，相反，基纸中木浆比例提高，羰基化合物的生成量显著降低。而陈茂深等[40-41]研究木浆纤维对再造烟叶主流烟气中挥发性羰基化合物的影响机制，认为加入木浆纤维显著增加再造烟叶主流烟气中羰基化合物的释放量，且随着木浆纤维加入量的增加而增加，同时CO的释放量也随之增加而增加，主要原因在于木浆纤维中特有的木糖、单糖等温氧化热裂解时，木糖羰基化合物的释放量要明显高于烟浆纤维特有的果糖。许江虹等[42]分析不同种类纤维对造纸法再造烟叶片基和产品物理与烟气指标的影响，结果显示，相较于未经漂白的阔叶木浆，添加漂白阔叶木浆的再造烟叶其常规烟气指标中的总粒相物、焦油和CO释放量均偏低，提示未漂白阔叶木浆中木质素含量较高可能是主要原因。木浆的加入不仅影响再造烟叶的物理性能，进而影响到其燃烧性能，而且木浆中的木质素等也会对烟气产生影响，烟气影响因素的复杂性导致部分研究者之间结论的不一致。一般认为，木浆纤维会对再造烟叶的吸味产生不良影响。

碳酸钙是造纸法再造烟叶最常用的填料，其常用于改善再造烟叶的物理性能、提高灰分、改善表观形态等。碳酸钙的类型、目数、加入量、添加方式等都会对再造烟叶的物理结构及品质造成影响，也有部分研究者进一步分析碳酸钙的加入对再造烟叶烟气指标的影响。王浩雅等[43]分析碳酸钙添加量分别对再造烟叶片基及再造烟叶烟气指标的影响，研究显示增加碳酸钙添加量，片基的CO、焦油、总粒相物和抽吸口数都呈下降趋势，再造烟叶中的CO、焦油、总粒相物和抽吸口数呈现先下降后上升趋势。曾健等[44]的研究显示碳酸钙改善再造烟叶片基的透气性和渗透性，同时也改善燃烧性能，再造烟叶片基的焦油、CO和总粒相物也出现明显下降现象。俞海军等[45]对碳酸钙进行不同方式的改性，不仅提高碳酸钙在片基中的留着率和分布均匀性，烟气中的焦油、CO和总粒相物含量也都得到有效降低。

3 造纸法再造烟叶烟气有害成分释放量的调控方法

在已报道研究中，用直接调控造纸法再造烟叶烟气有害成分释放量的方法并不多，除通过加工工艺、填料等改善再造烟叶的物理指标以进一步影响烟气有害成分释放量外，关于提高燃烧热解性能和降低有害物质前体成分含量的研究较为集中。

卷烟烟气中有害物质的释放量与其燃烧性能有很大关系，钾盐是使用最为广泛的燃烧调节剂，Ding等[46]分析有机钾盐和无机钾盐对再造烟叶热解和燃烧性能的影响，提示加入钾盐可以降低碳水化合物的热解峰值温度，促进焦炭的形成，使得CO和CO2的释放量明显降低。催化材料常被用于选择性氧化降低烟气中CO释放量的研究，纳米催化剂在降低再造烟叶有害物质释放量方面的研究也有报道[47-49]。而在通过降低有害物质前体成分含量以减少烟气中有害物质释放量的研究中，降低途径多采用生物技术将前体物质分解成小分子物质[50-52]。除此之外，也有少数研究者报道茶叶、美拉德反应在再造烟叶减害中的作用研究[53-54]。

4 结语与展望

从原料配方、工艺条件、添加剂三方面综述影响造纸法再造烟叶烟气有害成分释放的因素，对于再造烟叶烟气有害物质释放的机理还不够明确，缺乏有效的减害措施，仍需进一步开展相关研究。一是加强对再造烟叶与烟丝热解特性、燃烧特性的对比，研究再造烟叶烟气有害物质释放的规律；二是从再造烟叶化学成分的调控技术出发，开发适宜于再造烟叶生产工艺的减害措施；三是关注生物技术在低危害再造烟叶开发方面的应用研究。