烟叶化学成分对一氧化碳释放研究

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卷烟烟气中的一氧化碳对人体有一定的毒害作用。随着整体生活水平的提高，消费观念的改变，安全防护意识的不断加强，社会对烟气中一氧化碳的危害也日趋重视。因此，降低烟气中一氧化碳含量、提高卷烟安全性成为摆在烟草技术工作者面前的一项现实而紧迫的工作任务。近几年来，围绕降低卷烟烟气中一氧化碳含量这一课题，烟草技术工作者从一氧化碳产生的机理入手，着重研究、开拓了卷烟辅助材料、烟草制品以及相关添加剂领域，如通过提高卷烟纸的透气度增加烟支的透氧量，改善烟丝的完全燃烧程度；开发复合型烟支滤棒，通过吸附、沉淀作用降低烟气中的有害成分；在烟丝中添加改善卷烟燃烧性的助剂，提高卷烟的燃烧性能；通过在卷烟滤棒中加入不同的纳米材料改善其催化活性进而影响卷烟的燃吸进程，等等，这些措施的使用，对降低包括一氧化碳在内的烟气有害成分确实收到了很好的成效，但也存在着明显的不足，比如价格昂贵，工艺复杂，难以得到普遍的使用；在降低毒害成分的同时也使得卷烟的吸食品质有不同程度的下降；甚至有的办法还由于添加了其它化学成分，在降低烟气中的有害成分的同时卷烟自身的安全性也受到了质疑。本文着眼于烟草行业发展的未来，以不断提高卷烟产品安全性为思路为统领，从原料本身的固有化学成分与烟气中一氧化碳含量的关联性出发，抓住一氧化碳产生的源头，探索卷烟燃吸过程及一氧化碳的形成机理，有选择性地使用卷烟原料，并通过使用统计分析手段揭示烟叶化学成分与烟气中一氧化碳含量之间的关联性研究，达到通过科学使用配比烟叶原料实现降低烟气中一氧化碳含量的目的。

1设计目标与研究内容

从烟叶的可选择性入手达到项目的研究目的：通过对烟叶常规化学成分和烟叶中有机酸含量的分析，找出影响烟气中一氧化碳含量的关键因素，提供对策，指导叶组配方设计，实现从原料的可选择性方面降低烟气中一氧化碳含量的目的。主要研究内容：a.研究烟气中一氧化碳产生的机理，设计出本项目的实验思路。b.探索烟叶中化学成分、产地、部位、年份、等级等因素对烟气中一氧化碳含量的影响，制定降低一氧化碳含量的对策。c.建立项目对策评价体系。d.实施对策的验证。

2烟气中一氧化碳的形成机理和本项目的研究思路

2.1卷烟的燃吸过程及一氧化碳的形成机理。卷烟抽吸以后，燃烧部分的固体物质形成一个锥体，这个锥体是在不同的温度下，烟草中的糖类等物质吸湿烟丝水分及烟气粒相和气相中的水分，在产生的酸性媒介中水解，相对缓慢地粘结，在更高的温度下逐渐碳化形成的。碳化锥的存在对反向流动的气体形成堵塞效应，迫使吸入的空气大部分经炭线附近锥体底部的低压区进入烟支，锥体底部的烟草制品被燃烧。锥体一方面阻止了空气流的进入，一方面使得锥体周围的烟气气溶胶形成紊流，妨碍了气溶胶的正常流动从而延长了卷烟的燃吸时间，在温度较低的区域，气溶胶还会产生凝并效应，这些效应的产生对于烟气中一氧化碳的形成起到了增益作用。因此，烟叶中糖类物质、酸性成分含量高对卷烟的燃烧性会产生不利影响；在暂停燃吸时，空气能够被迅速补充，使得锥体变短。由于锥体附近气流的方向不同，温度不同，发生的化学反应也大不相同，因此有人将一支燃烧的烟支分为四个区域：冷区、燃烧区、热解区和蒸馏区。在燃烧区，烟草制品中的糖类物质和蛋白质发生氧化还原反应产生一氧化碳和水等物质；在热解区主要发生热分解反应，产生挥发性气体和液体，其中含有一部分一氧化碳；在蒸馏区当温度在100℃左右时就有烟丝吸附的气体放出，其中也含有一部分一氧化碳。因此，一氧化碳主要是烟草制品中糖类物质、蛋白质等不完全燃烧和热解的产物。

2.2项目研究思路。从一氧化碳产生的物质来源看，它主要是由烟叶中的糖类物质和蛋白质经过化学反应生成的；从卷烟燃烧性方面看，蛋白质含量、氯含量、钾含量对卷烟的燃烧性有着一定的影响；从燃吸过程看，糖类物质吸湿在高温、酸性环境下迅速水解形成燃烧锥，引起堵塞效应和凝并效应，使燃烧过程由于乏氧导致一氧化碳含量增加；从卷烟的生产过程看，烟支含水率、吸阻、烟支质量等卷烟物理指标会影响烟气中一氧化碳的含量。因此，我们有必要对烟叶常规化学指标、烟叶中的酸性成分以及卷烟物理指标与烟气中一氧化碳含量的关系进行定性和定量研究。

2.3原料可选择性对策研究。本部分包括烟叶中有机酸含量与卷烟烟气中一氧化碳含量的关系研究；烟叶常规化学成分与卷烟烟气中一氧化碳含量的关系研究；烟叶化学综合指标与烟气中一氧化碳含量的关系研究；烟叶不同部位、等级、产地、类型及年份等因素对烟气中一氧化碳含量的影响。本文通过对不同地区，不同类型，不同等级，不同部位的烟叶原料的化学成分进行检测，并使用主成分分析等相关统计技术进行分析，得出以下结论：a.在叶组配方设计中，烤烟上部烟叶的使用应优选酸钾比小的烟叶，一是因为上部烤烟烟叶中的酸钾比与一氧化碳含量有较强的正相关，二是因为烤烟上部烟叶产生的一氧化碳较其它部位的烤烟产生的一氧化碳量要大。b.要减少烤烟上部叶的使用比例。在我们检测的近200组烤烟试验样品一氧化碳含量数据中，使用上部烟叶、中部烟叶、下部烟叶所产生的一氧化碳平均值分别为12.109mg/支、11.231mg/支、10.832mg/支，可以算出叶组配方中每减少1%的烤烟上部烟叶，就至少降低一氧化碳0.009mg/支。c.适当增加白肋烟的使用比例。在我们检测的白肋烟试验样品一氧化碳含量数据中，平均每支低于8mg，在烤烟型卷烟叶组配方中，烤烟烟叶每支加权平均产生的一氧化碳为11.61mg/支，因此，可以算出叶组配方中每使用1%的白肋烟，至少可降低一氧化碳0.1mg/支。d.充分使用适宜的陈酵烟叶，减少当年新烟叶的使用比例。烟叶在微生物和适宜条件的作用下，发生了复杂的化学反应，使蛋白质、碳水化合物等形成烟气中有害成分的大分子物质被分解转化成有利于提高烟草品质的小分子物质，大幅度地降低了卷烟烟气中的有害物质含量。

2.4项目质量评价体系的执行效果。按照研究对策，我们分别采用烤烟上部烟叶酸钾比优选法、部位优选法和烟叶类型优选法设计三个叶组配方，对研究结论予以验证。按照试验样品制备和检测方法，得出以下结论：本项目研究结论符合评价体系指标要求，卷烟生产的在线控制效果良好，项目质量评价体系得到了较好的执行。

3结论

验证结果表明，我们提出的对策是正确的，通过分析烟叶原料化学成分与一氧化碳释放量的关联性，科学调整叶组配方结构达到控制烟气一氧化碳含量的目的。本文是我在提高卷烟安全性系列研究中的一点尝试，希望能够为行业降焦减害工作带来一些借鉴。

作者：崔海涛 单位：黑龙江烟草工业有限责任公司