专利名称：一种降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂及其应用的制作方法
所属领域本发明涉及一种降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂及其应用。
背景技术：
随着社会对吸烟与健康问题的日益重视，卷烟烟气中的有害成分已经成为人们关注的焦点之一。一氧化碳(CO)作为烟气有害物质之一，含量最多，对人体危害更大。一氧化碳对人体的危害在于它被吸入肺内以后，会很快进入血液与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，一氧化碳与血红蛋白的亲和力远比氧气和血红蛋白的亲和力大(高于氧气200倍)，而又比氧气和血红蛋白的解离要缓慢得多。所以一氧化碳一经吸入，即与氧气争夺同血红蛋白结合，一旦形成碳氧血红蛋白就不易分离，从而使血液的正常携带氧的功能发生障碍，造成机体缺氧，导致缺氧血症，使组织细胞乏氧。因此，研究选择性地降低或消除卷烟烟气中的CO新技术和新材料，具有十分重要的现实意义。
目前，国内外已经研制了一些降低或消除卷烟烟气中的CO的方法，它们通过捕集、吸附、催化氧化等方法降低卷烟烟气中的一氧化碳。美国专利5,909,736和4,414,988报道，采用含血红蛋白的生物滤嘴可以有效去除卷烟烟气中有害成分，包括NO、自由基、CO、醛类等物质。中国专利CN1133550报道了浸渍血红蛋白的活性炭复合生物滤嘴，可以有效去除卷烟烟气中的NOx、CO、H2O2、亚硝基化合物、自由基、醛类物质、痕量元素等，并可以将烟气中的有害成分截留率平均达90％左右。但是如何较长时间保持血红蛋白的生物活性是一个有待解决的问题。因为血红蛋白中二价铁离子在空气中易被氧化成三价铁离子，从而使血红蛋白失去生物活性。中国专利99,115,651公开了一种由与生物酶结构相似的金属卟啉为主要原料制成的烟草生物降焦剂，可降低BaP，CO，NO含量。这些生物材料虽然消除一氧化碳的效果很好，但是在卷烟产品中如何保持其生物活性是一个难题，所以生物材料在卷烟实际应用中还有很多困难。
美国专利5,671,758公开一种降低卷烟烟气CO的处理方法，在生产过程中使用了五氧化二钒、三氧化钼或氧化铑。由于这些化合物自身就有毒性，必将给吸烟者带来新的危害。美国专利2003131859报道使用纳米级添加剂降低烟气中的CO，添加剂是金属氧化物，包括Fe2O3，CuO，TiO2，CeO2，Ce2O3，Al2O3或者锆和Y2O3的混合物，Mn2O3和钯的混合物。中国专利1460548公开了一种可在常温下降低卷烟主流烟气中一氧化碳释放量的催化剂及其制备方法和应用。该催化剂通式为Au(a)Pt(b)Pd(c)Ni(d)Co(e)Fe(f)Cu(g)Zn(h)Ti(i)O(j)/载体。
在这些专利中，有的添加剂自身就含有有害物质，可能在卷烟燃吸过程中带入新的有害成分，对人体造成危害的物质。有的使用了贵金属添加剂，使得制造和使用成本上升。所以，开发一种无毒无害，不会引入新的有害成分，使用成本低廉，工艺简单，又能有效的降低烟气一氧化碳的添加剂十分迫切和必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、工艺简单、效率高的、降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂及其应用。这种卷烟复合添加剂，既能降低卷烟主流烟气焦油量和一氧化碳量，又能保持卷烟的风格不变和感官评吸质量不下降。可适用于各种类型的烟草及其烟草制品，包括烤烟、白肋烟、晒烟和香料烟，以及膨胀烟丝、膨胀梗丝、造纸法再造烟草等烟草制品。还可应用于卷烟纸，并且可作为滤嘴添加剂加入滤嘴形成复合嘴棒。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现一种降低卷烟烟气一氧化碳的复合添加剂，所述复合添加剂主要由以下成分组成烟草提取物(1)，碱金属盐(2)，过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物(3)组成。其中各组分的重量百分比为烟草提取物(1)1-5％碱金属盐(2)20-95％过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物(3)0-75％。
本发明所述的烟草提取物(1)为烤烟、白肋烟、晒烟和香料烟中的一种或任意两种以上的烟叶、烟末或碎片的提取物。
复合添加剂中所述的碱金属盐(2)包括碱金属的磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、钼酸盐、有机酸盐中的一种或任意两种以上混合物。特别是金属钠的磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、钼酸盐、甲酸盐、乙酸盐、乳酸盐、苹果酸盐及其混合物。
复合添加剂中所述的过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物(3)包括氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化铜、氢氧化铝中的一种或任意两种以上混合物。所述的过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物在卷烟燃烧过程中分解形成氧化铁、氧化镁、氧化铜、氧化铝等化合物。这些分解产物可作为氧化剂和催化剂，在卷烟燃烧过程中，有效地把一氧化碳转化为二氧化碳，从而也有效降低卷烟烟气一氧化碳的释放量。
本发明的思路卷烟烟气中的一氧化碳主要来源三个途径(Baker，R.R，1987)，大约有30％的CO是通过烟草组分热分解产生，大约有36％的CO是通过烟草燃烧产生，至少有23％的CO是通过CO2与碳还原反应生成的。烟草热裂解产生一氧化碳，在180℃时发生，于1050℃结束，反应主要是由化学动力学控制。烟草燃烧产生一氧化碳反应主要由氧气扩散系数Ka以及界面反应系数Kb控制。CO2与碳还原反应生成一氧化碳大约在390℃以上发生。所以，除了卷烟的组成外，温度和氧气的浓度是影响一氧化碳和二氧化碳形成的两个重要因素。
由上述分析知道，随着卷烟燃烧的峰值温度的升高，加快了生成一氧化碳的反应速度，一氧化碳的释放量几乎呈线性增大。所以，降低卷烟燃烧的峰值温度就能降低一氧化碳的释放量。钾盐和钠盐能够降低卷烟燃烧时的峰值温度，从而减慢了生成一氧化碳的反应速度，有效地降低一氧化碳的释放量。过渡金属氢氧化物(如氢氧化铁、氢氧化铝、氢氧化镁)在卷烟燃烧过程中，由于受热分解释放出水气，同时吸收了大量的热量，可以降低燃烧体系的温度，有效降低一氧化碳的释放量。另外，在卷烟燃烧的过程中，添加剂分解形成的产物，如氧化铁、氧化铝、氧化铜等化合物还可有效地把一氧化碳转化为二氧化碳，从而也有效降低卷烟烟气一氧化碳的释放量。针对卷烟烟气CO产生的不同途径，添加剂发挥不同作用。通过多种反应机理的综合作用，最终降低卷烟烟气的一氧化碳量。
随着卷烟烟气一氧化碳量的降低，烟气总粒相物也会随之降低，造成卷烟风格的改变和烟香的损失。同时，由于添加了化学添加剂，也会给卷烟感官品质带来不良的影响，为此本发明在配方中又添加烟草提取物，来弥补烟香的损失，掩盖杂气，这样既保持了卷烟原有的风格和吃味，同时又能降低卷烟的危害。
本发明复合添加剂的制备方法1、本发明的复合添加剂中所说的烟草提取物(1)的制备原料主要为烤烟、白肋烟、香料烟中的一种或任意两种以上混合，它们可以是烟叶、烟末或烟碎片。烟叶原料用溶剂加热回流提取，溶剂为石油醚、乙醇和水。提取液经过滤、真空低温浓缩，得到烟草提取物(1)。如果要进一步精制，可以利用分子蒸馏、超临界流体萃取等技术处理，得到精制的烟草提取物。
2、复合添加剂的调配按配方准确称取一定量的碱金属盐(碱金属的磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、钼酸盐、有机酸盐中的一种或任意两种以上混合物)，把上述组分混合，溶解分散于溶剂中，溶剂可以是水、乙醇溶液，优选的溶剂是水。在40-60℃温度范围，加热搅拌，使混合组分溶解分散均匀。取新鲜制备的氢氧化物(包括氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化铜、氢氧化铝及其混合物)溶解分散于有机酸溶液中，然后加入到碱金属盐溶液中，再加入烟草提取物，混合均匀即得到复合添加剂。
本发明的添加剂应用范围很广，适用于各种类型的烟草及其烟草制品，包括烤烟、白肋烟、晒烟和香料烟，以及膨胀烟丝、膨胀梗丝、造纸法再造烟草等烟草制品。其使用方法为在卷烟加工工艺的加料过程中将复合添加剂与料液混合均匀后，直接喷洒在烟叶和烟丝上。按常规的卷烟工艺，经制丝、加香、卷接工艺卷制成烟支。
复合添加剂的用量根据卷烟烟气一氧化碳量来确定，一般用量为烟丝重量的0.1％-10％，优选用量为0.5％-2％。
复合添加剂在造纸法再造烟草中的应用在配浆工艺步骤中将氢氧化物作为无机填料加入，主要目的是使无机填料与纤维有充足的混合和搅拌时间。在涂布工艺阶段，将碱金属盐溶液和烟草提取物溶液涂布于薄片片基，添加方式是根据产品类型选取涂布和浸涂的方式进行。按常规造纸工艺生产得到添加了复合添加剂的造纸法再造烟草。
复合添加剂也可用于卷烟纸中。现有卷烟纸生产设备、生产工艺不需要作任何改变。以0.5％-20％的用量添加到卷烟纸中，能明显降低烟气一氧化碳量。具体工艺为氢氧化物部分(包括氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化铜、氢氧化铝及其混合物)在卷烟纸配浆工艺步骤中作为无机填料加入，主要目的是使无机填料与纤维有充足的混合和搅拌时间，确保填料在纤维原料中均匀分散并被吸附到纤维表面。碱金属盐溶液和烟草提取物部分在卷烟纸制纸工艺施胶步，将液体添加剂作为助剂涂布于卷烟纸片基，添加方式是根据产品类型选取涂布和浸涂的方式进行单面或双面施胶。按常规生产工艺要求烘干后分切为盘纸备用。
还可作为滤嘴添加用于滤嘴中，将添加剂分散于增塑剂中，喷洒到开松的醋酸纤维丝束中，接着将添加了复合添加剂的丝束成型，最后将加料醋酸纤维段和醋酸纤维段复合，制成二元复合醋纤嘴棒。长度比为1∶1-2。
本发明的复合添加剂应用于卷烟中均可不同程度地降低卷烟主流烟气中一氧化碳量。
本发明复合添加剂可以按烟丝重量的0.5％-10％添加到任何品牌的卷烟中，加入添加剂后的卷烟与原品牌卷烟比较卷烟主流烟气中一氧化碳量和焦油量都降低，并且卷烟整体风格和吸味不变，烟气更加柔和。卷烟主流烟气总粒相物、一氧化碳量分别按照中华人民共和国行业标准YC/T29-1996，YC/T30-1996方法测定，结果见表1。
从表1卷烟烟气检测分析结果可以看出，对不同品牌卷烟，添加了本发明的复合添加剂卷烟主流烟气中一氧化碳量都有降低。加入添加剂的样品卷烟同对照卷烟相比，烟气中CO含量下降了1.6mg/支-2.9mg/支，下降幅度为11.3-18.2％。同时，烟气总粒相物也有一定程度的降低，下降幅度为6％-10.6％。本发明复合添加剂能选择性降低卷烟主流烟气中一氧化碳量。
表1 卷烟主流烟气检测结果
卷烟样品的感官质量评吸按国标《GB/T16447-1996烟草及烟草制品调节与测试的大气环境》调节卷烟样品含水率，由评吸专家小组按《GB35606.4-1996卷烟感官技术要求》的规定进行卷烟感官质量评吸。对照样为未加入添加剂的正常卷烟，评吸结果见表2。
表2 卷烟感官质量评吸结果
从上述对比评吸结果可以看出，本发明复合添加剂可使卷烟保持原有风格不变，并对吸味品质有一定的改善和提高。特别是对丰富烟香，柔和烟气，减少刺激等方面有一定的作用。
本发明的特点在于(1)复合添加剂的原料无毒无害，来源充足，工艺流程简单，制作方便，成本低廉。(2)使用范围广，可以在卷烟中加入，可以在卷烟纸中加入，也可以在造纸法再造烟叶中加入。(3)添加工艺简单，不用改动现有卷烟生产工艺。(4)能够选择性降低卷烟主流烟气中的一氧化碳量，同时还能降低卷烟焦油量，一氧化碳降低1.5-3.0mg/支，降低幅度达15-25％。并且可使卷烟保持原有风格不变，对吸味品质有一定的改善和提高，从而既能满足吸烟者的生理需求，又能减轻吸烟对人体的危害。提高企业的核心竞争力，为企业带来可观的经济效益和社会效益。
具体实施例方式
通过下面给出的具体实施例，可以进一步清楚地了解本发明。但它们不是对本发明的限定。
实施例1将碳酸钠0.5kg，乳酸钠0.3kg，乙酸钠0.2kg，溶于1.940kg蒸馏水，加热搅拌，温度范围40-60℃，加入烤烟提取物60g，搅拌，溶解。再加入新鲜制备的氢氧化铜的有机酸溶液1kg，混合均匀即得到复合添加剂A。
取2kg配制好的复合添加剂A，用高压喷嘴均匀喷施到100kg烟叶上，喷施过程是在叶组超回加料过程中进行，然后按常规的卷烟工艺，经制丝、加香、卷包工艺卷制成烟支。在同一生产线上，按相同卷烟工艺卷制对照烟支。按照标准方法进行卷烟主流烟气分析和卷烟感官质量评吸。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从16.2mg/支降低为12.4mg/支，降低率为23.5％。并且能保持卷烟原有风格不变，对吸味品质有一定的改善和提高。特别是对丰富烟香，柔和烟气，减少刺激等方面有一定的作用。(结果见表3)实施例2将碳酸钠0.2kg，乳酸钠0.1kg，乙酸钠0.2kg，溶于1.940kg蒸馏水，加热搅拌，温度范围40-60℃，加入烤烟提取物60g，搅拌，溶解。再加入新鲜制备的氢氧化铜的有机酸溶液1.0kg，混合均匀即得到复合添加剂B。
取配制好的复合添加剂B溶液1.5kg，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从16.2mg/支降低为14.0mg/支，降低率为13.6％。卷烟原有风格保持不变，对吸味品质有一定的改善和提高。
实施例3将碳酸钠0.5kg，乳酸钠0.5kg，乙酸钠0.5kg，溶于2.940kg蒸馏水，加热搅拌，温度范围40-60℃，加入烤烟提取物60g，搅拌，溶解。再加入新鲜制备的氢氧化铜的有机酸溶液1kg，混合均匀即得到复合添加剂C。
取配制好的复合添加剂C溶液2kg，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从16.2mg/支降低为13.2mg/支，降低率为18.5％。并且能保持卷烟原有风格不变，对丰富烟香，柔和烟气，减少刺激等方面有一定的作用。
实施例4将碳酸钠0.5kg，乳酸钠1.0kg，乙酸钠0.5kg，溶于2.940kg蒸馏水，加热搅拌，温度范围40-60℃，加入烤烟提取物60g，搅拌，溶解。再加入新鲜制备的氢氧化铜的有机酸溶液1kg，混合均匀即得到复合添加剂D。
取配制好的复合添加剂D溶液4kg，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从16.2mg/支降低为11.8mg/支，降低率为27.2％。对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
实施例5将乳酸钠1kg，乙酸钠0.5kg，硫酸钠0.5kg，溶于2.9kg蒸馏水，加热搅拌，温度范围40-60℃，加入烤烟提取物100g，搅拌，溶解，混合均匀即得到复合添加剂E。
取配制好的复合添加剂E溶液0.5kg(按烟丝重量的0.5％)，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从15.4mg/支降低为13.8mg/支，降低率为10.4％。对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
实施例6取实施例5配制好的复合添加剂E溶液2kg(按烟丝重量的2.0％)，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从15.4mg/支降低为13.0mg/支，降低率为15.6％。对卷烟原有风格和吸味没有影响。
实施例7取实施例5配制好的复合添加剂E溶液3kg(按烟丝重量的3.0％)，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示卷烟烟气中的一氧化碳量从15.4mg/支降低为12.2mg/支，降低率为20.8％。对卷烟原有风格和吸味没有影响。
实施例8取乳酸钠1kg，乙酸钠0.5kg，钼酸盐0.5kg，加入烤烟提取物50g，搅拌混合。再加入新鲜制备的氢氧化铁1kg，氢氧化铜1kg，混合均匀即得到复合添加剂F。
将配制好的复合添加剂F以5mg/支的用量添加到滤嘴棒中，制备二元复合滤嘴棒。该滤嘴棒应用于卷烟后，卷烟主流烟气一氧化碳量减少9.4％。感官评吸结果显示该添加剂能保持卷烟原有的风格和抽吸品质不变。
实施例9将实施例8配制好的复合添加剂F以20mg/支的用量添加到滤嘴棒中，制备二元复合滤嘴棒。该滤嘴棒应用于卷烟后，卷烟主流烟气一氧化碳量减少15.4％。感官评吸结果显示该添加剂能保持卷烟原有的风格和抽吸品质不变。
实施例10取500kg纸浆，加入新鲜制备的氢氧化铝8kg，氢氧化镁10kg，使无机填料与纤维有充足的混合和搅拌时间。在造纸法再造烟草涂布工艺阶段，将乳酸钠2.0kg，苹果酸钠5.0kg，钼酸盐0.5kg，烤烟提取物500g，溶于18.5kg蒸馏水，搅拌形成澄清溶液，采用浸涂方式进行添加，按常规造纸工艺生产得到特殊造纸法再造烟草。
将造纸法再造烟草添加到卷烟后，这种特殊造纸法再造烟草和普通造纸法再造烟草相比，卷烟主流烟气中一氧化碳量降低15％。并且对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
实施例11取500kg纸浆，加入新鲜制备的氢氧化铜3kg，氢氧化镁12kg，使无机填料与纤维有充足的混合和搅拌时间。在造纸法再造烟草涂布工艺阶段，将苹果酸钠5.0kg，钼酸盐0.5kg，烤烟提取物500g，溶于16.5kg蒸馏水，搅拌形成澄清溶液，采用浸涂方式进行添加，按常规造纸工艺生产得到特殊造纸法再造烟草。
将造纸法再造烟草添加到卷烟后，这种特殊造纸法再造烟草和普通造纸法再造烟草相比，卷烟烟气中一氧化碳量降低18.5％。并且对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
实施例12取600kg木浆，加入新鲜制备的氢氧化铝5kg，氢氧化镁6kg。在卷烟纸制纸工艺施胶步，将乳酸钠2.5kg，苹果酸钠5.0kg，钼酸盐0.5kg，烤烟提取物500g，溶于16.5kg蒸馏水，搅拌形成澄清溶液，采用涂布方式进行单面添加。按常规造纸工艺生产卷烟纸，卷烟纸定量28g/m2；卷烟纸透气度为60-80科瑞斯塔(CORESTA)。
这种卷烟纸卷制的卷烟和对照卷烟纸相比，卷烟烟气中一氧化碳量降低20％。对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
表3 实施例所述的复合添加剂的应用效果
权利要求
1.一种降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂，其特征在于所述复合添加剂主要由以下成分组成烟草提取物(1)、碱金属盐(2)、过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物(3)组成。
2.如权利要求1所述的降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂，其特征在于所述复合添加剂中各组分的重量百分比为烟草提取物(1)1-5％碱金属盐(2)20-95％过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物(3)0-75％。
3.如权利要求1所述的降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂，其特征在于所述的烟草提取物(1)为烤烟、白肋烟、晒烟和香料烟中的一种或任意两种以上的烟叶、烟末或碎片的提取物。
4.如权利要求1所述的降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂，其特征在于所述的碱金属盐(2)包括碱金属的磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、钼酸盐、有机酸盐中的一种或任意两种以上混合物。
5.如权利要求4所述的降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂，其特征在于所述的碱金属盐为金属钠的磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、钼酸盐、甲酸盐、乙酸盐、乳酸盐、苹果酸盐及其混合物。
6.如权利要求1所述的降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂，其特征在于所述的过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物(3)包括氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化铜、氢氧化铝中的一种或任意两种以上混合物。
7.一种降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂的应用，其特征在于适用于各种类型的烟草及其烟草制品，包括烤烟、白肋烟、晒烟和香料烟，以及膨胀烟丝、膨胀梗丝、造纸法再造烟草等烟草制品。
8.如权利要求7所述的降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂的应用，其特征在于其用量根据卷烟主流烟气中一氧化碳量来确定，一般用量为烟丝重量的0.1％-10％。优选的添加量为烟丝重量的0.5％-2％。
9.一种降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂的应用，其特征在于在现有卷烟纸生产流程中添加，其用量为成品卷烟纸重量的0.5％-20％。
全文摘要
本发明涉及一种降低卷烟烟气一氧化碳量的复合添加剂及其应用，所述复合添加剂主要由烟草提取物，碱金属盐，过渡金属氢氧化物或金属氢氧化物组成。该复合添加剂适用于各种类型的烟草及其烟草制品，包括烤烟、白肋烟、晒烟和香料烟，以及膨胀烟丝、膨胀梗丝、造纸法再造烟草等烟草制品，也可以添加到卷烟纸中。本发明复合添加剂应用于卷烟后，可以选择性降低卷烟主流烟气中的一氧化碳量1.5－3.0mg/支，降低幅度达15－25％，同时能降低卷烟的焦油量。该添加剂能保持卷烟原有风格不变，并对吸味品质有一定的改善和提高。既能满足卷烟消费者的需求，又能减轻吸烟对人体的危害。
文档编号A24B15/10GK1951240SQ20061004864
公开日2007年4月25日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者王保兴, 杨叶昆, 和智君, 徐兰兰, 杨伟祖 申请人:云南瑞升烟草技术(集团)有限公司