专利名称：一种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，特别是涉及一种能降低卷烟烟气中烟草特有亚硝胺、稠环芳烃和一氧化碳的复合添加剂，本发明还涉及这种复合添加剂的应用。
背景技术：
现阶段我国烟草行业面临着世界卫生组织(WHO)和世贸组织(WTO)以及《控烟框架条约》的多重压力。另一方面，人们随着生活水平和生活质量的不断提高，对吸烟与健康的问题越来越重视，对吸烟的安全性要求也越来越高。降低卷烟烟气的焦油量，尤其是降低烟气有害成分是烟草行业的一项非常重要的工作。
目前世界上已发现300多种亚硝胺化合物，其中大约90％的亚硝胺被证明具有致癌作用。烟草制品中的亚硝胺是由仲胺与亚硝酸或氮氧化物作用而生成的。这些N-亚硝胺可以分为三类一是挥发性亚硝胺；二是非挥发性亚硝胺；三是烟草特有亚硝胺(Tobacco-specific nitrosamines，简称TSNAs)。TSNAs是烟草中最为重要的一类亚硝胺，经研究表明此类物质具有较强的致癌性，主要包括N-亚硝基去甲基烟碱(NNN)，4-(N-甲基-亚硝基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)，N-亚硝基新烟草碱(NAT)和N-亚硝基假木贼碱(NAB)等4种成分。其中NNN和NNK具有显著的致癌作用。TSNAs在不同烟草类型中的含量以白肋烟最高，香料烟和烤烟含量都较低。研究证明，TSNAs的主要前体物质是生物碱和硝酸盐、亚硝酸盐，前二种来源于烟碱和降烟碱，后两种分别是由新烟草碱和新烟碱形成的。在收获前的绿色烟叶中几乎没有TSNAs存在，它们主要产生于收获后的调制和发酵过程中。
稠环芳烃(简称PAHs)是烟草在高温缺氧条件下不完全燃烧的产物。各种有机物热解所生成的有机物碎片，经过复杂的聚合过程而形成多种稠环芳烃。烟气中稠环芳烃的种类有百种以上，在卷烟烟气中已鉴别出大约30个有致癌性的稠环芳烃，其中最典型就是3，4-苯并[a]芘，它的致癌性是最高的，其次是二苯并[a，h]蒽、苯并[b]荧蒽等稠环芳烃。
TSNAs是烟草及其制品中的主要有害物质之一，减少或消除TSNAs含量是生产低危害、安全型卷烟的基础。TSNAs的控制途径目前主要有良种选育、降低施氮水平、改革调制工艺、硝酸盐清除剂、在烟丝中添加某种添加剂、在滤嘴中使用添加剂以及对丝束的改性处理等。如专利US2006057723，US2006242730通过转基因技术降低烟草亚硝胺。专利US6311695，CN97198261.9报道烟草植物在调制周期中受到微波或较高频波的辐射，经过这样特殊处理后烟草含有的亚硝胺含量和鲜烟叶相当。其最好的实验结果显示，处理过的烟制品和传统的调制烟叶比，其已知的致癌物NNN和NNK的含量几乎可以忽略不计。南京大学发明了用微波对成品卷烟进行处理，从而降低烟气中亚硝胺的新方法(CN1269992A)，据称，亚硝胺总量可降低52％～76％(主流烟气)和21.5％～53％(侧流烟气)。南京大学发明了一种可降低卷烟烟气中亚硝胺含量的卷烟添加剂(CN1228945A)，主要由含有多孔材料的海藻酸盐悬浮溶液组成，可喷在烟丝上，多孔材料可以是硅胶、多孔氧化铝、Na型4A沸石或多孔硅铝酸盐等。可使卷烟烟气中的亚硝胺含量降低17％～65％。还发明了在卷烟烟丝中加入2％～5％载有金属氧化物(镁、锌、铁、锰等的氧化物)的沸石，主流和侧流烟气中的亚硝胺总量可降低50％以上(CN1209970A)。
南京比特福贸易有限公司(CN00119069.5)公开一种降低香烟烟气中亚硝胺含量的环糊精液体添加剂，喷洒于烟丝之上，晾干后能够有效去除香烟的主流和侧流烟气中的有害物质亚硝胺。专利CN 200410041282.6公开了一种能显著降低卷烟烟气中亚硝胺含量的卷烟滤嘴及丝束添加剂，该添加剂含多苷化合物，有机酸、无机酸、助剂及水，以液体状态加入滤嘴或丝束纤维并覆盖在纤维上。其主流烟气中的亚硝胺含量减少20-62％。
由于这些方法存在一定的局限性，实际生产工艺难于实现，目前尚未得到普遍推广应用。因此，研究开发一种无毒无害的，不会引入新的有害成分，使用成本低廉，工艺简单，适用于现有的卷烟生产工艺，具有实际应用价值的降低卷烟烟气有害成分，特别是降低烟草特有亚硝胺、稠环芳烃和一氧化碳的新技术、新材料具有广阔的应用前景。
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、降低卷烟烟气中有害成分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、烟草特有亚硝胺、稠环芳烃和一氧化碳等有害成分，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。该添加剂添加工艺简单，不用改动现有卷烟生产工艺。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂主要由以下成分烟草提取物、碱金属盐、金属氢氧化物组成。
这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，所述复合添加剂中各组分的重量百分比为烟草提取物1-5％，碱金属盐20-95％，金属氢氧化物0-75％。
这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，所述的烟草提取物为烤烟、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。
这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，所述的碱金属盐为碱金属的磷酸盐、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。
这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，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。
这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，所述的金属氢氧化物为氢氧化铁、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。
一种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂的应用，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。
本发明的降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂的应用，复合添加剂的用量一般为烟丝重量的0.1％-5％。
本发明的降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂的应用，复合添加剂的用量优选的添加量为烟丝重量的0.5％-2％。
这种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂的应用，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％。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主要有害成分，包括烟草特有亚硝胺、稠环芳烃类化合物和一氧化碳的释放量。
随着卷烟烟气有害成分的降低，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。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广泛，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上述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中有害成分的量来确定，一般用量为烟丝重量的0.1％-5％，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，能明显降低烟气有害成分。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卷烟纸备用。该卷烟纸应用于卷烟后均可不同程度地降低卷烟主流烟气中的有害成分。
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，可以在卷烟烟丝中加入，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，无需增加辅助设备。(4)能够选择性降低卷烟主流烟气中的有害成分，其中烟草特有亚硝胺降低15-30％，稠环芳烃类化合物降低16-55％；一氧化碳降低15-25％。能够保持卷烟原有风格不变，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。提高烟草企业的核心竞争力。
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。
本发明中复合添加剂的通常制法是按配方准确称取一定量的碱金属盐，混合，溶解分散于溶剂中(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。
本发明中添加剂的通常使用方法是将烟丝重量为0.1％-5％(优选用量为0.5％-2％)的添加剂在卷烟加工工艺的加料过程中，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，即得到烟气中低有害成分的新型卷烟。
卷烟烟气中TSNAs的测定方法采用行业标准YC/T29-1996方法收集卷烟主流烟气总粒相物。取实验样品烟200支，置于恒温恒湿箱中在22±1℃，相对湿度60±2％条件下平衡水份48h，在1.00±0.02g质量范围内，以平均吸阻±49Pa为标准挑选60支卷烟待测。用RM/20吸烟机捕集主流烟气的总粒相物，滤片置于锥形瓶中，用100mL二氯甲烷分三次洗涤剑桥滤片，每次在震荡器上震动20min，将所有的萃取液和洗液移入另一锥型瓶中，进行适当浓缩。将浓缩液过碱性氧化铝-抗坏血酸-碱性氧化铝的填充柱到浓缩瓶中，浓缩至1mL以下，加入内标后定容至1mL，混匀。取出于样品瓶中，放在GC-TEA中检测。
按国际通用的热能分析仪(TEA)和气相色谱仪(GC)联用方法测定各处理样品的TSNA含量。仪器为HP 6890气相色谱仪(美国Angilent公司)和TEA 543热能检测器。降低TSNA百分率的计算方法为降低百分率％＝(对照处理TSNAs含量-添加剂处理TSNAs含量)/对照处理TSNAs含量×100卷烟烟气中PAHs的测定方法通过固相萃取纯化和富集卷烟烟气中稠环芳烃后，用气相色谱/质谱法同时测定烟气中包括苯并芘在内的十六个典型稠环芳烃化合物。
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《GB5606.4-1996卷烟感官技术要求》的规定进行卷烟感官质量评吸。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。
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。
取2kg配制好的上述复合添加剂，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。结果显示该添加剂对烟气有害物质NNN，NNK，NAT+NAB的降幅分别为46.56％，29.6％，16.9％，TSNAs总量从23.36ng/支降低为17.38ng/支，降低率为25.6％；苯并(a)芘降低了19.88％；一氧化碳量降低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1和表2)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。
取配制好的上述复合添加剂溶液1.5kg，按照与实施例1相同的方法进行添加实验。结果显示该添加剂对烟气有害物质NNN，NNK，NAT+NAB的降幅分别为22.75％，17.60％，3.86％，TSNAs总量从23.36ng/支降低为20.76ng/支，降低率为11.13％；苯并(a)芘降低了17.85％；一氧化碳量降低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。
取配制好的上述复合添加剂溶液2kg，按照与实施例1相同的方法进行添加实验，不同之处在于实验烟丝为白肋烟。结果显示卷烟烟气中的烟草特有亚硝胺从19.53ug/支降低为15.97ug/支，降低率为18.23％。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。
取配制好的上述复合添加剂溶液4kg，按照与实施例1相同的方法进行添加实验，不同之处在于实验烟丝为白肋烟。结果显示卷烟烟气中的烟草特有亚硝胺从19.53ug/支降低为14.22ug/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。
取配制好的上述复合添加剂溶液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烟草特有亚硝胺从13.55ng/支降低为11.54ng/支，降低率为14.83％。对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
实施例6取实施例5配制好的实施例5所述复合添加剂溶液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烟草特有亚硝胺从13.55ng/支降低为11.29ng/支，降低率为16.68％。对卷烟原有风格和吸味没有影响。
实施例7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，卷烟烟气中烟草特有亚硝胺降低26.72％。并且对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
实施例8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相比，卷烟烟气中烟草特有亚硝胺降低18.6％。对卷烟的原有风格和吸味没有影响。
表1卷烟烟气有害物质TSNAs的检测结果
表2卷烟烟气有害物质PAHs的检测结果
权利要求
1.一种降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，其特征在于所述复合添加剂主要由烟草提取物、碱金属盐、金属氢氧化物组成。
2.如权利要求1所述的降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，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1-5％碱金属盐20-95％金属氢氧化物0-75％。
3.如权利要求1所述的降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂，其特征在于所述的烟草提取物为烤烟、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中有害成分的复合添加剂，其特征在于所述的碱金属盐为碱金属的磷酸盐、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中有害成分的复合添加剂，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中有害成分的复合添加剂，其特征在于所述的金属氢氧化物为氢氧化铁、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中有害成分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中有害成分的复合添加剂的应用，其特征在于复合添加剂的用量一般为烟丝重量的0.1％-5％。
9.如权利要求8所述的降低卷烟烟气中有害成分的复合添加剂的应用，其特征在于复合添加剂的用量优选的添加量为烟丝重量的0.5％-2％。
10.一种降低卷烟烟气中有害成分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中有害成分的复合添加剂及其应用，特别是涉及一种能降低卷烟烟气中烟草特有亚硝胺、稠环芳烃和一氧化碳的复合添加剂，所述复合添加剂主要由烟草提取物、碱金属盐、金属氢氧化物组成。这种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有害成分，保持卷烟原有风格不变，改善和提高卷烟抽吸品质。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A24B15/18GK101015391SQ20071006570
公开日2007年8月15日 申请日期2007年3月8日 优先权日2007年3月8日
发明者王保兴, 杨叶昆, 周瑾, 杨伟祖 申请人:云南烟草科学研究院, 云南瑞升烟草技术(集团)有限公司