趙瑞花, 王 菊, 張江宏,樊 杰, 梁子榮, 杜建平

(1.山西昆明煙草有限責(zé)任公司,山西 太原 030012;2.太原理工大學(xué),山西 太原 030024)

卷煙添加劑的應(yīng)用和安全性研究進(jìn)展

趙瑞花1, 王 菊1, 張江宏1,樊 杰1, 梁子榮1, 杜建平2

(1.山西昆明煙草有限責(zé)任公司,山西 太原 030012;2.太原理工大學(xué),山西 太原 030024)

綜述了近年來國內(nèi)外在卷煙添加劑加香調(diào)香、降焦減害和安全性測試等方面的研究進(jìn)展,提出新型添加劑,如天然植物的提取物、納米氧化物和沸石分子篩等在降焦減害中的研究價值。在開發(fā)新型卷煙添加劑增強(qiáng)其降焦減害應(yīng)用效果的同時,既要保持卷煙的吸食品質(zhì),又要保證吸食卷煙的安全性。

煙草;添加劑;安全性;進(jìn)展

引 言

煙草制品的發(fā)展與煙用添加劑的應(yīng)用有著非常密切的關(guān)系。早在16世紀(jì),西班牙人就已在煙草制品中應(yīng)用了香料物質(zhì)。隨著煙草制備技術(shù)的快速發(fā)展,人們對煙草制品的質(zhì)量要求和吸煙安全性要求越來越高,對煙用添加劑的重視程度也隨之增強(qiáng)。在全球控?zé)熯\(yùn)動的大環(huán)境下,提高卷煙安全性、降低卷煙煙氣中有害成分的釋放量是國際卷煙技術(shù)的發(fā)展方向,也是發(fā)展中式卷煙的必然需求。卷煙中7種有害成分{CO、NH3、HCN、NNK、B[a]P、巴豆醛、苯酚}的釋放量可有效地表征卷煙主流煙氣生物危害性,因此,選擇性地降低7種有害成分是實現(xiàn)減害降焦的技術(shù)關(guān)鍵。卷煙煙氣中幾種主要有害成分的結(jié)構(gòu)式見圖1。各種煙用添加劑加入煙草制品中對主流煙氣的化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的影響,關(guān)系到卷煙消費(fèi)者的生命安全。本文主要綜述了天然植物添加劑和功能材料添加劑的應(yīng)用研究現(xiàn)狀以及在安全性方面的研究進(jìn)展,并展望了新型孔材料作為理想的卷煙添加劑在煙氣減害方面的應(yīng)用前景。

圖1 卷煙煙氣中幾種主要有害成分的結(jié)構(gòu)式

1 添加劑應(yīng)用研究進(jìn)展

為了改善煙草的理化性能和卷煙吸食品質(zhì),通常在卷煙的生產(chǎn)加工過程中添加各種助劑,包括香精香料、保潤劑、助燃劑、防霉劑和吸附劑等。根據(jù)添加劑的性質(zhì)可以將其分為天然植物添加劑和功能材料添加劑。

1.1 天然植物添加劑

較早以前,人們就利用花草植物或茶葉的提取物作為煙草添加劑,并在改善卷煙品質(zhì)、增加卷煙香味和口感等方面進(jìn)行了較為廣泛的研究。例如,采用烈香杜鵑植物提取的揮發(fā)性芳香精油作為煙用天然香料,用于卷煙增香[1];將藏紅花提取液經(jīng)減壓濃縮制成添加劑加到卷煙中;將羅漢果提取液減壓濃縮制成煙用添加劑,按一定的比例添加到丙纖濾嘴黏結(jié)劑中制成丙纖濾嘴,可以起到增香、提高卷煙舒適度和減輕吸煙危害的作用[2,3];利用丁香、肉桂葉和赤桉葉等天然香料植物,經(jīng)提取濃縮后加入樣品煙絲中,明顯地增加了卷煙的辛香和酚香,增強(qiáng)了保潤效果[4];選用紫蘇、黃芪、沙參和金銀花,按一定比例提取其有效成分作為降害劑,將其均勻地附著到煙絲上,加工卷煙,對消費(fèi)者呼吸道具有明顯的保護(hù)作用[5];以艾葉、淫羊藿、羅漢果為主要原料,可有效地減少煙氣的辛辣刺激性,改善卷煙的口感[6]。

天然植物提取物不僅能有效地保持煙草品質(zhì),而且可以有效地降低吸煙時產(chǎn)生的某些有害成分[7,8]。徐世明等[9]較早地將植物添加劑應(yīng)用在煙草中,因絞股藍(lán)皂甙成分能有效地防治吸煙引起的多種疾病,故他們將其制成煙用添加劑,起到了降低煙中有毒有害物質(zhì)和防病治病的作用。將甘遂嫩莖或嫩葉加工處理,與硼砂、紫蘇葉、藿香、佩蘭、冰片、薄荷、菖蒲等制成一種多成分添加劑,按一定比例加入煙絲后,能有效地降低或抑制煙毒所產(chǎn)生的致癌作用,減少因吸煙所造成的對人類生命的危害[10]。以姜黃等為原材料的添加劑,可降低焦油含量,也可降解煙草中20%～80%的多環(huán)芳烴[11]。海藻中富含的硒及中草藥中部分活性成分能捕獲或清除煙氣中的有害自由基,從而緩解或抵抗主流煙氣中的焦油和一氧化碳對身體的毒害[12]。以香椿葉、菊花、桔梗、艾葉、金銀花、玉竹、竹茹等一種或幾種為原料,經(jīng)處理后得到揮發(fā)油,用乙醇稀釋后加入到卷煙煙絲或濾嘴中,卷煙主流煙氣中酚類化合物含量明顯降低[13]。將紫蘇葉、甘草、藿香、石菖蒲、木香、熟地黃和麥冬的提取物按照一定比例混合,制得煙草添加劑,能夠有效地降低煙氣中的焦油和3,4-苯并芘的含量[14]。將玉米須提取物和沙棘籽提取物施加于卷煙中進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)玉米須提取物可以較好地清除卷煙煙氣中特有的亞硝胺,而沙棘籽提取物對自由基的消除有較好的效果[15,16]。

利用天然添加劑能夠產(chǎn)生雙重功效,即,在減少煙氣中有害成分的同時,可以改善煙絲質(zhì)量和吸食口感。

1.2 功能材料添加劑

隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展,多種新型功能材料被用作卷煙添加劑,以提高卷煙品質(zhì),降低卷煙煙氣中的有害成分[17],如納米氧化物、納米硅鋁酸鹽、納米方鈉石、納米CaCO3和各種分子篩(如4A、NaY、NaX、Hβ等)。通常,將這些功能材料加在卷煙濾嘴中。用來吸附和過濾卷煙煙氣中的有害成分[18]。尤其是沸石分子篩,它在降低煙草特有的亞硝胺方面取得了較好的效果。王保興等[19]主要以煙草提取物、堿金屬鹽和金屬氫氧化物為原料制備了一種能降低煙氣中特有亞硝胺、稠環(huán)芳烴和一氧化碳的復(fù)合添加劑,應(yīng)用于卷煙后,不僅可以選擇性地降低卷煙主流煙氣中的有害成分,而且保持了卷煙原有的品質(zhì)。王曉輝[20]通過利用海藻酸鈉來實現(xiàn)降低卷煙煙氣中亞硝胺含量的目的。孔寧川等[21]利用多羥基有機(jī)酸鹽或多羥基有機(jī)酸鹽的混合物降低卷煙主流煙氣中的一氧化碳和焦油的含量。研究結(jié)果表明,加入添加劑后,煙氣中焦油含量可降低8%～15%,一氧化碳含量可降低5%～12%。梁凱[22]將亞微米改性海泡石復(fù)合添加劑加入煙絲中,能吸附香煙中有害成分,同時可作為各種香料的載體。

2 添加劑安全性研究

煙草的燃燒過程非常復(fù)雜。在卷煙燃燒時,煙草添加劑可能經(jīng)歷以下幾個過程(見圖2);直接蒸餾;熱解或者氧化;熱解或者氧化的產(chǎn)物與煙草或煙氣中其他組成物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而影響它們在煙氣中產(chǎn)量,或者產(chǎn)生其他的煙氣產(chǎn)物。

圖2 卷煙燃燒時發(fā)生的主要物理化學(xué)過程

早在1967年,Wynder和Hoffmann研究人員[23]就提出,煙草添加劑的使用可能會增大或者減小煙草煙氣的毒性。由于添加水平和應(yīng)用方法的不同以及煙草和卷煙設(shè)計參數(shù)、分析方法、分析參變量的不同,可能導(dǎo)致同一種添加劑對煙氣產(chǎn)生不同的影響。Paschke等[24]的研究結(jié)果表明,煙草添加劑并沒有增加卷煙煙氣的生物活性(包括致癌性、致誘變性和細(xì)胞毒性)。Rodgman得到的結(jié)論與Paschke的結(jié)論相類似,香味添加劑、料液和保濕劑等加入到煙草中,均不會增加卷煙煙氣的毒性[25,26]。菲利普莫里斯公司產(chǎn)品中使用的333種添加劑的研究結(jié)果表明,煙草中添加劑的加入對煙氣的毒性不會產(chǎn)生影響,包括煙氣化學(xué)性質(zhì)、體外致毒性和嚙齒動物的亞慢性吸入毒性[27]。Gaworski等將致香成分混合物或者薄荷醇、丙三醇、丙烯醇等作為單個添加劑分別加入到卷煙中,發(fā)現(xiàn)主流煙氣在老鼠身上的生物反應(yīng)沒有明顯的改變[28-31]。Stavanja等[32]研究了蜂蜜的毒物學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明,蜂蜜作為添加劑對主流煙氣的化學(xué)性質(zhì)沒有明顯的影響。將甘草浸液添加到煙草中,添加量小于5%時對煙氣沒有明顯的化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)影響[33]。將山梨酸鉀加入混合卷煙煙草中,充當(dāng)霉菌生長抑制劑或用作防腐劑,其對主流煙氣的基因毒性和細(xì)胞毒性沒有影響[34]。大量的研究結(jié)果表明,常用的煙草添加劑不會增加卷煙煙氣的毒性,但在是否能降低卷煙煙氣毒性方面還需作進(jìn)一步探索。

3 結(jié)論與展望

煙用添加劑在煙草中的重要應(yīng)用價值主要集中在改善卷煙吸食品質(zhì)和降低卷煙有害成分2個方面,研究結(jié)果表明,天然植物的提取物能明顯地增加卷煙的香味,降低卷煙煙氣對呼吸系統(tǒng)所產(chǎn)生的刺激性,同時可以有效地降低吸煙時產(chǎn)生的某些有害成分。添加劑在煙草中的應(yīng)用和安全性研究結(jié)果表明,通常使用的煙草添加劑不會改變煙氣的化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)。隨著材料制備技術(shù)的發(fā)展,多種新型孔材料有望成為理想的卷煙添加劑,用來吸附和過濾卷煙煙氣中的有害成分。因此,全面認(rèn)識煙氣焦油與卷煙安全性的關(guān)系,應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)真正降低卷煙有害成分,將為我國發(fā)展低焦油、低危害卷煙提供更多的技術(shù)支撐,并為提高我國卷煙產(chǎn)品在國際市場中的競爭力提供質(zhì)量保證。

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Abstract:The investigation of different tobacco ingredients applied as flavors,humectantsorpreservatives and the application in reducing the harmful ingredients and the tar content of cigarettes were reviewed.The potential chemical changes and biological activity of smoke from cigaretteswith additiveswere discussed and the value of novel additive such as extraction of plant,nano-oxide and zeolite in reducing the harmful ingredientswas also put for ward.All of the study results indicated that the commonly used tobacco ingredients did not increase the toxicity of s moke and keep cigarette quality simultaneously.Synthesis and utilization of the novel porousmaterials are effective approach to achieve expected objects of reducing the harmful ingredients and the tar content of cigarettes.

Key words:tobacco;additives;safety;progress

The research progress on the cigarette additive application and safety

ZHAO Rui-hua1,WANG Ju1,ZHANG Jiang-hong1,FAN Jie,L IANG Zi-rong1,DU Jian-ping2
(1.Shanxi Kunm ing Tobacco L i m ited L iability Company,Ta iyuan Shanxi030012,China; 2.Ta iyuan Un iversity of Technology,Ta iyuan Shanxi030024,China)

TQ047.1

A

1004-7050(2010)06-0014-04

2010-10-10

中國煙草實業(yè)發(fā)展中心科技創(chuàng)新項目

趙瑞花,女,2009年畢業(yè)于中國科學(xué)院研究生院,博士,主要從事功能材料的合成及在卷煙降焦減害中的應(yīng)用研究工作。