卷烟添加剂的应用和安全性研究进展

赵瑞花, 王 菊, 张江宏,樊 杰, 梁子荣, 杜建平

(1.山西昆明烟草有限责任公司,山西 太原 030012;2.太原理工大学,山西 太原 030024)

卷烟添加剂的应用和安全性研究进展

赵瑞花1, 王 菊1, 张江宏1,樊 杰1, 梁子荣1, 杜建平2

(1.山西昆明烟草有限责任公司,山西 太原 030012;2.太原理工大学,山西 太原 030024)

综述了近年来国内外在卷烟添加剂加香调香、降焦减害和安全性测试等方面的研究进展,提出新型添加剂,如天然植物的提取物、纳米氧化物和沸石分子筛等在降焦减害中的研究价值。在开发新型卷烟添加剂增强其降焦减害应用效果的同时,既要保持卷烟的吸食品质,又要保证吸食卷烟的安全性。

烟草;添加剂;安全性;进展

引 言

烟草制品的发展与烟用添加剂的应用有着非常密切的关系。早在16世纪,西班牙人就已在烟草制品中应用了香料物质。随着烟草制备技术的快速发展,人们对烟草制品的质量要求和吸烟安全性要求越来越高,对烟用添加剂的重视程度也随之增强。在全球控烟运动的大环境下,提高卷烟安全性、降低卷烟烟气中有害成分的释放量是国际卷烟技术的发展方向,也是发展中式卷烟的必然需求。卷烟中7种有害成分{CO、NH3、HCN、NNK、B[a]P、巴豆醛、苯酚}的释放量可有效地表征卷烟主流烟气生物危害性,因此,选择性地降低7种有害成分是实现减害降焦的技术关键。卷烟烟气中几种主要有害成分的结构式见图1。各种烟用添加剂加入烟草制品中对主流烟气的化学和生物学性质的影响,关系到卷烟消费者的生命安全。本文主要综述了天然植物添加剂和功能材料添加剂的应用研究现状以及在安全性方面的研究进展,并展望了新型孔材料作为理想的卷烟添加剂在烟气减害方面的应用前景。

图1 卷烟烟气中几种主要有害成分的结构式

1 添加剂应用研究进展

为了改善烟草的理化性能和卷烟吸食品质,通常在卷烟的生产加工过程中添加各种助剂,包括香精香料、保润剂、助燃剂、防霉剂和吸附剂等。根据添加剂的性质可以将其分为天然植物添加剂和功能材料添加剂。

1.1 天然植物添加剂

较早以前,人们就利用花草植物或茶叶的提取物作为烟草添加剂,并在改善卷烟品质、增加卷烟香味和口感等方面进行了较为广泛的研究。例如,采用烈香杜鹃植物提取的挥发性芳香精油作为烟用天然香料,用于卷烟增香[1];将藏红花提取液经减压浓缩制成添加剂加到卷烟中;将罗汉果提取液减压浓缩制成烟用添加剂,按一定的比例添加到丙纤滤嘴黏结剂中制成丙纤滤嘴,可以起到增香、提高卷烟舒适度和减轻吸烟危害的作用[2,3];利用丁香、肉桂叶和赤桉叶等天然香料植物,经提取浓缩后加入样品烟丝中,明显地增加了卷烟的辛香和酚香,增强了保润效果[4];选用紫苏、黄芪、沙参和金银花,按一定比例提取其有效成分作为降害剂,将其均匀地附着到烟丝上,加工卷烟,对消费者呼吸道具有明显的保护作用[5];以艾叶、淫羊藿、罗汉果为主要原料,可有效地减少烟气的辛辣刺激性,改善卷烟的口感[6]。

天然植物提取物不仅能有效地保持烟草品质,而且可以有效地降低吸烟时产生的某些有害成分[7,8]。徐世明等[9]较早地将植物添加剂应用在烟草中,因绞股蓝皂甙成分能有效地防治吸烟引起的多种疾病,故他们将其制成烟用添加剂,起到了降低烟中有毒有害物质和防病治病的作用。将甘遂嫩茎或嫩叶加工处理,与硼砂、紫苏叶、藿香、佩兰、冰片、薄荷、菖蒲等制成一种多成分添加剂,按一定比例加入烟丝后,能有效地降低或抑制烟毒所产生的致癌作用,减少因吸烟所造成的对人类生命的危害[10]。以姜黄等为原材料的添加剂,可降低焦油含量,也可降解烟草中20%～80%的多环芳烃[11]。海藻中富含的硒及中草药中部分活性成分能捕获或清除烟气中的有害自由基,从而缓解或抵抗主流烟气中的焦油和一氧化碳对身体的毒害[12]。以香椿叶、菊花、桔梗、艾叶、金银花、玉竹、竹茹等一种或几种为原料,经处理后得到挥发油,用乙醇稀释后加入到卷烟烟丝或滤嘴中,卷烟主流烟气中酚类化合物含量明显降低[13]。将紫苏叶、甘草、藿香、石菖蒲、木香、熟地黄和麦冬的提取物按照一定比例混合,制得烟草添加剂,能够有效地降低烟气中的焦油和3,4-苯并芘的含量[14]。将玉米须提取物和沙棘籽提取物施加于卷烟中进行研究,发现玉米须提取物可以较好地清除卷烟烟气中特有的亚硝胺,而沙棘籽提取物对自由基的消除有较好的效果[15,16]。

利用天然添加剂能够产生双重功效,即,在减少烟气中有害成分的同时,可以改善烟丝质量和吸食口感。

1.2 功能材料添加剂

随着材料制备技术的发展,多种新型功能材料被用作卷烟添加剂,以提高卷烟品质,降低卷烟烟气中的有害成分[17],如纳米氧化物、纳米硅铝酸盐、纳米方钠石、纳米CaCO3和各种分子筛(如4A、NaY、NaX、Hβ等)。通常,将这些功能材料加在卷烟滤嘴中。用来吸附和过滤卷烟烟气中的有害成分[18]。尤其是沸石分子筛,它在降低烟草特有的亚硝胺方面取得了较好的效果。王保兴等[19]主要以烟草提取物、碱金属盐和金属氢氧化物为原料制备了一种能降低烟气中特有亚硝胺、稠环芳烃和一氧化碳的复合添加剂,应用于卷烟后,不仅可以选择性地降低卷烟主流烟气中的有害成分,而且保持了卷烟原有的品质。王晓辉[20]通过利用海藻酸钠来实现降低卷烟烟气中亚硝胺含量的目的。孔宁川等[21]利用多羟基有机酸盐或多羟基有机酸盐的混合物降低卷烟主流烟气中的一氧化碳和焦油的含量。研究结果表明,加入添加剂后,烟气中焦油含量可降低8%～15%,一氧化碳含量可降低5%～12%。梁凯[22]将亚微米改性海泡石复合添加剂加入烟丝中,能吸附香烟中有害成分,同时可作为各种香料的载体。

2 添加剂安全性研究

烟草的燃烧过程非常复杂。在卷烟燃烧时,烟草添加剂可能经历以下几个过程(见图2);直接蒸馏;热解或者氧化;热解或者氧化的产物与烟草或烟气中其他组成物发生化学反应,从而影响它们在烟气中产量,或者产生其他的烟气产物。

图2 卷烟燃烧时发生的主要物理化学过程

早在1967年,Wynder和Hoffmann研究人员[23]就提出,烟草添加剂的使用可能会增大或者减小烟草烟气的毒性。由于添加水平和应用方法的不同以及烟草和卷烟设计参数、分析方法、分析参变量的不同,可能导致同一种添加剂对烟气产生不同的影响。Paschke等[24]的研究结果表明,烟草添加剂并没有增加卷烟烟气的生物活性(包括致癌性、致诱变性和细胞毒性)。Rodgman得到的结论与Paschke的结论相类似,香味添加剂、料液和保湿剂等加入到烟草中,均不会增加卷烟烟气的毒性[25,26]。菲利普莫里斯公司产品中使用的333种添加剂的研究结果表明,烟草中添加剂的加入对烟气的毒性不会产生影响,包括烟气化学性质、体外致毒性和啮齿动物的亚慢性吸入毒性[27]。Gaworski等将致香成分混合物或者薄荷醇、丙三醇、丙烯醇等作为单个添加剂分别加入到卷烟中,发现主流烟气在老鼠身上的生物反应没有明显的改变[28-31]。Stavanja等[32]研究了蜂蜜的毒物学性质。结果表明,蜂蜜作为添加剂对主流烟气的化学性质没有明显的影响。将甘草浸液添加到烟草中,添加量小于5%时对烟气没有明显的化学和生物学性质影响[33]。将山梨酸钾加入混合卷烟烟草中,充当霉菌生长抑制剂或用作防腐剂,其对主流烟气的基因毒性和细胞毒性没有影响[34]。大量的研究结果表明,常用的烟草添加剂不会增加卷烟烟气的毒性,但在是否能降低卷烟烟气毒性方面还需作进一步探索。

3 结论与展望

烟用添加剂在烟草中的重要应用价值主要集中在改善卷烟吸食品质和降低卷烟有害成分2个方面,研究结果表明,天然植物的提取物能明显地增加卷烟的香味,降低卷烟烟气对呼吸系统所产生的刺激性,同时可以有效地降低吸烟时产生的某些有害成分。添加剂在烟草中的应用和安全性研究结果表明,通常使用的烟草添加剂不会改变烟气的化学和生物学性质。随着材料制备技术的发展,多种新型孔材料有望成为理想的卷烟添加剂,用来吸附和过滤卷烟烟气中的有害成分。因此,全面认识烟气焦油与卷烟安全性的关系,应用现代科学技术真正降低卷烟有害成分,将为我国发展低焦油、低危害卷烟提供更多的技术支撑,并为提高我国卷烟产品在国际市场中的竞争力提供质量保证。

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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

中国烟草实业发展中心科技创新项目

赵瑞花,女,2009年毕业于中国科学院研究生院,博士,主要从事功能材料的合成及在卷烟降焦减害中的应用研究工作。