烟丝添加剂在卷烟降焦减害中的研究进展

田海英, 张展, 聂聪, 刘绍锋, 董艳娟, 蔡莉莉,孙学辉, 杨松, 马宇平, 刘惠民

1 河南中烟工业有限责任公司, 郑州市陇海东路72号 450000;

2 中国烟草总公司郑州烟草研究院, 郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

烟丝添加剂在卷烟降焦减害中的研究进展

田海英1, 张展1, 聂聪2, 刘绍锋2, 董艳娟1, 蔡莉莉1,孙学辉2, 杨松2, 马宇平1, 刘惠民2

1 河南中烟工业有限责任公司, 郑州市陇海东路72号 450000;

2 中国烟草总公司郑州烟草研究院, 郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

针对近年来降低卷烟焦油和烟气有害成分释放量的烟丝添加剂进行了系统综述。总结了国内外相关研究的发展和针对不同有害成分的研究分布情况；根据作用机理将其划分为助燃剂、催化氧化剂、吸附剂、抗氧化剂等类型，介绍了其作用机理和减害效果；分析了目前利用烟丝添加剂降焦减害的工业应用情况和存在的问题，并对其未来的发展提出了建议。

降焦减害；烟丝添加剂；助燃；吸附；催化氧化；抗氧化

烟丝是构成卷烟的主体。卷烟烟气中的各种成分主要来自于烟丝燃烧过程的热分解、热合成、干馏、聚合、缩合等反应，同时烟丝对于烟气也有一定的过滤效果。通过在烟丝中加入添加剂，可有效调变卷烟燃吸性能，改变烟气化学成分组成，简便易行。因此，烟丝添加剂是实现降焦減害的关键依托载体和技术途径之一。

1 研究发展概况

早在20世纪70年代，以菲莫公司为代表的国外相关企业和机构就开展了利用烟丝添加剂降低卷烟主流烟气和侧流烟气中有害物质的相关研究。国内研究起步稍晚，但发展较快，尤其是2000年以来随着降焦减害重大专项的推进，相关研究迅速增长。本研究从近千篇相关专利和文献资料中筛选了百余篇核心文献资料开展系统综述。所涉及的烟丝添加剂特指直接加入烟丝中的相关助剂，而不涉及烟叶在栽培、调制、醇化等烟叶加工生产过程中引入的助剂。从相关专利和文献分布情况可以看出，早期研究人员往往仅关注烟丝添加剂对焦油、烟碱等成分释放量的影响。随着研究人员对烟气成分的认知愈来愈深入，针对降低CO、亚硝胺、HCN、氨、苯酚、苯并[a]芘、醛类以及自由基等特定有害成分的烟丝添加剂技术研究也不断涌现。

2 不同作用机理的烟丝添加剂

从文献和专利披露的研究内容来看，烟丝中的添加剂种类繁多，形态各异。按照作用机理不同可将其划分为助燃剂、催化氧化剂、吸附剂、抗氧化剂等主要类型。

2.1 助燃剂类烟丝添加剂

助燃剂是最常用的烟丝添加剂。助燃剂的添加可有效降低卷烟的燃烧温度，直接影响烟草热裂解反应过程，改变卷烟的燃烧状态和裂解产物组成，进而影响有害成分的释放量和卷烟的感官品质。文献报导的助燃剂主要包括钾、钠等碱金属盐[1-19]，也包括锌、铈等其他过渡金属元素的有机酸盐[20-24]。文献调研结果表明：添加助燃剂可以降低焦油、CO、巴豆醛、多环芳烃、苯酚等多种有害成分；而且对于卷烟的感官品质也具有重要影响。

沈凯等[1]对添加钾盐的烟丝在空气气氛中的燃烧和氮气气氛中的裂解研究表明，助燃剂可降低烟丝的燃烧温度，从而改变卷烟燃烧状态，降低有害物质的生成。其中乙酸钾的效果最好，可以大幅度减少烟气中HCN、NH3、苯酚、巴豆醛、4-(甲基亚硝氨基)-3-吡啶-1-丁酮和CO等六种有害成分的释放量。Kaneki[2]的研究表明，卷烟燃烧温度是影响CO生成的重要因素之一，随着卷烟燃烧温度的升高，CO的释放量几乎呈线性增加。因此在烟丝中加入助燃剂可以有效降低烟气中的CO。白家峰[3]研究了苹果酸钾对卷烟烟气中CO及其它有害成分的降低作用，采用湿法添加0.1 %～0.5 %苹果酸钾到烟丝中，并卷制成卷烟，结果显示：卷烟中添加合适量的苹果酸钾，CO和苯酚释放量可明显下降，而主流烟气中焦油和烟碱释放量变化不大，烟气中巴豆醛变化不明显；此外，添加量为0.1 %～0.2 %时可以提升卷烟感官质量，添加量达到0.5 %时会影响卷烟感官质量。郝瑞然等[4]研究了钾盐对梗丝燃烧行为的影响，柠檬酸钾、酒石酸钾和乳酸钾能显著降低梗丝的最大燃烧温度，在添加量为3 %时，其焦油和粒相物释放量降低了66.1 %和71.7 %，最大燃烧温度降低了27 %。许萍、戴亚等[5-6]针对钾助燃剂的添加量与焦油释放量的相关性进行了研究，结果表明：在一定范围内添加钾盐种类及添加量与焦油释放量具有密切的相关性，当外加钾盐量小于该极限值时，焦油释放量随外加钾盐量增加呈下降趋势；当外加钾盐量大于该极限值时，焦油释放量随外加钾盐量增加呈上升趋势。

研究表明，阴离子的种类影响钾盐受热释放出钾离子的能力，导致燃烧过程中参与反应的钾离子数量存在较大差异。汪波等[7]采用等体积浸渍法分别在烟草中加入硝酸钾、柠檬酸钾、草酸钾及酒石酸钾，单位焦油CO释放量顺序为空白＞硝酸钾＞草酸钾＞柠檬酸钾＞酒石酸钾。郝瑞然等[4]认为添加草酸钾后，其焦油、粒相物释放量变化不明显，这可能是由于酸根离子在起作用，同时在700 ℃时，草酸钾分解生成碳酸钾和CO，从而引起CO在烟气中释放量的增加。Yamamoto[8]通过实验发现，焦油的降低量与钾盐的添加量有关，苹果酸钾降低CO的效果优于硝酸钾，但硝酸钾降低烟碱的效果优于苹果酸钾。因此添加不同种类和不同量的助燃剂，对烟草热裂解反应的温度和转化深度影响不同。

除了考察钾盐等助燃剂对焦油和CO释放量的影响外，赵娟等[9]以湿法按不同比例添加助燃剂柠檬酸钾、酒石酸钾钠到烟丝中，研究其对卷烟烟气中挥发性羰基化台物释放量的影响，结果表明：在添加量为2 ‰～15 ‰范围内焦油有下降趋势，其中：(1)加入柠檬酸钾，主流烟气中甲醛、丙醛、丙烯醛的释放量依次增加；丙酮的释放量变化不大；巴豆醛、2-丁酮释放量呈下降趋势，但随着添加量的增加，下降趋于零；丁醛的释放量呈先增加后减少的趋势；添加量为8 ‰时，乙醛释放量达到最低；(2)酒石酸钾钠的加入使得主流烟气中甲醛、丙烯醛、丙醛的释放量增加；乙醛和丙酮的释放量变化不大；巴豆醛、2-丁酮释放量呈下降趋势。李春等[10]研究了烟丝中不同柠檬酸钾添加量对苯并[a]芘等3种多环芳烃的释放量的影响，当柠檬酸钾添加量为8 ‰时，3种多环芳烃苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苊的释放量达到最低值，降低率分别达到25.9 %，29.7 %，23.8 %。

王建民[11]还综合考察了几个钾盐的工业实用性，认为富马酸钾、酒石酸钾钠的降焦效果显著，但对卷烟的吸食品质有不良影响；磷酸二氢钾的成本较低，降焦效果较明显，但会影响卷烟的香气、谐调，增加杂气；草酸钾的降焦效果不明显，成本高，对卷烟的吸食品质有不利影响。综合看来，柠檬酸钾不仅降焦效果较明显，成本较低，而且能够改善卷烟的吸食品质，是一种比较理想的卷烟降焦添加剂。

除了碱金属有机酸盐外，还有其它具有助燃作用的添加剂如过渡金属元素铈、锌等的有机酸盐的相关报导。屠兢等[12]的专利介绍了一种硝酸亚铈和柠檬酸钾混合而成的降低卷烟焦油和CO的催化剂；Norman等[13]的专利提出用氧化锌做添加剂降低主流烟气中的多环芳烃；闫惠忠等[14]的专利介绍了一种能降低卷烟烟气中一氧化碳释放量的烟丝添加剂，这种添加剂是有机酸钠钾、氢氧化铈、结晶水合物组成的胶体水溶液，CO的降低幅度为8.2 %～11.5 %；张晓峰等[15]的专利介绍了一种烟草降焦剂，由醋酸锌和氧化锌组成，可降低烟草燃烧过程中焦油的释放量，并减少致癌物质；徐辉碧等[16]的专利提出了一种降低卷烟焦油释放量的复合添加剂醋酸锌和亚硒酸钠，能明显降低烟草燃烧过程中产生的焦油及多环芳烃。

2.2 催化氧化类烟丝添加剂

烟丝的燃烧热裂解过程中伴随着复杂的氧化反应的发生。通过添加氧化催化剂可以改变烟丝氧化和裂解的反应状态，有效调变烟气中释放的各种有害物质的组成和形态，从而达到降低有害成分释放量的目的。根据添加剂催化氧化作用机理的不同大致可将其分为以下几类：

2.2.1 贵金属催化氧化添加剂

贵金属具有优良的低温催化氧化活性。早在上世纪七八十年代就有外国专利[17-18]采用金、银、钯等金属盐添加于烟丝中可降低焦油、烟碱、多环芳烃等有害成分。菲利普莫瑞斯公司申请了贵金属烟丝添加剂的系列相关专利[19-22]，披露了采用碳纳米管负载的贵金属铂、钯等颗粒，或采用银基、金基贵金属制备的凝胶等作为烟丝添加剂可以有效降低CO、焦油和多环芳烃等有害成分的释放量。国内也在贵金属催化氧化烟丝添加剂方面也开展了相关探索，谢兰英等[23]报道将Ag改性的MnOx分子筛以质量分数1 %和3 %添加于烟丝制成卷烟，与对照卷烟相比可降低卷烟烟气CO释放量22.3 %和30.2 %。但是贵金属成本较高，且在复杂的烟气环境中易中毒、失活，相关研究近年来并不活跃。

2.2.2 非贵金属及金属氧化物添加剂

一些过渡金属或稀土金属（如铁、铜、锰、铈、钼等）的盐或其氧化物可以活化C-H键或氧气，又或自身储存并提供活性氧，所以可促进烟气中的多种成分的氧化转化。与贵金属添加剂相比，非贵金属添加剂在成本和抗失活方面具有一定优势，国内外相关烟丝添加剂的相关研究很多。

Seehofer等[24]的专利采用钙钛矿钌可有效降低CO、NO等的释放量。Gedevanishvili等[25]的专利采用纳米尖晶石铁氧体降低CO。钱小春等[26]报道了采用LaFeO3系钙钛复合氧化物可有效降低卷烟烟气中的NOx。谢国勇等[27-28]也报道了采用纳米钙钛矿复合金属氧化物降低烟气中的CO、NO等有害成分。Rabiel S[29]、Reddy B V[30]、Deevi S[31]、Gedevanishvili S[32]等的专利中采用过渡金属氧化物氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化铈、氧化锌等添加剂能够有效催化氧化降低卷烟烟气中的CO。还有专利采用过渡金属有机酸盐和铝酸钙等降低卷烟烟气中的CO[33-36]。Xue L等[37]的专利采用铋添加剂用于降低烟气中苯酚等物质。黎成勇等[38]报道了烟丝中添加0.4 % CuOCeO2，卷烟烟气中CO降低12 %～13 %，其吸阻、烟气焦油、烟碱释放量和吸味均变化不大。该作者还报道了[39]在烟丝中添加CeMoxOy/SiO2同样可催化氧化降低HCN的释放量。谢兰英等[40-42]报道了采用纳米金属络合材料添加于烟丝中可降低CO和苯酚的释放量。此外，有研究[43]表明在烟草薄片中加入含铁的活性碳可降低焦油，使用含铁活性炭的烟草薄片可使卷烟的焦油下降16.8 %，烟碱下降32.0 %，其降焦性能与其制备条件有关。

2.3 吸附类烟丝添加剂

烟丝在卷烟中除了参与燃烧裂解反应，也起到对烟气组分的吸附过滤作用。因此，在烟丝中添加具有吸附作用的添加剂也是降低有害成分的主要途径。常用的吸附类烟丝添加剂通常具有较高的孔容和较大的比表面积，利于烟气中有害成分的吸附脱除。此外，通过在吸附剂中引入具有特定官能团和活性中心的物质，如金属活性中心或氨基结构等，可以实现与烟气中有害成分形成更强的化学吸附和选择性脱除。常用的吸附类烟丝添加剂，大致可以分为以下几类：

2.3.1 分子筛

分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小的孔道和空腔体系，是优良的吸附催化材料。利用分子筛类烟丝添加剂降低卷烟烟气有害成分释放量受到众多研究人员的关注。

目前利用分子筛降低主流烟气中有害成分释放量的研究更多集中在对主流烟气中的苯并[a]芘和亚硝胺的降低。2003年，Meier等[44]首次报道了具有大微孔的Y型沸石添加到卷烟中以消除卷烟烟气致癌物-多环芳烃和亚硝胺类物质研究，结果表明：将Y型沸石添加到混合型无滤嘴卷烟后，侧流烟气中多环芳烃的去除率在43±9 %左右，N-亚硝基去甲烟碱的去除率为60.0 %～68.0%；主流烟气中萘、苊烯、蒽和芴也有不同程度地减少，N'-亚硝基降烟碱的去除率为30.0 %～36.0 %。巩文萍[45-46]分别研究了3种沸石NaA、NaY、NaX按照不同剂量添加于烟丝中，对主流烟气苯并[a]芘和苯酚均有不同程度的去除效果，且去除效果受添加量的影响；对苯并[a]芘去除效果最好的是NaY，添加量为4 %时效果最好，降低率为27.6 %；对苯酚去除效果最好的是NaX，添加量为4 %时效果最好，降低率为26.2 %。恽之瑜等[47]研究了沸石作为卷烟添加剂去除烟气中亚硝胺的效果，实验结果表明：将NaY和NaZSM-5等沸石作为添加剂，均匀分散在烟丝里的效果更好，在添加剂质量分数小于5 %时，烟草中特有亚硝胺在侧流烟气中减少约30 %，主流烟气中减少36.0 %～61.0 %，而烟气中亚硝胺总量则分别减少50.0 %和70.0 %左右。

研究人员对具体的作用机理进行了探索，各有不同理解。周仕禄等[48-51]认为多环芳烃分子直径均大于NaA沸石，NaA沸石不可能将这些多环芳烃本身直接吸附到孔道中催化降解；苯并[a]芘分子直径大于ZSM-5沸石的孔径，但ZSM-5沸石仍能降低苯并[a]芘；微孔沸石对于卷烟烟气中多环芳烃的去除作用不同程度上是由于沸石阻断或改变了烟气多环芳烃形成的途径。朱建华等[52-55]研究沸石分子筛吸附和催化降解亚硝胺，认为沸石对亚硝胺的选择性吸附是“嵌入式”吸附模式，即亚硝胺以-N-N=O官能团插入沸石孔道，是诸如N'-亚硝基降烟碱之类的大体积分子得以被微孔沸石催化分解的重要步骤；从而推测含有某种特殊基团的大体积分子虽然本身由于空间位阻并不能进入沸石孔道，但是会因为沸石对于这种基团的特殊相互作用而吸引该基团进而整个分子也最终被吸附；另外该作者还认为，在酸性条件下，质子能和亚硝胺中的氨基氮原子以氢键结合，削弱N-N键的作用而使亚硝胺更易裂解；改性的NaZSM-5是弱碱性沸石，而HZSM-5沸石的酸性却相当强，沸石的酸性位在亚硝胺吸附中，有可能起着类似的作用。

通过对分子筛改性，加入具有低温催化功能的过渡金属或金属氧化物，可提高其吸附效率。朱建华等[54]对低档烤烟烟丝中添加3 % NaY、NaZSM-5沸石对卷烟感官质量的影响进行了考察，评吸结果表明卷烟原有的风格、口感并未改变，且卷烟主流烟气中的烟碱释放量也不减少，而其阴燃烟气中的亚硝胺总量减少约50.0 %，主流烟气中减少60.0 %左右，这种高选择性的减害效果是通常的滤嘴材料很难达到的。周仕禄等[56]发现使用表面涂布铜化合物的新技术显著提高Y沸石的吸附效率，这种复合纳米孔材料可以有效地减少卷烟烟气里30.0 %～60.0%的多环芳烃和亚硝胺等有害物质。刘少民等[57]合成了一种介孔材料MCM48和有金属掺杂的介孔材料Me2M48，并将其分别添加进卷烟滤嘴和烟丝中，发现在不改变卷烟风格的基础上，Me2M48和MCM48均可以选择性降低卷烟烟气中的苯并[a]芘等多环芳烃，且降低率明显高于文献报道值，且有金属掺杂的介孔材料Me2M48效果要明显优于MCM48。谢兰英[58]等制备氧化锰分子筛催化剂并加入卷烟，结果显示在卷烟烟支段更大区域内和更宽温度范围(200～600 ℃)内能有效降低CO和NO。

2.3.2 活性炭

活性炭是具有极高比表面积的多孔高效吸附剂，在空气中有害成分的吸附方面应用很广泛，但由于其吸附选择性较差，会给卷烟感官带来不利影响，目前以活性炭作为卷烟烟丝添加剂的相关报导不多。邓宏涛、黄福常等[59-60]的专利公开了一种在烟丝中加入活性炭降低卷烟烟气焦油和烟碱的方法。文建辉等[61]的专利介绍了一种降低卷烟烟气中有害成分的添加剂及其卷烟，添加炭纳米管后，能够去除卷烟主流烟气中6.2 %～38.8 %的苯并[a]芘等多环芳烃以及3.0 %～28.3 %的苯酚和儿茶酚，还能降低烟气中的焦油含量3.4 %～20.4 %。吴娟等[62]的专利介绍了一种添加活性炭的薄片卷烟的制备方法，可使卷烟的焦油下降16.8 %，烟碱下降32.0 %。

2.3.3 选择性有机吸附材料

选择性有机吸附材料，主要是利用有机化合物分子特定的官能团或高分子结构与特定烟气有害组分结合，发生化学吸附，实现有害成分的选择性降低，包括壳聚糖、糊精、氨基酸等多种有机化合物。

壳聚糖为带不饱和阳离子基团的碱性多糖聚合物，分子内部存在着大量的氢键，使其分子呈有序排列，氨基的存在使其能与烟气中的醛、HCN等发生化学结合作用，同时由于羟基和氨基的螯合作用，壳聚糖也能与过渡金属离子形成配位化合物，而具有选择吸附的功效。王晓葵等[63]的研究结果表明，烟支中加入1.0 mL脱乙酰度为90 %的壳聚糖溶液，主流烟气中焦油降低15.5 %，烟碱降低13.8 %，内在品质有明显提高。国外Austin[64]等的专利介绍了一种在烟丝中添加甲壳素的方法，可降低卷烟烟气焦油和烟碱释放量。此外，国内专利也公开了采用聚合物多糖如褐藻寡糖烟丝添加剂吸附烟气中的烟碱及其他有害物质的相关方法[65,66]。

环糊精是葡萄糖分子以1，4-糖苷键相连的中空环状低聚糖化合物。可与多种客体化合物形成超分子包合物。环糊精高分子结构中含有空腔结构，具有识别能力，因此可以吸附烟气中的多种有害成分。王英等[67]的专利介绍了一种降低卷烟烟气中亚硝胺释放量的环糊精液体添加剂，能够去除主流烟气中50.0%～60%、侧流烟气中17.0%～48%的亚硝胺。谢旭东等[68]的专利介绍了一种含环糊精的薄片片基，解决了在烟丝上添加环糊精时剂量受限的问题，同时还能吸附侧流烟气中的有害成分。

含氨基的烟丝添加剂降低卷烟烟气有害成分也有相关报道。例如：刘江[69]在辊压法薄片中加入铵盐和氨基酸降低焦油；周顺等[70]在造纸法薄片的涂布或加香工序加入多聚磷酸铵盐，添加比例是造纸法烟草薄片产品质量的0.1 %～5.0 %，能有效降低薄片苯并[a]芘、羰基化合物和CO释放量，而不明显改变产品抽吸品质；磷酸脲降低CO[71]、酰胺降低亚硝胺、多环芳烃和CO[72]等诸多报导。

2.3.4 其它无机吸附材料

除分子筛、活性碳和有机吸附材料外，利用其他多孔纳米材料、天然及合成的无机材料加入烟丝中降低烟气中有害成分的研究也十分广泛。

习杰峰等[73]的专利中将硅藻土加入烟丝中，达到降焦效果。张悠金等[74]将纳米材料Al2O3、SiO2、TiO2等干粉加入烟丝，每支烟添加5.0～25.0 mg，可使卷烟焦油降低 4.2 %～32.2 %，其中Al2O3的作用效果最为显著。冯守爱等[75]把改性疏水纳米SiO2添加于烟丝中，烟气中苯酚释放量降低27.2 %，巴豆醛降低12.4 %，CO释放量略有降低。

杨君等[76]公开的发明专利，制备了一种主要成分及组成结构接近烟草天然状态的吸附剂，该吸附剂可通过空间结构选择、结合基团选择，优先选择吸附结合小分子、强极性物质，对烟气中的甲醛、氨气等不良成分具有选择性吸附功能。武怡等[77]的专利宣称将三元多孔颗粒物质添加入烟丝中，可显著降低了卷烟烟气中焦油释放量。侯宏卫[78,79]利用三氯化铁在乙醇和水混合物中水解生成纺锤形β-FeOOH，并将其加入烟丝中，这种材料具有较高的比表面积，利用其独特的对亚硝胺的吸引作用和相互作用，在烟丝中添加时，N'-亚硝基降烟碱和4-(甲基亚硝氨基)-3-吡啶-1-丁酮分别降低25.4 %～55.3 %和36.2 %～59.6 %。王诗太等[80]的专利介绍了一种具有降焦减害作用的卷烟添加物无机盐、聚乙烯醇或有机羧酸络合而成溶胶体系，能降低烟气中HCN、CO、烟草中特有亚硝胺。Zhu Y等[81]合成了四分之三球形超结构的γ-AlOOH，添加量为20 mg/支，4-(甲基亚硝氨基)-3-吡啶-1-丁酮降低57.6 %。

除了人工合成，还有一些天然的具有吸附作用的物质。凹凸棒为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附能力。高月兰等[82]研究了烟丝中添加凹凸棒石对卷烟焦油、有害物质释放量以及吃味的影响。添加凹凸棒石卷烟与对照卷烟相比，总粒相物中烟碱量增加0.28 mg/支，增幅20.3 %；水分降低0.93 mg/支，降幅21.5 %；CO降低0.6 mg/支，降幅3.6 %；焦油中芳烃降低0.02 mg/支，降幅4.1 %，其中强致癌物苯并[a]芘降低幅度达40.9 %。王英等[83]的专利介绍在海藻酸盐的溶液中悬浮多孔材料的微粒（硅胶、多孔氧化铝、凹凸棒土、Na型4A沸石或多孔硅铝酸盐），将其喷洒在烟丝上，卷烟烟雾中亚硝胺的释放量可降低17.0 %～65.0 %。蒋岭章[84]的专利介绍由烟梗和200～1800目麦饭石微粒构成的烟用薄片丝，添加于卷烟中降低焦油及有害物质。

2.4 抗氧化剂

烟气中许多有害成分和自由基是通过燃烧时的氧化作用产生的。因此，通过加入抗氧化类添加剂，可以有效阻断有害物质的产生。目前，主要的抗氧化类烟丝添加剂成分包括酚类物质、维生素C（L-抗坏血酸）、类胡萝卜素等。

茶多酚类物质是一类重要的抗氧化剂。茶多酚主要成分包括儿茶素类、黄酮、黄酮醇类、花青素类、酚酸及缩酚酸类，其中儿茶素类约占总量的70 %～80 %，儿茶素类化合物在B环和C环上的酸性酚羟基具有很强的供氢能力，能中断自动氧化成氢过氧化物的连锁反应，从而阻断氧化过程。茶多酚抗氧化、清除自由基主要有4个机制[85-87]：(1)茶多酚中的儿茶酚(邻苯二酚)结构具有很强的金属离子螯合能力，从而降低了金属离子对氧化反应的催化作用；(2)茶多酚能够清除超氧阴离子自由基和羟自由基；(3)茶多酚抑制氧化酶、减少自由基生成；通过猝灭自由基，增强抗氧化酶活性，如增强谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、酯还原酶、谷胱甘肽-S-转移酶的活性；(4)茶多酚能与过氧自由基发生反应，从而终止脂质过氧化链反应。

有较多的专利及文献报导提取植物中的茶多酚、类胡萝卜素、维生素等抗氧化剂，并将其添加于卷烟中可实现选择性降低自由基。部分研究[87-92]采用普洱、黄茶、绿茶醇提取物添加于烟丝中用来降焦减害。如李仙等[88]和毕薇等[89]在专利中采用雪茶提取物添加于烟丝中降低HCN和CO等有害成分。李子坤[94]的研究表明卷烟中茶多酚添加量为1.0 %时，气相自由基清除率为32.9 %；添加量为2.0 %时，粒相自由基清除率为28.1 %，烟气中CO和焦油释放量分别降低14.8 %和9.0 %；卷烟中添加茶多酚超过2.0 %，烟气涩味和杂气明显增加。禹利君等[91,92]也使用茶多酚作为卷烟综合添加剂，可降低有害成分的释放量。李丛民等[93,94]研究了在卷烟中加入类胡萝卜素和叶黄素对清除焦油中自由基的影响。研究结果表明，在卷烟烟丝中分别加入0.05 %～0.50 %的叶黄素和β-胡萝卜素，可使焦油中的自由基浓度分别降低5.8 %～13.0 %和6.5 %～13.0 %｡除了从茶叶中提取抗氧化物质外，还有报道从诃子、云南松树皮、葡萄籽、羊齿类植物、番茄、沙棘、甘草等中提取酮类、酚类及其衍生物等抗氧化剂添加于烟丝中降低烟气中的自由基。张华等[95]将矮地茶、葡萄籽、香菊提取物应用在卷烟中降低烟气自由基。钟科军等[96]公开了一项添加儿茶素、葡萄多酚或水解单宁降解物没食子酸等于烟丝中清除卷烟烟气中自由基的专利。戴亚等[97-99]从羊齿类天然植物中提取制备了一种复合添加剂，主要成分是酮、酚类及其衍生物组合，可以降低主流烟气中的多种稠环芳烃、自由基等致癌物的释放量,对烟气中亚硝胺也有一定的清除作用。戴亚等认为，这种复合添加剂中有的分子中有不饱和的吡喃酮结构，具有较强生物活性；有些化合物分子中苯基环上有多酚羟基取代基，有自由的羟基和酮基，有邻二位羟基等，具有潜在的抗氧化性，能够有效清除体内的自由基，添加于卷烟中可以对烟气致癌物或其前体物发生物理吸附和化学作用。此外，专利中还有使用香豆素衍生物、维生素C，海带多糖、紫菜多糖等烟丝添加剂清除自由基的报导[100-105]。

2.5 其它烟丝添加剂

除了上述烟丝添加剂外，还有一些组分或作用机理尚不明确的烟丝添加剂，也具有降低烟气中有害成分释放量的作用。如解民等[106]报道了将产香酵母重悬液按5 %，10 %，15 %和20 %施加量分别接种至烟丝上，在25℃，70 % RH条件下固态发酵48 h，发酵完毕后对烟丝进行干燥，再经水分平衡后卷制卷烟，烟气检测结果表明：总粒相物、烟碱量、焦油量和一氧化碳均有不同程度的降低，且卷烟的感官质量有提高。夭建华[107]等在卷烟烟丝中添加适量天然植物制剂AML-1，卷烟焦油诱发TA98菌株的回变菌落数比对照烟下降，其焦油诱发人转化淋巴细胞姐妹染色单体互换率比对照烟有显著下降(P＜0.01)。卷烟评吸结果表明，适量添加AML-1时卷烟无异味，并对香味和吃味有一定改善作用。由于微生物制剂、天然植物提取物种类繁多，自身成分较复杂，目前对其降低有害成分的作用机理缺乏系统的相关研究报导。

3 应用现状与发展前景

利用烟丝添加剂降低卷烟焦油和有害成分释放量是降焦减害技术的重要组成部分。通过添加不同的烟丝添加剂可以实现卷烟烟气中烟碱、焦油、7种代表性有害成分以及自由基等多种有害物质释放量的有效降低。值得注意的是，有些添加剂在减害的作用机理上并不是唯一的，而是有一定的交叉。例如某些改性的添加剂材料兼具助燃、催化和吸附的功能等。

虽然利用烟丝添加剂减害的相关工作已经开展了多年，但是目前烟丝添加剂减害技术在实际应用中仍面临许多问题。随着禁烟法规的日益严苛，国外在烟丝添加剂的系统评价方面已经逐步建立完善相关标准和方法体系[108]，而国内在相关领域也逐步推行更严格的烟丝添加剂准入制度。刘立全等[108]在关于烟草工业减害的综述中提出任何烟丝添加剂减害研究均应包括6个方面：添加剂安全性评价、烟气有害成分分析及添加剂成分分析、有害成分降低、添加剂热解产物分析、烟气感官评价和烟气毒理学评价。然而，目前国内大部分烟丝添加剂关注重点仍集中在烟气组分和减害效果研究方面，相应的添加剂组分分析和生物安全性评价研究尚不系统，大部分烟丝添加剂的应用将受到限制。当前，在卷烟中大规模应用的烟丝添加剂主要还是成本低廉的各种有机酸钾盐和钠盐组成的传统助燃剂。

随着卷烟降焦减害工作的持续深入，烟丝添加剂作为重要的减害手段将受到更多的关注。在未来的研究中，应当注重开发更实用的烟丝添加剂减害技术，综合考虑安全卫生要求，卷烟产品感官质量影响，以及工业化应用成本等多方面因素，不断完善相关技术，为烟草行业的可持续发展提供有力的技术支撑。

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Research advances in applying additives to cut tobacco to reduce tar and harmful components in cigarettes smoke

TIAN Haiying1, ZHANG Zhan1, NIE Cong2, LIU Shaofeng2, DONG Yanjuan1, CAI Lili1,SUN Xuehui2, YANG Song2, MA Yuping1, LIU Huimin2
1Technology Center, China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China；
2 Zhengzhou Tobacco Research Institute, China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450001, China

Research advances in applying additives to cut tobacco to reduce tar and harmful components in cigarette smoke were reviewed. The development and distributions of relative researches targeted on different harmful components were summarized. Different cut tobacco additives were classified as combustion-supporting agents, oxidation catalysts, absorbents, antioxidants etc. The mechanism and effect in reducing different harmful components were introduced respectively. Applications and existing problems which focused on reducing tar and harmful components in cigarette smoke with cut tobacco additives were analyzed and suggestions on future development were proposed.

harmful components and tar reduction; cut tobacco additives; combustion-supporting; absorption; catalytic oxidation;antioxidant

文本：田海英, 张展, 聂聪, 等. 烟丝添加剂在卷烟降焦减害中的研究进展[J].中国烟草学报, 2016, 22 (5)

中国烟草总公司“卷烟减害技术”重大专项项目“原辅材料降低卷烟危害性指数规律研究”（110201301024 JH—01）；中国烟草总公司“卷烟减害技术”重大专项项目“选择性降低氰化氢和氨的配方技术研究”（110201301024 JH—05）

田海英（1978—），硕士，高级工程师，主要从事烟草化学研究，Email∶ haiyingflying@163.com

马宇平，Email∶ mayp@hatic.com，刘惠民，Email∶ liuhm@ztri.com.cn

2016-01-22

：TIAN Haiying, ZHANG Zhan, NIE Cong, et al. Research advances in applying additives to cut tobacco to reduce tar and harmful components in cigarettes smoke [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016, 22(5)