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【摘要】隨著我國經濟發展水平和人民生活水平的提高，健康問題日益受到人民群眾的關注，煙草行業也隨之面臨新的市場形勢。為滿足卷煙消費者需求、不斷適應市場變化，安全、環保和高效將是我國卷煙材料的重點發展方向。本文綜述多孔材料、天然植物材料等卷煙材料的發展及應用情況，并對卷煙材料技術發展的總體趨勢進行展望，以期能對煙草行業卷煙材料新技術的發展提供一定的前瞻引領。

【關鍵詞】卷煙材料；安全環保；技術進展

1引言

卷煙是一種特殊的消費品，我國每年卷煙銷量巨大。據報道，2017年我國卷煙銷售量為4738萬箱，與2016年相比增長了0.83%。就2013-2017年卷煙銷量而言，2014年卷煙銷量保持穩定增長態勢、高達5099萬箱，2015、2016年卷煙銷量連續呈現小幅下降趨勢，2017年又實現了銷量增長。隨著我國經濟發展水平的提高，人民越來越關注個人的生活水平，健康已經是全民關注的話題，同樣吸煙與健康的問題也逐漸受到全社會的關注。我國2012年的《中國煙草控制規劃（2012-2015）》，從國家層面上調控煙草的消費；2015年6月1日，《北京市控制吸煙條例》正式施行，國家及地方一系列政策的出臺在一定程度上抑制了對煙草的消費需求。同時隨著消費群體對煙草危害認知能力的提升，消費群體也更加注重卷煙的安全性、吸食特性、外觀、包裝及品牌等。為此，有關卷煙材料的研究已經成為我國卷煙企業革新卷煙技術的主要突破點。卷煙材料是指除煙絲外卷煙制造過程中所使用的各種材料，一般包括包裝材料和卷接材料。其中卷接材料主要包括卷煙紙、接裝紙、濾棒成形紙、濾棒、膠粘劑、絲束、卷煙接嘴膠等，對卷煙的吸食品質有重要影響。隨著卷煙材料使用量的增加及技術進步，煙用材料生產企業及相關學者在減害降焦等新材料研發方面開展了大量工作。其中卷接材料主要包括卷煙紙、接裝紙、濾棒成形紙、濾棒、膠粘劑、絲束、卷煙接嘴膠等，對卷煙的吸食品質有重要影響。隨著卷煙材料使用量的增加及技術進步，煙用材料生產企業及相關學者在減害降焦等新材料研發方面開展了大量工作。為適應消費者和市場需求的不斷變化，安全環保卷煙材料將是今后的主要發展目標。圍繞這一目標，重點技術研究領域有：減害降焦的卷煙紙、成型紙等開發；高過濾性且可降解濾嘴絲束開發；安全環保、高效卷煙用膠開發等[1]。

2卷煙材料技術研究進展

2.1減害降焦材料

2.1.1選擇性減害復合濾棒濾嘴是現代香煙的主要組成部分，可有效地降低卷煙煙氣中的有害成分，從而降低吸煙對人體健康的損害，因此現代卷煙的濾嘴是不可或缺的一部分。卷煙煙氣中的焦油及其它有害成分是煙民普遍關注的問題，怎樣在不影響卷煙吸食品質的情況下，能夠有效降低煙氣當中有害物質的量，使煙民得到一定的生理滿足，是卷煙材料研發中關注的重點。近年來，各類功能性濾棒的研發都瞄在這一方向上，已經取得了一定進展。（1）多孔材料濾棒多孔材料因其具有微孔式的網狀結構、較高的比表面積、化學穩定性和優異的熱穩定性，對亞硝胺、氨、CO、苯酚、氫氰酸、羰基化合物、苯并[α]芘等多種有害氣體有較好的吸附能力，是最佳選擇[2]。目前多孔材料已經在卷煙企業取得良好的應用效果，比如活性炭濾棒、納米材料濾棒等。活性炭孔隙結構多、高比表面積、可以大量吸附低濃度的揮發性有機物，因而，眾多學者在研究如何使活性炭應用到濾棒添加劑中作為吸附的材料。近三年，有些研究員用強氧化性酸洗、氨洗、有機溶劑、殼聚糖浸泡椰殼和杏殼基活性炭，并對其工藝進行優化。研究表明，卷煙濾嘴中的活性炭經過改進優化，其吸附能力有較大的提升，而且不會對卷煙的吸食品質有任何影響。也有研究者利用氯化鋅、磷酸、水蒸氣、氫氧化鉀等作為活化劑，用電加熱、微波加熱、普通熱源等對煙桿加熱炭化，并尋找與之相適應的工藝條件，制出煙稈基活性炭，并用密度函數（DFT）、D-A或H-K方程、BET多分子層吸附等理論重新構建煙稈基的活性炭孔結構，進一步推動了活性炭濾棒的研發改革。除活性炭外，納米材料也是卷煙材料又一重要發展方向，目前主要集中在濾嘴納米材料的研發上。對于納米材料來說，這種物質外表面活性位點較多、化學反應接觸面積較大，濾棒可用其作為吸附劑，對有害氣體的選擇性過濾效果非常好。碳納米管材料具備內部中空的孔腔式結構、孔隙比率高，因此也有高效的吸附性能。通過對碳納米管進行工藝改進，也可以選擇性地提高去除有害成分的性能。張東海等[3]采用過渡金屬如鎳、鐵、鈷等來改良碳納米管，將其以夾心層的形式添加到濾棒中，制作復合濾嘴，再利用過渡性金屬離子與CN-的配位效用，可顯著提高對煙氣中有害氣體氫氰酸的過濾效果，工藝優化后氫氰酸含量降低1/3以上；周順等[4]采用聚丙烯、蒙脫土、氧化鎳等原材料，通過催化燃燒工藝制出碳納米管基復合材料，使得介孔擴大，比表面積相應提高至200m2/g以上，可以使苯酚含量降低約1/4；還有一些學者將石墨烯及其復合材料用于卷煙減害降焦，盛金等[5]用氧化石墨烯改性炭纖維復合材料來制作濾嘴添加劑，結果表明，經氧化石墨烯催化后，煙氣中氰化氫、苯酚和醛酮類的釋放量明顯降低，尤其是煙氣中的主流苯酚和巴豆醛釋放量，降幅分別達到約26%和33%，該方法納米材料用量少且效果明顯，為氧化石墨烯二維碳基納米材料在在過濾棒中的應用探索了新方向。此外，呂功煊等[6]、張悠金等[7]、李紹民等[8]分別在貴金屬納米材料、氧化物納米材料、納米礦物質材料研究方面取得了一定的進展。總的來說，納米技術的蓬勃發展為卷煙減害降焦研究創造了條件，濾嘴用納米添加劑將為卷煙減害提供越來越重要的技術支持。此外，馮守愛等[9]將13X分子篩顆粒添加到醋纖濾棒的空隙中，制作成“醋纖－分子篩－醋纖元”復合型濾棒，實驗結果表明，低分子醛酮降低了約24%。周仕祿等[10]使用孔徑比多環芳烴小的NaY型分子篩作為主吸附劑，可顯著降低煙氣中的多環芳烴含量；謝蘭英[11]等利用回流法生產出一維隧道結構的改性Ag/MnOx分子篩，結果表明，Ag/MnOx分子篩能降低卷煙煙氣中CO釋放量20%~30%；李紹民等[12]將Y型分子篩和二次元分子結合成復合濾棒，同時添加機械強度改進劑，消除了復合材料揚塵現象，降低酚類降低25%~28%，煙氣焦油量降低23%~31%，且對亞硝胺、苯系物、苯并[α]芘等均有一定吸附作用。（2）天然植物復合濾棒天然植物材料一般具有天然多孔結構，比表面積大，是天然的物理吸附材料。此外，天然植物材料之所以比其他材料好，因為天然植物含有抗氧化的成分，能與主流煙氣中的有害成分進行化學反應，起到降焦減害的作用。天然植物材料中還含有很多有機化合物成分，這些物質大多數是香味物質、抗氧化物質等，如果在濾棒上加以應用，可以起到增香、降焦減害效果，可全面提升卷煙口感[13]。將天然植物材料用于卷煙濾嘴，優勢在于不燃燒，不產生有害物質，同時吸附卷煙主流煙氣中的多種有害成分。馬宇平[14]將茶葉中的香味提取物和茶多酚添加到濾棒中，結果表明，卷煙煙氣焦油和煙堿量減少，吸食品質也有所提高，同時也有效的減少了卷煙煙氣中的其他有害物質，例如煙草特有亞硝胺等。戴亞等[15]用超聲波-有機溶劑提取的方法，從動物新鮮的血液中提取出血紅素制成卟啉類化合物，在豆類植物中提取出多種酚、酮類及其衍生物，并將兩種提取物與茶葉結合一起制成復合濾嘴，可顯著降低煙氣中的自由基和多種稠環芳烴（PAHs）、煙草特有亞硝胺等有害物質的量。吳金鳳等[16，17]從黃連的根莖中提取出黃連堿，再將該物質添加到濾棒中，便可得到活性炭纖維-黃連生物堿復合濾嘴，可有效降低煙氣中焦油含量以及氫氰酸量。大豆蛋白顆粒表面粗糙，比面積大，有許多球狀蛋白顆粒，蔣舉興等[18]將大豆蛋白顆粒用到卷煙濾嘴上，發現大豆蛋白顆粒可有效降低焦油和有害物質產生量，降低幅度分別為：焦油5.88%、苯酚10.10%、NNK11.13%、巴豆醛25.97%、B(a)P22.01%。東傳斌等[19]在二醋酸纖維素絲束中添加地黃顆粒，不但能有效降低稠環芳烴、焦油、致癌物質的產生量，而且不影響卷煙的感官質量。王濤等[20]在醋酸纖維濾棒中加入木材顆粒得到的復合濾嘴，能夠有效降低卷煙煙氣中焦油和其他有害物質，降幅分別為焦油8.57%、氨離子3.77%、巴豆醛3.49%、HCN20.37%、B(a)P22.22%、苯酚21.16%、CO2.17%、NNK4.50%。王保興等[21]將茶葉餅、毛竹、煙桿和山毛櫸等進行炭化處理制成炭化顆粒并添加卷煙濾棒中，減少了卷煙主流煙氣的焦油及其它有害物質的量，同時吸食品質也有所改善。谷向春等[22]將竹子炭化、磨碎，而后加到濾棒中制成纖維濾嘴，可明顯增加卷煙主流煙氣中的焦油和小分子有害物質的吸附率。遲廣俊等[23]在成型紙的一面添加粉碎后的普洱茶，并用該成型紙卷接濾嘴，結果表明，卷煙主流煙氣中亞硝酸鹽和焦油含量等有害物質的量有效減少。綜上所述，目前天然植物材料在卷煙濾嘴中的應用，能有效降低煙氣中的有害成分，但是天然植物材料目前尚未廣泛應用于卷煙濾嘴生產中。由于對天然植物中有效成分在濾嘴中發揮的作用了解還不是很深入，相關研究也比較少，對于天然植物在濾嘴中的應用研究仍有較大的挖掘空間。

2.1.2醋酸纖維絲束優化1950年美國伊斯曼柯達公司首先將二醋纖應用于香煙濾嘴的工業化生產，該型濾嘴在降焦減害中發揮出顯著作用，且具有不改變香煙口感、方便加工等明顯優勢，因而得到大規模應用，并逐漸發展成為二醋纖的主要用途。目前國內外90%以上的濾嘴都在使用二醋纖[24]，遠超其他類型的過濾材料。由于卷煙產生的煙氣成分種類多、且成分復雜，還有很多沒有被檢測出來的物質，然而目前使用的醋酸纖維濾嘴的過濾有很多的不足，大部分有害物質還是不能有效除去或降低，因此，對醋酸纖維絲束的研究仍然具有重要的現實意義，也一直是卷煙材料研究領域的重點方向。李菲斐[25]結合不同產地的醋酸纖維絲束的屬性特點，建立了一種基于調整設備的輥速、輥壓、風力等技術參數的方法，使不同產地醋酸纖維絲束得到有效應用。王濤等[26]將天然保潤劑添加在紡絲油劑段中，實現了二醋酸纖維絲束改良。也有研究者采用等離子體處理技術、生物酶技術等對醋酸表面纖維進行了改良，使得纖維表面結構粗糙化，顯比表面積增加，達到明顯提升纖維吸附能力的效果。同時采用兩種技術，效果會更為明顯。

2.1.3減害降焦卷煙用紙卷煙紙直接參與燃燒，會明顯影響卷煙主流煙氣、側流煙氣以及煙氣中焦油、CO等有害成分的釋放量。盧昕博等[27]對卷煙用紙發展概況進行了系統地總結，經過改進透氣度等物理參數的卷煙紙，可顯著降低主流煙氣中氨和CO釋放量。也有部分學者對功能性材料進行了相關研究，主要通過選擇將那些對煙氣有害成分具有特定吸附能力或者能夠與特定有害成分發生化學反應的功能材料添加到卷煙紙上，達到了可以人為控制且選擇性降低有害成分的目的。總體來說，目前有關卷煙紙的研究相對較少，主要集中在降焦減害技術上，新型卷煙作為一個全新的領域，將是后續卷煙紙的新研發方向。

2.2安全環保卷煙材料

報告指出“綠水青山就是金山銀山”，明確要求各行業應該以綠色環保為發展方向。煙草行業更是如此，為整體提高卷煙安全環保水平，煙草相關管理監督單位，一方面需要加強宣傳及政策引導，同時更要加強對企業貫徹、強制性執行及落實情況的檢查，加強卷煙輔料生產企業的安全與環保意識，使其自覺對卷煙紙中的有害成分的進行控制，提高卷煙材料的安全性；另一方面，政策引導，鼓勵相關企業開發生產安全環保型卷煙材料，包括濾棒及廢絲的降解與回收、環保型膠粘劑、低危害化工油墨印刷技術等，部分已在卷煙接裝紙、包裝紙上進行了試用，取得了一定效果。李麗等[28]認為卷煙產品是由卷煙材料構成的，其質量安全是卷煙水平的重要基礎，卷煙材料的質量將直接影響到卷煙的質量。例如，卷煙機運轉會受到水松紙的伸長率和抗張強度的影響，從而造成高能耗和低產量；內襯紙的質量既影響到成品煙的條、盒包裝外觀，還會影響到卷煙的防霉效果。

2.3功能性卷煙材料

在卷煙濾棒中加入一定量的其他功能性成分，可以明顯改善吸食品質。例如在卷煙濾棒中加入香精香料，這樣煙民在抽吸過程中，卷煙燃燒產生的主流煙氣通過濾嘴時，香精或香料釋放出來同主流煙氣一起進入人的口腔內，產生不同的香氣風格，增加煙香，使煙民在抽吸過程中愉悅感增強。另外將香精香料加到濾嘴上而不是煙絲上，是因為如果將香精或香料加入到煙絲當中，在卷煙燃燒過程中，高溫會使香精或香料分解，起不到增香保潤的作用，而加到濾嘴上可以發揮香精或香料的作用，同時也會降低卷煙濾棒對香味成分的過濾截留，保持卷煙特有的香氣風格。近幾年，吸煙與健康被廣大市民關注，卷煙降焦技術也被廣泛應用，在降焦過程中會伴隨著卷煙香氣的不足，而濾棒加香可彌補卷煙香氣成分的缺失。目前我國在濾棒加香的應用主要有：在絲束開松后噴加、伴隨增塑劑一起噴加、浸潤紡織線直接埋入濾棒等。濾棒添加劑的形態主要是液體、固體顆粒和固液氣三種形態添加劑做成注入微型膠囊結構的形態等。當下，我國在降焦減害方面主要表現在三個方向：一是通過在卷煙配方中適當添加薄片；二是在濾棒中加入特殊添加劑；三是合理搭配卷煙輔料“三紙一棒”。相關研究也比較多，余耀等[29]研究制備了一種膠囊濾棒并應用于卷煙中，結果表明，卷煙主流煙氣當中焦油及其它有害成分的量有效降低。包秀萍等[30]制備揮發性薄荷油微膠囊卷煙濾棒，可以賦予卷煙特有的薄荷香氣，改善煙香及余味，降低刺激性。

3國內外煙用材料技術研究

我國煙用材料生產技術與國際水平的差距主要表現在三方面：（1）國外的煙用輔料企業相對我國來說，規模大、集中度高，以兼并重組、企業發展面向全世界。而我國煙用輔料企業相對分散、不集中、無結合，缺乏整體規劃，沒有形成體系。各企業技術水平參差不齊，在制造裝備水平、加工工藝技術水平方面與國際先進水平有較大差距，缺乏競爭力。（2）國外煙用材料企業擁有絕對技術優勢。我國在煙用材料的重點技術競爭領域，如減害、降焦、環保和實用技術方面，與國際先進產品相比還存在較大差距。（3）與國外煙用企業相比，國內企業過度追求卷煙外觀包裝，導致資源浪費，不符合環保趨勢。發達國家更注重卷煙的吸食品質和安全性，對卷煙的包裝大多簡潔、環保，不追求如何精美奢侈。夏國聰等[31]為開發低危害卷煙，測定了國內外30個不同品牌卷煙樣品卷煙紙和接裝紙的透氣度、濾嘴長度、煙絲結構、煙氣焦油及7種煙氣有害成分，即CO、HCN、NH3、NNK，苯并[α]芘、苯酚、巴豆醛的釋放量，計算其危害性指數，比較了不同類型卷煙煙氣危害性指數的差異。結果表明：國內卷煙相較于進口卷煙危害性指數較低；國內烤煙型卷煙相較于混合型卷煙危害性指數低；國內混合型卷煙的危害性指數略低于進口烤煙型卷煙樣品；再造煙葉、晾曬煙葉的使用比例對卷煙危害性指數有較大影響。

4卷煙材料未來發展趨勢

通過對我國卷煙材料發展現狀的綜述，研判未來我國卷煙材料技術發展趨勢如下：（1）多孔材料將繼續強勢發展。多孔材料可有效降低煙草中的有害氣體，仍然是未來重點研究方向。已有的研究表明，多孔材料在降低有害氣體的同時，煙氣煙堿和水分等成分也不可避免的降低，因而，后續需根據卷煙煙氣氣體的特性研究具備“選擇性”過濾降低有害氣體的“智能”材料。（2）納米材料技術將進一步發展。納米材料自身成本低廉，能夠在不顯著增加成本的情況下有效降低卷煙主流煙氣有害成分，優勢明顯。后續將會伴隨著納米材料技術不斷發展，在卷煙材料中的應用也會越來越多，是后續研究的重點方向。（3）低危害新型濾嘴技術有待進步。伴隨著吸煙與健康被市民廣泛關注，低焦油、低危害卷煙的需求不斷提高，而開發新型卷煙濾嘴將是各個煙草企業所關注的重點。未來新型濾嘴將能夠有效地降低卷煙主流煙氣中的有害物質，并且通過濾嘴添加不同香味物質，使卷煙保持其特有的香氣風格，同時也要考慮制作成本。安全、環保、低成本將成為卷煙產品競爭力考核的重要指標。

作者：楊琳 楊超 單位：黑龍江煙草工業有限責任公司