國外煙草產品研發現狀

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本文作者：鄭路鄭新章邱紀青袁虹作者單位：中國煙草總公司鄭州煙草研究院

近年來，隨著國外一些國家對卷煙煙氣焦油、煙堿和CO的立法限制、卷煙防火問題的關注日益增強，以及《煙草控制框架公約》的頒布與實施，傳統煙草制品的生產和銷售遭受到了前所未有的沖擊，產品創新已成為煙草行業的必然選擇。為此，國外煙草公司在降低卷煙危害性、降低卷煙引燃傾向、無煙氣煙草技術等方面開展了大量研究工作，并將研究成果廣泛應用于低危害卷煙產品設計、低引燃傾向卷煙設計和無煙氣煙草制品研發過程中。

1低危害卷煙產品設計技術進展

1.1膨脹煙草降低卷煙焦油遞送量

低危害卷煙產品的設計與開發是目前國內外煙草業的研究重點之一［1］。針對歐盟和其他國家對煙氣焦油、煙堿和CO的立法限制，德國利士美煙草公司開展了超低焦油卷煙設計研究，在充分考慮消費群體接受度和產品成本基礎上，找到了利用膨脹煙草減少卷煙總體焦油遞送量的有效方法。在其超低焦油卷煙產品中，成功使用了55%的膨脹煙草［2］。

1.2調節煙氣CO釋放量的綜合措施

利士美公司約西姆•維爾納博士全面系統闡述了調節煙氣CO釋放量的手段和策略。從煙氣化學角度分析了影響煙氣釋放量的可能因素：煙草類型、煙支幾何結構、密度、卷煙紙、濾嘴截留、濾嘴通風等等。圍繞這些因素，具體分析了常規過濾嘴卷煙設計手段對煙氣焦油/CO值的可能影響。提出卷煙設計取決于對焦油、煙堿和CO釋放量的限量要求，同時考慮產品的市場需求，如煙支結構、壓降、接受度和成本等［2］。美國賽拉尼斯（Celanese）醋酸纖維有限公司蘭斯•道奇博士介紹了不同濾嘴設計對煙氣的影響。重點分析了影響卷煙煙氣波動的因素和改善穩定性、降低釋放量的濾嘴設計，指出可以通過加長濾嘴、增加濾嘴的壓降、低通風度，較經濟地降低卷煙焦油釋放量和卷煙煙氣量的波動［3］。

1.3含吸附材料濾嘴的研制

在減害降焦濾嘴研制方面，國外公司主要從研發含有不同種類吸附材料的濾嘴和改進濾嘴過濾結構兩方面提高濾嘴減害降焦效果。日本煙草公司（JT）公開了一種在濾嘴中添加活性炭的工藝專利技術。該技術先將纖維絲束處理成平面絲束網，然后將活性炭粒子均勻地撒到絲束網上，通過喇叭型引導器將添加了活性炭的絲束網聚攏成型，制成煙用活性炭濾棒［4］；雷諾煙草公司（RJR）用含丙二醇、三醋酸甘油酯和活性炭顆粒的混合物溶液作增塑劑生產含活性炭的醋酸纖維濾棒［5］；韓國煙草人參公社（KT&G）發現，與常用的木炭或椰殼活性炭濾嘴相比，含竹活性炭的濾嘴不僅具有優異的吸附有害物質的能力，而且帶有清新的竹香［6］；布朗•威廉姆森公司（B&W）通過將中孔分子篩MCM-41與炭結合使用，或者浸漬氧化銅，進一步強化了含這種分子篩濾嘴的過濾能力［7］。由與戊二醛、乙二醛交聯的殼聚糖制成的高比表面積的多孔樹脂過濾材料，可以選擇性去除卷煙主流煙氣中的醛、氰化氫、重金屬及羰基化合物［8］。

1.4濾嘴過濾結構的改進

菲利普•莫里斯公司（PhilipMorris，PM）研制了具有中空纖維的濾嘴。該濾嘴包含由聚合材料制成的中空纖維，中空纖維的內腔彼此平行沿軸向對齊，中空纖維之間填充添加劑材料。添加劑材料可采用食用香料，或者采用能選擇性去除煙氣有害成分的表面活性劑等［9］；英美煙草公司（BAT）研發的異型濾嘴具有不可滲透或者半滲透材料制成的螺旋芯，過濾材料填充在螺旋芯形成的螺旋狀空間內。煙氣沿著螺旋狀通道流動，而被過濾材料過濾，顯著增加了煙氣與過濾材料的接觸面積，提高了過濾效果。其中，螺旋狀濾芯由聚丙烯、聚乙烯、紙、炭紙、浸漬紙等材料制成，并且在其外表面覆蓋了一層含有活性炭、椰殼活性炭、煤基活性炭、沸石、硅膠、海泡石、氧化鋁、碳質樹脂等材料的涂層。過濾材料采用乙酸纖維素、聚丙烯、聚乙烯、皺褶紙、活性炭、食用香料、吸附劑等［10］。

1.5再造煙葉或非煙草植物類材料的應用

在卷煙葉組配方中添加再造煙葉或非煙草植物類材料也是降低卷煙焦油的有效途徑。法國再造煙葉工業公司（LTR）用再造煙葉降低卷煙的焦油釋放量，并給出了再造煙葉降焦效果的一個預測模型，即：降焦率（%）=1.40△T再造煙葉%，其中△T=（葉組焦油釋放量-再造煙葉焦油釋放量）/葉組焦油釋放量，根據此公式和一些基礎數據，結合焦油控制目標，可預測出再造煙葉的添加量［11］；韓國夢煙草技術有限公司（Ltd.）在卷煙煙絲中添加了綠茶、肉桂等非煙草類植物材料，利用綠茶中的沒食子茶素、沒食子酸酯、類黃酮、兒茶酸等成分，有效減少了煙草中的有害物質［12］。

2低引燃傾向卷煙產品研發進展

卷煙防火問題是近年來國際煙草界關注的熱點問題之一。一些發達國家和地區迫使煙草公司生產銷售防火卷煙產品或自動熄滅卷煙產品的趨勢正在逐步增強，美國、歐盟就是積極推進卷煙防火標準的代表性國家和國際組織。例如，美國紐約州規定：自2004年6月28日起，只有通過ASTME2187-02B引燃強度測試的卷煙才允許在該州銷售［13］。這一嚴峻的形勢迫使卷煙生產企業必須對卷煙及其材料進行重新設計，以適應銷售環境的變化。

2.1低引燃傾向卷煙紙的研發

低引燃傾向卷煙一般采用特殊的卷煙紙制造而成，可在非抽吸的狀態下自動熄滅。早在1990年，PM公司技術研發中心就開始嘗試研發能夠通過防火標準的卷煙，開發出了帶有若干阻燃劑條紋的卷煙紙專利技術［13］。測試結果顯示，采用該卷煙紙的卷煙點燃以后如果不持續抽吸就會自動熄滅。目前，大多數低引燃傾向卷煙都采用在卷煙紙上涂布含有燃燒抑制劑薄膜層的方法，實現抑制卷煙特定區域引燃傾向的目的。所用燃燒抑制劑多含有藻酸鹽成分。美國科研人員將海藻酸鈉涂覆在普通的卷煙紙上形成具有帶狀條紋的卷煙紙，并用此制成了符合要求的低引燃傾向卷煙［14］。PM公司研制的低引燃傾向卷煙紙，設有若干間隔開的帶狀區，在自由燃燒狀態下具有低引燃傾向。該帶狀區通過在原紙上印刷燃燒抑制劑形成。燃燒抑制劑采用淀粉、藻酸鹽、角叉菜膠、瓜膠、果膠或其混合物。其中，淀粉以氧化的木薯淀粉為宜。燃燒抑制劑不能含有碳酸鈣等填料，因為碳酸鈣會增加帶狀區的燃燒速率［15］；此外，PM公司還研發出2種將燃燒抑制劑涂布到卷煙紙上的生產工藝：一是采用凹版印刷工藝將含有填料、燃燒抑制劑、香料等成分的粘性成膜材料加熱到適宜凹版印刷的溫度，涂布到卷煙紙上，冷卻定形［16］。二是采用造紙工藝，在造紙過程中、紙幅干燥之前向紙幅涂敷含有燃燒抑制劑的材料，形成多個均勻間隔的橫向條帶，然后干燥而成［17］。JT公司研制的低引燃傾向卷煙紙，是在含2～6g/m2填充材料、定量16～22g/m2的卷煙原紙表面分散涂布燃燒抑制劑，形成沿卷煙長度方向間隔分布的環狀燃燒抑制區域。所用燃燒抑制劑為500～900聚合度的藻酸鈉，涂布量為0.2～1.8g/m2［18］；研制的另一種低引燃傾向卷煙紙具有通過壓延加工形成的、沿卷煙長度方向上間隔排列的高傳導帶狀區域，以及與該區域重合的阻燃層。高傳導帶狀區域具有比卷煙紙高的導熱系數，可使卷煙燃燒的熱量大量散失從而降低燃燒溫度。阻燃層由含羧甲基纖維素（CMC）及藻酸鈉等燃燒抑制劑的溶液涂敷在高傳導帶的凹部形成，具有抑制卷煙紙的燃燒，降低燃燒溫度的效果［19］。除常用的藻酸鈉等燃燒抑制劑外，JT公司還對聚乙烯醇抑制卷煙紙的火焰蔓延效果進行了研究。結果表明，在卷煙紙特定的燃燒抑制區只需涂布少量900以上聚合度的聚乙烯醇即可顯示優異的低引燃特性［20］。

2.2低引燃傾向再造煙葉的應用

與用特制的卷煙紙研制低引燃傾向卷煙的技術不同，B&W公司另辟蹊徑，將再造煙葉應用于低引燃傾向卷煙。即將含有藻酸鹽、瓜耳膠、黃原膠、阿拉伯膠、果膠、樹膠以及改性纖維素化合物等作為燃燒抑制劑涂布于再造煙葉上。然后將再造煙葉切成長條狀，沿卷煙長度方向添加到煙絲和卷煙紙之間，從而達到降低卷煙引燃傾向的效果［21］。

3無煙氣煙草制品研發進展

《煙草控制框架公約》（FCTC）提出了有關禁止煙草煙霧在公共場所擴散的禁令，對以卷煙和雪茄煙等在市場上占統治地位的傳統煙草制品形成了強大沖擊。因此，產品創新已成為煙草行業的必然選擇，世界各國煙草行業已把無煙氣煙草制品的研發作為解決煙草行業未來發展的重要途徑之一。

3.1加熱型無煙氣煙草制品的研發

無煙氣煙草制品主要有加熱型無煙氣煙草制品、嚼煙和鼻煙等。其中，加熱型無煙氣煙草制品是國外煙草公司研發的重點。PM公司將研發重點放在降低無煙氣煙草制品燃燒溫度等方面，以期通過加熱而不是燃燒的方法使煙草釋放出香味，從而來贏得消費者的青睞。該公司先后研制出電熱式卷煙抽吸系統（EHCSS）——Accord和HEATBAR等［22］。其第二代產品Accord使用特別設計的“吸煙啟動式”打火/加熱器。抽煙者吸煙時，打火/加熱器就會啟動。打火/加熱器的內部傳感器測得吸煙時產生的壓降后，打火/加熱器內部就啟動合金片加熱循環。在Accord內煙草的最高溫度約為500℃，低于傳統卷煙的900℃，從而顯著減少了卷煙有害成分和環境煙草煙氣。

PM公司研發了多種形式的電吸煙系統專利技術。譬如，EP1827146公開的電吸煙系統，包括特制的電加熱卷煙和一個可重復使用的打火機。電加熱卷煙由煙草柱、管狀過濾器、過濾塞、吸附劑、調味劑等組成。其中：煙草柱的配方包含淡色煙草、白肋煙、香料煙、調味劑等。吸附劑為活性炭或沸石，可放置在電加熱卷煙的多個位置，如可放置在管狀過濾器內、煙草柱內、或管狀過濾器與煙草柱之間。其調味劑主要由薄荷醇、薄荷、巧克力、甘草、水果香料、γ辛內酯、香草醛、乙基香蘭素、呼吸清新劑香料、辛香料、水楊酸甲酯、芳樟醇、香檸檬油、香葉油、檸檬油、姜油和煙草香料等組成；可重復使用的打火機包括殼體、電源、加熱裝置、控制電路等。加熱器裝置包括多個電阻加熱元件，由電源供電；控制電路可在每個抽吸過程中選擇性地控制一個或多個加熱元件通電［23］。EP1942754公開的電吸煙系統，特制的煙草置于加熱系統內，通過接觸傳導方式或熱空氣對流方式加熱煙草，將煙草加熱至150～220℃，使煙草釋放出揮發性成分。所用的煙草可制成柱狀、圓片狀、丸狀或卷煙狀等多種形狀。加熱系統包含電阻材料制成的加熱元件，為與不同形狀的煙草相配套，也可制成柱狀、圓片狀等［24］；EP1947965公開的無煙氣煙草系統，實質上是一種無煙氣點煙器，包括加熱器、控制電路。加熱器為管狀，大小適于容納普通的卷煙。控制電路將加熱器內腔中的溫度保持在160～200℃范圍內，不僅確保不會點燃卷煙及其包裝材料，同時又使卷煙釋放揮發性物質，給使用者以吸煙的體驗。該無煙氣煙草系統的特點是可以抽吸普通的卷煙，不需要特別制造的煙草制品，使用成本更為低廉［25］。

RJR公司開發的Eclipse牌卷煙基本上是加熱煙絲，而不是燃燒煙絲。在煙絲的一端，隔熱材料包裝的炭精能給煙絲卷均衡地加熱［22］。吸煙者吸煙時，熱空氣通過卷煙就釋放出煙絲的成分和丙三醇。由于該牌卷煙不燃燒煙絲，點燃的一端實際上不冒煙，也不產生煙灰，幾乎能將環境煙氣減少90%；該公司研發的電加熱吸煙裝置，其外形為圓柱狀容器。由電源、控制機構、加熱裝置等部分組成。吸煙時，將特制卷煙插入容器內即可［26］。JT公司對無煙氣煙草制品的加熱材料進行了研究，開發的一種能減少一氧化碳釋放量的加熱材料主要由碳酸鈣和粘合劑構成。碳酸鈣的粒徑為0.08～0.15μm，通過粘合劑粘結在一起，含量占加熱材料重量的30%～55%。粘合劑采用藻酸鹽、羧甲基纖維素、果膠、角叉菜膠、瓜爾膠等，含量占加熱材料重量的5%～15%。該加熱材料的工作溫度不足1000℃，顯著低于其他材料，因而可使一氧化碳生成量大為減少［27］；另外在上述加熱材料中添加0.5%～5%的多元醇，如甘油或丙二醇等，也可起到抑制一氧化碳生成的效果［28］。

3.2嚼煙類無煙氣煙草制品的研發

國外煙草公司早已涉及嚼煙類無煙氣煙草制品。RJR公司研制的嚼煙為橢圓形的袋狀物，內含煙草顆粒和添加劑。添加劑主要成分包括甜味劑、粘合劑、著色劑、pH調節劑、填充料、食用香料、崩解助劑、抗氧化劑和防腐劑等。其中，甜味劑選用果糖、蔗糖、葡萄糖、麥芽糖、甘露糖、半乳糖、乳糖、三氯蔗糖、糖精和天冬甜素等；填充料選自谷物、麥芽糖糊精、右旋糖、碳酸鈣、磷酸鈣、玉米淀粉、乳糖、甘露糖醇、木糖醇、山梨糖醇和極細纖維素；食用香料采用香草、咖啡、巧克力、奶油、薄荷、留蘭香、桉樹、薄荷醇、椒樣薄荷、冬青、薰衣草、小豆蔻、肉豆蔻、肉桂、丁香、檀香木、蜂蜜、茉莉、姜、茴香、鼠尾草、甘草、檸檬、柑橘、蘋果、桃、酸檸檬、櫻桃、草莓等；崩解助劑采用微晶纖維素、交聯羧甲基纖維素鈉、交聯聚乙烯吡咯酮、羥基乙基淀粉鈉和預膠化玉米淀粉；抗氧化劑選自抗壞血酸、葡萄籽提取物、葡萄籽油、含多酚物質、綠茶提取物、紅茶提取物、花生衣和馬鈴薯皮等［29］。

4結語

低危害卷煙、低引燃傾向卷煙和無煙氣煙草制品可能代表未來煙草制品的發展方向。國外煙草業已對這3種煙草制品進行了大量研究，并取得了較大進展，有些已成為商品進入銷售市場。然而，國內煙草業除在低危害卷煙產品設計方面進行了大量研究外，在低引燃傾向卷煙和無煙氣煙草制品方面則研究較少，尤其是在低引燃傾向卷煙方面。目前，我國尚未制訂并實施限制卷煙引燃傾向的類似法規，針對低引燃傾向卷煙的研究也處于起步階段。雖然國外實施卷煙引燃傾向管制法規的國家還不多，對國內的影響也僅限于出口到相關國家的少數卷煙產品，但應該清醒地認識到，部分國家實施的卷煙引燃傾向管制法規對國內煙草企業的卷煙出口已經造成了潛在的技術或貿易壁壘。從長遠看，國內煙草行業有必要加強低引燃傾向卷煙的相關研究工作，做好相應的技術儲備，為日后突破國外有關國家針對我國卷煙出口設置的相關技術或貿易壁壘做好充分準備。國內煙草行業已經啟動了無煙氣煙草制品的研究，并已研制出袋裝煙草制品和含化型無煙氣煙草制品，但仍然需要進一步加大研發力度，有針對性地研制適合國內、國外消費者需求的多種無煙氣煙草制品，有效引導無煙氣煙草制品的消費，搶占國內外無煙氣煙草制品市場。