国外烟草产品研发现状

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本文作者：郑路郑新章邱纪青袁虹作者单位：中国烟草总公司郑州烟草研究院

近年来，随着国外一些国家对卷烟烟气焦油、烟碱和CO的立法限制、卷烟防火问题的关注日益增强，以及《烟草控制框架公约》的颁布与实施，传统烟草制品的生产和销售遭受到了前所未有的冲击，产品创新已成为烟草行业的必然选择。为此，国外烟草公司在降低卷烟危害性、降低卷烟引燃倾向、无烟气烟草技术等方面开展了大量研究工作，并将研究成果广泛应用于低危害卷烟产品设计、低引燃倾向卷烟设计和无烟气烟草制品研发过程中。

1低危害卷烟产品设计技术进展

1.1膨胀烟草降低卷烟焦油递送量

低危害卷烟产品的设计与开发是目前国内外烟草业的研究重点之一［1］。针对欧盟和其他国家对烟气焦油、烟碱和CO的立法限制，德国利士美烟草公司开展了超低焦油卷烟设计研究，在充分考虑消费群体接受度和产品成本基础上，找到了利用膨胀烟草减少卷烟总体焦油递送量的有效方法。在其超低焦油卷烟产品中，成功使用了55%的膨胀烟草［2］。

1.2调节烟气CO释放量的综合措施

利士美公司约西姆•维尔纳博士全面系统阐述了调节烟气CO释放量的手段和策略。从烟气化学角度分析了影响烟气释放量的可能因素：烟草类型、烟支几何结构、密度、卷烟纸、滤嘴截留、滤嘴通风等等。围绕这些因素，具体分析了常规过滤嘴卷烟设计手段对烟气焦油/CO值的可能影响。提出卷烟设计取决于对焦油、烟碱和CO释放量的限量要求，同时考虑产品的市场需求，如烟支结构、压降、接受度和成本等［2］。美国赛拉尼斯（Celanese）醋酸纤维有限公司兰斯•道奇博士介绍了不同滤嘴设计对烟气的影响。重点分析了影响卷烟烟气波动的因素和改善稳定性、降低释放量的滤嘴设计，指出可以通过加长滤嘴、增加滤嘴的压降、低通风度，较经济地降低卷烟焦油释放量和卷烟烟气量的波动［3］。

1.3含吸附材料滤嘴的研制

在减害降焦滤嘴研制方面，国外公司主要从研发含有不同种类吸附材料的滤嘴和改进滤嘴过滤结构两方面提高滤嘴减害降焦效果。日本烟草公司（JT）公开了一种在滤嘴中添加活性炭的工艺专利技术。该技术先将纤维丝束处理成平面丝束网，然后将活性炭粒子均匀地撒到丝束网上，通过喇叭型引导器将添加了活性炭的丝束网聚拢成型，制成烟用活性炭滤棒［4］；雷诺烟草公司（RJR）用含丙二醇、三醋酸甘油酯和活性炭颗粒的混合物溶液作增塑剂生产含活性炭的醋酸纤维滤棒［5］；韩国烟草人参公社（KT&G）发现，与常用的木炭或椰壳活性炭滤嘴相比，含竹活性炭的滤嘴不仅具有优异的吸附有害物质的能力，而且带有清新的竹香［6］；布朗•威廉姆森公司（B&W）通过将中孔分子筛MCM-41与炭结合使用，或者浸渍氧化铜，进一步强化了含这种分子筛滤嘴的过滤能力［7］。由与戊二醛、乙二醛交联的壳聚糖制成的高比表面积的多孔树脂过滤材料，可以选择性去除卷烟主流烟气中的醛、氰化氢、重金属及羰基化合物［8］。

1.4滤嘴过滤结构的改进

菲利普•莫里斯公司（PhilipMorris，PM）研制了具有中空纤维的滤嘴。该滤嘴包含由聚合材料制成的中空纤维，中空纤维的内腔彼此平行沿轴向对齐，中空纤维之间填充添加剂材料。添加剂材料可采用食用香料，或者采用能选择性去除烟气有害成分的表面活性剂等［9］；英美烟草公司（BAT）研发的异型滤嘴具有不可渗透或者半渗透材料制成的螺旋芯，过滤材料填充在螺旋芯形成的螺旋状空间内。烟气沿着螺旋状通道流动，而被过滤材料过滤，显著增加了烟气与过滤材料的接触面积，提高了过滤效果。其中，螺旋状滤芯由聚丙烯、聚乙烯、纸、炭纸、浸渍纸等材料制成，并且在其外表面覆盖了一层含有活性炭、椰壳活性炭、煤基活性炭、沸石、硅胶、海泡石、氧化铝、碳质树脂等材料的涂层。过滤材料采用乙酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、皱褶纸、活性炭、食用香料、吸附剂等［10］。

1.5再造烟叶或非烟草植物类材料的应用

在卷烟叶组配方中添加再造烟叶或非烟草植物类材料也是降低卷烟焦油的有效途径。法国再造烟叶工业公司（LTR）用再造烟叶降低卷烟的焦油释放量，并给出了再造烟叶降焦效果的一个预测模型，即：降焦率（%）=1.40△T再造烟叶%，其中△T=（叶组焦油释放量-再造烟叶焦油释放量）/叶组焦油释放量，根据此公式和一些基础数据，结合焦油控制目标，可预测出再造烟叶的添加量［11］；韩国梦烟草技术有限公司（Ltd.）在卷烟烟丝中添加了绿茶、肉桂等非烟草类植物材料，利用绿茶中的没食子茶素、没食子酸酯、类黄酮、儿茶酸等成分，有效减少了烟草中的有害物质［12］。

2低引燃倾向卷烟产品研发进展

卷烟防火问题是近年来国际烟草界关注的热点问题之一。一些发达国家和地区迫使烟草公司生产销售防火卷烟产品或自动熄灭卷烟产品的趋势正在逐步增强，美国、欧盟就是积极推进卷烟防火标准的代表性国家和国际组织。例如，美国纽约州规定：自2004年6月28日起，只有通过ASTME2187-02B引燃强度测试的卷烟才允许在该州销售［13］。这一严峻的形势迫使卷烟生产企业必须对卷烟及其材料进行重新设计，以适应销售环境的变化。

2.1低引燃倾向卷烟纸的研发

低引燃倾向卷烟一般采用特殊的卷烟纸制造而成，可在非抽吸的状态下自动熄灭。早在1990年，PM公司技术研发中心就开始尝试研发能够通过防火标准的卷烟，开发出了带有若干阻燃剂条纹的卷烟纸专利技术［13］。测试结果显示，采用该卷烟纸的卷烟点燃以后如果不持续抽吸就会自动熄灭。目前，大多数低引燃倾向卷烟都采用在卷烟纸上涂布含有燃烧抑制剂薄膜层的方法，实现抑制卷烟特定区域引燃倾向的目的。所用燃烧抑制剂多含有藻酸盐成分。美国科研人员将海藻酸钠涂覆在普通的卷烟纸上形成具有带状条纹的卷烟纸，并用此制成了符合要求的低引燃倾向卷烟［14］。PM公司研制的低引燃倾向卷烟纸，设有若干间隔开的带状区，在自由燃烧状态下具有低引燃倾向。该带状区通过在原纸上印刷燃烧抑制剂形成。燃烧抑制剂采用淀粉、藻酸盐、角叉菜胶、瓜胶、果胶或其混合物。其中，淀粉以氧化的木薯淀粉为宜。燃烧抑制剂不能含有碳酸钙等填料，因为碳酸钙会增加带状区的燃烧速率［15］；此外，PM公司还研发出2种将燃烧抑制剂涂布到卷烟纸上的生产工艺：一是采用凹版印刷工艺将含有填料、燃烧抑制剂、香料等成分的粘性成膜材料加热到适宜凹版印刷的温度，涂布到卷烟纸上，冷却定形［16］。二是采用造纸工艺，在造纸过程中、纸幅干燥之前向纸幅涂敷含有燃烧抑制剂的材料，形成多个均匀间隔的横向条带，然后干燥而成［17］。JT公司研制的低引燃倾向卷烟纸，是在含2～6g/m2填充材料、定量16～22g/m2的卷烟原纸表面分散涂布燃烧抑制剂，形成沿卷烟长度方向间隔分布的环状燃烧抑制区域。所用燃烧抑制剂为500～900聚合度的藻酸钠，涂布量为0.2～1.8g/m2［18］；研制的另一种低引燃倾向卷烟纸具有通过压延加工形成的、沿卷烟长度方向上间隔排列的高传导带状区域，以及与该区域重合的阻燃层。高传导带状区域具有比卷烟纸高的导热系数，可使卷烟燃烧的热量大量散失从而降低燃烧温度。阻燃层由含羧甲基纤维素（CMC）及藻酸钠等燃烧抑制剂的溶液涂敷在高传导带的凹部形成，具有抑制卷烟纸的燃烧，降低燃烧温度的效果［19］。除常用的藻酸钠等燃烧抑制剂外，JT公司还对聚乙烯醇抑制卷烟纸的火焰蔓延效果进行了研究。结果表明，在卷烟纸特定的燃烧抑制区只需涂布少量900以上聚合度的聚乙烯醇即可显示优异的低引燃特性［20］。

2.2低引燃倾向再造烟叶的应用

与用特制的卷烟纸研制低引燃倾向卷烟的技术不同，B&W公司另辟蹊径，将再造烟叶应用于低引燃倾向卷烟。即将含有藻酸盐、瓜耳胶、黄原胶、阿拉伯胶、果胶、树胶以及改性纤维素化合物等作为燃烧抑制剂涂布于再造烟叶上。然后将再造烟叶切成长条状，沿卷烟长度方向添加到烟丝和卷烟纸之间，从而达到降低卷烟引燃倾向的效果［21］。

3无烟气烟草制品研发进展

《烟草控制框架公约》（FCTC）提出了有关禁止烟草烟雾在公共场所扩散的禁令，对以卷烟和雪茄烟等在市场上占统治地位的传统烟草制品形成了强大冲击。因此，产品创新已成为烟草行业的必然选择，世界各国烟草行业已把无烟气烟草制品的研发作为解决烟草行业未来发展的重要途径之一。

3.1加热型无烟气烟草制品的研发

无烟气烟草制品主要有加热型无烟气烟草制品、嚼烟和鼻烟等。其中，加热型无烟气烟草制品是国外烟草公司研发的重点。PM公司将研发重点放在降低无烟气烟草制品燃烧温度等方面，以期通过加热而不是燃烧的方法使烟草释放出香味，从而来赢得消费者的青睐。该公司先后研制出电热式卷烟抽吸系统（EHCSS）——Accord和HEATBAR等［22］。其第二代产品Accord使用特别设计的“吸烟启动式”打火/加热器。抽烟者吸烟时，打火/加热器就会启动。打火/加热器的内部传感器测得吸烟时产生的压降后，打火/加热器内部就启动合金片加热循环。在Accord内烟草的最高温度约为500℃，低于传统卷烟的900℃，从而显著减少了卷烟有害成分和环境烟草烟气。

PM公司研发了多种形式的电吸烟系统专利技术。譬如，EP1827146公开的电吸烟系统，包括特制的电加热卷烟和一个可重复使用的打火机。电加热卷烟由烟草柱、管状过滤器、过滤塞、吸附剂、调味剂等组成。其中：烟草柱的配方包含淡色烟草、白肋烟、香料烟、调味剂等。吸附剂为活性炭或沸石，可放置在电加热卷烟的多个位置，如可放置在管状过滤器内、烟草柱内、或管状过滤器与烟草柱之间。其调味剂主要由薄荷醇、薄荷、巧克力、甘草、水果香料、γ辛内酯、香草醛、乙基香兰素、呼吸清新剂香料、辛香料、水杨酸甲酯、芳樟醇、香柠檬油、香叶油、柠檬油、姜油和烟草香料等组成；可重复使用的打火机包括壳体、电源、加热装置、控制电路等。加热器装置包括多个电阻加热元件，由电源供电；控制电路可在每个抽吸过程中选择性地控制一个或多个加热元件通电［23］。EP1942754公开的电吸烟系统，特制的烟草置于加热系统内，通过接触传导方式或热空气对流方式加热烟草，将烟草加热至150～220℃，使烟草释放出挥发性成分。所用的烟草可制成柱状、圆片状、丸状或卷烟状等多种形状。加热系统包含电阻材料制成的加热元件，为与不同形状的烟草相配套，也可制成柱状、圆片状等［24］；EP1947965公开的无烟气烟草系统，实质上是一种无烟气点烟器，包括加热器、控制电路。加热器为管状，大小适于容纳普通的卷烟。控制电路将加热器内腔中的温度保持在160～200℃范围内，不仅确保不会点燃卷烟及其包装材料，同时又使卷烟释放挥发性物质，给使用者以吸烟的体验。该无烟气烟草系统的特点是可以抽吸普通的卷烟，不需要特别制造的烟草制品，使用成本更为低廉［25］。

RJR公司开发的Eclipse牌卷烟基本上是加热烟丝，而不是燃烧烟丝。在烟丝的一端，隔热材料包装的炭精能给烟丝卷均衡地加热［22］。吸烟者吸烟时，热空气通过卷烟就释放出烟丝的成分和丙三醇。由于该牌卷烟不燃烧烟丝，点燃的一端实际上不冒烟，也不产生烟灰，几乎能将环境烟气减少90%；该公司研发的电加热吸烟装置，其外形为圆柱状容器。由电源、控制机构、加热装置等部分组成。吸烟时，将特制卷烟插入容器内即可［26］。JT公司对无烟气烟草制品的加热材料进行了研究，开发的一种能减少一氧化碳释放量的加热材料主要由碳酸钙和粘合剂构成。碳酸钙的粒径为0.08～0.15μm，通过粘合剂粘结在一起，含量占加热材料重量的30%～55%。粘合剂采用藻酸盐、羧甲基纤维素、果胶、角叉菜胶、瓜尔胶等，含量占加热材料重量的5%～15%。该加热材料的工作温度不足1000℃，显著低于其他材料，因而可使一氧化碳生成量大为减少［27］；另外在上述加热材料中添加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嚼烟类无烟气烟草制品的研发

国外烟草公司早已涉及嚼烟类无烟气烟草制品。RJR公司研制的嚼烟为椭圆形的袋状物，内含烟草颗粒和添加剂。添加剂主要成分包括甜味剂、粘合剂、着色剂、pH调节剂、填充料、食用香料、崩解助剂、抗氧化剂和防腐剂等。其中，甜味剂选用果糖、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、甘露糖、半乳糖、乳糖、三氯蔗糖、糖精和天冬甜素等；填充料选自谷物、麦芽糖糊精、右旋糖、碳酸钙、磷酸钙、玉米淀粉、乳糖、甘露糖醇、木糖醇、山梨糖醇和极细纤维素；食用香料采用香草、咖啡、巧克力、奶油、薄荷、留兰香、桉树、薄荷醇、椒样薄荷、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、柠檬、柑橘、苹果、桃、酸柠檬、樱桃、草莓等；崩解助剂采用微晶纤维素、交联羧甲基纤维素钠、交联聚乙烯吡咯酮、羟基乙基淀粉钠和预胶化玉米淀粉；抗氧化剂选自抗坏血酸、葡萄籽提取物、葡萄籽油、含多酚物质、绿茶提取物、红茶提取物、花生衣和马铃薯皮等［29］。

4结语

低危害卷烟、低引燃倾向卷烟和无烟气烟草制品可能代表未来烟草制品的发展方向。国外烟草业已对这3种烟草制品进行了大量研究，并取得了较大进展，有些已成为商品进入销售市场。然而，国内烟草业除在低危害卷烟产品设计方面进行了大量研究外，在低引燃倾向卷烟和无烟气烟草制品方面则研究较少，尤其是在低引燃倾向卷烟方面。目前，我国尚未制订并实施限制卷烟引燃倾向的类似法规，针对低引燃倾向卷烟的研究也处于起步阶段。虽然国外实施卷烟引燃倾向管制法规的国家还不多，对国内的影响也仅限于出口到相关国家的少数卷烟产品，但应该清醒地认识到，部分国家实施的卷烟引燃倾向管制法规对国内烟草企业的卷烟出口已经造成了潜在的技术或贸易壁垒。从长远看，国内烟草行业有必要加强低引燃倾向卷烟的相关研究工作，做好相应的技术储备，为日后突破国外有关国家针对我国卷烟出口设置的相关技术或贸易壁垒做好充分准备。国内烟草行业已经启动了无烟气烟草制品的研究，并已研制出袋装烟草制品和含化型无烟气烟草制品，但仍然需要进一步加大研发力度，有针对性地研制适合国内、国外消费者需求的多种无烟气烟草制品，有效引导无烟气烟草制品的消费，抢占国内外无烟气烟草制品市场。