殷艷飛，馬迅，王保興，陳嶺峰，郝明顯，劉晶，向海英，王建，王浩雅

1云南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，昆明 650106；

2云南中煙再造煙葉有限責任公司，昆明 650106

造紙法再造煙葉煙氣中CO和焦油釋放量影響因素研究

殷艷飛1，馬迅1，王保興1，陳嶺峰2，郝明顯2，劉晶1，向海英1，王建1，王浩雅1

1云南中煙工業(yè)有限責任公司技術(shù)中心，昆明 650106；

2云南中煙再造煙葉有限責任公司，昆明 650106

為探索影響造紙法再造煙葉CO和焦油釋放量的主要因素，考察了不同涂布率與造紙法再造煙葉CO和焦油釋放量的相關(guān)性，研究了煙梗與碎片比例、片基定量、外加纖維種類、填料種類以及碳酸鈣用量對片基CO和焦油釋放量的影響。結(jié)果表明：（1）CO釋放量與涂布率呈負相關(guān)，而焦油釋放量與涂布率呈正相關(guān)；（2）一定范圍內(nèi)，煙梗與碎片比例增加或者使用未漂白的外加纖維都會增加片基CO和焦油釋放量，可能是煙梗和未漂白纖維中含有較高的木質(zhì)素或者果膠；（3）增加碳酸鈣用量可使單位質(zhì)量片基中可燃燒的有機物質(zhì)減少，降低CO和焦油釋放量；（4）降低片基定量或者改善填料種類可以改變片基微觀結(jié)構(gòu)，降低片基 CO和焦油釋放量。因此，在保證產(chǎn)品品質(zhì)和加工工藝的前提下，可綜合考慮上述方法降低造紙法再造煙葉煙氣中CO和焦油含量。

造紙法再造煙葉；CO；焦油

造紙法再造煙葉（以下簡稱PRT）作為一種重組煙葉，將其添加到卷煙中，不僅可以減少原料消耗，降低卷煙企業(yè)成本，而且可以根據(jù)卷煙企業(yè)需求，改變其物理化學性質(zhì)，降低有害物質(zhì)釋放量[1-2]。隨著低焦油卷煙的發(fā)展，造紙法再造煙葉作為減害降焦的重要手段之一，在卷煙中的使用范圍和比例不斷增加，但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，摻配PRT到卷煙后，卷煙煙氣中的CO含量通常較高，且隨著摻配比例的增加，卷煙煙氣的CO與焦油比值也隨之增大，因此制約了其在卷煙中的應(yīng)用比例[3]。

目前，對于PRT自身CO和焦油釋放量及如何降低PRT CO釋放量的問題研究較少，少數(shù)文獻[4-6]主要是通過使用蛋白酶或者木質(zhì)素酶等處理碎片和煙梗原料降低CO。本文在不引入外源性物質(zhì)的前提下，通過對影響PRT自身CO和焦油釋放量的幾個重要因素（涂布率、煙梗與碎片比例、片基定量、外加纖維種類、填料種類和碳酸鈣用量）進行規(guī)律性研究，找出影響PRT CO釋放量的關(guān)鍵因素，以期為降低PRT 煙氣中CO含量提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

1.2 實驗主要儀器

提取器（GDC-TQ，濟寧金百特生物機械有限公司），盤磨機（KRK-2500Ⅱ，日本KRK公司），抄片器（FDA，法國TECHPAP公司），瓦利打漿機（TMI72-16-00-0002，美國TMI公司），恒溫恒濕箱（KBF720，德國BINDER公司），轉(zhuǎn)盤式吸煙機（RM200，德國Borgwaldt公司），連續(xù)流動化學分析儀（德國Seal，AA3型），切絲機（QS-I，鄭州中煙科技公司）。

表1 實驗材料Tab.1 Experimental materials

1.3 實驗方法

1.3.1 備料工藝

取一定質(zhì)量的煙梗，按照液比1:6（g/mL，下同）加入相應(yīng)量的水，置于65℃的提取器中提取60 min；碎片按照液比1:8，溫度60℃，在相同的提取器中也提取60 min。提取結(jié)束后，煙梗和碎片分別過濾，進入高濃盤磨機分別制漿備用。

1.3.2 制漿工藝

首先，根據(jù)工藝條件稱取一定量的絕干外加纖維，放入疏解器中用80～90℃熱水疏解10 min；然后，按比例稱取1.3.1中的絕干煙梗漿和碎片漿，將煙梗漿、碎片漿和纖維混合均勻后，按照液比1：8加水并放入65℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中提取30 min，甩干機甩干后，用瓦利打漿機打漿至38±1 °SR。

1.3.3 抄造成形工藝

根據(jù)工藝條件不同，加入不同種類及不同比例的填料于1.3.2制備好的漿料中，并加入0.2 %的瓜爾膠作為助劑(填料和助劑添加比例為漿料絕干重的百分比)，在動態(tài)抄片器上抄取不同定量要求的片基。工藝流程如圖1所示。

圖1 PRT片基制作工藝流程圖Fig.1 Flow chart of PRT sheet base production

1.3.4 涂布工藝

通過調(diào)整A牌號涂布液密度控制樣品不同涂布率，采用浸涂方式，將涂布液均勻涂到A牌號片基上，放入105℃烘箱至烘干后，放入恒溫恒濕箱平衡備用。涂布率計算公式如下：

式中：

S ——成品涂布率，%；

m1——片基質(zhì)量，g；

m2——平衡后成品質(zhì)量，g；

w1——片基含水率，%；

w2——平衡后成品含水率，%。

1.3.5 樣品制備

將所制取的PRT片基和不同涂布率PRT成品切絲后置于溫度22℃、相對濕度60 %的恒溫恒濕箱中平衡48 h，然后根據(jù)樣品的不同填充性，分別稱取不同質(zhì)量樣品，用卷煙打煙器制作成卷煙小樣后送云南省煙草化學重點實驗室進行常規(guī)主流煙氣指標分析。

1.3.6 計算方法

常規(guī)主流煙氣指標中，按照1.3.7檢測方法檢測數(shù)據(jù)為每支卷煙的煙氣含量，因各不同PRT片基樣品和涂布率樣品填充值有差異，為使煙支充實，無空頭，不同樣品間單支卷煙的質(zhì)量不同，所以文中常規(guī)主流煙氣數(shù)據(jù)為檢測結(jié)果除以成品絕干質(zhì)量，即單位質(zhì)量成品的煙氣含量。

1.3.7 檢測方法

總氮、總糖/還原糖、煙堿、鉀、氯分別以煙草行業(yè)YC/T161-2002、YC/T 159-2002、YC/T 34-1996、YC/T 173-2003、YC/T 162-2011標準分析方法測定。CO和焦油指標分別按YC/T 30-1996和 GB/T19609-2004方法檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂布率對PRT CO和焦油釋放量的影響

圖2為涂布率對PRT 單位質(zhì)量成品CO和焦油釋放量的關(guān)系曲線。隨著涂布率提高，即單位質(zhì)量PRT涂布液質(zhì)量逐漸增加，片基質(zhì)量相對降低，CO釋放量降低，焦油釋放量增加。推測CO釋放量主要取決于片基的相對質(zhì)量。對于當前PRT CO釋放量較高的問題[7]，可考慮降低片基CO釋放量或提高涂布率。

因為煙絲化學成分變化對焦油釋放量起決定性作用。前期研究中，對PRT對應(yīng)片基進行了6項化學成分指標分析，結(jié)果如表2，可以看出，除總氮指標外，其余5項化學指標值均很小或者為零，說明PRT成品中這5項化學成分主要來源于涂布液。由此也可以解釋焦油釋放量隨涂布液質(zhì)量的增加而增加。提高涂布率雖然可以降低PRT CO釋放量，但同時也會增加焦油的釋放量，所以應(yīng)在保證抽吸品質(zhì)的前提下，找到一個最佳CO和焦油釋放量比值的涂布率范圍。

表2 不同煙梗、碎片比例對PRT片基6項化學成分指標的影響Tab 2 Effects of tobacco stem and scrap ratio on six chemical components of PRT sheet base

2.2 煙梗、碎片比例對PRT片基CO和焦油釋放量的影響

圖3為外加纖維（漂白針葉木）用量10 %時，煙梗、碎片比例對PRT片基CO和焦油釋放量的影響。隨著煙梗、碎片比例的降低，片基CO釋放量下降，焦油釋放量先呈直線下降，趨于平緩后又增加。提取后，煙梗和碎片的主要組成成分為纖維素，半纖維素，木質(zhì)素和果膠等細胞壁物質(zhì)。研究表明[8-11]，烤煙煙葉中細胞壁物質(zhì)含量占26 %～35 %，其中全纖維素含量集中在15 %～25 %之間，果膠質(zhì)含量集中在6 %～11 %之間，木質(zhì)素含量集中在1 %～4 %之間，而煙梗中細胞壁物質(zhì)含量占43 %左右，其中全纖維素含量稍高于烤煙煙葉，果膠質(zhì)含量在16 %左右，木質(zhì)素含量集中在5 %～8 %之間。由此可以看出，煙梗中木質(zhì)素和果膠質(zhì)含量要顯著高于煙葉碎片，這也可能是影響片基CO釋放量的主要影響因素。周元清等[6,12]的研究中都表明，降低木質(zhì)素含量或者果膠質(zhì)含量，可以降低煙氣中的CO含量。

焦油主要是有機質(zhì)在缺氧條件下不完全燃燒的產(chǎn)物，是眾多烴類及烴的氧化物、硫化物及氮化物等極其復(fù)雜的混合物[13]。當煙梗比例由25 %降低到0時，焦油釋放量反而上升，可能與片基的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于煙梗中纖維含量要高于碎片，片基成形過程中主要依靠煙梗纖維與外加纖維形成纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，碎片漿料填充在形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，當煙梗比例為零時，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較小，片基較致密，不利于充分燃燒，可能導(dǎo)致焦油釋放量增加。

圖2 涂布率對PRT CO和焦油釋放量的影響Fig.2 Effects of coatings coverage rate on carbon monoxide and tar delivery of PRT

圖3 煙梗、碎片比例對PRT片基 CO和焦油釋放量的影響Fig.3 Effects of tobacco stem and scrap ratio on carbon monoxide and tar delivery of PRT

2.3 定量對PRT片基CO和焦油釋放量的影響

圖4為煙梗、碎片比例1:1，外加纖維（漂白針葉木）用量8.3 %時，定量對PRT片基CO和焦油釋放量的影響。圖中可以看出，定量指標從55 g/m2增加到65 g/m2時，片基CO釋放量稍有增加，焦油釋放量幾乎不變；當定量指標從65 g/m2增加到75 g/m2時，CO和焦油釋放量都顯著增加。在保證產(chǎn)品成形品質(zhì)和抽吸質(zhì)量的前提下，為了使CO和焦油釋放量維持在一個較低的水平，可以保持片基定量指標在65 g/m2以下。定量較大時，形成的片基較致密[14-16]，透氣性較差，可能會引起燃燒不充分而導(dǎo)致CO和焦油釋放量增加。

2.4 纖維種類對PRT片基CO和焦油釋放量的影響

圖5為煙梗、碎片比例1:1，外加纖維用量8.3 %時，不同外加纖維種類對PRT片基CO和焦油釋放量的影響。圖中可以看出，未漂白闊葉木的CO釋放量高于漂白闊葉木，漂白闊葉木CO釋放量和未漂白亞麻漿的CO釋放量相當，但是高于漂白針葉木。說明同一種類纖維，未漂白漿料的CO釋放量要高于漂白漿料，可能是由于未漂白漿料中木質(zhì)素含量較高。木質(zhì)素是由聚合的芳香醇構(gòu)成的一種多環(huán)高分子有機物[17-18]，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且分子量大，容易引起燃燒不充分，從而產(chǎn)生CO。焦油釋放量值可以看出，未漂白闊葉木的焦油釋放量也高于漂白闊葉木，說明木質(zhì)素含量也會影響焦油釋放量。此外，不同種類纖維間CO和焦油釋放量也都存在差別，一方面可能與漿料中殘留的木質(zhì)素含量有關(guān)，另一方面可能與纖維自身結(jié)構(gòu)及打漿，成形等工藝有關(guān)。

圖4 定量對PRT片基 CO和焦油釋放量的影響Fig.4 Effects of grammage on carbon monoxide and tar delivery of PRT sheet base

圖5 外加纖維種類對PRT片基 CO和焦油釋放量的影響Fig.5 Effects of fibre type on carbon monoxide and tar delivery of PRT sheet base

2.5 填料種類對PRT片基CO和焦油釋放量的影響

圖6為煙梗、碎片比例1:1，外加纖維（漂白針葉木）用量8.3 %，填料用量20 %，助劑用量0.2 %時，不同填料種類對PRT片基CO和焦油釋放量的影響?？梢钥闯?，填料為TiO2和SiO2時，焦油和CO釋放量都比較高，填料為碳酸鈣時，焦油和CO釋放量都較低。填料種類不同，焦油和CO釋放量的差別較大，推測可能與填料的粒徑及結(jié)構(gòu)有關(guān)。文中TiO2和SiO2的粒徑都小于2 mm，而碳酸鈣的粒徑大于20 mm，填料留著率相差不大時，粒徑較大的顆粒形成的孔隙較多，粒徑較小會使片基較致密，如果想通過添加填料降低CO和焦油的釋放量還需尋找到一個較適合的填料粒徑。

2.6 碳酸鈣用量對PRT片基CO和焦油釋放量的影響

圖7為煙梗、碎片比例1:1，外加纖維（漂白針葉木）用量8.3 %，助劑用量0.2 %時，不同碳酸鈣用量對PRT片基CO和焦油釋放量的影響。圖中可以看出，隨著碳酸鈣用量的增加，片基CO和焦油釋放量幾乎成線性降低。對碳酸鈣用量與CO釋放量之間的關(guān)系進行線性回歸，可得到如下回歸方程：y=-4.1877x+39.82（式中：y為片基CO釋放量，x為碳酸鈣用量），此回歸方程相關(guān)系數(shù)R2=0.9929，可用于解釋碳酸鈣用量與片基CO釋放量之間的關(guān)系?？赡苁请S著碳酸鈣用量的增加，單位質(zhì)量片基中可燃燒的有機物質(zhì)減少，形成的CO和焦油量也相應(yīng)減少。此外，王相凡[19]探討了不同碳酸鈣用量對PRT感官質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，隨著碳酸鈣用量的增加，PRT香氣量減少、木質(zhì)氣減少、透發(fā)性降低、濃度降低、柔細度增加、刺激性降低、舒適度增加、甜度變化不明顯、余味變好。說明在保證PRT感官質(zhì)量的前提下，可以通過適當增加碳酸鈣用量的方法降低PRT CO和焦油釋放量。

圖6 填料種類對PRT片基 CO和焦油釋放量的影響Fig.6 Effects of filler type on carbon monoxide and tar delivery of PRT sheet base

圖7 碳酸鈣用量對PRT片基 CO和焦油釋放量的影響Fig.7 Effects of CaCO3 ratio on carbon monoxide and tar delivery of PRT sheet base

3 結(jié)論

通過上述涂布率、煙梗與碎片比例、定量、外加纖維種類、填料種類和碳酸鈣用量與CO和焦油釋放量間關(guān)系的研究，可以看出，涂布率和碳酸鈣用量對PRT CO和焦油釋放量影響較大，在綜合考慮經(jīng)濟因素、片基加工性能和產(chǎn)品抽吸品質(zhì)的前提下，通過在一定范圍內(nèi)調(diào)整PRT涂布率、煙梗與碎片比例和片基定量或者優(yōu)化外加纖維種類、填料種類和比例等方法，可以在降低PRT焦油釋放量的同時，降低CO釋放量。

[1]陳祖剛,蔡冰.國內(nèi)外造紙法薄片工藝與品質(zhì)比較[J].煙草科技,2002(2):4-10.

[2]郭盛.造紙法薄片生產(chǎn)工藝的研究[D].湖北:湖北工業(yè)大學,2008.

[3]邱曄,盧偉,王建,等.造紙法煙草薄片對卷煙CO釋放量影響研究[J].云南大學學報,2010,32(S1):130-133.

[4]Chuan Liu,Yves De Grandpré,Andrew Porter,et al.The use of a novel tobacco treatment process to reduce toxicant yields in cigarette smoke[J].Food and Chemical Toxicology,2011,(49):1904-1917.

[5]馬林.利用生物技術(shù)改變煙葉化學組分提高其吸食品質(zhì)和安全性的研究[J].鄭州工程學院學報,2001,22(3):40-45.

[6]周元清,周麗清,章新,等.用生物技術(shù)降解木質(zhì)素提高煙梗使用價值初步研究[J].玉溪師范學院學報,2006,22(6):61-63.

[7]殷艷飛,王浩雅,向海英,等.造紙法再造煙葉對卷煙CO釋放量影響的研究進展[J].中國造紙學報,2013,28(2):56-61.

[8]李興波,閻克玉,閻洪洋,等.河南烤煙(40級)細胞壁物質(zhì)含量及規(guī)律性研究[J].鄭州輕工業(yè)學院學報，1999,14(3):27-30.

[9]鞏效偉,陳 興,中曉鋒,等.利用果膠酶改善煙梗內(nèi)在品質(zhì)的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2013,41(15):6889-6891。

[10]閆克玉,閏洪洋,李興波,等.烤煙煙葉細胞壁物質(zhì)的對比分析[J].煙草科技,2005,(10):6-l1.

[11]陶紅,沈光林,趙謀明,等.煙梗的堿處理[J].煙草科技,2009,(4):37-40.

[12]周順,徐迎波,王程輝,等.比較研究纖維素、果膠和淀粉的燃燒行為和機理[J].中國煙草學報,2011,17(5):1-9.

[13]楊志宏,余小斌,徐飛廣,等.催化劑在降低卷煙焦油中的應(yīng)用[J].南昌大學學報(理科版),2007,31(4):374-376.

[14]馬靜,胡群,余江,等.卷煙紙定量對卷煙品質(zhì)的影響[C]//中國煙草學會2005年學術(shù)年會論文集.2005:391-394.

[15]溫洋兵,羅沖,胡惠仁,等.改善造紙法煙草基片松厚度的研究[J].中國造紙,2012,31(4):30-33.

[16]寧敏,周順,徐迎波,等.物理參數(shù)對造紙法再造煙葉紙基熱降解和燃燒特性的影響[J].中國煙草學報,2013,(1):15-20.

[17]詹懷宇.制漿原理與工程[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2009.

[18]楊淑蕙.植物纖維化學[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2006.

[19]王相凡.碳酸鈣加入量對造紙法再造煙葉的影響[J].安徽農(nóng)學通報,2012,18(24):162-166.

Research on factors that in fluence CO and tar deliveries in paper-making process reconstituted tobacco smoke

YIN Yanfei1,MA Xun1,WANG Baoxing1,CHEN Lingfeng2,HAO Mingxian2,LIU Jing1,XIANG Haiying1,WANG Jian1,WANG Haoya1

1 China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Kunming 650106,China;
2 Reconstituted Tobacco Co.,Ltd.,China Tobacco Yunnan Industrial Co.,Ltd.,Kunming 650106,China

Correlation between coating coverage rate and CO and tar delivery in paper-making reconstituted tobacco(PRT)smoke was studied.Effects of stem to scraps ratio,grammage,fibre and filler,content of calcium carbonate on CO and tar delivery were further investigated.Results indicated that:(1)Increasing coatings coverage rate resulted in decreased CO delivery and increased tar delivery;(2)High stem to scraps ratio and unbleached fibre led to a higher CO and tar delivery,which may be due to high content of lignin and pectin in stem and unbleached fibre;(3)Adding calcium carbonate to the sheet base reduced flammable organic matter,thus resulting in lower CO and tar delivery;(4)Decreased grammage or improved filler reduced CO and tar delivery by changing microstructure of sheet base.These methods can be synthetically used to reduce CO and tar delivery in paper-making reconstituted tobacco to ensure product quality and process feasibility.

paper-making process reconstituted tobacco; carbon monoxide(CO); tar

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.05.004

TS411 文獻標志碼：A 文章編號：1004-5708（2014）05-0019-06

云南省科技計劃項目“國內(nèi)外造紙法再造煙葉產(chǎn)品與技術(shù)比較”（2010CD145）；國家煙草專賣局重大專項項目“降低再造煙葉CO的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用研究”（110201201036(ZZ-17)）

殷艷飛(1984－)，碩士，研究實習員，主要從事再造煙葉研究，Email：yingyanfeia@yeah.net

王浩雅(1983－)，助理研究員，主要從事再造煙葉研究，Email:wanghaoya1983@163.com

2013-11-25