凌 軍，杜 宇，張?zhí)鞐?，?興，楊乾栩，蔡 波，周 博

隨著吸煙與健康研究的深入，提高吸煙的安全性已逐漸成為煙草行業(yè)能否繼續(xù)生存與發(fā)展的共同目標(biāo)。圍繞提高卷煙安全性的目標(biāo)，國(guó)內(nèi)外研究者開展了大量的卷煙降焦減害技術(shù)研究，如改進(jìn)卷煙紙透氣度、新型濾棒、減害添加劑、打孔稀釋、膨脹煙絲或梗絲及摻用煙草薄片等技術(shù)，這些降焦減害技術(shù)的研究和應(yīng)用在一定程度上降低了卷煙有害成分的釋放量，提升了卷煙的安全性。在卷煙在線加工減害技術(shù)研究方面，研究的焦點(diǎn)集中在煙葉調(diào)制、打葉復(fù)烤、醇化、制絲等工藝環(huán)節(jié)，上述的每個(gè)加工工藝環(huán)節(jié)均使煙葉經(jīng)歷多次的溫濕度循環(huán)變化，這對(duì)煙葉的物理結(jié)構(gòu)及內(nèi)在化學(xué)成分都產(chǎn)生了巨大的影響，從而也影響其燃燒后的有害物質(zhì)釋放量。因此，如何通過煙葉加工工藝過程的技術(shù)改進(jìn)及工藝參數(shù)優(yōu)化，來保障煙葉或煙絲感官品質(zhì)的同時(shí)，有效降低煙葉或煙絲有害成分釋放量成為煙葉加工工藝研究中的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。本研究將從煙葉調(diào)制、打葉復(fù)烤及醇化、制絲工藝3個(gè)重點(diǎn)加工工藝環(huán)節(jié)，綜述近年來國(guó)內(nèi)外相關(guān)的工藝降焦、減害研究工作，為煙葉加工工藝降焦減害研究工作的深入開展提供一些參考。

1　煙葉調(diào)制減害技術(shù)

煙葉調(diào)制是煙草生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一，開展煙葉調(diào)制工藝技術(shù)研究，進(jìn)一步優(yōu)化煙葉調(diào)制工藝過程，將有助于實(shí)現(xiàn)煙葉在調(diào)制過程中的減害降焦。在煙葉調(diào)制過程中，圍繞降低煙葉有害物質(zhì)釋放量的研究主要是改變烘烤方式及烘烤溫度優(yōu)化方面。

在烘烤方式改進(jìn)方面，雷諾士煙草公司研究人員系統(tǒng)地研究了明火烘烤與熱交換烘烤方式對(duì)煙葉中特有的亞硝銨（TSNA）含量的影響，認(rèn)為煙葉明火烘烤中所用的液化石油氣等燃料燃燒后產(chǎn)生氮氧化合物（NOx）是烤煙TSNA前體物亞硝酸產(chǎn)生的主要來源，將直接烘烤變?yōu)闊峤粨Q式烘烤，可以將TSNA含量降低近 80%［1］。 Williams［2］的研究則認(rèn)為煙草植物在調(diào)制周期中受到微波或較高頻波的輻射處理后，與傳統(tǒng)的調(diào)制煙葉比，其已知的致癌的NNN和NNK的含量幾乎可以忽略不計(jì)。魏玉玲等［3］研究也認(rèn)為經(jīng)微波處理的煙葉NNN含量低于0.15μg／g，甚至低于 0.05 μg／g；NNK 含量低于 0.002 μg／g，甚至低于 0.000 5 μg／g。Remer［4］研究表明，煙葉經(jīng)過紫外線輻射或超聲波輻射處理，焦油量降低。

烘烤溫濕度優(yōu)化方面，李常軍等［5］認(rèn)為高溫或低濕的變黃條件都導(dǎo)致硝酸還原酶的存活時(shí)間縮短，減少了硝酸鹽向亞硝酸鹽的轉(zhuǎn)化。張樹堂等［6］的研究也認(rèn)同這一觀點(diǎn)。川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司［7，8］研究了烘烤溫濕度與氨及苯并芘釋放量的關(guān)系，研究表明，適當(dāng)選擇烘烤溫濕度能有效降低煙葉燃燒后的焦油、氨及苯并芘等有害成分釋放量。另外，萬里興［9］在煙葉烘烤變黃以后，采用液氮冷凍干燥技術(shù)把煙葉溫度降低到－28℃，使煙葉細(xì)胞水分結(jié)冰，然后通過冰升華實(shí)現(xiàn)煙葉干燥，所得煙葉體積增大，填充能力提高，燃燒性增強(qiáng)，從而大大減少煙葉燃燒過程焦油的生成量。

2　打葉復(fù)烤及醇化減害技術(shù)

打葉復(fù)烤及醇化是將調(diào)制后的初烤煙葉由農(nóng)業(yè)等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)等級(jí)的重要加工工藝過程。打葉復(fù)烤及醇化過程中，溫濕度等環(huán)境條件的劇烈變化，均可能影響煙葉內(nèi)在化學(xué)成分尤其是一些有害物質(zhì)或其前體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而影響煙葉在燃燒過程中的部分有害物質(zhì)的釋放量［10－12］。在打葉復(fù)烤過程中，不同工序?qū)熑~燃燒后有害成分釋放量影響大小各不相同，而影響較大的主要是一潤(rùn)、二潤(rùn)及復(fù)烤環(huán)節(jié)。楊杰等［13］考察了煙片復(fù)烤、一次潤(rùn)葉、二次潤(rùn)葉工序?qū)頍熤髁鳠煔庵饕宇愇镔|(zhì)的影響。川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司［14］在一潤(rùn)、二潤(rùn)工序后增加熱風(fēng)潤(rùn)葉工序，在保持卷煙風(fēng)格的前提下，可以有效降低煙氣中苯酚釋放量。王鵬等［15］研究表明，一潤(rùn)和煙片復(fù)烤兩個(gè)工序?qū)Σ煌燃?jí)煙葉氨和一氧化碳的釋放量影響更加明顯。紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司［16］根據(jù)加工煙葉部位，調(diào)節(jié)熱、濕蒸汽閥，分別控制一潤(rùn)煙葉的溫度和含水率，有效降低了卷煙煙氣中NH3釋放量，降低幅度為30%以上。陳昆燕等［17］研究了打葉復(fù)烤各工序卷煙主流煙氣氫氰酸、苯并［a］芘和巴豆醛釋放量，認(rèn)為一潤(rùn)工序較處理前大幅度提高了上部煙葉氫氰酸釋放量；二潤(rùn)工序與一潤(rùn)工序相比，下部煙葉苯并［a］芘釋放量降低 9.36%；復(fù)烤工序與二潤(rùn)工序相比，下部煙葉巴豆醛釋放量降低14.96%，中部煙葉苯并［a］芘釋放量降低 17.29%。因此，通過控制和優(yōu)化一潤(rùn)、二潤(rùn)及復(fù)烤環(huán)節(jié)的加工工藝條件，可以有效控制部分有害物質(zhì)釋放量。

在復(fù)烤片煙的醇化階段，研究者主要通過改變煙葉醇化環(huán)境及添加醇化劑的方式，一方面提升煙葉醇化后的品質(zhì)，另一方面降低有害物質(zhì)及其前體物質(zhì)的含量。改變煙葉醇化環(huán)境方面，Brenik等［18］發(fā)現(xiàn)在煙葉醇化過程中通入氧氣含量超過25%的空氣方式來控制煙葉發(fā)酵的環(huán)境，在與對(duì)照時(shí)間相同的情況下，采用該方式能夠有效降低煙堿含量、減少凝聚物含量及有害物質(zhì)殘留。在添加醇化劑方面，主要是通過添加含一些特定微生物或酶制劑的料液作為醇化劑，依靠微生物及酶制劑的代謝或降解作用，達(dá)到降低有害物質(zhì)或其前體物質(zhì)含量的目的。Ruan等［19］篩選獲得能夠有效降解煙堿的細(xì)菌（Pseudomonas sp.HF－1），能用于煙葉醇化。張曉兵等［20］認(rèn)為加料復(fù)烤再放置3～6個(gè)月，感官質(zhì)量得到改善，且大多數(shù)加料煙葉樣品焦油及煙堿的下降幅度明顯大于未加料樣品。川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司［21］在復(fù)烤后的煙葉中添加一種生物制劑水溶液作為醇化劑，在煙葉醇化過程中可以有效提高煙葉原料中氨的降解與轉(zhuǎn)化，降低了卷煙煙氣中氨釋放量。謝勇［22］制備了一種復(fù)合酶制劑，在打葉復(fù)烤二潤(rùn)添加復(fù)合酶制劑，經(jīng)過2個(gè)月的醇化后，使煙葉煙氣焦油降低5.1%、煙堿降低28%。從現(xiàn)有研究結(jié)果來看，醇化的環(huán)境因素在煙葉醇化過程中起重要作用，尤其對(duì)于一些區(qū)域環(huán)境特性較為突出的煙區(qū)，如中國(guó)的云南省，如能對(duì)不同醇化條件、存放位置等做進(jìn)一步的研究，將為提升煙葉醇化技術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)［23］。

3　制絲工藝減害技術(shù)

煙葉制絲工藝過程分為葉片預(yù)處理及切葉烘絲工段，在預(yù)處理及切葉烘絲工段中，松散回潮、切絲烘絲工段的切絲工序、葉絲膨脹及烘絲工序、儲(chǔ)絲時(shí)間等工藝過程對(duì)煙絲內(nèi)在化學(xué)成分有較大的影響，從而影響葉絲燃燒后有害物質(zhì)釋放量。因此，煙葉制絲工藝過程中各重點(diǎn)工序參數(shù)優(yōu)化及膨脹技術(shù)改進(jìn)成為制絲工藝過程中控制煙絲有害成分釋放量的重要手段［24－27］。

在制絲工藝參數(shù)優(yōu)化方面，工藝研究人員主要考察了重點(diǎn)工序參數(shù)及其組合優(yōu)化對(duì)卷煙主流煙氣7種成分釋放量的影響，對(duì)開展卷煙制絲工藝減害工作具有很好的參考價(jià)值［28，29］。 唐士軍等［30］、陳昆燕等［31］、薛芳等［32］研究了微波松散、松散回潮、切葉絲、葉絲干燥4個(gè)重點(diǎn)工序?qū)χ髁鳠煔庵邪投谷?、苯酚和CO釋放量的影響，通過優(yōu)化HT＋烘絲工序工藝參數(shù)組合，使主流煙氣中苯酚釋放量較正常產(chǎn)品降低19.90%。 Xue 等［33］研究微波松散工藝參數(shù)的優(yōu)化應(yīng)用，有效降低了主流煙氣中7種成分CO、HCN、NNK、NH3、B［a］P、苯酚、巴豆醛的釋放量。 邱玉春等［34］研究了切絲寬度對(duì)卷煙主流煙氣中7種Hoffmann成分釋放量的影響，在考察的切絲寬度范圍內(nèi)，隨著切絲寬度的增加，煙氣中CO、HCN和苯酚逐漸下降，NH3逐步上升，NNK 和 B［a］P先上升后下降，兼顧卷煙品質(zhì)和卷煙減害，最佳切絲寬度為0.95 mm。 林艷等［35］研究也表明，適當(dāng)增加切絲寬度有利于降低主流煙氣中CO的釋放量。

在膨脹技術(shù)改進(jìn)方面，主要是采用氣流式干燥設(shè)備替代傳統(tǒng)的滾筒烘絲設(shè)備。目前，氣流式干燥設(shè)備主要有英國(guó)DICKSON－LEGG公司的HXD、德國(guó)HAUNI公司的HDT、意大利COMAS公司的CTD以及國(guó)產(chǎn)的SH94等型號(hào)。與滾筒式烘絲設(shè)備相比，氣流式干燥設(shè)備處理后的煙絲較滾筒處理煙絲，葉絲的膨脹率和填充值都有較大幅度的提高，改善了卷煙的燃燒性，同時(shí)也能降低主流煙氣中部分有害物質(zhì)的釋放量［36］。 寇明鈺等［37］研究了氣流烘絲參數(shù)對(duì)卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量的影響。馬宇平［38］對(duì)葉絲在HXD上的膨脹效果進(jìn)行了試驗(yàn)，研究表明HXD可提高葉絲膨脹率，并隨著氣流干燥溫度的提高，卷煙煙氣焦油呈下降趨勢(shì)。川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司等［39－44］對(duì) HDT烘絲機(jī)進(jìn)行參數(shù)組合調(diào)整，達(dá)到了降低卷煙主流煙氣中有害成分釋放量的目的。通過對(duì)SH94工藝參數(shù)進(jìn)行組合調(diào)整，有效降低了卷煙主流煙氣中的苯酚、氨、苯并芘及NNK的釋放量。

4　其他工藝減害研究

除了傳統(tǒng)的煙葉加工減害工藝技術(shù)外，國(guó)內(nèi)外研究者還通過采用超臨界CO2技術(shù)、溶劑處理、煙葉激光打孔、低溫處理等工藝技術(shù)來處理煙葉或煙絲，以實(shí)現(xiàn)降低主流煙氣有害成分釋放量的目的。喻世濤等［45］采用超臨界萃取處理煙絲使焦油率降低25.77%， 煙堿率降低 54.14%，CO 率降低 12.04%。Krukonis［46］采用超臨界處理煙絲，有效降低亞硝胺和稠環(huán)芳烴，其中亞硝胺去除率最高達(dá)到95%，稠環(huán)芳烴去除率也達(dá)到77%。田海英等［47］采用亞臨界萃取技術(shù)處理卷煙煙絲，使苯酚、HCN、氨、CO和苯并芘的釋放量都明顯下降。河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司［48］利用煙草減害處理溶劑破壞煙草細(xì)胞的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使部分蛋白質(zhì)、銨鹽、氨基酸等含氮物質(zhì)組分溶出，從而使煙草燃燒時(shí)形成的氨的前體物質(zhì)減少，降低有害成分的釋放量。湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司［49］對(duì)煙葉激光打孔的孔直徑在 0.05～0.30 mm，孔與孔的間距在 2.0～10.0 mm，激光所打的微孔均勻分布，可有效增加煙絲和空氣的接觸面積，保障煙絲的充分燃燒，使焦油和CO同時(shí)有效地降低。徐安傳等［50］將生產(chǎn)線上剛加完香的成品煙絲分別在0、－5、－10、－15、－20 ℃下放置 10、20 和 30 min， 有效降低了處理煙絲卷煙主流煙氣中的CO釋放量。

5　展望

盡管國(guó)內(nèi)外煙草研究者對(duì)調(diào)制、打葉復(fù)烤及醇化、制絲等重點(diǎn)加工工藝環(huán)節(jié)的減害技術(shù)做了大量的研究，取得了一些有益的成果，對(duì)卷煙安全性的提高起到了重要作用。但是從分析結(jié)果來看，仍有一些需要做進(jìn)一步研究。從煙葉調(diào)制方面來看，研究者在調(diào)制過程中研究較多的是亞硝胺在煙葉調(diào)制前后的變化，對(duì)于一些有害成分，如CO、苯酚、巴豆醛、HCN等方面研究較少，且對(duì)調(diào)制過程中有害成分含量或燃燒釋放量變化機(jī)理研究仍有待深入。在打葉復(fù)烤及醇化方面，從選用的微生物及酶制劑來看，含微生物或酶制劑的醇化劑在復(fù)烤片煙醇化期中對(duì)煙葉內(nèi)在化學(xué)成分有一定的影響作用，但煙葉醇化過程中的濕度和溫度對(duì)這種作用過程影響較為顯著。因此，選擇在耐旱條件下生存的極端微生物和耐高溫酶將成為未來復(fù)烤加料醇化的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在制絲工藝方面，研究人員對(duì)工藝參數(shù)的組合做了大量研究，優(yōu)化了煙葉制絲工藝過程，但在參數(shù)變化影響有害成分釋放量的作用過程研究尚不清晰；在氣流式干燥設(shè)備應(yīng)用方面，氣流式干燥設(shè)備處理后的煙絲在降低部分有害成分釋放量方面具有較好的應(yīng)用效果，但在實(shí)際生產(chǎn)中存在不少問題，如煙絲剛過料或過料快結(jié)束時(shí)煙絲流量較小，出現(xiàn)“干頭干尾”現(xiàn)象，而且氣流干燥煙絲在香味成分減少、感官質(zhì)量下降等問題都限制了氣流干燥煙絲在葉組配方中的應(yīng)用比例。因此，進(jìn)一步改進(jìn)氣流烘絲設(shè)備，優(yōu)化氣流干燥烘絲機(jī)的工藝參數(shù)，提升氣流干燥煙絲的感官品質(zhì)將成為今后氣流式烘絲干燥研究的重點(diǎn)。

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［41］川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司.采用HDT降低卷煙巴豆醛釋放量的烘絲工藝方法［P］.中國(guó)專利：CN 201310131937.8，2013－04－16.

［42］川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司.采用SH94降低卷煙苯酚釋放量的烘絲工藝方法［P］.中國(guó)專利：CN 201310132199.9，2013－04－16.

［43］川渝中煙工業(yè)有限責(zé)任公司.采用SH94降低卷煙氨和BaP釋放量的烘絲工藝方法［P］.中國(guó)專利：CN 201310377375.5，2013－08－26.

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