卷烟纸特性对卷烟主流烟气中氨的影响

卷烟纸特性对卷烟主流烟气中氨的影响摘要：本文研究了卷烟纸透气度、卷烟纸克重、卷烟纸亚麻配比、卷烟纸助燃剂类型及助燃剂含量对卷烟主流烟气中氨的影响，结果发现：1)卷烟纸助燃剂含量、卷烟纸透气度和卷烟纸助燃剂类型对卷烟主流烟气中氨的影响具有显著的线性规律。提高卷烟纸透气度卷烟纸助燃剂含量和钾盐的比例，均有利于降低卷烟主流烟气中氨；2）卷烟纸克重和亚麻配比对卷烟主流烟气中氨的影响无显著的线性规律。关键词：氨；透气度；亚麻配比；助燃剂氨是烟草天然成分，由于用于卷烟中的烟草是呈酸性的，所以烟草中的氨以质子形式存在，即以烟草中天然羧酸的铵盐形式存在，否则会挥发逸失。卷烟经燃吸后，氨在烟气气相和粒相中都有存在，卷烟主流烟气中氨含量虽然远低于烟草,但直接作用于人体[1-2]。卷烟烟气中的氨来源于烟草及其它辅助材料中的含氮化合物,包括蛋白质、氨基酸、硝酸盐、铵盐、酰胺、生物碱及含氮杂环化合物[3],适宜的含氮化合物含量可以保持烟气适当的生理强度和浓度,但过高的含氮化合物含量不仅使烟气粗糙,产生焦糊味,而且会产生大量有害成分,在卷烟抽吸过程中,这些含氮化合物会不同程度地产生氨。氨不仅影响卷烟的吃味,还会刺激人体的视觉及呼吸系统,长期吸入会对人体造成较严重的危害。因此氨是卷烟主流烟气中公认的一种主要有害成分。卷烟纸属于薄页纸，一般定量在26-32g/m2之间，作为卷烟辅助材料，在烟草工业中占有较重要的地位[4-6]。卷烟纸占卷烟烟支重量的5%，由于它直接参与燃烧，可通过控制烟支的燃烧性和对烟气的稀释作用，来影响卷烟的燃烧性、香味和焦油产生量，以及其他的烟气有害成分如一氧化碳的变化[7-9]。卷烟纸透气度、定量、助燃剂含量对卷烟烟气常规指标的影响以往已有不少研究[10-11]。然而，关于卷烟纸特性对卷烟主流氨的系统性影响程度的文献未见报道，本文通过研究卷烟纸透气度、卷烟纸克重、卷烟纸亚麻配比、卷烟纸助燃剂类型及助燃剂含量对卷烟主流烟气氨释放量的影响，为低危害卷烟卷烟纸设计参数的优化选择提供有力的支持。试验仪器和材料水中氨离子标准溶液（分析纯，中国计量科学研究院）、甲烷磺酸（纯度99%，Acros）、浓盐酸（分析纯，广东汕头西陇化工厂）；卷烟样品(烟支64mm+滤嘴20mm，由福建中烟提供)，卷烟纸参数变化如表1所示。离子色谱仪、戴安ED-50电导检测器、戴安CSRS-Ⅱ抑制器、戴安IonpacCS12A阳离子交换分析柱、戴安IonpacCG12A阳离子交换预柱(美国戴安公司)、70mL打孔气体吸收瓶（上海讯宏仪器公司）；SM400直线型吸烟机(英国Filtrona公司)；AG104电子天平(感量0.0001g，瑞士Mettler2Toledo仪器公司)；Human型超纯水系统(Pgeneral公司)。1.2试验方法1.2.1烟气的捕集将样品卷烟在温度（22+1）℃、相对湿度60%+2%条件下平衡48小时，然后根据重量选出合适烟支。在温度（22+2）℃、相对湿度60%+5%条件下，用SM-400吸烟机按照YC/T29-1996规定的标准条件抽吸卷烟，每个孔道抽吸4支卷烟，连接装有25ml0.005NHCl吸收液的吸收瓶在捕集器和抽吸筒之间，用剑桥滤片和吸收瓶捕集卷烟主流烟气。1.2.2测试样品的制备将1张捕集有粒相物的剑桥滤片折叠放入100ml锥形瓶中，准确加入25ml0.005NHCl萃取，室温下振荡40分钟，静置5分钟。准确移取5ml萃取液和5ml吸收液至25mL容量瓶中，用0.005NHCl稀释定容至刻度。取2mL稀释溶液，经0.45μm微孔滤膜过滤，滤液进行离子色谱分析（处理好的样品必须在冷藏条件下2天内进行分析），采用对照标样与烟气样品色谱峰的保留时间进行定性，外标法定量。1.2.3离子色谱条件流动相A:0.05mol/L甲烷磺酸；流动相B:水；流速：1.2mol/L；进样量：25μL;柱温：30oC;抑制器电流：90mA。梯度条件见表2。表2淋洗液梯度洗脱程序2结果和分析2.1标样及样品色谱图在选定的试验条件下，获得的标样及样品色谱图见图1。图1表明，标准溶液及样品光谱峰均分离良好，且峰形好，可以进行定量分析。time(min)图1离子色谱氨检测图谱2.2卷烟纸对卷烟主流烟气氨的影响2.2.1卷烟纸助燃剂含量对卷烟主流烟气氨的影响助燃剂含量一般为卷烟纸重量的0.5％～2％，其含量虽少，但可通过添加助燃剂降低燃烧热解的初始温度，降低卷烟在燃烧过程中产生的有害气体[8]。实验考查了不同含量的柠檬酸钾对卷烟主流烟气氨的影响，实验结果（图2）表明：随着卷烟纸中有机钾含量的增加，主流烟气中氨的含量显著下降。添加有机钾盐能使有机物热解初始温度比未加钾盐时有所降低，同时使冷凝在燃烧区后端的部分总粒相物不能完全气化，烟草高温燃烧中发生的许多热解、合成反应将不能发生，从而抑制烟气中氨的产生。2.2.2卷烟纸助燃剂类型对卷烟主流烟气氨的影响作为助燃剂的柠檬酸钾和柠檬酸钠，虽然两种盐性质相似，但效果却有较大区别，钾盐性质更为活泼，助燃效果更好。Owens[12]研究显示，助燃剂阴离子相同时阳离子对焦油的影响不同。刘志华[13]等人研究不同碱金属柠檬酸混合助燃剂对焦油和CO的影响，发现增加钾盐比例，减小钠盐比例，可以降低烟气焦油和CO的生成。本实验固定助燃剂的含量（以无水柠檬酸根计）为2.8%，考察不同比例的柠檬酸钾和柠檬酸钠对卷烟主流烟气氨的影响。实验结果表明：随着柠檬酸钾比例的降低，烟气中氨的释放量显著增加。2.2.3卷烟纸亚麻配比对卷烟主流烟气氨的影响使用麻浆卷烟纸的卷烟燃烧后木质气较少，在卷烟的香气透发、余味纯净上更能反映卷烟本来的味道，因此卷烟产品使用麻浆卷烟纸的比例越来越大，尤其是中高档卷烟。开展亚麻配比与卷烟烟气指标的研究，已成为烟草行业研究的一个热点。本实验考察了卷烟纸不同亚麻配比对烟气氨的影响。图4实验数据表明：在克重、透气度和助燃剂类型不变的条件下，亚麻浆配比为0%，25%，75%时，主流烟气中的氨变化不大。2.2.4卷烟纸克重对卷烟主流烟气氨的影响近几年，国内外卷烟纸的定量普遍有所升高，较高定量的卷烟纸卷制香烟后可取得较好的外观效果，烟支不透明性好、挺度好[14]。本实验考查了卷烟纸克重对卷烟烟气氨的影响，实验结果表明：当卷烟纸克重从28g/m2增加至32g/m2时，卷烟烟气中氨的释放量略有下降。其原因是高定量的卷烟纸在组织结构上变得疏松、均匀、自然孔隙度好，燃烧性变好[10]。2.2.5卷烟纸透气度对卷烟主流烟气氨的影响卷烟纸透气度的大小直接影响烟支的燃烧性,同时也影响着卷烟烟气的稀释度,从而影响主流烟气中氨的释放量。由图5可见:随着卷烟纸透气度的提高，卷烟烟气被稀释，烟气中的氨呈现出下降的趋势。卷烟纸透气度是影响卷烟纸内在质量的重要指标之一,适当提高透气度有利于降低烟气中的氨。3结论1）卷烟纸助燃剂含量、透气度和卷烟纸助燃剂类型对卷烟主流烟气中氨的影响具有显著的线性规律。提高卷烟纸助燃剂含量和是钾盐的含量，均有利于降低卷烟主流烟气中氨；2）卷烟纸克重和亚麻配比对卷烟主流烟气中氨的影响无显著的线性规律。3）调整和改善卷烟纸使之在理化方面与烟丝协同作用，对燃烧过程产生积极影响，从而降低卷烟烟气有害成分，将是卷烟纸未来研究和发展的重要方向。参考文献[1]TsoT.C.,Production,Physiology,andBiochemistryofTobaccoPlant,IDEALS,Inc.,Beltsville,MD,1991,pp.523-526[2]KallianosA.G.,Phenolicsandacidsinleafandtheirrelationshiptosmokequalityandaroma.RecentAdv.Tob.Sci.1976,2:61-79[3]朱晓兰等，用分光光度法测定烟叶中的氨，烟草科技，1998，3：21-23[4]李梁.烟草工业用纸的发展现状[J].黑龙江造纸,2006,34(3):30-32.[5]梅志亮,卷烟辅助材料研究进展[M].北京:中国轻工业出版社,1999.[6]徐信国,低焦油卷烟研制的理论与技术[M].北京:中国轻工业出版社,1998.[7]王巨波,施正锐,对国内卷烟纸生产的几点看法[J].浙江造纸,1994,16(2):13-16.[8]谢兰英,刘淇,卷烟纸降低卷烟烟气有害成分的研究进展[J].纸和造纸,2008,29(4):33-35.[9]李春,向能军,沈宏林,高茜,赵逸云,卷烟纸对卷烟烟气有害物质的影响[J].光谱实验室,2009,26(6):1464-1468[10]邵霁.卷烟纸对卷烟降低焦油的作用和影响[J].浙江造纸,2007,1:13-15.[11]周春平,等.用正交试验方法分析卷烟纸特性对卷烟主流烟气指标的影响.中国烟草学会工业专业委员会2009年烟草工艺学术研讨会论文集[M].185-190.[12]金闻博,戴亚,横田拓,等.烟草化学[M].北京:清华大学出版社,2000.[13]刘志华,崔凌,缪明明,朱自忠,胡群.柠檬酸钾钠混合盐助燃剂对卷烟主流烟气的影响.烟草科技,2008,257(12):10-13[14]王世刚.应用卷烟纸降低香烟焦油量的工艺措施.黑龙江造纸,2005,33:53-55.