卷烟纸钾盐对卷烟燃吸过程的影响

卷烟纸钾盐对卷烟燃吸过程的影响

谢琳

贵州中烟工业有限责任公司

摘要：社会文明飞速发展，人们生活质量在不断提高，消费者的健康和环保意识也在不断增强，烟草行业对烟草的安全性也愈加重视。烟草行业为了保障消费者的健康和安全，已经在烟叶的生产、加工流程、烟纸、包装、过滤嘴以及一些添加香料和保湿剂等领域加大了研究力度。同时，在卷烟降焦减害研究方面不断取得了突破，彰显出了烟草行业的未来。烟草燃烧性能决定卷烟烟气的物质组成及含量差异, 是其理化特征的主要来源之一。通过对烟草添加适量的钾盐，可以对烟草燃烧性能及热解产物成分含量产生一定影响，进而改变烟草的燃烧性能，从而建立卷烟综合燃烧指数评价方法，为卷烟烟气减少有害物质提供科学依据。

关键词：卷烟纸；钾盐；卷烟燃吸

一、卷烟烟气中的有害成分

卷烟烟气中的化学成分达5068种，其中69种为致癌物质，包括一些促癌剂或辅助致癌物。它们是造成吸烟者成瘾和健康损害的罪魁祸首。主要有害物质有尼古丁、焦油、一氧化碳、放射性物质和刺激性化合物。烟草中还含有氰化钾、甲醛、丙烯醛、砷、汞、镉、镍、氨、砒霜和杀虫剂等致命成分。

1、烟碱

烟碱也称尼古丁，室温下为油状液体。烟碱随卷烟烟气进入人体到达大脑所需时间极短。烟碱在人体内将作用于交感神经，使人在短暂的兴奋后会产生抑制。烟碱的作用还在于使吸烟者产生烟瘾。一般来讲，烟叶中烟碱含量越大，吸烟者的吸烟愉悦感则会越强烈。烟碱会对人体的生理产生不可逆的影响，导致人体的生理功能紊乱，新陈代谢不协调。人体中烟碱的含量过高会损坏脑细胞，对中枢神经系统也可能产生严重危害，而且随着含量的增大，对人体的危害也不断增强，累积到一定量时甚至可以致死。

2、稠环芳烃

稠环芳烃（简称“PAH”）是指两个苯环共用两个相邻碳原子的化合物。烟草中稠环芳烃的含量极少，但在高温缺氧条件下，经过一系列自由基反应，如烟草中的植物甾醇、氨基酸、糖等组分会聚合形成稠环芳烃。研究结果表明，在卷烟燃烧的温度达到400℃～600℃时，会产生正构烷烃与烯烃；随着温度的升高，会产生萘；当温度继续升高至 800℃以上时，会产生稠环芳烃。卷烟烟气中已鉴别出多种稠环芳烃，最典型的就是苯并［a］芘（Ba P），因其严重危害而备受重视。另外，其他稠环芳烃如二苯并［a，h］蒽，其危害也不容忽视。

3、亚硝胺

烟草本身含的含氮物质是烟气中产生N－亚硝胺的主要原因。同时烟草特有的亚硝胺类化合物（TSNA）是烟草致癌的首要原因。目前的研究仍然不能证明烟草特有的亚硝胺的具体形成过程，但观点一致认为烟叶中几乎不存在TSNA，而 TSNA是在后续过程中产生。烟草特有的亚硝胺的形成有两种可能方式：一种方式是微生物代谢与降解等作用生成 TSNA；而另一种方式是烟碱与亚硝酸盐或氮氧化物的相互作用生成TSNA。

4、氨

氨是氮和氢的化合物，它具有强烈的刺激气味，在吸烟的过程中，氨受热挥发，几乎全部进入烟气中，他有强烈的刺激性和辛辣味，能够引起吸烟者咳嗽，刺激吸烟者的口腔、鼻腔、喉部，甚至刺激眼睛使吸烟者流泪等，吸入过多还会引起人体中毒。吸烟过程中还会产生大量的自由基，他会消耗人体内的抗氧化剂，产生氧化应激，导致自由基攻击不饱和脂肪酸、蛋白质、氨基酸和 DNA，使之发生变性而产生疾病。

二、卷烟纸钾盐对卷烟燃吸过程的影响

    卷烟纸是一种用于包裹烟丝成为卷烟烟支的专用纸，质量约占烟支总质量的5% 左右。虽然卷烟纸在烟支中所占的重量比例很小，但是卷烟纸的燃烧性能与烟支的燃烧速率、抽吸口数、吸阻、有害物质的释放量等都存在一定关联，影响卷烟的感官特性、抽吸品质和内在质量。卷烟纸中的钾含量是调节卷烟纸燃烧性能的重要参数，向卷烟纸中添加适量钾盐能有效提高卷烟纸的燃烧速率，降低燃烧温度，减少CO、焦油在烟气中的释放量。常用的钾盐助燃剂有柠檬酸钾、酒石酸钾钠、草酸钾、醋酸钾等，研究表明，在一定范围内，随着钾盐的增加，抽吸口数、卷烟主流烟气中的焦油量、CO量、烟碱量、CO焦油均呈现显著下降趋势。

利用微细热电偶采集卷烟燃烧时燃烧锥的气相温度，并对其不同抽吸时刻下温度和升温速率分布进行重构，可以看出，低卷烟纸钾含量的卷烟燃烧锥内部高温区（≥600 ℃）的分布相对集中，且升温速率相对较快，但根据伪彩图难以量化燃烧温度的分布，需进一步分析。经研究发现，卷烟纸钾离子含量为1.73%的卷烟升温速率较低。卷烟纸钾离子含量为 0.41%和 0.80%的卷烟的温度和升温速率差异不大。卷烟外边缘的温度和升温速率一方面受烟丝接触空气氧化放热的影响，另一方面受空气流动的影响。因此，可以推断卷烟纸钾离子含量 1.73%的卷烟，其烟丝燃烧性能明显强于低钾离子含量卷烟。

对不同卷烟纸钾离子含量的卷烟样品进行静态吸阻和逐口动态吸阻测试。经研究可以看出，卷烟样品的静态吸阻基本相同，逐口动态吸阻的平均值随卷烟纸钾离子含量的增加呈上升趋势。结合卷烟燃烧锥不同温度区间的体积数据可以看出，卷烟动态吸阻与燃烧锥 600 ℃以上体积变化趋势一致。由达西定律可知，卷烟吸阻与烟气黏度有关，烟气温度升高会导致烟气黏度增加，从而使卷烟吸阻增加。

添加钾盐使得卷烟纸的热解活化能减小，纤维素结构的裂解温度提前，这将导致卷烟纸空气渗透率增加。因此可以推断，在封闭卷烟滤嘴通风且保证抽吸容量一致时，高卷烟纸钾含量（1.73%）的卷烟由于卷烟纸裂解温度提前以及空气渗透率增加，其在抽吸时燃烧线附近的卷烟边缘处进气量高于低卷烟纸钾含量的卷烟，边缘处的烟丝燃烧更为充分，气相温度和升温速率均较高。而卷烟纸钾含量为 0.80%的卷烟相较于含量为 0.41%的卷烟，同样存在边缘处进气量增加的情况，但同时空气也会带走一部分热量，因此两种卷烟燃烧线附近外边缘的温度和升温速率差异不大。燃烧线附近的卷烟中心由于高钾含量卷烟边缘处进气量高，而燃烧锥处进气量少，燃烧锥最高温度相对较低。同时，随着钾离子含量的增加，抽吸口数及常规化学成分释放量均呈下降趋势。

综上所述，在卷烟燃烧温度领域，研究发现在卷烟中加入硝酸钾和苹果酸钾等金属盐后，卷烟的燃烧温度降低，烟气中的焦油、烟碱和CO的释放量也呈降低趋势。

参考文献：

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谢琳（1988.8—），女，汉族，贵州省贵阳市人，职务：贵州中烟工业有限责任公司技术中心卷烟材料研发，职称：助理工程师，学历：大学本科，研究方向为卷烟材料研发。