煙葉加工工藝過程中的降焦減害技術研究

凌 軍，杜 宇，張天棟，陳 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能否繼續生存與發展的共同目標。圍繞提高卷煙安全性的目標，國內外研究者開展了大量的卷煙降焦減害技術研究，如改進卷煙紙透氣度、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，這些降焦減害技術的研究和應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研究方面，研究的焦點集中在煙葉調制、打葉復烤、醇化、制絲等工藝環節，上述的每個加工工藝環節均使煙葉經歷多次的溫濕度循環變化，這對煙葉的物理結構及內在化學成分都產生了巨大的影響，從而也影響其燃燒后的有害物質釋放量。因此，如何通過煙葉加工工藝過程的技術改進及工藝參數優化，來保障煙葉或煙絲感官品質的同時，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和重點。本研究將從煙葉調制、打葉復烤及醇化、制絲工藝3個重點加工工藝環節，綜述近年來國內外相關的工藝降焦、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　煙葉調制減害技術

煙葉調制是煙草生產的關鍵技術環節之一，開展煙葉調制工藝技術研究，進一步優化煙葉調制工藝過程，將有助于實現煙葉在調制過程中的減害降焦。在煙葉調制過程中，圍繞降低煙葉有害物質釋放量的研究主要是改變烘烤方式及烘烤溫度優化方面。

在烘烤方式改進方面，雷諾士煙草公司研究人員系統地研究了明火烘烤與熱交換烘烤方式對煙葉中特有的亞硝銨（TSNA）含量的影響，認為煙葉明火烘烤中所用的液化石油氣等燃料燃燒后產生氮氧化合物（NOx）是烤煙TSNA前體物亞硝酸產生的主要來源，將直接烘烤變為熱交換式烘烤，可以將TSNA含量降低近 80%［1］。 Williams［2］的研究則認為煙草植物在調制周期中受到微波或較高頻波的輻射處理后，與傳統的調制煙葉比，其已知的致癌的NNN和NNK的含量幾乎可以忽略不計。魏玉玲等［3］研究也認為經微波處理的煙葉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。

烘烤溫濕度優化方面，李常軍等［5］認為高溫或低濕的變黃條件都導致硝酸還原酶的存活時間縮短，減少了硝酸鹽向亞硝酸鹽的轉化。張樹堂等［6］的研究也認同這一觀點。川渝中煙工業有限責任公司［7，8］研究了烘烤溫濕度與氨及苯并芘釋放量的關系，研究表明，適當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把煙葉溫度降低到－28℃，使煙葉細胞水分結冰，然后通過冰升華實現煙葉干燥，所得煙葉體積增大，填充能力提高，燃燒性增強，從而大大減少煙葉燃燒過程焦油的生成量。

2　打葉復烤及醇化減害技術

打葉復烤及醇化是將調制后的初烤煙葉由農業等級轉變為工業等級的重要加工工藝過程。打葉復烤及醇化過程中，溫濕度等環境條件的劇烈變化，均可能影響煙葉內在化學成分尤其是一些有害物質或其前體物質的轉化，從而影響煙葉在燃燒過程中的部分有害物質的釋放量［10－12］。在打葉復烤過程中，不同工序對煙葉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、二潤及復烤環節。楊杰等［13］考察了煙片復烤、一次潤葉、二次潤葉工序對卷煙主流煙氣主要酚類物質的影響。川渝中煙工業有限責任公司［14］在一潤、二潤工序后增加熱風潤葉工序，在保持卷煙風格的前提下，可以有效降低煙氣中苯酚釋放量。王鵬等［15］研究表明，一潤和煙片復烤兩個工序對不同等級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）有限責任公司［16］根據加工煙葉部位，調節熱、濕蒸汽閥，分別控制一潤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，認為一潤工序較處理前大幅度提高了上部煙葉氫氰酸釋放量；二潤工序與一潤工序相比，下部煙葉苯并［a］芘釋放量降低 9.36%；復烤工序與二潤工序相比，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，通過控制和優化一潤、二潤及復烤環節的加工工藝條件，可以有效控制部分有害物質釋放量。

在復烤片煙的醇化階段，研究者主要通過改變煙葉醇化環境及添加醇化劑的方式，一方面提升煙葉醇化后的品質，另一方面降低有害物質及其前體物質的含量。改變煙葉醇化環境方面，Brenik等［18］發現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酵的環境，在與對照時間相同的情況下，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，達到降低有害物質或其前體物質含量的目的。Ruan等［19］篩選獲得能夠有效降解煙堿的細菌（Pseudomonas sp.HF－1），能用于煙葉醇化。張曉兵等［20］認為加料復烤再放置3～6個月，感官質量得到改善，且大多數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。川渝中煙工業有限責任公司［21］在復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化，降低了卷煙煙氣中氨釋放量。謝勇［22］制備了一種復合酶制劑，在打葉復烤二潤添加復合酶制劑，經過2個月的醇化后，使煙葉煙氣焦油降低5.1%、煙堿降低28%。從現有研究結果來看，醇化的環境因素在煙葉醇化過程中起重要作用，尤其對于一些區域環境特性較為突出的煙區，如中國的云南省，如能對不同醇化條件、存放位置等做進一步的研究，將為提升煙葉醇化技術奠定良好的基礎［23］。

3　制絲工藝減害技術

煙葉制絲工藝過程分為葉片預處理及切葉烘絲工段，在預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、儲絲時間等工藝過程對煙絲內在化學成分有較大的影響，從而影響葉絲燃燒后有害物質釋放量。因此，煙葉制絲工藝過程中各重點工序參數優化及膨脹技術改進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］。

在制絲工藝參數優化方面，工藝研究人員主要考察了重點工序參數及其組合優化對卷煙主流煙氣7種成分釋放量的影響，對開展卷煙制絲工藝減害工作具有很好的參考價值［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個重點工序對主流煙氣中巴豆醛、苯酚和CO釋放量的影響，通過優化HT＋烘絲工序工藝參數組合，使主流煙氣中苯酚釋放量較正常產品降低19.90%。 Xue 等［33］研究微波松散工藝參數的優化應用，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，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。

在膨脹技術改進方面，主要是采用氣流式干燥設備替代傳統的滾筒烘絲設備。目前，氣流式干燥設備主要有英國DICKSON－LEGG公司的HXD、德國HAUNI公司的HDT、意大利COMAS公司的CTD以及國產的SH94等型號。與滾筒式烘絲設備相比，氣流式干燥設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，同時也能降低主流煙氣中部分有害物質的釋放量［36］。 寇明鈺等［37］研究了氣流烘絲參數對卷煙主流煙氣7種有害成分釋放量的影響。馬宇平［38］對葉絲在HXD上的膨脹效果進行了試驗，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。川渝中煙工業有限責任公司等［39－44］對 HDT烘絲機進行參數組合調整，達到了降低卷煙主流煙氣中有害成分釋放量的目的。通過對SH94工藝參數進行組合調整，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

除了傳統的煙葉加工減害工藝技術外，國內外研究者還通過采用超臨界CO2技術、溶劑處理、煙葉激光打孔、低溫處理等工藝技術來處理煙葉或煙絲，以實現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芳烴，其中亞硝胺去除率最高達到95%，稠環芳烴去除率也達到77%。田海英等［47］采用亞臨界萃取技術處理卷煙煙絲，使苯酚、HCN、氨、CO和苯并芘的釋放量都明顯下降。河南中煙工業有限責任公司［48］利用煙草減害處理溶劑破壞煙草細胞的細胞壁結構，使部分蛋白質、銨鹽、氨基酸等含氮物質組分溶出，從而使煙草燃燒時形成的氨的前體物質減少，降低有害成分的釋放量。湖北中煙工業有限責任公司［49］對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同時有效地降低。徐安傳等［50］將生產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

盡管國內外煙草研究者對調制、打葉復烤及醇化、制絲等重點加工工藝環節的減害技術做了大量的研究，取得了一些有益的成果，對卷煙安全性的提高起到了重要作用。但是從分析結果來看，仍有一些需要做進一步研究。從煙葉調制方面來看，研究者在調制過程中研究較多的是亞硝胺在煙葉調制前后的變化，對于一些有害成分，如CO、苯酚、巴豆醛、HCN等方面研究較少，且對調制過程中有害成分含量或燃燒釋放量變化機理研究仍有待深入。在打葉復烤及醇化方面，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烤片煙醇化期中對煙葉內在化學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烤加料醇化的一個研究熱點。在制絲工藝方面，研究人員對工藝參數的組合做了大量研究，優化了煙葉制絲工藝過程，但在參數變化影響有害成分釋放量的作用過程研究尚不清晰；在氣流式干燥設備應用方面，氣流式干燥設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用效果，但在實際生產中存在不少問題，如煙絲剛過料或過料快結束時煙絲流量較小，出現“干頭干尾”現象，而且氣流干燥煙絲在香味成分減少、感官質量下降等問題都限制了氣流干燥煙絲在葉組配方中的應用比例。因此，進一步改進氣流烘絲設備，優化氣流干燥烘絲機的工藝參數，提升氣流干燥煙絲的感官品質將成為今后氣流式烘絲干燥研究的重點。

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