凹凸棒石對卷煙焦油、有害物質和吃味的影響

王興國教授江南大學食品學院

研究背景江蘇省科技攻關項目：煙草專用凹凸棒石添加劑研究與開發（HB2004380）專利：凹凸棒石在煙草工業中作煙絲添加劑和/或過濾嘴添加劑（公開號CN1528214A）發表的文章：凹凸棒石在煙濾嘴中的應用研究

煙草科技，2003年第1期，凹凸棒石吸附劑對煙氣有害成分的影響煙草科技，2004年第10期報告內容一凹凸棒石簡介二研究內容卷煙濾嘴中添加凹凸棒石的研究煙絲中添加凹凸棒石的研究三研究結論凹凸棒石介紹

凹凸棒石又名坡縷石或坡縷縞石，是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物。1862年薩夫欽科發現于蘇聯烏拉爾，1913年，費父斯曼根據所發現的礦區把它命名為Palygorskite。后來在美國佐治亞洲的Attapulgus地區和法國的莫爾摩隆地區的漂白土中也發現了該種礦物，并由第拉白連特1935年采用Attapulgite之名。1976年，中國學者許冀泉根據凹凸堡之音同時兼顧該礦的晶體結構特征，譯成“凹凸棒石”，近年來在國內傳用。

80年代初，在中國江蘇省盱眙地區首次發現凹凸棒石粘土礦，其晶體形狀為棒狀、纖維狀、針狀，長0.5-5微米，寬0.05-0.15微米,為2:1型粘土礦物,即兩層硅氧四面體,一層鋁氧八面體。在內蒙古、四川、山東、貴州、甘肅、新疆和湖南等地也相繼發現了凹凸棒石粘土。目前，我國凹凸棒石粘土生產和加工企業集中在江蘇和安徽兩個資源富集的產地。據統計，到2001年底，全國凹凸棒石粘土銷售量達15萬噸左右。凹凸棒土結構凹凸棒石元素組成凹凸棒石的理論化學式和化學成分凹凸棒石晶體的理論化學式為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O凹凸棒石的化學成分質量分數為SiO253.61%，Al2O39.29%，Fe2O33.1%，TiO20.39%，MgO13.20%，CaO0.2%，Na2O0.04%，K2O0.25%，H2O19.8%

凹凸棒石粘土細微結構凹凸棒石石粘土DSC-TGA凹凸棒石石參與反反應的機機理凹凸棒石石對具極極性基團團的有機機物吸附附能力較較強，吸吸附機理理在于凹凹凸棒石石特殊的的結構所所導致的的對外電電荷局部部不平衡衡而產生生出電吸吸附作用用凸棒石晶晶體中Si4+、Mg2+可被Fe2+、Fe3+、Al3+替代，，使凹凸凸棒石帶帶少量負負電荷，，離子交交換吸附附陽離子子凹凸棒石石由無數數平行管管狀孔道道組合而而成，結結晶水位位于孔道道表面，，結晶水水分子易易和進入入孔道的的吸附質質形成氫氫鍵，因因而孔道道表面有有許多活活性吸附附點，并并優先吸吸附極性性分子凹凸棒土土的安全全性項目及指標要求計量單位檢測結果單項判定水分≤12.0%5.0合格重金屬%砷≤0.0005%<0.0005合格汞≤0.0005%<0.0005合格鉛≤0.005%<0.005合格游離酸（以H2SO4計）≤0.20%0.09合格安全性卷煙降焦焦大大勢所所趨焦油是由由多種烴烴類及烴烴的氧化化物、硫硫化物和和氮化物物等復雜雜物質混混合而成成的粒相相物，含含多種致致癌物，，如稠環環芳烴類類、N——亞硝胺胺類，焦焦油粒子子直徑一一般在0.1-1μm卷煙降焦焦已成為為關系到到煙草行行業生存存與發展展的焦點點問題之之一1997年1月月1日起起施行《《卷煙》》系列新新國標，，對卷煙煙煙氣中中焦油量量檔次及及相應的的焦油量量作了明明確規定定從2001年開開始，卷卷煙焦油油量每年年平均下下降0.5mg以上；；到2005年年，全國國平均降降低到12mg左右從2001年起起，高于于17mg的卷卷煙不準準上市；；到2005年年，高于于15mg的卷卷煙不準準上市國內、外外降焦研研究動態態降焦技術術存在的的難題是是：由于于焦油和和煙堿的的相關性性，降低低焦油即即意味著著降低煙煙堿，從從而影響響卷煙的的吃、香香味，并并使卷煙煙的整體體風格發發生改變變改革煙葉葉配方結結構，生生產混合合型卷煙煙接裝濾嘴嘴（新濾嘴材材料、濾濾嘴結構構、復合合嘴棒、、濾嘴通通風稀釋釋技術、、濾嘴添添加劑）使用高透透氣度和和靜燃速速度快的的卷煙紙紙摻用煙草草薄片、、膨脹煙煙絲和膨膨脹梗絲絲提高煙葉葉和卷煙煙中的有有機鉀含含量研究內容容卷煙濾嘴嘴中添加加凹凸棒棒石的研研究煙絲中添添加凹凸凸棒石的的研究研究目的的將凹凸棒棒石應用用于煙草草行業，，在解決決卷煙降降焦保味味難題方方面進行行探索濾嘴添加加凹凸棒棒石對卷卷煙焦油油、有害害物和吃吃味的影影響研究究實驗樣品品制備工工藝研究究利用現現有實際際生產工工藝濾嘴中添添加凹凸凸棒石對對卷煙焦焦油含量量的影響響濾嘴中添添加凹凸凸棒石對對卷煙多多環芳烴烴的影響響添加凹凸凸棒石對對卷煙吃吃味變化化的影響響煙絲中添添加凹凸凸棒石對對卷煙焦焦油、有有害物和和吃味的的影響研研究實驗樣品品的制備備工藝研研究煙絲中添添加凹凸凸棒石對對焦油、、煙堿的的影響煙絲中添添加凹凸凸棒石對對焦油中中有害物物質的影影響煙絲中添添加凹凸凸棒石對對卷煙吃吃味變化化的影響響凹凸棒石石添加工工藝研究究濾嘴中添添加凹凸凸棒石煙絲中添添加凹凸凸棒石添加凹凸凸棒石對對濾棒、、煙絲和和成品煙煙常規指指標的影影響工藝流程程凹凸棒石石制備濾嘴棒制制備濾嘴中添添加凹凸凸棒石工工藝配制凹凸凸棒石懸懸濁液濾嘴中添添加凹凸凸棒石材材料制備成品品卷煙樣樣品截取加香香后成品品煙絲10Kg，添加加0.5‰凹凸凸棒石，，卷制成成成品煙煙支，然然后包裝裝成型（（同時制制備對照照樣品））。煙絲中添添加凹凸凸棒石工工藝濾嘴、煙煙絲中添添加凹凸凸棒石對對濾棒、、煙絲和和成品煙煙常規指指標的影影響嘴棒樣品品單支重重量測定定項目單支重（g）平均重（g）1%嘴棒0.6940.6940.6860.6870.6960.6913%嘴棒0.7100.6860.6950.6870.6970.6955%嘴棒0.6850.6880.7010.6810.6920.689嘴棒原樣0.6980.6960.6980.6890.7030.6963%活性碳嘴0.7000.6880.6910.6920.6850.692濾嘴添加加對濾棒棒常規指指標影響響嘴棒樣品品吸阻測測定結果果項目單支吸阻（Pa）平均吸阻（Pa）1%嘴棒2910298030602950298029763%嘴棒2960294031403120299030305%嘴棒297031202910313029503016嘴棒原樣2900293029403010297029503%活性碳嘴295029202980299030102970嘴棒樣品品硬度測測定結果果項目單支硬度（%）平均硬度（%）1%嘴棒92.991.191.388.690.190.83%嘴棒91.191.990.891.490.491.15%嘴棒89.591.988.289.890.389.9嘴棒原樣92.089.991.690.391.291.03%活性碳嘴91.291.389.690.891.690.9嘴棒樣品品圓度測測定結果果項目單支圓周（mm）平均圓周（mm）1%嘴棒24.04224.37224.14523.99724.12924.1373%嘴棒24.17923.86423.95224.02224.14724.0325%嘴棒24.23423.95924.28324.20924.02024.141嘴棒原樣23.96724.04623.99424.10324.09224.0403%活性碳嘴24.28724.04123.99723.99424.16924.096濾嘴添加加對成品品煙支常常規指標標影響成品樣品品單支重重量測定定結果項目單支重量（g）平均重量（g）1%嘴棒煙支0.8790.8760.8760.8780.9040.8833%嘴棒煙支0.8700.8490.8780.8750.8710.8695%嘴棒煙支0.8750.8930.8740.8910.8920.885嘴棒原樣煙支0.8960.8660.8920.8930.8690.8833%活性碳嘴煙支0.9070.8980.9080.8750.8780.893成品樣品品吸阻測測定結果果項目單支吸阻（Pa）平均吸阻（Pa）1%嘴棒煙支1020104011401120106010763%嘴棒煙支1020116011501060103010845%嘴棒煙支115012801130112010601148嘴棒原樣煙支1120113010401100107010923%活性碳嘴煙支103010201140120010801094成品樣品品圓周測測定結果果項目單支圓周（mm）平均圓周（mm）1%嘴棒煙支24.19224.11224.14424.43224.24024.2243%嘴棒煙支24.11124.41324.24124.37624.12024.2515%嘴棒煙支24.19924.04624.34624.32624.34624.252嘴棒原樣煙支24.13324.20124.17424.06224.02324.1183%活性碳嘴煙支24.34924.27024.27624.34924.06524.261成品樣品品硬度測測定結果果項目單支硬度（%）平均硬度（%）1%嘴棒煙支75.474.974.875.275.175.13%嘴棒煙支75.175.274.875.074.975.05%嘴棒煙支75.074.875.174.875.275.0嘴棒原樣煙支74.975.175.075.174.874.93%活性碳嘴煙支75.375.175.175.274.875.1濾嘴添加加對濾棒棒和成品品煙常規規指標的的影響小小結對濾嘴棒棒單支以以及成品品煙支重重量、吸吸阻、硬硬度、圓圓周進行行分析。。結果均均表明：：在α=0.05水平平上，其其影響因因子是不不顯著的的，因此此，在嘴嘴棒中添添加凹凸凸棒石相相對于空空白對照照樣來說說，即可可把重量量、吸阻阻、圓周周、硬度度對卷煙煙焦油、、有害物物質的影影響因素素排除，，使研究究只突出出凹凸棒棒石對焦焦油、有有害物質質的影響響煙絲添加加凹凸棒棒石對成成品煙支支指標影影響樣品單支支重量項目單支重量（g）平均重量（g）煙絲原樣煙支0.8900.8850.8990.8950.9030.894凹凸棒石煙支0.8840.8970.8880.8990.8990.893樣品吸阻阻項目單支吸阻（Pa）平均吸阻（Pa）煙絲原樣煙支105010201050101010601038凹凸棒石煙支102010701030102010101030樣品硬度度項目單支硬度（%）平均硬度（%）煙絲原樣煙支81.086.880.681.381.282.2凹凸棒石煙支80.780.579.983.981.081.2樣品圓周周項目單支圓周（mm）平均圓周（mm）煙絲原樣煙支24.96724.05624.99424.00324.00224.404凹凸棒石煙支24.50124.01024.36424.56624.99824.508對實驗樣樣品各指指標（重重量、吸吸阻、圓圓周、硬硬度）進進行了檢檢測，并并運用單單因子方方差分析析法驗證證了實驗驗樣品的的合格性性和可比比性，排排除了重重量、吸吸阻、圓圓周、硬硬度等指指標對卷卷煙焦油油、卷煙煙吃味的的影響煙絲添加加對成品品煙常規規指標的的影響小小結濾嘴、煙煙絲中添添加凹凸凸棒石對對卷煙焦焦油、煙煙堿、一一氧化碳碳影響濾嘴中添添加凹凸凸棒石對對焦油量量的影響響加3%時時，焦油油下降最最大，下下降1.4mg/支支，下降降率9.59%濾嘴中添添加凹凸凸棒石對對煙堿影影響對煙堿影影響很小小濾嘴中添添加凹凸凸棒石對對焦油/煙堿指指標的影影響濾嘴中添添加凹凸凸棒石對對一氧化化碳影響響總粒相物物各指標標對比煙絲中添添加凹凸凸棒石對對煙氣焦焦油、煙煙堿、一一氧化碳碳的影響響煙絲中添添加凹凸凸棒石前前后卷煙煙測試數數據增減量=加凹凸凸棒石組組均值-對照組組均值；；增減率率=增減減量/對對照組均均值項目總粒相物mg/支水分mg/支煙堿mg/支焦油mg/支口數煙支均重g/支煙支壓降Pa/支CO量mg/支標樣煙支實測值16.572.361.0413.28.0

煙絲原樣煙支實測值

21.044.321.3815.49.50.9299016.5加凹土煙支實測值21.143.391.6616.19.80.9299015.9增減量0.10-0.930.280.700.300-0.6增減率(%)0.48-21.520.34.543.1600-3.6煙葉加料煙支實測值22.924.701.6916.510.20.9299016.8增減量1.880.380.311.100.7000.30增減率(%)8.898.8022.467.147.37001.82煙絲中添添加凹凸凸棒石雖雖無降焦焦作用，，但煙堿堿增加20.3%，水水分降低低21.5%，，CO降降低3.64%，因此此在煙絲絲中添加加凹凸棒棒石可以以改善低低焦油卷卷煙勁頭頭不足的的問題，，還可代代替高煙煙堿的煙煙葉，降降低成本本，改善善吃味。。煙絲中添添加測試試結果小小結濾棒、煙煙絲添加加凹凸棒棒石對稠稠環芳烴烴等有害害物的影影響抽提物、、族組分分分離物物樣品名稱抽提物（g）飽和烴芳烴非烴瀝青質柱留非烴嘴棒原樣煙支0．3101．942．3115．7435．6944．323%凹凸棒石煙支0．2412．291．6816．8542．5736．61加3%活性炭煙支0．2452．551．9117．4441．1736．93濾棒添加加凹凸棒棒石對卷卷煙煙氣氣中稠環環芳烴的的影響稠環芳烴烴類物質質色譜分分析濾嘴原樣樣煙支芳芳烴類物物質色譜譜圖添加3%凹凸棒棒石濾嘴嘴卷煙芳芳烴類物物質色譜譜圖注：各色色譜圖中中峰1：：菲；峰峰2：蒽蒽；峰3：熒蒽蒽；峰4：芘；；峰5：：苯并蒽蒽；峰6：屈；；峰7：：苯并熒熒蒽；峰峰8：苯苯并芘3%活性性炭濾嘴嘴卷煙芳芳烴類物物質色譜譜圖稠環芳烴烴類色譜譜分析

苯并芘苯并熒蒽屈芘熒蒽蒽菲苯并蒽原樣煙支0.2200.2430.1900.1680.8140.2300.8880.0063%凹凸棒濾嘴煙支0.1720.1950.0350.0700.2620.0590.1940.022活性炭濾嘴煙支0.4480.3140.1040.0670.6910.2130.7040.010嘴棒添加加3%凹凹凸棒石石，芳烴烴類下降降27.27%嘴棒添加加3%活活性炭，，芳烴類類下降17.32%嘴棒添加加3%凹凹凸棒石石，苯并并芘下降降21.9%，，苯并熒熒蒽下降降19.7%凹凸棒石石對煙氣氣中芳烴烴類有害害物的吸吸附性優優于活性性炭嘴棒添加加凹凸棒棒石對飽飽和烴、、低分子子雜環雜雜原子化化合物（（非烴））、高分分子雜環環化合物物（瀝青青質）幾幾乎不吸吸附濾棒添加加凹凸棒棒石對稠稠環芳烴烴的影響響討論圖4-1族組分分析對比圖族組分分分離結果果(絕對對量mg)

總粒相物飽和烴芳烴非烴瀝青質柱留非烴煙絲原樣21.040.410.493.317.519.32煙絲加凹土21.140.650.473.818.917.30增減量0.100.24-0.020.501.40-2.02增減幅度%0.4858.54-4.0815.118.64-21.67煙絲中添添加凹凸凸棒石對對焦油中中有害物物質的影影響族組分分分離結果果芳烴色譜譜分析結結果

苯并芘苯并熒蒽屈芘熒蒽蒽菲苯并蒽煙絲原樣0.22010.24270.19010.16810.81430.22980.88820.0055煙絲加凹土0.13010.21720.03270.11160.53560.17520.60910.0024增減量-0.09-0.0255-0.1574-0.0565-0.2787-0.0546-0.2791-0.0031增減幅度-40.89-10.51-82.80-33.61-34.23-23.76-31.42-56.36煙絲原樣樣芳烴色色譜圖色譜圖中中1：菲菲；2：：蒽；3：熒蒽蒽；4：：芘；5：苯并并蒽；6：屈；；7：苯苯并熒蒽蒽；8：：苯并芘芘煙絲添加加凹凸棒棒石后芳芳烴色譜譜圖煙絲中添添加凹凸凸棒石雖雖不能降降低焦油油，但對對焦油中中芳烴類類有選擇擇吸附作作用，可可使芳烴烴降低4.08%，其其中苯并并芘、苯苯并熒蒽蒽降低40.89%和和10.51%煙絲添加加凹凸棒棒石對有有害物影影響討論論濾嘴、煙煙絲中添添加凹凸凸棒石的的感官評評定濾嘴中添添加卷煙煙（太原原）5位位品吸委委員的感感官評定定優序法分分析根據GB5606.4-1996《《卷煙感感官技術術要求》》，采用用光澤、、香氣、、諧調、、雜氣、、刺激性性和余味味作為卷卷煙感官官質量的的評價指指標，其其權重分分別為：：0.06、0.36、0.06、、0.16、0.16、0.20各卷煙牌牌號的總總優序數數卷煙牌號號1號（（1%））：K1=2.44卷煙牌號號2號（（3%））：K2=2.36卷煙牌號號3號（（5%））：K3=2.14卷煙牌號號4號（（原樣））：K4=2.14卷煙牌號號5號（（活性炭炭）：K5=0.32評定結論論嘴棒中添添加凹凸凸棒石，，在降焦焦同時，，對卷煙煙吸、吃吃味基本本上無影影響，維維持了卷卷煙原有有風格活性碳嘴嘴棒對卷卷煙的吃吃、香味味影響比比較大，，其K值值與其它它4個品品牌K值值不處于于同一水水平，通通過專家家品吸也也驗證了了這個結結論，即即活性碳碳咀棒卷卷煙變得得淡而無無味濾棒中添添加卷煙煙（內蒙））四位品吸吸委員的的感官評評定根據4位位評委的的打分情情況統計計項目光澤平均得分香氣平均得分諧調平均得分雜氣平均得分刺激平均得分余味平均得分卷煙平均得分

設計值濾棒原樣427.823.9511.9812.9813.7874.5175.01%凹土428.024.0511.9512.9813.9274.92待定3%凹土427.853.9012.1213.2013.9274.99待定5%凹土428.023.9211.9013.0513.8874.77待定濾棒添加加凹土評評吸對比比項目光澤均得分香氣均得分諧調均得分雜氣均得分刺激均得分余味均得分卷煙均得分

設計值煙絲原樣A426.753.5012.0012.0013.5071.7572.0添加凹土B427.255.2514.0014.2516.0080.75待定大批產品C426.753.5011.5012.5013.2571.5072.0標樣D427.003.6311.7512.2513.5072.1373.0煙絲中添添加(內內蒙)4位評委委的的感感官評定定煙絲中添添加凹凸凸棒石對對卷煙吃吃味的影影響A、C為為中低檔檔卷煙（（感官設設計值<75