活性炭复合嘴棒的功能和应用
王理珉 胡群 马静 姚文华
（云南烟草科学研究院工业所 昆明 650016）
摘要 目前国内使用的嘴棒大多为结构单一的普通醋纤嘴棒，今后国际上在低焦油卷烟方面作为研究开发和推广应用的重点技术之一就是开发应用功能嘴棒，其中国际上应用较多的功能嘴棒是活性炭嘴棒。本文介绍了国内外目前活性炭嘴棒在卷烟品牌上的应用情况并探讨了活性炭嘴棒在卷烟烟气降焦减害中的作用。
关键词 功能嘴棒 活性炭嘴棒 降焦减害
随着吸烟与健康矛盾的日益突出，世界各国对烟用滤嘴材料和滤嘴结构的开发越来越重视，使用功能嘴棒（在结构和材料上都不同于普通醋纤嘴棒）将是今后烟草行业降焦减害的趋势。国内在烟用辅料的研究、开发和生产应用上比较薄弱，功能嘴棒的研制相对滞后，嘴棒结构单一，但近年来一些国内烟草企业也已逐步认识到了功能嘴棒在降焦减害中的重要作用，有些已在产品中使用了一些功能嘴棒，其中使用最多的是活性炭嘴棒，使用活性炭嘴棒，实现产品的多元化是烟草行业降焦减害的发展需要，也是提高卷烟产品技术含量，增强市场竞争力的有效手段。
1 国外活性炭嘴棒的使用情况和原因分析
众所周知，活性炭能选择性去除空气和气溶胶中的某些气相成分，虽然卷烟烟气经过20mm长的滤嘴，平均时间不足0.1秒，但活性炭滤嘴仍能选择性吸附烟气中的一些挥发性成分[1-4]。据报道，活性炭滤嘴能去除烟气中40％的一氧化碳和二氧化氮，80％的氰化氢，70％的丙烯醛和苯[2-4]。与相同长度的纯醋纤滤嘴相比，由于活性炭醋纤复合滤嘴能选择性去除诸如氰化氢、某些挥发性醛类等疾病诱发剂，因此，活性炭滤嘴卷烟对肺部的伤害比普通滤嘴卷烟要小得多[5,6]。近二十年来，活性炭滤嘴风靡日本，在日本，至少有80％的商品卷烟都采用了这种滤嘴。然而，大多数西方国家，包括美国和英国在内，采用活性炭滤嘴的卷烟品牌要少一些[7]。不过，近二十年来，日本和美国卷烟的焦油量和烟碱量的销售加权平均值（用FTC法测量）的变化趋势是类似的[7]。1970年，美国卷烟的焦油量和烟碱量分别是20.0mg/支和1.5mg/支，而日本卷烟的焦油量和烟碱量则分别是21.5mg/支和1.7mg/支。1980年，美国卷烟二者的含量下降到14.0mg/支和1.0mg/支；而日本卷烟二者的含量则下降到16.0mg/支和1.0mg/支[8]。将两国烟龄相同和每天吸烟数量相同的男性烟民进行比较，发现日本男性烟民得肺癌的概率明显比美国低。与不吸烟者相比，每天抽吸10支卷烟的日本男性烟民得肺癌的概率为2.5％，而美国为4.6％；若每天抽吸11-20支卷烟，日本和美国男性吸烟者得肺癌的概率分别为5.4％和7.5％；若每天抽吸21-30支卷烟，则日本和美国男性吸烟者得肺癌的概率分别为8.2％和12.1％；如果每天的卷烟抽吸量超过40支，则得肺癌的概率分别上升到15.1％和16.6％[9]。英国吸烟者得肺癌的可能性更大（见下图）[9]。显然，其它因素（饮食和呼吸深度差异）虽然也能使日本男性吸烟者得肺癌的概率小，但活性炭滤嘴风靡日本也可能是产生这种差异的原因之一。
综上所述，由于活性炭滤嘴的吸附作用，活性炭是截止目前添加到滤嘴中并成功地应用到商品卷烟的有效吸附材料，而且随着“吸烟与健康”问题的倍受关注，活性炭会日渐显示其市场潜力。现就我项目组目前掌握的材料和信息，从活性炭滤嘴的生产以及在商品卷烟的应用等方面作一综述：
1.1 英国菲尔创纳公司：
菲尔创纳公司在美国、德国、印尼、巴西设有独资的嘴棒生产厂，在约旦、西班牙、意大利、印度和泰国设有合资生产厂，它们生产的各种特殊嘴棒供当地和周边国家的使用，其中活性炭嘴棒主要有以下几种：
1.1.1 活性炭醋纤复合嘴棒（AAD）：
嘴棒结构如上图所示，外段是醋纤，内段是加入活性炭颗粒的醋纤，两段醋纤的规格可以相同或不同，依所需的压降或截留效率来定。内段可以用彩色醋纤，常用颜色是黑色；活性炭添加量从1～4.5毫克／毫米。焦油截留效率比烟碱截留效率高，这种嘴棒是活性炭嘴棒中使用最广泛的一种，下面是一些使用这种嘴棒的卷烟牌号：MILD SEVEN、中南海lights、PREMIER、PIANISSIMO、DUNHILL、KENT、Mustang、Belmont和MULTI等。
1.1.2 气相活性炭嘴棒（VPA）：
嘴棒结构如下图所示，外段是醋纤，内段是喷涂了液态活性炭的皱纹纸，活性炭添加量为0.5-2.5毫克/毫米，焦油截留效率高于烟碱截留效率。这种嘴棒成本经济，下面是使用这种嘴棒的一些卷烟：KRONGTHIP LIGHTS、MERIT lights等。
1.1.3 三元复合嘴棒（TSD）：
活性炭醋纤复合嘴棒和气相活性炭复合嘴棒都可以加工成三元复合形式，即外段是醋纤外观，加活性炭段居中，内段根据需要可选择纸纤维或醋纤，结构如图所示。这种嘴棒焦油截留效率高于烟碱截留效率，活性炭添加量取决于含炭段结构，气相截留效果明显。三元复合嘴棒在烟机卷接过程中不污染卷接机，有以下品牌使用了这种嘴棒：MERIT lights、LIDO MURATTI等。
1.1.4 活性炭片嘴棒（APF）：
活性炭片嘴棒是一种独特的含有活性炭颗粒的单一结构嘴棒，活性炭颗粒粘在成型纸的内侧，活性炭添加量取决于活性炭片的长度，这种嘴棒的过滤效果与活性炭醋纤复合嘴棒相似，加工成本较低，而且在烟支接装时不污染机器。这种嘴棒目前还没有在商品卷烟中获得应用，菲尔创纳公司答应近期给我院提供一些样品，便于我项目组对该嘴棒进行技术评估。
1.1.5 其它活性炭嘴棒：
菲尔创纳公司还研制出了其它类型的活性炭嘴棒，如三元颗粒复合嘴棒、吸附线嘴棒等，这些嘴棒的结构如下图：以下是使用这些嘴棒的卷烟产品：LARK CAPRI、DERBY等。
1.2 日本
日本烟草界非常注重活性炭滤嘴的研制和应用，他们认为滤嘴中添加活性炭不仅有助于烟气有害物质的滤除，而且可改善卷烟吸味，在目前日本卷烟市场上，活性炭滤嘴卷烟占80％以上，例如在Parliament、Lark、KENT、Marlboro、Caster、Cabin、MILD SEVEN和FRONTIER等多个畅销牌号中使用了活性炭滤嘴，而且这些牌号卷烟都是低焦油卷烟。
1.3 希腊
希腊黄金滤嘴公司（Golden Filter S.A.）最近研制开发了一种新型生物滤嘴，它是将血红蛋白渗透在活性炭里，再将这种吸附有血红蛋白的活性炭置于醋纤滤嘴的中部空腔内制成三元复合滤嘴，如上图三元颗粒复合所示。这种滤嘴能更有效地过滤烟气中的有害化学成分，已于97年成功开发了BF、BF（lights），BF（Super Lights）等系列牌号卷烟并主导了希腊卷烟市场。这家公司的研究认为，活性炭和它所吸附的血红素对卷烟烟气的某些成分的吸附具有协同作用。
2 国内目前使用了活性炭滤嘴的卷烟产品有：
近年来国内烟草企业也已逐步认识到了功能嘴棒在降焦减害中的重要作用，活性炭滤嘴已频繁出现在国内卷烟品牌上，就目前掌握的情况，有以下牌号使用了活性炭嘴棒：北京卷烟厂生产的“中南海”系列（11,8,5mg），共计有8万箱的产量，其中5000箱出口日本，3mg双低“中南海”于今年2月1日在日本上市后一炮打响；湖北襄樊卷烟厂生产的烤烟型“金鄂”，产量1万箱；安徽蚌埠卷烟厂生产的5mg低焦油混合型“丹健”，大部分出口日本；陕西延安卷烟厂也用活性炭嘴棒研制生产了“极品世纪龙”、“精品延安”卷烟；最近，云南玉溪红塔集团用活性炭嘴棒生产了“铂金红塔山”卷烟。
3 活性炭嘴棒的功能
3.1 去除气相中有害成分
活性炭滤嘴可明显去除烟气中的挥发性有机化合物如乙醛、乙腈、异戊间二烯、丁酮、苯、甲苯等，还可吸附气相中的重金属元素和放射性元素。活性炭滤嘴和滤嘴通风技术的协同使用，能显著提高气相中某些有害成分的吸附效率。
3.2 降焦
滤嘴中加入活性炭后压降增加，嘴棒截留效率增加，因而活性炭嘴棒还可明显降低烟气总粒相物、焦油和烟碱[13]。这说明，高压降活性炭嘴棒配合适宜的滤嘴通风度是低焦油、超低焦油卷烟设计的有效技术途径之一。日本市场上的7mg、5mg、3mg、1mg低焦油卷烟均采用了高压降活性炭嘴棒和高滤嘴通风度。
3.3 改善卷烟的吸味
活性炭嘴棒还可改善卷烟的吸味，使烟气更加细腻柔和，去除辛辣杂味提高卷烟内在品质。
4 推广活性炭嘴棒的目的和意义
我国嘴棒结构单一的现状制约了新产品的开发生产，尤其是低焦油、超低焦油卷烟的开发研制及其相关技术的贮备，活性炭由于有良好的吸附功能，不仅可以去除气相有害成分，阻挡焦油，而且还可以吸附其它的化学的或生物的吸附介质于其上，共同发挥更佳的滤毒效果，因此活性炭嘴棒在烟草降害研究中值得重视和推广。另外目前活性炭嘴棒在我国卷烟市场上的分额较少，市场空间很大。
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The Function and Use of Charcoal Filter
Wang Limin Hu Qun Ma Jing Yao Wenhua
（The Institute Tobacco
Industry，Yunnan Academy of Tobacco Science Kunming 650106）
Abstract：The use of special filter will be an important way to reduce
tar and harmful substances in cigarette smoke. Charcoal filter is one of the
most widely used special filter. This paper described the use of charcoal filter
and its effets on cigarette smoke.
Key Words：Special filter Charcoal
filter Cigarette smoke
《烟草科学研究》，2003年，第2期，50-53页