CN112674384A - 降低烟气中有害物质的添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低烟气中有害物质的添加剂,其原料包括吸附剂和用于溶解吸附剂的溶剂;所述吸附剂的质量分数为0‑100%,但不为0%;其中,所述溶剂为在常温常压下以液体方式存在的羟基型溶剂;所述吸附剂和溶剂均为极性化合物;所述添加剂在卷烟过滤嘴的端面和卷烟过滤嘴的滤棒内部丝束表面及其他载体表面形成极性分子薄膜;本发明改变了传统卷烟过滤嘴滤除主流烟气中有害物质所依赖的气‑固吸附原理,使之转变成了气‑液吸附,显著提高了滤除主流烟气中大部分有害物质的效率。与现有技术相比,本发明具有对有害物质捕获率高(75‑85%)、显著减少对消费者健康的危害、原料安全无毒、携带和使用方便等优点。

Description

降低烟气中有害物质的添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及食品和烟草添加剂制备技术领域,尤其是涉及一种降低烟气中有害物质的添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
根据中国吸烟危害健康报告〈2012-5〉显示,全球有11亿的烟民,每年因吸烟导致的死亡人数高达600万,超过艾滋病、结核、疟疾导致的死亡人数之和。中国的烟草产业是一个庞大的产业,每年为国家创造1万多亿利税,解决了大量就业,但同时也带给中国烟民各种各样与吸烟相关的疾病,包括很难治愈的肺癌,口腔癌,喉癌,食道癌,心脏病,气管炎,肺气肿等,其中肺癌死亡中近70-80%是由吸烟引起的(世界卫生组织数据)。据调查,中国吸烟人群近3.5亿,另有约7.4亿不吸烟人群遭受二手烟的危害;每年因吸烟相关疾病所致的死亡人数超过100万,如对吸烟流行状况不加以控制,至2050年,每年死亡人数将突破300万,成为人民群众生命健康与社会经济发展所不堪承受之重。
烟草燃烧时释放的烟雾中含有大约7000种己知的化学物质,还有近10000种化合物没有准确测定出来,其中包括含量近0.2%(大约60种)致癌物和可疑致癌物。被IRAC(国际癌症研究协会)列入黑名单的物质有7类包括多环芳烃,杂环芳烃,N-亚硝胺,芳香胺,醛,杂类有机物如丙烯腈和无机物;此外还有氰氢酸,一氧化碳,重金属,自由基等对人体健康造成各种危害的化合物。
总粒相物:实验室中模拟人吸烟的常规分析吸烟机抽吸时,产生的烟雾含有微小颗粒气溶胶,成分包括水份,尼古丁和其他挥发性、半挥发性及非挥发性的无机和有机物,使主流烟气通过吸烟机的剑桥滤片,被滤片截留下来的物质称作总粒相物。总粒相物由烟气中被滤片截留下来的焦油、烟碱和水分组成,即总粒相物=焦油+烟碱+水分。
焦油:烟焦油指的是吸烟者使用的烟嘴内积存的一层棕色油腻物,俗称“烟油子”。烟焦油含多种致癌物,包括苯丙并萞、隔、砷、奈胺、亚硝胺、及放射性同位素等50多种致癌物和苯酚类、富马酸等促癌物。虽其量极微,但具有经常、反复、长期积累作用。吸烟者血液内溶有一定的焦油成分,作用于血管管壁,加速血管硬化,对于脑血管和心血管这些脆弱部分更加敏感,近年来,心脑血管疾病是第一凶手,与吸烟有直接的关系。焦油中的致癌物和促癌物能够直接刺激气管,支气管粘膜,使其分泌物增多,纤毛运动受抑制,造成支气管炎症;焦油被吸入肺后,产生酵素,使肺泡壁受损,失去弹性,膨胀,破裂,形成肺气肿;焦油粘附在咽喉,气管,支气管粘膜表面,积存过多,时间过久可诱发细胞异常增生,形成癌症。全世界每年死于癌症的肺癌者高达100万,其中90%与吸烟直接引起的。
烟草生物碱:烟草生物碱是尼古丁和其他含吡啶芳香环结构的挥发性化合物的总称,包括烟碱(尼古丁),降烟碱,新烟草碱,假木贼碱,麦斯明,可替宁,二烯烟碱和异烟碱。烟碱约占总量的90-95%,其他几个烟草生物碱约占5-10%。烟草生物碱特别是烟碱吸入后很快通过口腔,鼻腔,喉咙和肺部进入脑部,并与胆碱受体结合,放出多巴胺,让烟民成瘾。烟碱又称尼古丁,是一种存在于茄科植物中的生物碱,也是烟草的重要成分,是主要使人成瘾的生物碱。烟碱是属于高毒类物质,经口大鼠LD50为3.3mg/kg,小鼠LD50为50mg/kg。大剂量的烟碱会引起呕吐以及恶心,严重时人会死亡。尼古丁能刺激末稍血管收缩,造成心跳加快、血压升高,促进高血压、中风等心血管疾病的发生。身体经吸烟获得尼古丁的量受很多因素的影响,包括烟的品种,烟草的加工方式,是否使用过滤嘴(器)等。口含式,咀嚼式和吸入式的尼古丁进入体内,会经由血液转送,并可通过血脑屏障,吸入后平均只需7秒即可到达脑部。尼古丁在人体内的半衰期为2小时,经肝代谢产品为可替宁。尼古丁与脑中尼古丁乙酰胆碱受体结合,放出多巴胺,产生让人轻松,自信的虚假幻觉,最后导致因吸食而成瘾的现象。近百年来一直与“死亡”,“癌症”等紧密联系的尼古丁当前得到了不少新的关注,有不少专家为它正名,认为吸烟中的尼古丁并没有太多的危害,真正的致癌凶手是烟焦油。尼古丁和其它生物碱除让人成瘾外,对喉咙和鼻腔产生强烈的刺激,对主流烟气的香味和吃味产生负面影响。尼古丁(烟碱)和其他烟草生物碱的化学结构如下所示:
Figure BDA0002237925090000031
芳香胺类化合物:除氨气外,主流烟气中还发现1-氨基萘,2-氨基萘,3-氨基联苯,4-氨基联苯,邻甲氧基苯胺等。动物试验中发现,邻甲苯胺可以使器官致癌,苯胺可以使皮肤致癌。低分子量的挥发性胺类化合物贡献刺激性和杂味,对卷烟品质产生负面作用。
酚类化合物:主流烟气含有酚类化合物:苯酚,邻甲酚,间甲酚,对甲酚,邻苯二酚,间苯二酚,对苯二酚,甲基苯酚,二甲基苯酚,甲氧基苯酚,儿茶酚等十多种酚类化合物。它对皮肤及呼吸道粘膜有强烈刺激作用。烟气冷凝物中的儿茶酚有辅助促癌作用。某些酚类物质可能影响口感,引起涩味,辣味,余味不干净的一种因素。
烟草特有亚硝胺类化合物(TSNAs):亚硝胺(R2N-NO)是强致癌物,是最重要的化学致癌物之一,存在于食物,化妆品,啤酒和香烟中。调查表明人类某些癌症,如胃癌,食道癌,肝癌,结肠癌,膀胱癌等可能与亚硝胺有关。N-亚硝胺【二甲基亚硝胺(DMN),甲基苯基亚硝胺,N-亚硝酰胺】。烟草特有的亚硝胺[TSNA]{二甲基亚硝胺【NDMA】,N-亚硝基吡咯【NPYR】,N-亚硝基降烟碱【NNN】,N-亚硝基新烟碱【NAT】,4-(N-甲基-N-亚硝胺)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮【NNK】(简称亚硝胺酮)等13种亚硝胺。用剑桥滤片收集烟气后分离出NDMA,NPYR,NNN,NAT,NNK,NNAL,iso-NNAL,iso-NNAC,NAB,NNA等12种亚硝胺。在所有试验的动物中,没有一种能耐受亚硝胺不致癌的,不但长期小剂量可以使动物或人致癌,而且只要一次高剂量的“冲击”就可以引起癌症发生。大量的动物试验表明,亚硝胺能通过胎盘和乳汁引发动物后代肿瘤。目前普遍认为TSNAs会使人得肺癌,特别是NNK和NNN。用初齿科动物研究表明,无论是喂食还是注射,NNK均会导致肺部肿瘤和肺癌。新陈代谢过程中,NNK可使人体组织中DNA甲基化生成O6-甲基鸟嘌呤,对细胞遗传密码是一种化学伤害,有可能致癌。NNN也是一个会导致多种致癌危险成分。NNAL在老鼠试验中是强烈的胰腺致癌物,但在齿科动物也会导致肺腺癌。每天抽一盒烟的烟民对TSANs的接触量是17毫克。NNK是已知7种TSNAs中最强致癌物,是卷烟致癌的主要标志。
自由基:每口烟气中存在大量的自由基分子(1016),有的自由基成活时间可达10分钟。自由基理论深化了对吸烟危害的认识。自由基的高度化学活性揭示了很多致癌物的途径实质。自由基在肿瘤的启动,促进和发展过程中起到了十分重要的作用,几乎所有化学致癌物都可以由酶作用生成自由基。作为不可缺少的中间体始终贯穿和活跃于卷烟的气相和凝聚相反应中。抗氧化,抗突变,抗癌,抗衰老自由基与自由基相关。有相关报道宣称维生素C可以阻断亚硝胺的生成。
多环芳烃包括苯并芘【BaP】:主流烟气中已经鉴定出了多环芳烃616种,烷基取代448种,非烷基取代和杂环为168种,其中苯并芘(又称3,4-苯并芘)是其典型代表。3,4-苯并芘是一种高活性类化合物,存在于主流烟气和测流烟气中:BaP被认为是高活性致癌剂,但并非直接致癌物,必须经细胞μL粒体中的混合功能氧化酶击活才具有致癌性。许多国家的动物试验证明,BaP具有致癌,致畸和致突变性。
一氧化碳等气体化合物:一氧化碳极易与血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白丧失携带氧的能力和作用,造成组织室息,严重时死亡。一氧化碳队全身的组织细胞均有毒性作用,尤其对大脑皮质的影响最重。烟气中还有其它有毒气体如氰氢酸,甲醛和氨气等。
人类35%的癌症和85%的肺癌与吸烟有关,除癌症外,吸烟还导致许多其它疾病。随着经济生活水平和烟民素质的不断提高,吸烟与健康问题成为了人们关注的焦点,全球性的反吸烟运动也不断高涨。随着卷烟降焦减害课题研究的深入,烟草从业者和相关研发机构开发出了包括生物材料,纳米材料,中草药添加剂等新型材料来降低烟气中的有害成分,提高卷烟的吸食安全性。主要的措施可归纳如下:1.烟叶处理;2.烟丝处理;3.烟纸处理;4.过滤嘴处理。
目前烟草工业中做成滤棒的过滤嘴材料主要是醋酸纤维素,降焦减害的研究主要也是集中在(1)纤维素改性:在纤维素上枝接上一些过滤效果更好的支链(化学法)或喷洒浸渍上一些固体粉末或液体吸附剂然后烘干(物理法),再把纤维素丝束做成过滤嘴滤棒。(2)复合过滤嘴:也就是把过滤嘴做成多节,在中间空位放些固体吸附剂。(3)植入胶囊:在过滤嘴中植入内含液体的爆珠或微胶囊(主要是改变香味为目的),消费者在使用前,挤破珠子,放出香味。考虑到烟草产品质量一致性,稳定性和方便性,在卷烟过滤嘴加工生产过程中加入一种液体吸附剂,而这种吸附剂可能随时间推移使卷烟质量发生变化的过滤嘴产品商业上是不可接受的,因此在过滤嘴里添加液体吸附剂这个选项被研究者和过滤嘴生产厂商忽略了。现有的滤嘴滤除主流烟气中有害物质的方法都是通过效率不高的气-固吸附原理来实现的,即卷烟一端连接纤维过滤嘴。
目前气-固吸附原理的实现方式为:(1)物理阻隔过滤:即通过环保棉或其他高分子材料如醋酸纤维素增加烟气的流通层次,使主流烟气中的焦油和微颗粒状态物质附着在过滤嘴(器)上,增强过滤效果;(2)空气比流过滤:采用空气流动速度的控制来降低焦油含量,空气在经过微孔时速度加快,但烟滤嘴(器)吸附材料中间有空腔,主流烟气就在这里减速,出口也是微孔,烟气在空腔中做暂短的停留,焦油会附在过滤器的吸附材料上,主流烟气中的烟尘微颗粒也会在减速中降落在空腔中,和烟焦油形成混合物,这样大量的有害物质就被截留在空腔中;(3)磁石过滤:磁石的磁场会使烟气经过时根据磁力场的方向流动,而磁石本身是冷的,使焦油和烟尘达到截留的效果。
中国专利CN 109363236 A公布了一种降低烟气中挥发性烟草生物碱和烟焦油的添加剂、制备方法及其在戒烟中的应用,该添加剂包括:溶剂1-100份,捕获剂1-100份和辅助剂1-100份。该发明利用液态的酸溶液和气态的有机碱二相之间快速反应,使其转化为非挥发性生物碱的对应单盐和双盐的原理,来选择性地捕获通过卷烟滤嘴的烟气中让人上瘾的挥发性尼古丁和其他烟草生物碱;该专利技术是为了逐步减少烟民吸入烟碱的量,最低限度的降低尼古丁戒断综合症产生,从而实现戒烟的目的。该技术对尼古丁以及其他烟碱的捕获率仅为38%,对总粒相物的捕获率为21%,对焦油的捕获率为23%。该技术主要目的是聚焦尼古丁的逐步降低而忽略了致癌物质的滤除,因此,需要进一步提高对烟气中有害物质(总粒相物,焦油,烟草生物碱,胺类化合物,酚类化合物和亚硝胺类化合物)的捕获率,降低人体吸入有害物质的含量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种显著降低烟气中总粒相物,焦油,烟草生物碱,胺类化合物,酚类化合物和亚硝胺类化合物等致癌有害物质的添加剂及其制备方法和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,其原料包括吸附剂及溶解吸附剂的溶剂;所述吸附剂的质量分数为0-100%,但不为0%;
其中,所述吸附剂为极性化合物;所述溶剂为在常温常压下以液体方式存在的极性羟基型溶剂;
所述添加剂在卷烟过滤嘴的端面和/或过滤嘴的滤棒内部载体表面表面形成极性分子薄膜和其他固体吸附剂载体表面形成极性分子薄膜。
本发明中的卷烟过滤嘴的滤棒内部载体可以为纤维丝束。
本发明中添加剂在在操作使用时一定以液体的状态出现在过滤嘴(器)的端面(滤棒丝束切面),滤棒内部纤维丝束和其他固体吸附剂载体表面,与主流烟气中的有害物质以气-液吸附原理进行物理和化学作用,截留有害物质于过滤嘴(器)的液体分子薄膜组合物中。添加剂形成的极性分子薄膜,颠覆了传统卷烟过滤嘴(器)滤除主流烟气中有害物质所依赖的气-固吸附原理,由气-固吸附改为气-液吸附,显著提高了过滤主流烟气中有害物质的效率。一般情况下,气-液吸附分子间作用力强,吸附量多,吸附时间久,因此吸附效率高。
并且本发明中的添加剂能够在过滤嘴丝束和其它固体吸附剂载体表面形成极性分子薄膜,不但提高了对有害物质的过滤效率,而且添加剂稳定吸附于过滤嘴纤维丝束表面,不容易由于抽吸力大导致被吸烟者吸入口中,影响吸烟口味。
所述添加剂在室温下的黏度为1-8000mPa.S,优选为25-5000mPa.S,进一步优选为500-2500mPa.S。
所述极性分子薄膜保持液体状态的时间为0.5小时以上,优选为24小时以上,进一步优选为120小时以上。如果溶剂挥发会导致液膜固化,吸附效率降低。
要形成吸附能力强,厚度合适的薄膜并在相当一段时间内保持液体状态,不光需要组成的吸附剂和其溶剂完全溶解成溶液,而且溶液要稳定,浓度和粘度就成了关键。如水,丙二醇,甘油本身对焦油和致癌物的吸附效果就不太有效。只有当在这些溶剂中溶解极性大化合物如糖和其衍生物才能产生好的吸附效果。根据我们的研究发现当吸附剂的质量浓度50-75%,粘度500-2500mPa.S才可产生较佳的吸附效果。如果添加剂黏度过小,则效果有限,且容易被吸入消费者口腔;如果黏度过大,则不易涂渍和喷洒,吸阻也大,消费者无法抽吸。
所述添加剂浸透入所述卷烟过滤嘴的端面的深度与添加剂的浓度,粘度和添加量相关。研究发现一般情况下添加剂渗透的深度(离端面的距离)为1-20毫米,优选为2-15毫米,更优选为2-10毫米。
本发明中,添加剂在卷烟过滤嘴的端面,过滤嘴的滤棒内部丝束表面和其它固体吸附剂载体表面形成的极性分子薄膜的厚度为纳米级;所述极性分子薄膜的厚度为0.05-0.5纳米,优选为0.1-0.4纳米;更优选为0.1-0.15纳米。极性分子薄膜的厚度根据烟用过滤嘴纤维素的比表面积(10-20m2/g)和添加量/支及浸透的深度进行计算得到。通过调控添加剂的添加量可调控最终极性分子薄膜的厚度。研究发现,当极性分子薄膜的厚度为0.05-0.5纳米范围内时,对有害物质的吸附效果较好。极性分子薄膜的厚度过大,表示添加剂用量过多,烟民使用时的吸阻较大;而极性分子薄膜的厚度过小,表示添加剂用量过少,对有害物质的去除效果较差。
滴加在所述卷烟过滤嘴的端面的添加剂被滤棒内部载体完全吸收(端面液体完全消失),形成分子薄膜所用的时间为1-500秒,优选为10-250秒,更优选为30-60秒。成膜时间与添加剂的浓度,粘度和量相关。如果渗透时间太快,消费者来不及均匀涂渍添加剂,降低添加剂滤除有害物质的效果。如果渗透时间过长,消费者抽吸前等待的时间也相应增加。
所述添加剂形成极性分子薄膜后,主流烟气通过卷烟过滤嘴的吸阻增加,其增加的范围为1-200Kpa/支烟,优选为5-150Kpa/支烟,更优选为10-100Kpa/支烟。添加剂太多,吸阻太大,消费者无法抽吸。
本发明中的添加剂为实现气液吸附中的载体固定相,气-液吸附中的固定相一般是指涂渍或吸附在担体(载体)表面的高沸点有机化合物,常温下是液态或固态,在工作条件下呈液态状态,且固定在载体表面不流动,故称固定相。
本发明专注于主流烟气中有害物质如焦油,烟草生物碱,酚类化合物,胺类化合物,亚硝胺类化合物等有害物质的吸附滤除,由于这些有害物质都是极性化合物,因此对固定相(本发明的添加剂粘稠液)的要求必须满足下列条件:
(1)遵循“相似相溶”的原理,即固定相分子(吸附剂)和有害组分之间在结构,官能团,化学键,极性或某些化学性质等有相似性;(2)有害物质如焦油,烟草生物碱,酚类化合物,胺类化合物,亚硝胺类化合物等都是强极性物质,吸附剂组合物的主要成份必须是极性强的组分;
(3)溶解吸附剂的溶剂也应该是极性液体溶剂,这样才能配制成强极性的固定相涂渍液;
(4)为了在常温常压或操作温度下保持为液态,吸附剂粘稠液体的溶剂挥发性不可太高,以防溶剂挥发出现干燥,固化和结晶现象,导致降低对主流烟气中有害物质的吸附效率;
(5)在操作温度下对载体纤维素有较好的浸渍能力,能牢固地吸附在载体表面上,并形成均匀稳定的分子液膜;
(6)在操作温度下呈液态且粘度大,对有害物质溶解性好和粘合力大,物质在高粘度固定液中传质阻力大,解脱逃离的可能性小,吸附效率高;
(7)在保存和操作温度下自身不分解,不发霉,对滤棒和滤棒纸没有腐蚀作用,不溶解载体(纤维素和其他载体)使之比表面积减少或滤棒塌陷;
(8)考虑到可能会与嘴唇接触,吸附剂和溶剂必须是无毒无害,色香味俱佳,食品级的成分;
(9)烟草生物碱,酚类,羰基类,胺类,亚硝胺类有害质都具备形成氢键的能力,一般可选择强极性的或氢键型的固定相液体,让有害组分与固定液之间的作用力主要为氢键作用力;
(10)与主流烟气中一些有害物质发生化学反应,形成分子量更高和/或极性更强的非挥发性物质,截留在固定相分子薄膜里;
(11)固定液的涂渍到过滤嘴端面时应该让消费者觉得简易,方便。
基于这些考虑,本发明优选了添加剂的极性化合物、溶剂的组分选择:
所述极性化合物为能与烟气中有害物质发生化学反应或/和形成非挥发性盐或/和形成氢键的化合物,具体包括糖类,蛋白类,多肽类,氨基酸类或核糖核酸类化合物及其衍生物中的一种或几种。
所述吸附剂的质量分数为10-90%,优选为25-75%,进一步优选为50-75%。
优选地,所述极性化合物为糖类化合物及其衍生物。
进一步优选地,所述糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质0-100份、糖酸类物质0-100份和糖醇类物质0-100份,但不同时为0。
优选地,所述糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质50-100份、糖酸类物质50-100份和糖醇类物质50-100份。
进一步优选地,所述糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质100份、糖酸类物质100份和糖醇类物质100份;三种糖类物质同时存在,协同作用,能够大大提高对有害物质的滤除效果。
进一步优选地,
所述糖类物质选自单糖,低聚糖或多聚糖中的一种或几种;
所述糖酸类物质选自单糖酸、双糖酸或多糖酸中的一种或几种;
所述糖醇类物质选自单糖醇,双糖醇或多糖醇中的一种或几种。
进一步优选地,
所述单糖选自丙糖、丁糖、戊糖或己糖中的一种或几种;
所述低聚糖选自蔗糖、麦芽糖、异麦芽糖、乳糖、纤维二糖、低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚果糖、低聚蔗糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、果糖型低聚糖、聚葡萄糖、龙胆二糖、偶联糖、潘糖、海藻糖、棉子糖、海藻糖、壳寡糖、戊聚糖、己聚糖、N-聚糖、O-聚糖、糖肽、蛋白聚糖或复合聚糖中的一种或几种;
所述多聚糖选自淀粉、黄糊精、白糊精、麦芽糊精、环糊精、糖元、纤维素、壳多糖、葡聚糖、聚果糖(聚菊糖)、多聚半乳糖(琼脂)、聚甘露糖、脂多糖、银耳多糖、海藻糖、右旋糖酐、免疫多糖、活性多糖、竹叶多糖、大枣多糖、虫草多糖、黑豆粗多糖、无花果多糖、白术多糖、香菇多糖、酵母葡聚糖、酵母聚糖、昆布多糖、海藻多糖、氨基多糖、粗多糖、酯多糖、结合多糖、粘多糖、灵芝多糖或蛋白多糖中的一种或几种;
所述单糖酸选自甘油酸、核糖酸、脱氧核苷酸、木糖酸、抗环血酸、山梨酸、乳糖酸、半乳糖醛酸、葡萄糖酸、葡萄醛酸、葡萄庚酸、果糖酸、乳糖酸,麦芽糖酸或异麦芽糖酸中的一种或几种;
所述双糖酸选自甘油二酸、酒石酸、核糖二酸、木糖二酸、半乳糖二酸或葡萄糖二酸中的一种或几种;
所述多糖酸为聚糖酸;
所述单糖醇选自丙二醇、丙三醇、赤鲜糖醇、木糖醇、核糖醇、阿拉伯糖醇、甘露糖醇、山梨醇、半乳糖醇或肌醇中的一种或几种;
所述双糖醇选自异麦芽糖醇、麦芽糖醇、纤维二糖醇或乳糖醇中的一种或几种;
所述多糖醇选自聚糖醇。
进一步优选地,
所述糖类物质选自低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、聚葡萄糖、麦芽糊精、龙胆二糖、偶联糖、潘糖、棉子糖、海藻糖、壳寡糖中的一种或其几种;
所述糖酸类物质选自甘油酸、核糖酸、木糖酸、抗环血酸、半乳糖酸、半乳糖醛酸、果糖酸、山梨酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、乳糖酸、麦芽糖酸,异麦芽糖酸,葡萄庚酸、酒石酸、核糖二酸、木糖二酸、半乳糖二酸、葡萄糖二酸或葡萄庚酸中的一种或几种;
所述糖醇类物质选自丙三醇、甘露糖醇、山梨醇、半乳糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖,乳糖醇中的一种或几种。
进一步优选地,
所述糖类物质选自低聚麦芽糖,低聚异麦芽糖,低聚半乳糖,低聚果糖,聚葡萄糖中的一种或其几种;
所述糖酸类物质选自酒石酸、抗环血酸、葡萄糖酸、果糖酸中的一种或几种;
所述糖醇类物质选自丙三醇、山梨醇、甘露糖醇、木糖糖醇、乳糖醇、肌醇或麦芽糖醇中的一种或几种。
为了进一步提高对有害物质的捕获率,本发明优选了糖类、糖酸类和糖醇类,利用三者的协同作用提高对有害物质的捕获率。
(1)糖类物质(含有醛基和羰基)和主流烟气中的胺类化合物发生化学反应生成不挥发的极性更大的席夫碱,截留在滤嘴(器)里面,基本化学反应如下:
Figure BDA0002237925090000101
因此减少胺类有害物质的同时,降低了刺激性和难闻的一级胺(包括氨气)和二级胺类化合物,让烟气更饱满和醇净。
(2)糖酸物质和主流烟气中有机碱(包括烟草生物碱)发生化学反应生成不挥发的和极性更大的盐,被截留在滤嘴(器)里面,基本化学反应如下:
Figure BDA0002237925090000111
酸类物质通过化学反应截留了刺激性和难闻的一级胺和二级胺类化合物和三级脂肪胺包括尼古丁和其他烟草生物碱等碱性物质,同时也捕获烟气中存在芳香胺类化合物。因此这些有害物质,同时降低了吸烟时对烟民产生的口腔,喉咙,鼻腔产生的刺激性,难闻的气味和余味。
(3)糖醇类物质和主流烟气中的胺类化合物能形成氢键,通过氢键的作用将有害物质吸附在薄膜上。
Figure BDA0002237925090000112
(4)糖类物质(醛糖,酮糖),糖酸和糖醇的协同作用
例如,糖(醛糖,酮糖),糖酸和糖醇可以同时与新烟碱发生反应,因此增加了对新烟碱的截流除去能力,反应方程式如下:
Figure BDA0002237925090000121
本发明通过优选极性吸附剂和溶剂的选择,形成极性添加剂液体。糖类、糖酸和糖醇以及羟基性溶剂都是含有大量羟基官能团的物质,这些羟基物质吸附在过滤嘴材料三醋酸纤维素和其他载体的表面与其形成氢键,粘合在纤维素丝束和其它载体表面,形成了一种比三醋酸纤维素和载体本身更具有吸附力的液体薄膜,显著增加吸阻的同时和主流烟气中的极性化合物(包括烟草生物碱,酚类化合物,羰基类化合物,胺类,亚硝胺类化合物)发生了物理吸附(氢键,络合,范德华力等)和化学反应,截留了大量高极性和刺激性的有害化合物,显著地降低了烟气中极性大和沸点高的有害物质,同时也改变了烟气成分,让其变得更醇和,因此更受烟民喜欢。
所述羟基型溶剂选自单羟基型溶剂及其衍生物、双羟基型溶剂及其衍生物、多羟基型溶剂及其衍生物或果蔬汁中的一种或几种。
进一步优选地,所述单羟基型溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇或特戊醇中的一种或几种;
所述双羟基型溶剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇,1,4-丁醇中或聚乙二醇200-600中的一种或几种;
所述多羟基型溶剂选自丙三醇、丁三醇或丁四醇中的一种或几种。
进一步优选地,所述羟基型溶剂选自水、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇或丙三醇中的一种或几种;优选为水、1,2-丙二醇或丙三醇中的一种或几种。
本发明中的溶剂成分均为人类(生物)可接受的无毒,无害及常用的物质;进一步优化为颜色,香味和吃味不令人讨厌的添加物;更进一步优化为可以合法在药品,保健品,食品和烟草中使用的成分。
并且本发明中的丙三醇既是糖醇又是溶剂还起到保润剂的作用,能够慢慢吸收空气中的水分,保湿性能久,可以使添加剂在一定时间内在过滤嘴丝束表面保持极性薄膜结构,从而保持其去除有害物质的能力恒定。
本发明的添加剂中还包括调味剂、香味剂和防腐剂;
所述调味剂选自橙汁,猕猴桃汁,芒果汁,草莓汁,蓝莓汁,香蕉汁,荔枝汁,苹果汁,柠檬汁,桔子汁,柿子汁,菠萝汁或蜜桃汁中的一种或几种;
所述香味剂为天然提取或者人工合成的香料,优选凉味剂WS-23,薄荷油,薄荷醇或丁香油中的一种或二者的混合物;
所述防腐剂选自苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸或山梨酸钾中的一种或几种。
本发明还提供了一种降低烟气中有害物质的添加剂的制备方法,包括以下步骤:
吸附剂制备:按照配方分别称取吸附剂配方各组分,直接混合均匀或者加热到溶解后混合均匀,获得所述吸附剂;
溶剂的制备:按配方分别称取溶剂各组分,混合均匀,得到所述溶剂;
添加剂制备:将所述吸附剂溶解于溶剂中,得到所述添加剂。
本发明中,吸附剂的组分可以分为糖类、糖酸类、糖醇类,其具体制备步骤可以为:
(a)组合物I(糖类)制备:按配比分别称取组合物I类中的任何一种或几种组分,直接混合均匀,或者加热到溶解;
(b)组合物II(糖酸类)制备:按配比分别称取组合物II中的任何一种或几种组分,直接混合均匀,或者加热到溶解后混合均匀;
(c)组合物III(糖醇类)制备:按配比分别称取吸附剂III中的任何一种或几种组分,直接混合均匀,或者加热到溶解后混合均匀;
(d)混合组合物(I+II+III)的制备:按配比分别称取组合物I-III中的任何一种或几种组分,混合均匀,或者加热到溶解后混合均匀;
(e)将(a),(b),(c),(d)所得的组合物溶解在一定量的合适溶剂(保润剂)或/和果蔬汁中,制成一定浓度的组合物I(糖类)溶液,组合物II(糖酸类)溶液,组合物III(糖醇类)溶液和它们的混合组合物(I+II+III)溶液;
(f)将(e)中获得4种新溶液按配比称取任何一种或几种,混合均匀,制成新混合组合物(I+II+III)溶液。
本发明还提供了一种降低烟气中有害物质的添加剂的应用,具体应用方法如下:
方法一:所述添加剂涂渍、浸泡或喷洒到卷烟过滤嘴的端面过滤嘴的滤棒内部载体上;所述添加剂与滤棒内部的载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%;方法二:所述添加剂被注射到卷烟过滤嘴的内部,或被制成微胶囊、爆珠植入过滤嘴的内部;所述添加剂与滤棒内部的载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%;方法三:将所述添加剂滴加、浸泡或者喷洒到吸附剂载体上,将所述吸附剂载体制成胶囊、复合滤嘴或作为滤芯材料安装到外接的过滤嘴上,其中所述吸附剂载体为活性炭,硅胶,硅藻土,氧化铝,纤维材料或树脂材料;所述添加剂与所述吸附剂载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%。
优选地,所述卷烟过滤嘴为卷烟纤维素过滤嘴、纸质过滤嘴、三醋酸纤维丝束过滤嘴、二醋酸纤维丝束过滤嘴、聚丙烯过滤嘴、Lyocell过滤嘴或复合过滤嘴。
优选地,所述烟气中的有害物质包括焦油、烟草生物碱、胺类化合物、酚类化合物和亚硝胺类化合物。
并且,采用本发明的添加剂在减少有害物质的同时,保持烟草的原有香味和吃味;显著降低了主流烟气对口腔,喉咙,鼻腔的刺激性;改善了口感醇度,舒适度,感官保润性;减轻了口干,口苦,痰多和咽喉不适的症状;综合提高卷烟的品质。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)通过添加极性组合物液体于过滤嘴端面和丝束表面使之变成湿润,进而产生气-液吸附分子薄膜,过滤嘴滤除焦油,烟草生物碱,胺类化合物,酚类化合物和亚硝胺类化合物等极性有害物质的效率显著提高;
(2)极性化合物选择糖类、糖酸类和糖醇类物质,三者协同作用,与有害物质发生作用,进一步提高了对有害物质的截留效果;
(3)通过相似相容原理,采用极性化合物,选择性滤除烟气中极性较大的有害物质,同时又让使烟民喜欢的挥发性香味物质得以保留,获得降低有害物质和保持烟草的原有香味和吃味的双重效果;
(4)经过实验仪器测试,在添加量为200mg/支条件下,采用本发明的添加剂对总粒相物的捕获率为81.4%,对焦油的捕获率为75.4%,对尼古丁的捕获率为80.0%,对苯酚的捕获率为85.7%,对亚硝胺NNK的捕获率为82.2%,对氨的捕获率为84.43%,对一氧化碳的捕获率14.3%。
附图说明
图1为添加剂用量的增加对吸阻的影响;
图2为添加剂用量的增加对捕获总粒相物的影响;
图3为添加剂用量的增加对捕获焦油的影响;
图4为添加剂用量的增加对捕获尼古丁的影响;
图5为添加剂用量的增加对捕获苯酚的影响;
图6为添加剂用量的增加对捕获亚硝胺(NNK)的影响;
图7为添加剂用量的增加对捕获氨的影响;
图8为添加剂用量的增加对捕获CO的影响;
图9为吸附剂的浓度与添加剂总体黏度(mP.a.S)的关系(25℃);
图10为吸附剂的浓度与添加剂渗透入过滤嘴端面的时间(秒)关系;
图11为吸附剂的添加量与添加剂渗透入过滤嘴端面的深度(mm)关系。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种降低烟气中有害物质的添加剂,其原料包括吸附剂和溶解吸附剂的溶剂;吸附剂的质量分数为0-100%,但不为0%;其中,吸附剂为极性化合物,溶剂为在常温常压下以液体方式存在羟基型溶剂;添加剂在卷烟过滤嘴的端面和卷烟过滤嘴的滤棒内部丝束及其他载体表面形成极性分子薄膜。
本发明的添加剂改变卷烟过滤嘴(器)吸附原理,通过形成极性分子薄膜,通过气-液吸附滤除主流烟气中的总粒相物,焦油,烟草生物碱,胺类化合物,酚类化合物和亚硝胺类化合物,颠覆了传统卷烟过滤嘴(器)滤除主流烟气中有害物质所依赖(基于)的气-固吸附原理,显著提高了过滤主流烟气中有害物质的效率。
极性分子薄膜的形成与添加剂的物性参数以及具体组分选择有关,要求添加剂为一种粘度合适的液体,滴加并涂渍到卷烟过滤嘴(器)端面上或其它载体上,能够以适当速度渗透到过滤嘴或其它载体内部,保持稳定的物理和化学状态,并在其丝束或其它载体表面形成一层厚度,深度,吸阻和安全都合适的极性分子薄膜。
<物性参数>
添加剂在室温下的黏度为1-8000mPa.S,优选为25-5000mPa.S,进一步优选为500-2500mPa.S。
由于某些溶剂如丙三醇,聚乙二醇等的保润作用,能使形成的分子薄膜在纤维丝束表面持续保持液体状态,并且分子薄膜在设定的时间内,自身不固化,不结晶,不变味和不分解;分子薄膜不溶解过滤嘴丝束,不造成过滤嘴塌陷,不腐蚀滤棒纸和其他接触到的材料。保持分子薄膜不变设定的时间为0.5小时以上,进一步优选为24小时以上,最后优选为120小时以上。
添加剂浸透入卷烟过滤嘴的端面的深度为1-20毫米,优选为2-15毫米,更优选为2-10毫米;极性分子薄膜的厚度为0.05-0.5纳米,优选为0.1-0.4纳米;更优选为0.1-0.15纳米。
滴加在过滤嘴(器)端面的添加剂能够以合适速度渗透到过滤嘴内部,在常温常压不受外力干扰条件下,液滴自动被纤维丝束完全吸收所需的时间(液体完全消失在端面)范围为1-500秒,优选为10-250秒,进一步优选为30-60秒。。
添加剂形成极性分子薄膜后造成卷烟过滤嘴的吸阻增加范围为1-200Kpa/支烟,优选为5-150Kpa/支烟,更优选为10-100Kpa/支烟。
<添加剂组分>
吸附剂
吸附剂为极性化合物,具体为能与烟气中有害物质发生化学反应或/和形成非挥发性盐或/和形成氢键的化合物,包括糖类,蛋白类,多肽类,氨基酸类或核糖核酸类化合物及其衍生物中的一种或几种。
主流烟气中总粒相物,焦油,烟草生物碱,胺类化合物,酚类化合物和亚硝胺类化合物中的大部分有害物质极性都很大,通过与同样极性极大的分子薄膜进行了“相似相溶”的气-液分子间强有力的化学作用和物理作用,选择性地吸附并截留主流烟气中的有害物质于液体分子薄膜里,导致过滤嘴端面和滤棒丝束留下大量肉眼清晰可见的棕黑色斑点。
极性化合物主要选自天然产物和其衍生物,包括但不限于(1)植物,动物和矿物及它们的提取物和衍生物;(2)糖类,蛋白类,多肽类,氨基酸类,核糖核酸类等天然产物及它们的衍生物;(3)人工合成的各种可食用极性化合物。进一步优选为总糖类物质,包括糖类物质和其衍生物中的任何一种或其中几种糖的组合混合物。
优选地,糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质0-100份、糖酸类物质0-100份和糖醇类物质0-100份。
优选地,所述糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质50-100份、糖酸类物质50-100份和糖醇类物质50-100份。
优选地,所述糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质100份、糖酸类物质100份和糖醇类物质100份。
其中,糖类物质选自单糖,低聚糖或多聚糖中的一种或几种;
糖酸类物质选自单糖酸、双糖酸或多糖酸中的一种或几种;
糖醇类物质选自单糖醇,双糖醇或多糖醇中的一种或几种。
更具体的组分举例情况为:
单糖选自丙糖、丁糖、戊糖或己糖中的一种或几种;
低聚糖选自蔗糖、麦芽糖、异麦芽糖、乳糖、纤维二糖、低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚果糖、低聚蔗糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、果糖型低聚糖、聚葡萄糖、龙胆二糖、偶联糖、潘糖、海藻糖、棉子糖、海藻糖、壳寡糖、戊聚糖、己聚糖、N-聚糖、O-聚糖、糖肽、蛋白聚糖或复合聚糖中的一种或几种;
多聚糖选自淀粉、黄糊精、白糊精、麦芽糊精、环糊精、糖元、纤维素、壳多糖、葡聚糖、聚果糖(聚菊糖)、多聚半乳糖(琼脂)、聚甘露糖、脂多糖、银耳多糖、海藻糖、右旋糖酐、免疫多糖、活性多糖、竹叶多糖、大枣多糖、虫草多糖、黑豆粗多糖、无花果多糖、白术多糖、香菇多糖、酵母葡聚糖、酵母聚糖、昆布多糖、海藻多糖、氨基多糖、粗多糖、酯多糖、结合多糖、粘多糖、灵芝多糖或蛋白多糖中的一种或几种;
单糖酸选自甘油酸、核糖酸、脱氧核苷酸、木糖酸、抗环血酸、山梨酸、乳糖酸、半乳糖醛酸、葡萄糖酸、葡萄醛酸、葡萄庚酸、果糖酸、乳糖酸,麦芽糖酸或异麦芽糖酸中的一种或几种;
双糖酸选自甘油二酸、酒石酸、核糖二酸、木糖二酸、半乳糖二酸或葡萄糖二酸中的一种或几种;
多糖酸为聚糖酸;
单糖醇选自丙二醇、丙三醇、赤鲜糖醇、木糖醇、核糖醇、阿拉伯糖醇、甘露糖醇、山梨醇、半乳糖醇或肌醇中的一种或几种;
双糖醇选自异麦芽糖醇、麦芽糖醇、纤维二糖醇或乳糖醇中的一种或几种;
多糖醇选自聚糖醇。
本发明对糖类化合物进行了进一步优选为:
糖类物质选自低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、聚葡萄糖、麦芽糊精、龙胆二糖、偶联糖、潘糖、棉子糖、海藻糖、壳寡糖中的一种或其几种;
糖酸类物质选自甘油酸、核糖酸、木糖酸、抗环血酸、半乳糖酸、半乳糖醛酸、果糖酸、山梨酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、乳糖酸、麦芽糖酸,异麦芽糖酸,葡萄庚酸、酒石酸、核糖二酸、木糖二酸、半乳糖二酸、葡萄糖二酸或葡萄庚酸中的一种或几种;
糖醇类物质选自丙三醇、甘露糖醇、山梨醇、半乳糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖,乳糖醇中的一种或几种。
作为最终优选:
糖类物质选自低聚麦芽糖,低聚异麦芽糖,低聚半乳糖,低聚果糖,聚葡萄糖中的一种或其几种;
糖酸类物质选自酒石酸、抗环血酸、葡萄糖酸、果糖酸中的一种或几种;
糖醇类物质选自丙三醇、山梨醇、甘露糖醇、木糖糖醇、乳糖醇、肌醇或麦芽糖醇中的一种或几种。
溶剂
本发明中溶剂起到溶解吸附剂和保润剂的作用。
溶剂能够溶解吸附剂的主要成分,使添加剂总体保持为液体,并且溶剂应该为人类(生物)可接受的无毒,无害及常用的物质;进一步优化为颜色,香味和吃味不令人讨厌的添加物;更进一步优化为可以合法在药品,保健品,食品和烟草中使用的成分。
溶剂为常温常压下以液体方式存在羟基型溶剂和/或果蔬汁,具体选自单羟基型溶剂、双羟基型溶剂或多羟基型溶剂及其衍生物中的一种或几种。
其中,单羟基型溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇或特戊醇中的一种或几种;
双羟基型溶剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇,1,4-丁醇或聚乙二醇200-600中的一种或几种;
多羟基型溶剂选自丙三醇、丁三醇或丁四醇中的一种或几种。
作为优选:羟基型溶剂选自水、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇或丙三醇中的一种或几种;优选为水、1,2-丙二醇或丙三醇中的一种或几种。
其中,添加剂中所述吸附剂的质量分数为10-90%,优选为25-75%,进一步优选为50-75%。
其他辅助剂
本发明的添加剂中可以根据实际需求,添加调味剂、香味剂和防腐剂;
调味剂选自橙汁,猕猴桃汁,芒果汁,草莓汁,蓝莓汁,香蕉汁,荔枝汁,苹果汁,柠檬汁,桔子汁,柿子汁,菠萝汁或蜜桃汁中的一种或几种;
香味剂为天然提取或者人工合成的香料,优选凉味剂WS-23,薄荷醇,薄荷油或丁香油中的一种或二者的混合物;
本发明的某些添加剂配方在存放过程中观察到霉菌,如有必要需要添加0.01-0.1%的防腐剂。防腐剂选自苯甲酸、苯甲酸钠或山梨醇,山梨酸钾中的一种或几种。
<制备方法>
制备步骤为:
(a)组合物I(糖类)制备:按配比分别称取组合物I类中的任何一种或几种组分,直接混合均匀,或者加热到溶解;
(b)组合物II(糖酸类)制备:按配比分别称取组合物II中的任何一种或几种组分,直接混合均匀,或者加热到溶解后混合均匀;
(c)组合物III(糖醇类)制备:按配比分别称取吸附剂III中的任何一种或几种组分,直接混合均匀,或者加热到溶解后混合均匀;
(d)混合组合物(I+II+III)的制备:按配比分别称取组合物I-III中的任何一种或几种组分,混合均匀,或者加热到溶解后混合均匀;
(e)将(a),(b),(c),(d)所得的组合物溶解在一定量的合适溶剂(保润剂)或/和果蔬汁中,制成一定浓度的组合物I(糖类)溶液,组合物II(糖酸类)溶液,组合物III(糖醇类)溶液和它们的混合组合物(I+II+III)溶液;
(f)将(e)中获得4种新溶液按配比称取任何一种或几种,混合均匀,制成新混合组合物(I+II+III)溶液。
<应用方法>
本发明的添加剂应用于过滤嘴上去除烟气中的有害物质,其中过滤嘴为卷烟纤维素过滤嘴、纸质过滤嘴、三醋酸纤维丝束过滤嘴、二醋酸纤维丝束过滤嘴、聚丙烯过滤嘴、Lyocell过滤嘴或复合过滤嘴,外接过滤嘴;有害物质包括焦油、烟草生物碱、胺类化合物、酚类化合物和亚硝胺类化合物。
具体应用方法如下:
方法一:添加剂涂渍或喷洒到过滤嘴的端面、醋酸纤维素丝束、滤芯、滤棒或滤棒纸上,添加剂与过滤嘴、醋酸纤维素丝束、滤芯、滤棒或滤棒纸的质量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%;
方法二:添加剂被注射到过滤嘴的内部,或被制成微胶囊、爆珠植入过滤嘴的内部,添加剂的用量为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%;
方法三:将添加剂滴加或者喷洒到吸附剂载体上,将吸附剂载体制成复合滤嘴或作为滤芯材料安装到外接的过滤嘴上,其中吸附剂载体为活性炭,硅胶,硅藻土,氧化铝,纤维素或树脂,添加剂与吸附剂载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%。
使用时,涂渍后到吸用间隙时间范围为0-120小时,进一步优化为0-24小时,最后优化为0-12小时。加完吸附剂粘稠液体后马上抽吸,不光吸阻大,舌头感受到酸甜味,端面截留斑点数量少并不均匀;等待0.5-12小时后抽吸,吸阻显著下降,酸甜味减少,端面截留斑点数量多且均匀显著,因此可以一次性加完一包卷烟(20支)。
使用本发明的添加剂后,过滤嘴的端面上能被极性液体分子薄膜截留下大量气溶胶粒相物,包括焦油,烟草生物碱,胺类化合物,酚类化合物和亚硝胺类化合物等致癌物,形成了许多肉眼清晰可见的棕黑色斑点。
本发明中采用的吸附剂均为极性化合物,根据相似相容原理除去烟气中的极性有害物质,包括致癌物质和对香味和吃味产生负面作用的物质,对烟气中非极性化合物产生作用有限,因此在显著减少有害物质的同时,保持烟草的原有香味和吃味;显著降低了主流烟气对口腔,喉咙,鼻腔的刺激性;改善了口感醇度,舒适度,感官保润性;减轻了口干,口苦,痰多和咽喉不适的症状;显著提高卷烟的综合品质。
以下为本发明的具体实施过程,实施例所用原料、设备,若无特别说明,均为本领域的常用原料、设备;本发明中所用方法,若无特别说明,均为本领域的常规方法。
实施例1
一种降低烟气中有害物质的添加剂,其配方组成如表1所示,其制备过程为在室温下用250ml的三角烧瓶和天平,称取组合物I(糖类)低聚异麦芽糖10g,低聚半乳糖10g,低聚果糖10g,混合均匀。再称取组合物II(糖酸类)抗环血酸(维生素C)10.g,葡萄糖酸10g,果糖酸10g,混合均匀。再称取组合物III(糖醇类)半乳糖醇10g,甘露糖醇10g,山梨糖醇10g,混合均匀。滴加80-100g的浓缩橙汁,加热(50-80℃)搅拌到大部分固体溶解为止。降温到25℃后,组合物液体样品用于测定其粘度(约1200~1500mPa.S),降焦减害效果(如图1~9所示)和感官评吸(表2所示)。
实施例2~36
实施例2~36的制备过程与实施例1相同,不同之处在于组分配方,如表1所示。
表1实施例1~36的配方数据
Figure BDA0002237925090000211
Figure BDA0002237925090000221
Figure BDA0002237925090000231
Figure BDA0002237925090000241
实施例37
实施例37为对实施例1获得的添加剂的测试,具体测试方法为吸附剂样品的粘溶液通过注射器称量均匀涂渍到所选卷烟过滤嘴端面,放置2小时后测试。每一组在卷烟过滤嘴的添加量分别为0.0mg/支(空白),50mg/支,100mg/支,150mg/支,200mg/支,所有测试均参照现行国标和行标展开,所报告的结果为3次测试的平均值。
如图1所示,考察添加剂的增加对吸阻的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,显著增加了吸阻,当添加量到达150mg时,吸阻已经超出一般烟民接受的范围。如图2所示,考察添加剂量的增加对捕获总粒相物效果的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,显著降低了总粒相物,当添加量到达150mg后,再增加吸附剂的量,总粒相物降低不再明显。如图3所示,考察添加剂量的增加对捕获焦油效果的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,显著降低了焦油的含量,当添加量到达150mg后,再增加吸附剂的量,焦油降低不再明显。如图4所示,考察添加剂量的增加对捕获尼古丁效果的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,显著降低了尼古丁的含量,当添加量为50mg时,尼古丁的下降并不很多。添加量100mg时下降很多,再增加吸附剂的量,尼古丁下降不再明显了。主流烟气中的其它7种烟草生物碱下降的速度与添加量的关系认为与尼古丁的结果应该相似。如图5所示,考察添加剂量的增加对捕获苯酚效果的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,显著降低了苯酚的含量,当添加量到达100mg后,再增加吸附剂的量,苯酚的含量降低不再明显了,主流烟气中的其它酚类有害物的下降结果应该与苯酚相似,特别是二酚的效果应该更显著。如图6所示,考察添加剂量的增加对捕获亚硝胺效果的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,显著降低了亚硝胺中致癌性最强的NNK的含量,当添加量到达150mg后,再增加吸附剂的量,NNK的含量降低不再明显了。主流烟气中的其它烟草特有的亚硝胺有害物的结果应该与NNK结果相似。如图7所示,考察添加剂量的增加对捕获氨效果的影响在过滤嘴中添加吸附剂,显著降低气体氨的含量,结果与非极性气体CO不同,跟水相似,当添加量到达150mg后,降低主流烟气中氨的结果不太明显。如图8所示,考察添加剂量的增加对捕获CO效果的影响,在过滤嘴中添加吸附剂,降低气体CO的含量效果有限,当添加量从50mg到达200mg后,CO的含量的降低几乎没有太大的变化,与空白对照样品相比,略有下降,说明本吸附剂对降低CO没有效果有限因为CO不是强极性的化合物,因此本吸附剂对象CO和其它的低沸点的极性小的气态物质截留效果甚微,并且添加剂的多寡对CO的截留效果不产生影响这一事实进一步说明了通过过滤嘴的烟雾体积不受添加剂的多寡(即吸阻高低)的影响,而与焦油相关有害物质被截留在过滤嘴内的量与添加剂的多寡(即吸阻高低)紧密相关;因此,本实施例的添加剂可以对极性大的有害物质有效滤除,包括烟民需求的尼古丁,而对烟气中的香味和吃味物质产生影响有限,实现显著减少有害物质的同时,保持烟草的原有香味和吃味的双重效果。
将实施例1所获得的添加剂对烟气中各种有害物质的捕获效果进行汇总,如表2所示。
表2添加剂(200mg/支)对烟气中各种有害物质的捕获效果数据
Figure BDA0002237925090000251
相比于中国专利CN 109363236 A中对总粒相物21%、对焦油24%和对尼古丁38%的捕获效果(该专利技术中的配方为水35g,苹果酸50g和麦芽糖15g),从表2中可以看出,本实施例获得的环糊精添加剂对烟气中极性有害物质的捕获显著提升(75-85%);这是因为本添加剂提高了糖类,糖酸和糖醇的比例,因此提高了添加剂的极性、粘度和协同作用,在载体表面形成了纳米级的极性分子薄膜,大大提高了单位时间主流烟气与吸附剂(气相/液相)之间的接触面积,交换速度和吸附能力。
实施例38
本实施例为吸附剂的添加量对添加剂的总物性参数以及使用效果的测试情况。
如图9所示,随着吸附剂浓度的增加,添加剂的黏度(mPa.S)也随着增加,要形成吸附能力强,厚度合适的分子薄膜并在一段时间内保持液体状态,不光需要组成的吸附剂和其溶剂完全溶解成溶液,而且溶液要稳定,浓度和粘度就成了关键。如果浓度和粘度太小,吸附效果很低;如果浓度和粘度太高,吸阻太大,消费者无法接受。如图10所示,随着吸附剂浓度的增加,添加剂的渗透入过滤嘴端面所需的时间(秒)也随之增加,对渗透过程有影响,进而对极性分子薄膜的形成产生影响,消费者使用前等待时间也增加。如图11所示,随着添加剂使用量的增加,添加剂的渗透入过滤嘴端面的深度(mm)也增加,当然吸阻也会增加,吸附效果也会相应提升。
实施例39
本实施例为烟民的感官评吸测试情况,根据按照相关规定打分标准来实现。首先对市售的卷烟品质进行测试,作为空白对照组,然后在卷烟端面涂渍添加剂,进行测试,试验数据如表3所示。
表3:市售卷烟品质的感官评吸测试数据
Figure BDA0002237925090000261
从表3中可以看出,对于市售的卷烟,使用本发明的添加剂后,在添加量为50mg的情况下,香烟的刺激性降低,保持烟草的原有香味和吃味;显著降低了主流烟气对口腔,喉咙,鼻腔的刺激性;改善了口感醇度,舒适度,感官保润性;减轻了口干,口苦,痰多和咽喉不适的症状;综合提高卷烟的品质:测试使用品牌售价均为5元/包,评吸结果认为经添加剂处理后的品质相当售价20-50元/包的卷烟。另外,本发明主要添加剂形成吸附能力强,厚度合适的薄膜并在一段时间内保持液体状态,因此对添加剂涂渍在过滤嘴端面后保持液体状态的时间进行测试,测试结果如表4所示(测试数据是通过在25℃条件下暴露在空气中观察所得)。
表4.液体吸附剂涂渍在过滤嘴端面后保持液体状态的时间
Figure BDA0002237925090000271
可见本发明中大部分配方均可以保持湿润状态,形成极性分子薄膜;对于实施例34和实施例35,由于缺少丙三醇组分的保润作用,导致滤嘴固化。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

Claims (15)

1.一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,其原料包括吸附剂和用于溶解吸附剂的溶剂;所述吸附剂的质量分数为0-100%,但不为0%;
其中,所述吸附剂为极性化合物;所述溶剂为在常温常压下以液体方式存在的羟基型极性溶剂;所述添加剂在卷烟过滤嘴的端面和/或过滤嘴的滤棒内部载体表面形成极性分子薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述添加剂在室温下的黏度为1-8000mPa.S,优选为25-5000mPa.S,进一步优选为500-2500mPa.S。
3.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述极性分子薄膜保持液体状态的时间为0.5小时以上,优选为24小时以上,进一步优选为120小时以上。
4.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述添加剂浸透入所述卷烟过滤嘴的端面的深度为1-20毫米,优选为2-15毫米,进一步优选为2-10毫米;所述极性分子薄膜的厚度为0.05-0.5纳米,优选为0.1-0.4纳米;进一步优选为0.1-0.15纳米。
5.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,滴加在所述卷烟过滤嘴的端面的添加剂被滤棒内部载体完全吸收所用的时间为1-500秒,优选为10-250秒,进一步优选为30-60秒。
6.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述添加剂形成极性分子薄膜后造成卷烟过滤嘴的吸阻增加,增量范围为1-200Kpa/支烟,优选为5-150Kpa/支烟,进一步优选为10-100Kpa/支烟。
7.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述极性化合物为能与烟气中有害物质发生化学反应或/和形成非挥发性盐或/和形成氢键的化合物,包括糖类,蛋白类,多肽类,氨基酸类或核糖核酸类化合物及其衍生物中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述吸附剂的质量分数为10-90%,优选为25-75%,进一步优选为50-75%。
9.根据权利要求8所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述极性化合物为糖类化合物及其衍生物;其中,所述糖类化合物包括以下重量份的组成:糖类物质0-100份、糖酸类物质0-100份和糖醇类物质0-100份,但不同时为0。
10.根据权利要求9所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,
所述糖类物质选自单糖,低聚糖或多聚糖中的一种或几种;
所述糖酸类物质选自单糖酸、双糖酸或多糖酸中的一种或几种;
所述糖醇类物质选自单糖醇,双糖醇或多糖醇中的一种或几种;
优选地,所述单糖选自丙糖、丁糖、戊糖或己糖中的一种或几种;
所述低聚糖选自蔗糖、麦芽糖、异麦芽糖、乳糖、纤维二糖、低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、低聚果糖、低聚蔗糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、果糖型低聚糖、聚葡萄糖、龙胆二糖、偶联糖、潘糖、海藻糖、棉子糖、海藻糖、壳寡糖、戊聚糖、己聚糖、N-聚糖、O-聚糖、糖肽、蛋白聚糖或复合聚糖中的一种或几种;
所述多聚糖选自淀粉、黄糊精、白糊精、麦芽糊精、环糊精、糖元、纤维素、壳多糖、葡聚糖、聚果糖(聚菊糖)、多聚半乳糖(琼脂)、聚甘露糖、脂多糖、银耳多糖、海藻糖、右旋糖酐、免疫多糖、活性多糖、竹叶多糖、大枣多糖、虫草多糖、黑豆粗多糖、无花果多糖、白术多糖、香菇多糖、酵母葡聚糖、酵母聚糖、昆布多糖、海藻多糖、氨基多糖、粗多糖、酯多糖、结合多糖、粘多糖、灵芝多糖或蛋白多糖中的一种或几种;
所述单糖酸选自甘油酸、核糖酸、脱氧核苷酸、木糖酸、抗环血酸、山梨酸、乳糖酸、半乳糖醛酸、葡萄糖酸、葡萄醛酸、葡萄庚酸、果糖酸、乳糖酸,麦芽糖酸或异麦芽糖酸中的一种或几种;
所述双糖酸选自甘油二酸、酒石酸、核糖二酸、木糖二酸、半乳糖二酸或葡萄糖二酸中的一种或几种;
所述多糖酸为聚糖酸;
所述单糖醇选自丙二醇、丙三醇、赤鲜糖醇、木糖醇、核糖醇、阿拉伯糖醇、甘露糖醇、山梨醇、半乳糖醇或肌醇中的一种或几种;
所述双糖醇选自异麦芽糖醇、麦芽糖醇、纤维二糖醇或乳糖醇中的一种或几种;
所述多糖醇选自聚糖醇;
更优选地,
所述糖类物质选自低聚麦芽糖、低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、聚葡萄糖、麦芽糊精、龙胆二糖、偶联糖、潘糖、棉子糖、海藻糖、壳寡糖中的一种或其几种;
所述糖酸类物质选自甘油酸、核糖酸、木糖酸、抗环血酸、半乳糖酸、半乳糖醛酸、果糖酸、山梨酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、乳糖酸、麦芽糖酸,异麦芽糖酸,葡萄庚酸、酒石酸、核糖二酸、木糖二酸、半乳糖二酸、葡萄糖二酸或葡萄庚酸中的一种或几种;
所述糖醇类物质选自丙三醇、甘露糖醇、山梨醇、半乳糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖,乳糖醇中的一种或几种。
11.根据权利要求1所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,所述溶剂选自单羟基型溶剂及其衍生物、双羟基型溶剂及其衍生物、多羟基型溶剂及其衍生物或果蔬汁中的一种或几种;
其中,所述单羟基型溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇或特戊醇中的一种或几种;
所述双羟基型溶剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-丁二醇、1,4-丁醇、或聚乙二醇200-600中的一种或几种;
所述多羟基型溶剂选自丙三醇、丁三醇,或丁四醇中的一种或几种;
优选地,
所述羟基型溶剂选自水、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇或丙三醇中的一种或几种;
更优选地,
所述羟基型溶剂选自水、1,2-丙二醇或丙三醇中的一种或几种。
12.根据权利要求1和11所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂,其特征在于,还包括调味剂、香味剂和防腐剂;
所述调味剂选自橙汁,猕猴桃汁,芒果汁,草莓汁,蓝莓汁,香蕉汁,荔枝汁,苹果汁,柠檬汁,桔子汁,柿子汁,菠萝汁或蜜桃汁中的一种或几种;
所述香味剂为天然提取或者人工合成的香料,优选为凉味剂WS-23,薄荷油,薄荷醇或丁香油中的一种或几种的混合物;
所述防腐剂选自苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸或山梨酸钾中的一种或几种。
13.一种如权利要求1所述的降低烟气中有害物质的添加剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
吸附剂制备:按照配方分别称取吸附剂配方各组分,直接混合均匀或者加热到溶解后混合均匀,获得所述吸附剂;
溶剂的制备:按配方分别称取溶剂各组分,混合均匀,得到所述溶剂;
添加剂制备:将所述吸附剂溶解于溶剂中,得到所述添加剂。
14.一种如权利要求1所述的降低烟气中有害物质的添加剂的应用,其特征在于,应用方法如下:
方法一:所述添加剂涂渍、浸泡或喷洒到卷烟过滤嘴的端面过滤嘴的滤棒内部载体上;所述添加剂与滤棒内部的载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%;
方法二:所述添加剂被注射到卷烟过滤嘴的内部,或被制成微胶囊、爆珠植入过滤嘴的内部;所述添加剂与滤棒内部的载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%;
方法三:将所述添加剂滴加、浸泡或者喷洒到吸附剂载体上,将所述吸附剂载体制成胶囊、复合滤嘴或作为滤芯材料安装到外接的过滤嘴上,其中所述吸附剂载体为活性炭,硅胶,硅藻土,氧化铝,纤维材料或树脂材料;所述添加剂与所述吸附剂载体的重量比为5-100%,优选为10-80%,更优选为15-50%。
15.根据权利要求14所述的一种降低烟气中有害物质的添加剂的应用,其特征在于,所述烟气中的有害物质包括总粒相物,焦油、烟草生物碱、胺类化合物、酚类化合物、多环芳烃类化合物和亚硝胺类化合物。
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