臭氧處理煙草在降低焦油含量中的作用

魏曉欣

摘要： 焦油是影響煙民身體健康與生命安全的重要因素，是抽煙過程中產(chǎn)生的重要有害物質(zhì)。在當今提倡“降焦減害”、“提升煙草品質(zhì)”、“有效控制煙草生產(chǎn)成本”的環(huán)境下，基于焦油主要成分——多環(huán)芳烴，利用臭氧進行煙草處理，可有效降解多環(huán)芳烴，改善煙草質(zhì)量?；诖?，本文從煙焦油基本特征與危害出發(fā)，采用文獻資料分析法、實驗分析法對臭氧處理煙草進后，實現(xiàn)煙草焦油含量降低與品質(zhì)提升的作用進行了分析，以供參考。

Abstract： Tar is an important factor that affects the health and life safety of smokers， and it is an important harmful substance produced during the smoking process. In today's environment that advocates "tar reduction and harm reduction，" "improvement of tobacco quality，" and "effective control of tobacco production costs，" based on polycyclic aromatic hydrocarbons， the main component of tar， ozone treatment can effectively degrade polycyclic aromatic hydrocarbons and improve tobacco quality. Based on this， this article starts from the basic characteristics and hazards of tobacco tar， uses literature analysis methods， experimental analysis methods to analyze the role of ozone treatment after tobacco advancement， and to achieve tobacco tar content reduction and quality improvement for reference.

關(guān)鍵詞： 臭氧；煙草；焦油含量；多環(huán)芳烴

Key words： ozone；tobacco；tar content；PAHs

中圖分類號：TS41+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0200-03

0 引言

臭氧（Ozone）以其所具有的高氧化性，在眾多領(lǐng)域中，如醫(yī)療衛(wèi)生、污水處理、食品消毒與存儲等領(lǐng)域中得到廣泛應用。據(jù)有關(guān)學者以及科研技術(shù)人員（如Schepartz，Mottola，1995，曾德琪，李正祥，1981；胡捷，劉利平，2015；許春平，趙珊珊，2016等）研究發(fā)現(xiàn)，在煙草生產(chǎn)制造中，進行臭氧處理，可有效降低煙草中焦油、總氮、煙堿的含量，同時提升煙草香味，增強煙草整體品質(zhì)?，F(xiàn)階段關(guān)于臭氧處理煙草工藝技術(shù)的研究還有待進一步的完善與優(yōu)化，對臭氧處理煙草在降低焦油含量中作用的實踐研究相對較少。基于此，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，采用實驗研究法，就臭氧處理煙草在降低焦油含量中的作用進行了具體分析，旨在提升煙草品質(zhì)，得到煙草生產(chǎn)與處理新工藝技術(shù)。

1 問題的提出

煙焦油（Tobacco tar）又稱為“煙油”，通常情況下吸煙者使用煙嘴進行吸煙時，煙嘴內(nèi)部會出現(xiàn)棕色的油膩性物質(zhì)，也就是煙焦油?；诨瘜W成分分析可知，煙焦油主要是由多環(huán)芳烴組成，是一種相對復雜的混合物質(zhì)，包含鎘、胺、亞硝胺、砷、苯酚類等物質(zhì)。通常情況下，在吸煙過程中紙煙多處于供氧不足條件燃燒，隨著焦化溫度的不斷提升，會形成大量的多環(huán)芳烴，如荼、富馬酸、苯酚類等促癌、致癌物[1]。這些物質(zhì)隨著煙流將被吸入吸煙者呼吸道，刺激吸煙者氣管、支氣管粘膜，從而對其產(chǎn)生不利影響，引發(fā)支氣管炎癥，當焦油進入吸煙者肺部后，會產(chǎn)生酵素對吸煙者肺泡壁產(chǎn)生消極影響，使其失去彈性，甚至發(fā)生破裂，引發(fā)肺氣疾病。據(jù)有關(guān)實驗證明，人在進行一次深吸煙時，大約將有百分之九十以上的多環(huán)芳烴被吸入到肺部，并多數(shù)物質(zhì)被滯留在肺部，一個人如果每天吸兩包煙，其肺癌患病率是不吸煙者的二十倍，在眾多肺癌患者中，有百分之九十以上的患者是由吸煙引發(fā)的。鑒于吸煙過程中焦油的危害，中國我國煙草專賣局提出“降焦減害”發(fā)展戰(zhàn)略，將降低焦化煙卷，減少吸煙危害，提升煙草品質(zhì)，實現(xiàn)煙草生產(chǎn)生產(chǎn)有效控制作為煙草企業(yè)新時期新形勢下發(fā)展的主要方向，并于2015年1月，進行煙草焦油量調(diào)整，指出卷煙盒標焦油不得超過“10毫克/支”，品牌煙草焦油量至少有三種類型產(chǎn)品規(guī)格在“6毫克/支”以下。基于此，煙草企業(yè)以及煙草產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢查機構(gòu)，應注重煙草生產(chǎn)與處理技術(shù)的研發(fā)，注重煙草產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)的強化，實現(xiàn)“降焦減害”目標。

由于臭氧具強氧化性，在應用過程中可取得良好的消毒、脫臭功效，因此，在污水處理、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣泛的應用?；诔粞醣举|(zhì)特征以及煙草焦油特征，有學者利用臭氧處理煙草中的焦油，發(fā)現(xiàn)可在一定程度上降低煙草焦油含量。基于文獻資料分析可知，臭氧對生物堿、芳香族、蛋白質(zhì)、鄰苯二甲、碳水化合物都能夠具有一定氧化分解作用，從而實現(xiàn)煙草有害物質(zhì)的降低，提升煙草品質(zhì)。因此，關(guān)于臭氧處理煙草在降低焦油含量中作用的研究具有重要現(xiàn)實意義與研究價值。

2 研究材料與方法

2.1 研究基本材料

本次實驗研究過程中，選用筆者所在地著名煙草廠提供的2017年產(chǎn)上部煙葉為實驗對象。其次，選擇由天津市富宇精細化工有限公司生產(chǎn)的“二氯甲烷”，北京儀化通標公司生產(chǎn)的“標樣化合物乙酸苯乙酯”，天津市科密歐化學試劑有限公司生產(chǎn)的“無水硫酸鈉”以及上海江萊生物科技有限公司生產(chǎn)的氯化鈉為主要實驗試劑[2]。與此同時，選用德國SEA-LAnalytical公司生產(chǎn)的“AA3型連續(xù)流動分析儀”、青島國林實業(yè)有限責任公司生產(chǎn)的“臭氧發(fā)生器”、美國Torion公司生產(chǎn)的Torion-9/GC-TMS型氣質(zhì)聯(lián)用儀、西安禾普生物科技有限公司生產(chǎn)的“QL-10型無油空氣泵”、北京瑞成偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的“DLSB-3/15低溫冷卻液循環(huán)泵”、北京同林高科科技有限責任公司生產(chǎn)的“恒溫恒濕箱”、深圳鑫海瑞科技開發(fā)有效公司生產(chǎn)的“FGD2-A-Ex型紫外臭氧檢測儀”、廣東雪萊特光電科技股份有限公司產(chǎn)品生產(chǎn)等波長為185納米的“紫外燈”為主要實驗設(shè)備與儀器。此外，根據(jù)相關(guān)實驗經(jīng)驗與基礎(chǔ)理論，保證其他實驗條件的滿足，如實驗溫度管控、實驗室環(huán)境等。

2.2 研究方法

在本次研究中主要采用以下幾種方法進行具體實踐：第一，進行原材料臭氧處理。即，依據(jù)實際情況選擇適當?shù)臉悠窡熑~進行除梗去雜初步處理，在此過程中需保證實驗環(huán)境為濕度百分之六十，溫度在“23±2”攝氏度左右。同時，借助管式臭氧發(fā)生器，在電壓為220V，電流為2A的條件下生產(chǎn)臭氧，并利用不同濃度的臭氧處理煙草（包括0mg/L濃度、292mg/L濃度、348mg/L濃度、404mg/L濃度）進行為時八個小時的處理，在此過程中，保證臭氧直接作用于煙草，用以避免臭氧對人體產(chǎn)生危害，提升實驗準確性。第二，對臭氧處理后的煙草樣品進行化學成分檢測分析，在此過程中需利用恒溫恒濕箱、連續(xù)流動分析儀等儀器，依據(jù)相關(guān)要求進行具體操作，實現(xiàn)煙草及其實驗樣品總植物堿、水溶性糖、鉀含量、還原糖、總氮量等三次平行測定。第三，采用感官評價法對臭氧處理后的煙草樣品進行測定，在此過程中，依據(jù)國際標準要求控制實驗室溫度與濕度，根據(jù)相關(guān)標準，利用9分制量化賦值法，以煙草香氣品質(zhì)、刺激性、灰色、混雜氣、燃燒性、余味、勁頭等為評價指標進行進行煙草樣品質(zhì)量評估。并采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 臭氧處理后，煙草基本化學成分分析

通過上述實驗方法，進行實驗測定得出如表1數(shù)據(jù)結(jié)果。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知，不同濃度下的臭氧處理對煙草基本化學成分的影響是不同的，其中，低濃度與高濃度的臭氧處理，使煙草的堿含量得到較為明顯的降低，低濃度、中濃度、高濃度下臭氧處理后，煙草總糖、還原糖得到改變，煙草總氮量、鉀含量的變化不大，總體來看高濃度臭氧處理，對煙草基本化學成分影響相對較大。

3.2 臭氧處理后，煙草的感官分析

通過上述實驗方法，進行感官質(zhì)量評價得出如表2數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，不同臭氧濃度處理下，煙草整體品質(zhì)得到改善，其中煙草煙氣柔細度得到明顯提升，煙草刺激性得到大幅度改善，隨著臭氧濃度的不斷提高，煙草香氣、燃燒性、濃度與灰度得到小幅度改善。

3.3 臭氧處理后，煙草香味成分的分析

采用GC-MS分析法對不同臭氧濃度處理后煙草樣品進行分析，利用質(zhì)譜圖檢索法、峰面積歸一法分析可知，臭氧處理煙草后，煙草香味成分發(fā)生了一定的改變。其中煙草中硬脂酸、癸醛、肉豆蔻酸、棕櫚酸、棕櫚酸甲酯、二氫獼猴桃內(nèi)酯等物質(zhì)隨著臭氧濃度的加大得到增加，巨豆三烯酮、苯甲醛、苯乙醛、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、新植二烯、亞麻酸等物質(zhì)，隨著臭氧濃度的加大，其含量呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢[3]。大馬士酮、異植物醇、9，12，15-十八烷三烯酸甲酯、3-（4，8，12三甲基十四烷基）-呋喃等物質(zhì)，是經(jīng)過臭氧處理后，形成的新成分。這在成分的增加、添加與降低，從整體層面實現(xiàn)煙草柔細度、香氣品質(zhì)等的改善。

3.4 “紫外線+臭氧”處理后PAHs的降解分析

在臭氧處理煙草實驗中，采用紫外線照射法，對不同濃度臭氧處理下PAHs的降解情況進行了數(shù)據(jù)分析。分析發(fā)現(xiàn)，紫外線與臭氧的協(xié)同作用，進一步提升了臭氧的氧化能力，促進H2O2含量，使其與·OH發(fā)生反應，實現(xiàn)PAHs的降解的進一步降解。

4 研究結(jié)論與建議

由上述實驗研究分析可得出以下結(jié)論：其一，臭氧處理煙草可在一定程度上降低煙草焦油含量，主要原因在于煙草中的芳香烴化合物被臭氧進行了分解。其二，臭氧處理煙草后，煙草煙堿含量在一定程度上得到明顯下降，這在一定程度上與煙堿氧化后形成煙堿酸原理相符合。其三，經(jīng)過臭氧處理后的煙草總糖含量、還原糖量得到明顯提升，主要原因在于臭氧處理后，一些碳水化合物質(zhì)，如單糖、低聚多糖等被分解、水解，形成小分子量糖。其四，經(jīng)過臭氧處理后煙草總氮量的降低，主要在于煙草中的蛋白質(zhì)、氨基酸物質(zhì)經(jīng)過臭氧氧化，形成新的物質(zhì)。其五，臭氧處理后的煙草，其香氣成分發(fā)生了明顯的改變，煙草中的酸類物質(zhì)如棕櫚酸、肉豆蔻酸等得到增加，而棕櫚酸、肉豆蔻酸可在一定程度上提升煙氣柔和性，是煙草具有脂肪式氣味[4]。與此同時，經(jīng)過臭氧處理后產(chǎn)生了法尼基丙酮、大馬酮等物質(zhì)，而法尼基丙酮、大馬酮是煙草具有一定的花香香氣，且具有氣味擴散性。可見，經(jīng)過臭氧處理后不僅煙草焦油含量得到了降低，煙草整體品質(zhì)也在一定程度上得到了有效提升。

在本次實驗研究中，受多種因素挺像，臭氧氧化時間收到制約，與此同時，臭氧處理后，在感官評價與分析過程中，可能存在一定的誤差，對煙葉殘留的刺激性氣味分析有待進一步的強化。此外，由于臭氧的氧化能力較強，且存在一定的毒性，因此在實踐操作中需注重實驗的密封性，對實驗環(huán)境（溫度、濕度等）進行有效控制。針對這些問題，在以后實驗研究中以及臭氧實踐應用中需進行進一步的完善與優(yōu)化。

參考文獻：

[1]鄭凱，范磊，趙珊珊，等.不同臭氧濃度對下部煙葉化學成分和香味物質(zhì)的影響[J].中國煙草科學，2016，37（06）：90-94.

[2]許春平，趙珊珊，楊志強，劉棟，鄭凱.經(jīng)紫外輻照與臭氧處理后煙葉香味成分和常規(guī)化學成分的分析研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2016（15）：40-44，48.

[3]張學衡.臭氧—曝氣生物濾池在煙草洗梗廢水處理回用中的應用[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2016，36（04）：33-35.

[4]陳海波，丘錦榮.臭氧-曝氣生物濾池在再造煙葉廢水深度處理工藝中的應用實例[J].廣東化工，2013，40（15）：129-130.