一种能显著降低卷烟烟气重金属释放量的功能滤棒及其制备方法
技术领域
本发明属于卷烟材料技术领域,具体涉及一种具有显著降低卷烟烟气重金属元素释放量功效的功能滤棒及其制备方法,该滤棒中添加天然化合物(玛咖硫脲-B),具有显著降低卷烟烟气重金属释放量的效果。
背景技术
吸烟与健康是烟草行业在前进过程中面临的主要挑战之一,烟草行业从20世纪70年代就开始重视吸烟与健康问题,80年代以后更是把降低焦油等有害成分作为主要研究课题,进行了多方面的技术攻关,获得了重大进展。近年来,烟草中的重金属元素已引起了人们的广泛关注,它主要来源于环境污染,重金属元素已被许多国家列为烟草安全性评价指标和烟草进出口贸易中的检验项目,并对其在烟草中的含量做出严格的限制。
云南号称有色金属王国,有色金属资源储量居全国首位,有色金属一直是云南基础型产业和支柱型工业。但这也带来了重金属污染的环境问题。云南土壤重金属背景值本身高于全国平均水平,随着有色金属资源的大量开发利用,进一步加大了土壤重金属的污染。这导致云南烟叶重金属含量显著高于国外烟叶,给云南烟叶品牌打造带来了一定负面影响。虽然我国已高度重视土壤重金属污染的问题,但土壤修复周期长,需要大量的资金投入,短期很难取得效果。
考虑到卷烟作为一种特殊的消费品,是通过烟支燃烧形成烟气后进入人体的,因此重金属元素对吸烟者的危害程度不仅在一定程度上取决于它们在烟草中的实际含量,更重要的是取决于它们向烟气中的转移量和转移率。如何能有效截留重金属卷烟烟气重金属元素,降低卷烟烟气重金属释放量,从而达到提升卷烟产品抽吸安全性的效果,是目前卷烟材料技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明针对上述技术需求,公开了一种降低卷烟烟气重金属释放量的功能滤棒及其制作方法,通过在卷烟滤棒中添加式(Ⅰ)所示天然化合物;在卷烟抽吸时,主流烟气中的重金属元素能和添加的化合物生成稳定的螯合物,有效的截留卷烟主流烟气中的重金属元素进入人体,从而达到降低主流烟气重金属元素的效果。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
除非另有说明,本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
一种具有显著降低卷烟烟气重金属元素释放量功效的功能滤棒,该滤棒中添加了式(Ⅰ)所示化合物,
进一步,优选的是,式(Ⅰ)所示化合物的添加量为:每克滤嘴丝束添加0.05~0.12mg。
本发明同时提供具有显著降低卷烟烟气重金属元素释放量功效的功能滤棒的制备方法,具体是:用三乙酸甘油酯将式(Ⅰ)所示化合物配成1.0~1.5mg/mL的溶液;在卷烟滤棒成型过程中,按滤棒丝束重量的5-8%均匀的喷洒到醋酸纤维丝束上(即溶液的重量是醋酸纤维丝束重量的5-8%,添加量过少会影响降低重金属元素的效果,添加量过多会轻微影响滤嘴对其它烟气成分的吸附性能和卷烟的吸味),之后按照常规方法制成滤棒,即得。
所述的滤棒可为细支烟、中支烟、常规卷烟用不同规格的滤棒。
本发明还提供功能滤棒在降低卷烟烟气重金属元素中的应用。
本发明另外提供式(Ⅰ)所示化合物在降低卷烟烟气重金属元素中的应用。
式(Ⅰ)所示化合物命名其玛咖硫脲-B,结构式如下:
该化合物由云南民族大学民族医药学院提供;化合物可从药食同源植物玛咖中分离得到,化合物分离鉴定方法见文献(ZL 201710922885.4),也可通过人工合成获得(Org.Lett.,2017,19(18),4952-4955)。
经研究发现该化合物结构中1位的硫羰基、3位的氧羰基和9位的羟基可和重金属元素形成稳定的六元环螯合物,具有强烈的重金属吸附功能。对此,采用Scogs和Miniquad开发的经典方法测定了该化合物的螯合物稳定常数。结果表明:式(Ⅰ)所示化合物和砷、铅、镉、汞四种毒性高的重金属元素在中性介质中(pH为6.4~7.6)均能生成稳定的螯合物,其稳定常数(lgKMY)分别为:25.8、28.9、30.2和27.5。测定结果表明,化合物和砷、铅、镉、汞四中重金属元素的稳定常数均大于25,具有很强的螯合重金属元素的功能。
本发明对滤棒降低重金属元素效果测定:
将本发明滤棒与卷烟的烟丝部分卷接制作成卷烟,供卷烟烟气重金属元素测定用。以未添加式(Ⅰ)所示化合物的卷烟作为对照卷烟进行卷烟烟气分析,烟气重金属元素测定参照中国烟草行业标准(YC/T 389-2011和YCT 404-2011)进行,通过和对照卷烟比较计算重金属元素的降低率。结果见表1。从表1结果可看出,在不同规格的滤棒中添加本发明化合物后,和对照卷烟相比,卷烟主流烟气中砷、铅、镉、汞四种重金属元素均有显著降低。其中砷的降低率在38.9~41.8%之间、铅的降低率在35.2~48.5%之间、镉的降低率在35.9~45.9%之间、汞的降低率在39.3~42.6%之间。说明本发明功能滤棒具有显著的截留卷烟烟气重金属元素效果。
表1功能滤棒和对照卷烟主流烟气重金属元素测定结果
毒理学评价和感官评吸:
对滤棒中添加了本发明化合物的卷烟烟气冷凝物进行了毒理学评价。Ames试验、体外微核试验三项体外毒理学测试结果均表明:采用SPSS软件的one-way ANOVA对受试样品与对照卷烟烟气总粒相物产生的细胞抑制率进行统计学分析,在三项毒理学实验中,添加本发明化合物的卷烟和对照卷烟的烟气总粒相物间无统计学差异(P>0.05)。
本发明还对添加了本发明化合物的卷烟进行感官评析,并以未添加该化合物的相同卷烟作为对照。评析结果表明:添加本发明化合物的卷烟和对照感官评吸结果差异很小,主要差别为入口略带凉味,对刺激性和余味有轻微的改善作用,没有明显的负面影响。
本发明与现有技术相比,其有益效果为:
(1)、本发明在卷烟滤棒中添加的天然化合物,具有重金属螯合物功能,能有效截留卷烟烟气重金属元素,降低卷烟烟气重金属释放量,和传统的土壤修复治理降低重金属元素相比,技术上更容易实现,且成本大大降低。
(2)、本发明中使用的化合物和砷、铅、镉、汞四中重金属元素的稳定常数均大于25,具有很强的螯合重金属元素的功能,烟气分析结果表明,降低重金属元素的效果非常显著。
(3)、本发明功能滤棒的制作采用随滤棒增塑剂三乙酸甘油酯添加的方法。由于卷烟滤棒成型均要添加三乙酸甘油酯作为增塑剂,本发明化合物在增塑剂中溶解性好,制作工艺在现有设备上非常容易实现,无需增加额外的步骤和设备。
(4)、本发明中使用的化合物可从药食同源植物玛咖中分离得到,化合物的分离制备原料来源广泛,分离制备工艺简单,产业化生产容易实现。而且化合物安全、无毒,具有良好的产业化应用前景。
(5)、本发明化合物人工合成容易实现,目前已经有步骤简单、条件容易控制、成本低的合成路线实现化合物合成,具备大规模推广应用的条件。
(6)、在嘴棒中添加本发明化合物后,卷烟烟气和卷烟原有的味感协调性好,入口略带凉味,对刺激性和余味有轻微的改善作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者,均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
一种具有显著降低卷烟烟气重金属元素释放量功效的功能滤棒,该滤棒中添加了式(Ⅰ)所示化合物,
式(Ⅰ)所示化合物的添加量为:每克滤嘴丝束添加0.05mg。
实施例2
一种具有显著降低卷烟烟气重金属元素释放量功效的功能滤棒,该滤棒中添加了式(Ⅰ)所示化合物,
式(Ⅰ)所示化合物的添加量为:每克滤嘴丝束添加0.12mg。
实施例3
一种具有显著降低卷烟烟气重金属元素释放量功效的功能滤棒,该滤棒中添加了式(Ⅰ)所示化合物,
式(Ⅰ)所示化合物的添加量为:每克滤嘴丝束添加0.08mg。
实施例4
本实施例功能滤棒为常规卷烟用25mm滤棒。制作方法为:用三乙酸甘油酯将玛咖硫脲-B配成1.5mg/mL的溶液。在卷烟滤棒成型过程中,按滤棒丝束重量的7.2%均匀的喷洒到醋酸纤维丝束上,制成滤棒。然后将该滤棒与卷烟的烟丝部分卷接制作成卷烟,供卷烟烟气重金属元素测定用。对在滤棒中添加了本发明化合物的卷烟进行卷烟烟气分析,烟气重金属元素测定参照中国烟草行业标准(YC/T 389-2011和YCT 404-2011)进行,并以未添加本发明化合物的卷烟作为对照。分析结果表明砷、铅、镉、汞四种重金属元素的降低率分别为41.5%、42.6%、41.6%、42.5%,具有显著的降低重金属元素效果。
实施例5
本实施例功能滤棒为常规卷烟用30mm滤棒。制作方法为:用三乙酸甘油酯将玛咖硫脲-B配成1.2mg/mL的溶液。在卷烟滤棒成型过程中,按滤棒丝束重量的6.8%均匀的喷洒到醋酸纤维丝束上,制成滤棒。然后将该滤棒与卷烟的烟丝部分卷接制作成卷烟,供卷烟烟气重金属元素测定用。对在滤棒中添加了本发明化合物的卷烟进行卷烟烟气分析,烟气重金属元素测定参照中国烟草行业标准(YC/T 389-2011和YCT 404-2011)进行,并以未添加本发明化合物的卷烟作为对照。分析结果表明砷、铅、镉、汞四种重金属元素的降低率分别为41.8%、38.3%、39.9%、39.3%,具有显著的降低重金属元素效果。
实施例6
本实施例功能滤棒为中支卷烟用25mm滤棒。制作方法为:用三乙酸甘油酯将玛咖硫脲-B配成1.2mg/mL的溶液。在卷烟滤棒成型过程中,按滤棒丝束重量的6.5%均匀的喷洒到醋酸纤维丝束上,制成滤棒。然后将该滤棒与卷烟的烟丝部分卷接制作成卷烟,供卷烟烟气重金属元素测定用。对在滤棒中添加了本发明化合物的卷烟进行卷烟烟气分析,烟气重金属元素测定参照中国烟草行业标准(YC/T 389-2011和YCT 404-2011)进行,并以未添加本发明化合物的卷烟作为对照。分析结果表明砷、铅、镉、汞四种重金属元素的降低率分别为41.0%、35.2%、45.9%、42.6%,具有显著的降低重金属元素效果。
实施例7
本实施例功能滤棒为中支卷烟用30mm滤棒。制作方法为:用三乙酸甘油酯将玛咖硫脲-B配成1.0mg/mL的溶液。在卷烟滤棒成型过程中,按滤棒丝束重量的8%均匀的喷洒到醋酸纤维丝束上,制成滤棒。然后将该滤棒与卷烟的烟丝部分卷接制作成卷烟,供卷烟烟气重金属元素测定用。对在滤棒中添加了本发明化合物的卷烟进行卷烟烟气分析,烟气重金属元素测定参照中国烟草行业标准(YC/T 389-2011和YCT 404-2011)进行,并以未添加本发明化合物的卷烟作为对照。分析结果表明砷、铅、镉、汞四种重金属元素的降低率分别为38.9%、48.5%、43.7%、40.1%,具有显著的降低重金属元素效果。
实施例8
本实施例功能滤棒为细支卷烟用30mm滤棒。制作方法为:用三乙酸甘油酯将玛咖硫脲-B配成1.2mg/mL的溶液。在卷烟滤棒成型过程中,按滤棒丝束重量的5.0%均匀的喷洒到醋酸纤维丝束上,制成滤棒。然后将该滤棒与卷烟的烟丝部分卷接制作成卷烟,供卷烟烟气重金属元素测定用。对在滤棒中添加了本发明化合物的卷烟进行卷烟烟气分析,烟气重金属元素测定参照中国烟草行业标准(YC/T 389-2011和YCT 404-2011)进行,并以未添加本发明化合物的卷烟作为对照。分析结果表明砷、铅、镉、汞四种重金属元素的降低率分别为41.4%、42.6%、45.9%、41.6%,具有显著的降低重金属元素效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。