一种可同时选择性降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的杯芳烃添加剂及其应用方法 【技术领域】
本发明涉及利用杯芳烃化合物选择性降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的方法技术，特别是利用杯[8]芳烃化合物同时选择性降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的方法技术。
背景技术
卷烟产品的降焦减害是关系到吸烟者和被动吸烟者身体健康的重要问题，已经引起烟草行业的高度重视。多年来，国内外烟草研究机构和卷烟生产企业一直致力于卷烟降焦减害方面的研究，取得了大量研究成果，卷烟烟气中的有害成分相对有了较大幅度的降低。但是以往采用的减害方法技术选择性并不高，部分地影响了卷烟原有风格口味。因此，研发新的选择性减害方法技术已成为卷烟工业减害研究的重点和热点。
烟草中的多环芳烃和挥发性酚类化合物都不多，含量都很低。卷烟烟气中的多环芳烃和挥发性酚类化合物主要是在卷烟燃烧过程中产生的。多环芳烃是卷烟烟气中最主要的一类致癌物，而酚类物质不仅对卷烟感官评吸产生不良影响，还对皮肤及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用和促癌作用。最近，谢剑平等开展了卷烟烟气危害性指数研究(烟草科技，2009，(2)：5-15)，研究涉及苯并[a]芘、苯并[a]蒽和Chrysene等3种多环芳烃，以及苯酚、对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚、对甲酚、间甲酚、邻甲酚等7种酚类化合物，研究结果表明苯并[a]芘和苯酚属于最具代表性的7种卷烟烟气有害成分中的2种，其它5种是CO、HCN、NNK、NH3和巴豆醛。因此，研究降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的方法技术具有十分重要的意义。
人们曾探索了许多方法用来减少卷烟烟气中的多环芳烃，其中多为往烟丝中添加烟草添加剂，虽然使烟气中多环芳烃有所减少，但由于干预了烟丝正常燃烧过程，所以烟气的口感常受到影响，而且有时还会增加其它有害成分。利用复合滤嘴降低烟气中多环芳烃的技术也有不少报道。1995年，汤平涛等研究发现复合滤嘴能有效减少主流烟气中苯并[a]芘、焦油等(中国公共卫生学报，1995，4：231-233)；1998年，李绍民等利用分子筛的选择性吸附原理，通过改性、铜离子交换等提高NaY分子筛的吸附性能，制作的复合滤嘴可去除烟气中的焦油和多环芳烃等(中国专利，CN1172617A，CN1198905A，1998)；2001年，孟仟祥发明了一种选择性消除烟气中致癌物的卷烟嘴棒添加剂(中国专利，CN1285171A，2001)。这些复合滤嘴技术主要是通过滤除焦油来减少多环芳烃的，选择性不强。
目前，对卷烟烟气中酚类物质的报道以分析检测方法研究居多，对其去除的研究非常少。1975年，Morie等曾研究滤嘴对烟气中半挥发物的滤除选择性，提到邻甲苯酚和苯酚的选择性(Beitr.Tabakforsch.Int.，1975，8(3)：145-149，150-152)；2009年，于涛等研究了醋酸纤维滤嘴对卷烟烟气中酚类物质的过滤作用(中国烟草学报，2009，15(3)：25-28)。关于选择性滤除卷烟烟气中苯酚的滤嘴添加剂以及同时选择性滤除苯并[a]芘和苯酚的滤嘴添加剂尚无报道。
【发明内容】
杯芳烃是一类由对位取代苯酚与甲醛在碱性条件下缩合而成的具有独特空腔结构的寡聚大环化合物。杯芳烃能结合中性有机分子、聚合物分子、金属离子和阴离子，形成包合物，因而在主客体配位和仿生学中有广泛应用。为了使杯芳烃能结合大的有机客体分子，就需要扩展杯芳烃空腔的大小，这方面已经做了很多努力，有几种深腔型杯芳烃已经通过在杯芳烃上缘的衍生化合成出来。我们曾研究合成了1种深腔型杯[8]芳烃化合物(中国专利，CN101367713A，2009)。我们认为，将合适的杯芳烃化合物添加到卷烟滤嘴中，利用杯芳烃的分子识别作用及其空腔尺寸选择效应，有可能在卷烟抽吸过程中选择性地滤除掉烟气中的一些有害成分，达到减害的目的。目前，尚未见到这方面的研究报道和专利文献。
本发明的目的是提供一种添加方便、能够同时选择性地降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的卷烟滤嘴添加剂及其应用方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
所述的卷烟添加剂是杯芳烃化合物，为深腔型杯[8]芳烃化合物。
所述的杯[8]芳烃化合物对-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]杯[8]芳烃(相对分子质量1920)。
所述卷烟添加剂的应用方法为将其应用于卷烟滤嘴中，作为复合嘴棒的添加物。
本发明卷烟添加剂，作为复合嘴棒添加物可有效降低卷烟烟气中苯并[a]芘含量、苯酚含量。
所述卷烟滤嘴添加剂的添加量为3-20mg/支卷烟，添加量可以根据需要降低苯并[a]芘的量和苯酚的量进行调节，优选的添加量为8-12mg/支卷烟。
本发明的添加物深腔型杯[8]芳烃化合物对卷烟烟气中的苯并[a]芘分子和苯酚分子具有优异的选择性滤除作用。
所述杯[8]芳烃化合物的骨架是一个由8个苯环单元构成的大环状疏水空腔，该空腔结构能与尺寸大小合适地客体分子通过非共价键作用形成超分子化合物。
所述非共价键作用是指氢键、静电作用、范德华力、疏水作用及∏-stacking作用等。
本发明通过所述杯[8]芳烃化合物的深腔结构实现与卷烟烟气中合适组分分子的结合，只有尺寸大小合适能够进入空腔且能与空腔结构产生所述非共价键作用的物质才能被结合，因而具有高度的选择性。本发明的创新性在相关领域也未见报道。
本发明的添加物是固体粉末状，适合于制备复合嘴棒；添加量小，而且可根据需要任意调节；能够显著地同时选择性降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量；该技术可操作性强，具有很大的推广应用价值。
本发明与已有技术相比，显著优点在于：
该技术能显著地同时降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量。
该技术物质添加量少，基本不改变卷烟吸味，实际生产应用可行性大。
该技术添加方式简单，操作方便。
【具体实施方式】
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。
实施例1
称取一定量对-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]杯[8]芳烃，以10mg/支卷烟添加于嘴棒中，制成滤嘴含本发明添加剂的试验卷烟，与对照卷烟做对比试验。对照卷烟除不含添加剂外，其它如材辅料、尺寸规格、嘴棒等均与试验卷烟完全相同。
将试验卷烟和对照卷烟用SM400型自动吸烟机在标准抽吸条件下抽吸，按照标准和烟草行业通用烟气检测方法，根据不同检测项目要求收集烟气试样，然后进行烟气相关有害成分的分析检测。焦油量检测按国家标准GB/T 19609-2004进行；多环芳烃用气相色谱-质谱联用法检测；酚类化合物用高效液相色谱-荧光检测法检测；羰基化合物用高效液相色谱-紫外检测法检测；烟草特有亚硝胺用液相色谱-串联质谱法检测；HCN用连续流动分析仪法检测；CO含量在吸烟机抽吸过程中自动检测。卷烟烟气相关分析检测结果显示出本发明添加剂具有较好的同时选择性降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的效果。具体数据结果见表1。
表1添加剂减害效果评价
表1添加剂减害效果评价(续)
NNK* (ng/支)降幅(％) HCN (g/支) 降幅 (％) 巴豆醛 (g/支)降幅(％)对照卷烟 8.25 126.48 25.80试验卷烟 7.993.2 114.91 9.1 23.389.4
*NNK，即4-(甲基亚硝胺基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮，是一种烟草特有亚硝胺。
实施例2
称取一定量对-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]杯[8]芳烃，以8mg/支卷烟添加于嘴棒中，制成滤嘴含本发明添加剂的试验卷烟，与对照卷烟做对比试验。对照卷烟除不含添加剂外，其它如材辅料、尺寸规格、嘴棒等均与试验卷烟完全相同。
将试验卷烟和对照卷烟用SM400型自动吸烟机在标准抽吸条件下抽吸，按照标准和烟草行业通用烟气检测方法，根据不同检测项目要求收集烟气试样，然后进行烟气相关有害成分的分析检测。各分析检测项目的分析方法技术同实施例1。卷烟烟气的相关分析检测数据结果见表2，同样显示出本发明添加剂具有较好的同时选择性降低卷烟烟气中苯并[a]芘和苯酚含量的效果。
表2添加剂减害效果评价
焦油 (mg/支)降幅(％) CO (mg/支)降幅(％) 苯并[a]芘 (ng/支)降幅(％) 苯酚 (g/支)降幅(％)对照卷烟 12.25 15.30 8.76 46.41试验卷烟 11.357.3 15.051.6 6.0231.3 26.8642.1
表2添加剂减害效果评价(续)
NNK* (ng/支)降幅(％) HCN (g/支)降幅(％) 巴豆醛 (g/支)降幅(％)对照卷烟 8.31 123.92 26.34试验卷烟 8.023.5 115.157.1 23.809.6
实施例3
称取一定量对-[1-(4-羟基苯基)-1-甲基乙基]杯[8]芳烃，以12mg/支卷烟添加于嘴棒中，制成滤嘴含本发明添加剂的试验卷烟，与对照卷烟做对比试验。对照卷烟除不含添加剂外，其它如材辅料、尺寸规格、嘴棒等均与试验卷烟完全相同。添加剂对卷烟烟气减害效果的评价方法技术同实施例1，减害效果数据与实施例1接近。