然而，我國的煙草利稅每年以7％的高速率增長，無論是從煙民需要還是從經濟收入上看，短時間內都不可能依靠行政方法禁煙，因此必須研究如何防治香煙煙氣導致的環境污染、研製環境友好新型香煙，使國家、吸煙者和周邊人群都滿意。

    這時，環境凈化分子篩新型材料———能在煙絲上形成特殊防護層的新型香煙添加劑便應運而生了，它的出現有效地降低了吸煙對於環境的污染危害，同時保護了吸煙者和周圍人群的身體健康。

    ——編者的話

    煙草及煙草煙氣是除工業場所以外人體接觸的亞硝胺的最大暴露源，而亞硝胺是吸煙導致癌症的主要因素。亞硝胺是強化學致癌物，含有－N－N＝O官能團，幾乎在動物所有的臟器和組織都可誘發惡性腫瘤，人和動物的組織對亞硝胺的活化代謝途徑完全相似，而且其代謝産物也相似，因此很難抵抗亞硝胺的致癌作用。而採用香煙過濾嘴吸附不能解決香煙陰燃時冒出的側流煙氣對於周圍人群的污染問題。

    能在煙絲上形成特殊防護層的新型香煙添加劑，經科研組歷時5年研製而成，它能使亞硝胺在主流煙氣中減少70－80％，側流煙氣中減少50％左右，但是香煙原有的吸味和風格不變。該技術有效地降低了吸煙對於環境的污染危害，同時保護吸煙者和周圍人群的身體健康，其原料成本僅為每包香煙0．3分錢；目前已經申報3項發明專利，並且應用於我國最大的捲煙企業———雲南玉溪紅塔集團生産環境友好新型香煙。

    沸石的研製

    因為亞硝胺官能團－N－N＝O中N－N鍵比通常C－H、C－C、C－N鍵弱，斷開後就會失去致癌性，所以人們嘗試採用“催化法”去除香煙煙氣中的亞硝胺：將香煙本身當作一個微型反應裝置，在煙絲中摻入催化材料。香煙燃燒時的高溫活化了催化劑，使之暫態催化降解煙氣中的亞硝胺。這個新技術的關鍵是要找到能選擇性去除亞硝胺而且不影響香煙其他組分的催化劑。沸石是多孔硅鋁酸鹽，表面有酸－鹼中心，獨特的孔結構使之具有擇形催化以及吸附－分離性能；沸石既不會燃燒又對人體無害，因此被試用為去除亞硝胺的香煙添加劑。

    實驗表明：沸石添加劑對於香煙側流煙氣中的亞硝胺確實有去除作用。NaY沸石添加量高於2wt．－％，亞硝胺含量明顯減少，在3wt．－％時就降到原有值的約33％。在2wt．－％的沸石添加量時亞硝胺含量可被降低20％－40％；而無定形的硅鋁催化劑幾乎不能降低香煙側流煙氣中的亞硝胺含量。這意味著沸石確實是凈化香煙煙氣的最佳添加材料之一。

    香煙添加沸石材料後其口感更為醇和。在香氣質方面微有區別，在香氣量，刺激性，雜氣，余味方面沒有什麼改變。

    怎樣檢測微量亞硝胺

    每支香煙中的亞硝胺含量一般在納克（10－9克）級，而且需要特殊儀器檢測。如果不能準確地測定，就無法了解添加劑凈化香煙煙氣的效果。30年前有人嘗試過使用分光光度法選擇性地測定－N－N＝O官能團來檢測亞硝胺，其快速簡捷的特點符合我們的要求，但是測定的準確度很低：對標準樣品的測定率低於40％而且還變化無常。在增設了附加裝置（專利申請號97107228．0），將NO轉化成可被分光光度法測定的化合物NO2後，實測中亞硝胺總量的檢出率可達真實量的90－100％，擺脫了對TEA的依賴，為開展後續研究鋪平道路，繼而發明瞭一種能簡捷靈敏地測定亞硝胺總量的新技術，適合於國內普通實驗室測試環境、生物、食品等樣品中亞硝胺的總量。

    如何將沸石材料添加到煙絲上

    那麼，如何將沸石材料添加到煙絲上去呢？剛從日本學成回國的王英博士仔細查閱各種資料，決定採用溶液法將沸石微粒高度分散在煙絲上。通常沸石既難溶于酸又難溶于鹼溶液，為了使香煙添加劑能夠適應捲煙廠生産，她研製出獨特配方：使用成本低廉、安全可靠的溶液，通過簡單操作中將凈化材料高度分散並固定在煙絲上，在香煙點燃時降低煙氣中亞硝胺含量。經過多次實驗，我們發明瞭捲煙新添加劑：它是水溶液，能將沸石等多孔材料的微粒均勻噴灑在煙絲上，晾幹後製成捲煙，可降低香煙側流煙氣中亞硝胺含量的24－52％，而在主流煙氣中則降低約70％。噴制後的煙絲存放50天也不影響添加劑效果。

    使用這項專利技術，我們先後在江蘇省的兩個煙廠，用生産線上的高速捲煙機卷制出4批樣品香煙。這4種香煙的牌號、配方和價格均不相同，但是側流煙氣中亞硝胺均減少約50％，主流煙氣中減少約75％。香煙原有的風格、口感不變，由11位省評吸專家綜合評吸後反映良好。

    香煙煙氣中含有數千種化學物質，對人體健康的影響各不相同；倘若用化學方法檢測，很難做全，因此北京動物研究所的李紅副研究員用生物實驗直接評價了新型樣品煙的綜合影響。實驗證明：含有添加劑的樣品煙對受試細菌的作用明顯低於對照樣，表明其綜合影響有所下降。如圖2所示，受試菌株回復突變菌數的差異反映出兩種香煙煙氣對其致突變性不同，含有添加劑的樣品煙低於母本香煙；對於細胞的影響也是前者低於後者：採用中國地鼠卵巢細胞（CHO），新型香煙在細胞毒性方面明顯地低於對照樣；在同劑量下，對照樣香煙所致染色體畸變率達13％，呈致突變陽性，而新型香煙則為致突變陰性（即沒有致突變性）。

    作用機理

    我們還深入探討了沸石去除亞硝胺的作用機理，首次發現Y和ZSM－5等沸石對於吡咯烷亞硝胺（NPYR）和二甲基亞硝胺（NDMA）在高溫下具有選擇性強吸附作用。180℃時，有機溶液中的NPYR能被沸石選擇性地吸附出來（圖3），並且幾乎不可能再從沸石的孔中逃出去。無疑這將有利於沸石在環境保護中消除亞硝胺的污染。

    由此可見，沸石加進香煙之後之所以能夠去除煙氣中的亞硝胺，主要原因就是沸石對亞硝胺的選擇性吸附、催化作用：煙氣中的亞硝胺如果在高溫下接觸沸石，將被催化而分解；在較低溫度下則會被沸石選擇性強吸附而不再污染環境。也正因為沸石的選擇性作用，香煙裏的其他組分很少受影響，其吸味和風格基本上不改變，不會影響香煙的銷售。

    沸石材料對於亞硝胺選擇性強吸附作用的發現，不僅有助於從理論上闡明香煙添加劑的作用，而且也為沸石在其他領域清除亞硝胺污染的應用奠定了基礎。例如近來我們已經將沸石用於去除啤酒中的亞硝胺。

    成果的産業化

    2000年我們和全國最大的煙草企業雲南紅塔集團進行技術交流，雙方決定將科研成果在該集團技術中心進行放大試驗，合作試製低亞硝胺含量的新型香煙。

    我們進行了模擬生産條件的公斤級煙絲小試實驗，用生産線上的手段將沸石均勻添加到煙絲上。經過雙方數日的緊張探索和努力，終於在三種品牌的香煙上達到了預期目的：“主流煙氣中的亞硝胺含量降低60－70％、側流煙氣中的亞硝胺含量降低50％左右”，證實了科研成果的可靠性和重復性。

    小試的成功，奠定了中試放大的基礎。

    2000年9月，技術中心在中試生産線上進行首次放大試驗，使用了1噸煙絲，成功地制出了新型捲煙：主流煙氣中的亞硝胺含量減少了大約70％；側流煙氣中減少了52％左右，而每包香煙成本僅僅增加不到3厘錢。這種牌號的香煙本來就沒有致突變性，加入沸石後其特點依然不變，其對於細菌和細胞的綜合毒性均被減小。

    2001年2月，這些新型香煙參加了在北京舉行的“863計劃十五年成果展覽”，引起人們關注。企業界人士認為，八六三高科技項目能這樣解決吸煙造成環境污染的世界性難題、促進國民經濟發展，是很難得的。科研就是應該這樣和生産緊密結合，為國家多做實事。發展才是硬道理；科研只有和生産相聯繫，才能得到更多的支援。世上無難事，只要肯登攀。外國人能做到的，中國人照樣能做到，外國人做不到的，中國人也能做到。中華民族畢竟是個偉大的民族。

    背景介紹

    吸煙污染環境，煙氣中所含亞硝胺以其強致癌性已經引起人們的高度警覺。通常使用的過濾咀很難選擇性去除亞硝胺，更不能解決被動吸煙的污染問題。

    日本專利採用薄荷醇、抗壞血酸、乙氨酸、硬脂酸、卵磷脂等製成吸附劑，據稱能減少煙氣中亞硝胺的含量。該方法成本高，效果也不顯著。

    歐洲專利將孔徑為0．5－0．7nm的Y，X，ZSM－5，M和β等微孔沸石與凝膠（C－Gel）摻入LC－674中，形成懸浮液後噴在煙絲上捲煙，在燃燒過程中催化去除捲煙煙霧中的有害成分包括亞硝胺。但是其沸石添加量為5Wt－％，總添加量為13Wt－％，迄今為止未見有産品投放市場。

    美國雷諾士煙草公司的新捲煙通過加熱而不是燃燒煙草，可以減少側流煙氣將近90％；日本煙草公司正在開發無煙氣捲煙，使吸煙者品吸煙絲加熱而不是燃燒後的煙味，但是也都由於得不到吸煙者的認可而無法佔領市場。

    國內研製的某種液體添加劑通過了鑒定。添加了這種液體的香煙，其亞硝胺含量確實降低；但是行業內人士透露説它的價格為300元／kg左右，其添加量為0．5－1．5％，這樣每包香煙的成本要增加約1角至3角錢，在國內推廣應用就比較困難。(作者：南京大學化學系教授)

    《科技日報》2001年8月16日